[發明專利]一種過飽和交通狀態干線雙向信號協調設計方法與裝置

有效

• 申請號: 202010551755.6
• 申請日: 2020-06-17
• 公開（公告）號: CN111833619B
• 公開（公告）日: 2021-06-25
• 發明（設計）人: 王昊;彭顯玥
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: G08G1/081
• 分類號: G08G1/081;G08G1/085;G08G1/08;G08G1/056
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 孟紅梅

1.一種過飽和交通狀態干線雙向信號協調設計方法，其特征在于，包括以下步驟：

(1)獲取過飽和交通狀態干線目標路段的幾何參數、交通參數、控制參數以及需進行優化時段的交通流量數據；

(2)以干線為建模對象，構建以最大化干線兩個方向加權吞吐量為目標的優化模型，通過調節綠燈時長實現干線吞吐量最大化；所述優化模型的約束包含保證本周期到達的車輛可以全部通過的約束、相位差處于臨界狀態時不存在空放的直行綠燈時長的約束、交通量進出平衡的約束、綠燈時長范圍的約束以及綠燈時長的相位約束；

(3)求解以最大化干線兩個方向加權吞吐量為目標的優化模型，得到干線各交叉口各相位的綠燈時長；

(4)以干線各交叉口為建模對象，構建以最小化主線直行兩個方向加權車均延誤為目標的優化模型，通過調節相位差、相位方案來實現車均延誤最小化；所述優化模型的約束包含避免溢出約束、避免排隊清空后主線車隊未到達情況出現的約束、避免主線車隊所有車輛均需排隊等待并且“多余等待時間”超出額定范圍情況出現的約束、保證本周期到達車輛可以全部通過的約束以及相位差與兩個方向綠燈啟亮時間差關系約束；

(5)求解以最小化主線直行兩個方向加權車均延誤為目標的優化模型，得到交叉口與其上游交叉口之間相位差和各交叉口的相位方案；

所述步驟(2)中以目標路段第1交叉口至第n交叉口的各相位綠燈時長、第0交叉口正向主線直行相位、支線左轉相位綠燈時長以及第n+1交叉口反向主線直行相位、支線左轉相位綠燈時長為優化對象，第0交叉口為第1交叉口上游的交叉口，第n+1交叉口為第n交叉口下游的交叉口；優化模型的目標表示為：

其中，δ₁，δ₂分別為吞吐量最大化模型的正向、反向的權重系數；分別為正向駛離第n交叉口、反向駛離第1交叉口的直行車道的單車道交通流率；t_0,n+1為直行通過第n交叉口到達第n+1交叉口交通流的頭車與尾車時距，為直行通過第1交叉口到達第0交叉口交通流的頭車與尾車時距；

所述步驟(2)中描述保證本周期到達的車輛可以全部通過的約束表示為：

若w_i＝w₁，

若

其中，t_0,i,分別為正向、反向上游交叉口通過直行到達第i交叉口交通流的頭車與尾車時距；f_i^s,分別為正向、反向第i交叉口到達車輛的直行比例；n_i,分別為正向、反向第i交叉口的直行車道數；l_i,分別為正向、反向第i交叉口的初始排隊長度；g_i,分別為正向、反向第i交叉口主線直行相位綠燈時長；v_c為排隊消散狀態的車速；w_i,分別為正向、反向第i交叉口的停止波波速；w₁為不存在轉向以及車道變換折減時的停止波波速；w₂為啟動波波速；

描述相位差處于臨界狀態時不存在空放的直行綠燈時長的約束表示為：

若i＝0，g_i＝t_0,i+1

若i＝n+1，

其中，i＝0時，g₀為第0交叉口的正向直行相位綠燈時長；i＝n+1時，為第n+1交叉口的反向直行相位綠燈時長；t_0,1為正向上游交叉口通過直行到達第1交叉口交通流的頭車與尾車時距，為反向上游交叉口通過直行到達第n交叉口交通流的頭車與尾車時距；

描述交通量進出平衡的約束表示為：

其中，分別為正向、反向駛出第i交叉口的交通流率；q_m為飽和流率；

初始排隊長度的表達式為：

其中，e_i,分別為第i交叉口正向、反向的初始排隊車輛數；h₀為停車狀態下的車頭間距；g_left,i-1為正向第i-1交叉口支路左轉相位綠燈時長，為反向第i+1交叉口支路左轉相位綠燈時長，q_left,i-1為正向第i-1交叉口支路左轉相位交通流率，為反向第i+1交叉口支路左轉相位交通流率；g_right,i-1,q_right,i-1分別為正向第i-1交叉口支路右轉相位綠燈時長和交通流率，分別為反向第i+1交叉口支路右轉相位綠燈時長和交通流率；q_branch,i,分別為正向、反向通過第i交叉口上游路段的小支路、停車場或路邊停車位駛入該交叉口進口道的車輛交通流率；不限制右轉車輛通行時，T為周期時長；

所述步驟(4)中優化模型的目標表示為：

其中，delay_i,分別為正向第i交叉口、反向第i-1交叉口的車均延誤；β₁,β₂分別為車均延誤最小化模型的正向、反向車均權重系數；

所述步驟(4)中的描述避免溢出的約束表示為：

l_max,i≤L_i

其中，l_max,i,分別為正向第i交叉口、反向第i-1交叉口最大排隊長度；L_i為第i交叉口與第i-1交叉口間距；

描述避免排隊清空后主線車隊未到達情況出現的約束表示為：

其中，為正向第i交叉口與其上游第i-1交叉口之間的相位差，反向第i-1交叉口與其上游第i交叉口之間的相位差；v_f為車隊穩定行駛速度；l_i為正向第i交叉口的初始排隊長度,為反向第i-1交叉口的初始排隊長度；v_c為排隊消散狀態的車速；w₂為啟動波波速；l_ts,i為正向駛入第i交叉口的車隊速度轉換點與第i-1交叉口停止線的距離，為反向駛入第i-1交叉口的車隊速度轉換點與第i交叉口停止線的距離；

描述避免主線車隊所有車輛均需排隊等待并且“多余等待時間”超出額定范圍情況的出現的約束表示為：

其中，extra為“多余等待時間”，即車隊尾車的等待時間；

描述保證本周期到達車輛全部通過的約束表示為：

若w_i＝w₁，

當

其中，t_0,i為正向上游交叉口通過直行到達第i交叉口交通流的頭車與尾車時距,為反向上游交叉口通過直行到達第i-1交叉口交通流的頭車與尾車時距；f_i^s為正向第i交叉口到達車輛的直行比例；n_i為正向第i交叉口的直行車道數；g_i為正向第i交叉口主線直行相位綠燈時長；為反向第i-1交叉口到達車輛的直行比例；分別為反向第i-1交叉口的直行車道數；為反向第i-1交叉口主線直行相位綠燈時長；w_i,分別為正向、反向第i交叉口的停止波波速；w₁為不存在轉向以及車道變換折減時的停止波波速；

相位差與兩個方向綠燈啟亮時間差關系約束表示為：

其中，Δ_i為第i交叉口正向、反向主線直行相位綠燈啟亮的時間差；M為整數；Δ_i,1,Δ_i,2,Δ_i,3,Δ_i,4,Δ_i,5分別對應南北對稱、南北搭接、北南搭接、南東北西、南西北東五種相位方案下Δ_i取到的值；

車均延誤表達式為：

若

若并且

若

若

若并且

若

其中，h₀為停車狀態的車頭間距；

最大排隊長度的變量表達式為：

若

若并且

若

若

若并且

若