[發明專利]一種應急車輛優先的跨交通子區信號協同控制方法

有效

• 申請號: 202210478987.2
• 申請日: 2022-05-05
• 公開（公告）號: CN115063988B
• 公開（公告）日: 2023-06-02
• 發明（設計）人: 唐少虎;程光;張益農;孫迪;殷瑋川;孟凡婷
• 申請（專利權）人: 北京聯合大學
• 主分類號: G08G1/087
• 分類號: G08G1/087;G08G1/08;G06F30/20;G06V10/84;G06F111/06
• 代理公司: 北京德崇智捷知識產權代理有限公司 11467
• 代理人: 黃雪

1.一種應急車輛優先的跨交通子區信號協同控制方法，其特征在于，該方法包括如下步驟：

步驟一：首先采集上下游交叉口信號運行狀態、應急車輛行駛車速、應急車輛與下游交叉口距離、社會車輛排隊長度、上下游交叉口拓撲數據，利用交通波、車路協同理論分析應急車輛在應急路徑上的通行時空演化規律；

步驟二：綜合考慮交叉口信號配時參數可調區間、各相位飽和度協調目標、應急協調相位排隊清空時間約束條件，以協調相位綠燈起始時間、綠燈時長以及可變相位差為優化變量，設計協調相位應急車輛優先的動態規劃狀態轉移方程，建立交叉口協調相位應急車輛不停車通行以及路口社會車輛延誤時間最小化的多目標函數，結合多態融合的道路交通流動力學模型和應急交通優先的交通協調策略，構建基于馬爾科夫的應急車輛優先的分布式協同控制模型，形成面向應急車輛優先通行的應急路徑交通協調控制方法；

應急車輛優先通行的應急路徑交通協調控制方法如下：

①建立交叉口協調相位應急車輛(隊)不停車通行以及路口社會車輛延誤時間最小化的多目標函數：

PI＝∑(D_應急+minD_社會)

式中，D_應急為應急車輛延誤時間，D_社會為社會車輛延誤時間；

②構建相鄰交叉口應急車輛優先的分布式協同控制模型：

式中，J_s為協同目標，為交叉口輸入相位，k_lj為交叉口輸入相位車道數，C_cap為通行能力，p_lj(t)為相鄰交叉口輸出相位，h_lj為相鄰交叉口輸出相位車道數，m為相鄰交叉口輸入相位數量，c為相鄰交叉口輸出相位數量。N_j(t)為路段j在時間t內的車輛數；Q_{j_in}(t)為路段j在時間t內的輸入車輛數；Q_{j_out}(t)為路段j在時間t內的輸出車輛數；α為交通流從上游路段到下游路段的轉向比例；η_i為路段i上交通流的消散比例，η_i＝Q_{j_out}(t)/N_j(t)，和分別為路段j的上游路段集合以及下游路段集合。

③交叉口控制模型：

式中，p_lj為交叉口協調相位，為協調相位控制目標，f(t)為輸入相位有效綠燈時間，y(t)為非輸入相位有效綠燈時間，為路段長度，為路段剩余空間，u為判斷交叉口是否進行信號優化的剩余路段空間閾值，大于閾值則對非輸入相位進行控制信號優化，o為相鄰交叉口的相位差，L為路段長度，N為車輛數，λ為路段車輛數比例系數，A為路段占有率閾值，x為路段空間占有率，v為路段平均速度；

步驟三：綜合道路交通信號控制涉及數據采集、通信傳輸、計算分析以及現場控制的循環邏輯關系，設計關聯交通子區分層遞階協調控制技術與應急車輛優先分布式協同控制方法綜合應用的閉環控制結構，考慮關聯子區社會車流綠波帶寬相關約束，確定應急車輛優先優化變量可執行空間，閉環整體控制結構中，協調級根據交叉口道路交通流狀態、配時參數，確定關聯子區各交叉口公共周期、相位差，并將其傳遞至控制級；控制級中，一方面各交叉口根據公共周期、相位差、道路交通流狀態，進行初步的綠信比配時優化；另一方面，在初步配時優化結果基礎上，考慮關聯子區社會車流協調綠波帶寬約束條件，確定各交叉口應急車輛優先控制變量的可執行空間，繼而采用優先通行的應急路徑交通協調控制方法，確定各交叉口應急車輛優先的信號配時參數，并將其反饋至協調級；

步驟四：綜合上述過程，利用智能算法進行模型求解的運算分析，通過迭代計算直到結果收斂，進而可獲得跨交通子區的信號協同控制方案。