[發(fā)明專利]一種基于電警卡口數據的交叉口配時方案估計方法

有效

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• 申請日: 2020-09-27
• 公開（公告）號: CN112201061B
• 公開（公告）日: 2021-09-03
• 發(fā)明（設計）人: 唐克雙;姚佳蓉;吳浩
• 申請（專利權）人: 同濟大學
• 主分類號: G08G1/082
• 分類號: G08G1/082;G08G1/083
• 代理公司: 上海科盛知識產權代理有限公司 31225
• 代理人: 楊宏泰

1.一種基于電警卡口數據的交叉口配時方案估計方法，其特征在于，包括以下步驟：

1)構建交叉口配時方案估計的雙層規(guī)劃問題模型，其中，上層規(guī)劃目標為周期和相位差估計誤差最小化，下層規(guī)劃目標為周期內相位結構和各相位綠信比的估計誤差最小化；

2)基于交叉口所有受控流向所在車道的電警卡口檢測器的過車數據，獲取周期長度、相位差以及綠信比估計的約束條件，具體包括以下步驟：

21)獲取進口道i流向j車道k的車頭時距序列{h_{i，j，k，l}}，進口道i流向j車道k的車頭時距序列{h_{i，j，k，l}}的表達式為：

h_{i，j，k，l}＝p_{i，j，k，l}-p_{i，j，k，l-1}，l＞1

p_{i，j，k，l}、p_{i，j，k，l-1}∈{p_{i，j，k，l}}

其中，{p_{i，j，k，l}}為在一個TOD時段內，進口道i流向j車道k的電警過車點序列，i為進口道編號，且i＝{1，2，3，4}，分別代表東、西、南、北進口道，j為流向編號且j＝{1，2}，其中，j取值1表示直行流向，取值2表示左轉流向，k為流向j所在的車道編號，l為通過的車輛編號，p_{i，j，k，l}、p_{i，j，k，l-1}分別為進口道i流向j車道k第l和l-1輛車輛的電警過車點；

22)對車頭時距序列{h_{i，j，k，l}}內的車頭時距數值進行k-means聚類為兩類Cluster1和Cluster 2，其中，Cluster 1表示與前車的車頭時距較大的一類，Cluster 2表示車頭時距明顯小于Cluster 1的車輛，定義用于表征車輛所屬的類別標簽的二項變量s_{i，j，k，l}，其表達式為：

23)以類別標簽的二項變量s_{i，j，k，l}為上標，將電警過車點序列內的所有點分為對應Cluster 1和Cluster 2的兩個點集和分別獲取周期長度C的可行域以及相位差的取值區(qū)間，分別作為周期長度和相位差估計的約束條件，按照過車時刻的大小升序對點集中的車輛進行排列，將相鄰過車時刻的差值作為周期長度C的可能取值，綜合所有的受控流向的點集可得到周期長度的取值區(qū)間，同時結合實際工程應用中的周期上下界，取兩者交集可得到周期長度的可行域，則有：

其中，C_min，C_max為信號控制實踐中的常用閾值；

將各流向的點集的第一個數值作為相位差的初始值，當周期長度為取值區(qū)間中任一值時，相位差對應的取值區(qū)間則為點集內所有數值與相位差初始值之差除以周期長度的余數值，即為相位差的取值區(qū)間，則有：

其中，x_p為周期為C時每個周期范圍內的屬于Cluster 1的過車點的最小值，為進口道i流向j第n個周期的起點時刻，為進口道i流向j第1個周期的起點時刻，n為周期編號，Δ_i，j表示相位差；

24)根據周期長度的取值獲取綠信比的取值范圍，即綠信比估計的約束條件，則有：

t_min≤t_ij＜C

其中，t_ij為進口道i流向j的綠燈相位時長，t_min為相位最小值；

3)針對受控流向所有可能的相位組合，定義表征直行流向和左轉流向綠燈時間的啟亮順序和綠燈長度關系的啞變量，獲得相位結構的約束條件，表征直行流向和左轉流向綠燈時間的啟亮順序的啞變量μ_i以及直行流向和左轉流向綠燈長度關系的啞變量λ_i的表達式為：

