[發明專利]面向緊急救援車輛行駛路徑的交通信號協調控制優化方法

在審

• 申請號: 201711000650.6
• 申請日: 2017-10-24
• 公開（公告）號: CN107705592A
• 公開（公告）日: 2018-02-16
• 發明（設計）人: 姚佼;趙靖;張凱敏;周溪召;韓印;劉善勇;王飛;高傲翔;戴亞軒;倪屹聆;郭永濤;王靜
• 申請（專利權）人: 上海理工大學
• 主分類號: G08G1/087
• 分類號: G08G1/087
• 代理公司: 上海申匯專利代理有限公司31001
• 代理人: 吳寶根

技術領域

本發明涉及一種城市道路交通信號優先控制方法，特別涉及一種面向緊急救援車輛行駛路徑的交通信號協調控制雙層規劃優化方法。

背景技術

經濟的發展，城市化進程加快，中心城區交通運行狀態持續惡化，交通安全、交通堵塞及交通環境污染日益嚴峻，城市交通管理關注的重點將逐漸從大概率但危害程度相對較低的擁堵事件，向小概率但惡性程度高的突發災害事件戰略轉移。

特別是城市道路不斷擴張和城市土地的高度集中導致城市存在較大的受災隱患，一旦突發災害事件發生，如得不到疏散和及時的救援將造成巨大的人員傷亡和財產損失。

緊急救援車輛，是指救護車、消防車、執勤警車、市政搶修車(電力、供水、交通)、工程搶險車等城市中正在執行特殊緊急救援任務的車輛。現實生活中，這些車輛因為對沿線交通狀況缺乏有效的了解和掌握，無法機動靈活地調整行駛線路，加之傳統交通信息采集方式的空間局限性，沿線交叉口信號優先控制策略無法對其及時響應，常常使其淹沒在擁堵車流中，進退維谷，無端消耗寶貴的緊急救援時間，進一步加劇人力物力的損失。

相關研究表明，自然或人為重大突發事件發生后，同樣傷勢的重傷人員，在30分鐘內獲救，其生存率為80％，60分鐘和90分鐘內獲救，其生存率分別僅為40％和10％，因此，城市交通中對于緊急救援交通管控的重要性不言而喻，為減少生命和財產損失，事發后需在救援機構和出事地點之間及時動態規劃出一條“黃金生命線”，并在沿線對救援車輛進行及時響應，設置合理的交通控制策略，使其盡可能無延誤通行，縮短行程時間。特別是交通問題日益嚴峻的大城市，伴隨緊急救援交通過程而來的交通安全、交通擁堵問題愈發突出，先進的城市交通管理與控制系統中，功能深化的緊急救援交通管控具有巨大需求。

目前對緊急救援優先的的研究集中在路徑選擇方面，尋找一條黃金救援路線，對緊急救援信號配時和優化方面研究較少。但是空間上的優先并不能保證緊急救援車輛快速到達事故地點，因此需要從時間上分離緊急救車流和社會車流。對緊急救援車輛的信號優先控制研究主要是設置檢測器，系統無法根據預測到的車輛類型和流量來優化信號設置，如變化每個相位的持續時間或采用更適合的周期時間和相序等，而且交叉口一旦發生交通擁堵，產生車輛排隊現象，若救援車輛到達交叉口處再調整信號顯示，交叉口的排隊車輛可能無法及時消散，會影響其優先通行，所以現有方法存在改進的空間；主要集中在單一方向單一緊急救援車輛的信號優先控制，對多方向多輛緊急救援車輛同時到達交叉口的多相位協調優先控制研究的較少；對于研究單一交叉口信號優先的缺點在于，在固定相位相序條件下，僅通過算法縮短紅燈時間或延長綠燈時間來調整原有信號配時參數，會打斷原有的信號配時，而且在該模式下，緊急救援車輛通過交叉口后的恢復工作計算量較大。

另一方面，結合緊急救援交通的特點針對實際路徑進行了信號優先的雙層規劃模型研究，符合緊急救援信號優先的實際情況，因為實際的救援必然不是單個交叉口的信號優先，而是既定最優路徑的信號協調優先。首先，進行緊急救援特征及目標分析；進而，基于雙層規劃模型，研究不同路徑形態下上層的動態相位差和下層的路徑綠波協調；最后，進行相關的案例仿真分析與驗證。

因此，本領域的技術人員致力于開發一種面向緊急救援車輛行駛路徑的交通信號協調控制雙層規劃優化方法。

發明內容

針對現在城市突發事件的危害性以及現有研究對于路徑級的緊急救援信號控制策略研究較少，難以系統的解決緊急救援車輛應急響應過程，本發明提出了一種面向緊急救援車輛行駛路徑的交通信號協調控制優化方法；該方法采用上層為緊急救援動態相位差模型，下層為緊急救援路徑綠波模型；在動態相位差層面，依據緊急救援車隊前方排隊長度和緊急救援到達預估時間，計算各個交叉口相對于前一交叉口的動態相位差；在緊急救援路徑綠波層面，依據路徑轉向特點和通過能力的折損求解轉向帶寬并與直行帶寬形成對比，采用遺傳算法求解最大帶寬；分別采用無優先控制策略，單交叉口優先策略，路徑協調控制雙層規劃策略進行VISSIM微觀仿真實驗。

本發明的技術方案為：一種面向緊急救援車輛行駛路徑的交通信號協調控制優化方法，包括緊急救援優先等級劃分、路徑類型劃分、信號優先控制、信號協調控制、雙層規劃模型，以路徑為研究對象進行相關的協調控制研究；首先，進行緊急救援特征及目標分析；進而，基于雙層規劃模型，研究不同路徑形態下上層的動態相位差和下層的路徑綠波協調；最后，進行相關的案例仿真分析與驗證。