其中，為進口道i第n個周期直行流向和左轉流向綠燈啟亮時刻，t_i1，t_i2分別為進口道i第n個周期直行流向和左轉流向的綠燈時長；

根據定義的啞變量，對相位結構下的相位先后關系和時長大小關系進行建模，得到相位結構約束條件，則有：

[μ_aμ_b(1+μ_a)(1+μ_b)+(1+μ_a)(1+μ_b)(1-μ_a)(1-μ_b)+μ_aμ_bλ_aλ_b(1-μ_a)(1-μ_b)(1-λ_a)(1-λ_b)](t_a1-t_b1)＝0

[μ_aμ_b(1+μ_a)(1+μ_b)+(1+μ_a)(1+μ_b)(1-μ_a)(1-μ_b)+μ_aμ_bλ_aλ_b(1-μ_a)(1-μ_b)(1-λ_a)(1-λ_b)](t_a2-t_b2)＝0

μ_aμ_bλ_aλ_b(1-μ_a)(1-μ_b)(1-λ_a)(1-λ_b)(t_a1-t_a2)＝0

μ_aμ_bλ_aλ_b(1-μ_a)(1-μ_b)(1-λ_a)(1-λ_b)(t_b1-t_b2)＝0

(1-μ_a)(1-μ_b)(1+μ_a)(1+μ_b)(t_a1-t_b1-t_a2+t_b2)＝0

μ_aμ_b(1+μ_a)(1+μ_b)(t_a2-t_b2-t_a1+t_b1)＝0

μ_b(1-μ_b)[(1+μ_a)(1-μ_a)λ_aλ_b(1+λ_a)(1+λ_b)+μ_a(1+μ_a)(1-λ_a)(1-λ_b)(1+λ_a)(1+λ_b)](t_b1-t_b2-t_a1+t_a2)＝0

μ_a(1-μ_a)[(1+μ_b)(1-μ_b)λ_aλ_b(1+λ_a)(1+λ_b)+μ_b(1+μ_b)(1-λ_a)(1-λ_b)(1+λ_a)(1+λ_b)](t_a1-t_a2-t_b1+t_b2)＝0

定義二項變量δ，用以表征東西流向相位和南北流向相位的先后關系，其表達式為：

其中，下標a，b表示一組相對的進口道，分別表示東、西、南、北四個進口道第n個周期流向j的綠燈起始時刻；

4)結合周期長度、相位差、相位結構和綠信比估計的約束條件，采用最小二乘法求解交叉口配時方案估計的雙層規(guī)劃問題，得到最終估計的配時方案；

在雙層規(guī)劃問題模型中，上層規(guī)劃目標W₁為周期和相位差估計誤差最小化，即各周期內的過車點群只有一個，下層規(guī)劃目標W₂為周期內相位結構和各相位綠信比的估計誤差最小化，即周期內過車點群的首車過車時刻減去啟動延誤后與綠燈啟亮時刻估計值的差值最小，所述的雙層規(guī)劃問題模型的具體表達式為：

t_min≤t_ij＜C

其中，card(·)表示取集合內元素個數的運算符，P^sp(x_p)表示兩個相鄰周期第一輛通過車輛的過車點之間的車輛過車點集合，D為TOD時段的時長，I為進口道下標的集合，且I＝{1，2，3，4}，J為受控流向下標的集合，且J＝{1，2}，為正整數的數學符號，d_start為綠燈相位啟亮時排隊車輛首車的啟動延誤。

2.根據權利要求1所述的一種基于電警卡口數據的交叉口配時方案估計方法，其特征在于，所述的信號控制實踐中的常用閾值C_min，C_max取值為60s和200s。