[發明專利]基于信息物理系統的單交叉口信號配時方案滾動優化方法

有效

• 申請號: 202310064933.6
• 申請日: 2023-01-31
• 公開（公告）號: CN116189463B
• 公開（公告）日: 2023-09-26
• 發明（設計）人: 盧凱;陳恒宇;江書妍;樊舒穎;張小渝;林永杰;周志潔
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: G08G1/081
• 分類號: G08G1/081;G08G1/083
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 李斌

1.基于信息物理系統的單交叉口信號配時方案滾動優化方法，其特征在于，包括下述步驟：

確定交叉口CPS的結構與組成功能；

設定交叉口CPS各個進口方向的控制范圍；

計算車輛CPS駛離交叉口的理想時刻；

采集車輛CPS的實時狀態信息；

根據車輛CPS的實時狀態信息以及下一個優化周期的通行相位綠燈起止時刻，判定車輛CPS在下一個優化周期的通行狀態，具體為：

當車輛CPS?k在第i個優化周期的通行相位綠燈時間能夠清空前面的排隊車輛CPS，且能夠在第i個優化周期的通行相位綠燈結束前到達停車線，則車輛CPS?k能夠在第i個優化周期駛離交叉口，其通行狀態變量取1；當車輛CPS?k在第i個優化周期的通行相位綠燈時間不能清空前面的排隊車輛CPS，或者不能在第i個優化周期的通行相位綠燈結束前到達停車線，則車輛CPS?k不能在第i個優化周期駛離交叉口，其通行狀態變量取0，如下式：

式中，S_k(i)為車輛CPS?k在第i個優化周期的通行狀態變量；N_QVk(i)為車輛CPS?k在第i個優化周期開始時的前方排隊車輛CPS數；q_Sk為車輛CPS?k所在車道的飽和流量；t_GVk(i)為車輛CPS?k在第i個優化周期的通行相位綠燈時間；T₀(i)為第i個優化周期開始時刻；L_k(i)為車輛CPS?k在第i個優化周期開始時距離交叉口停車線的長度；v_k為車輛CPS?k的正常行駛速度；T_GVk(i)為車輛CPS?k在第i個優化周期的通行相位綠燈啟亮時刻；

根據車輛CPS在下一個優化周期的通行狀態，計算交叉口CPS的單位時間車均預計延誤，具體步驟為：

S601、根據車輛CPS通行狀態計算預計延誤，計算方法具體為：

針對車輛CPS?k的通行狀態，根據車輛CPS?k駛離交叉口的理想時刻，計算其在第i個優化周期結束時的預計延誤，如下式：

式中，t_DVk(i)為車輛CPS?k在第i個優化周期結束時的預計延誤；T_GVk(i)為車輛CPS?k在第i個優化周期的通行相位綠燈啟亮時刻；N_QVk(i)為車輛CPS?k在第i個優化周期開始時的前方排隊車輛CPS數；q_Sk為車輛CPS?k所在車道的飽和流量；T₀(i)為第i個優化周期開始時刻；T_Ik為車輛CPS?k駛離交叉口的理想時刻；S_k(i)為車輛CPS?k在第i個優化周期的通行狀態變量；C(i)為第i個優化周期的信號周期時長；

S602、根據車輛CPS的預計延誤，計算車隊CPS的車均預計延誤，計算方法具體為：

同一進口相同流向的車輛CPS構成一個車隊CPS，車隊CPS的車均預計延誤為所包含的車輛CPS預計延誤的平均值，如下式：

式中，t_DFl(i)為第i個優化周期車隊CPS?l的車均預計延誤；N_QFl(i)為第i個優化周期車隊CPS?l的車輛CPS總數；S_Vl為車隊CPS?l包含的車輛CPS集合；

S603、根據車隊CPS的車均預計延誤，計算交叉口CPS的單位時間車均預計延誤，計算方法具體為：

交叉口CPS包含多個車隊CPS，交叉口CPS的單位時間車均預計延誤為單位時間內所包含的車隊CPS車均預計延誤的加權平均值，如下式：

式中，t_DI(i)為第i個優化周期交叉口CPS的單位時間車均預計延誤；S_F(i)為第i個優化周期交叉口CPS包含的車隊CPS集合；

交叉口CPS在每一個信號相位結束時對下一個信號周期的交叉口信號配時方案進行實時滾動優化，優化交叉口CPS的信號配時方案，包括信號燈CPS信號周期時長與車隊CPS通行相位時間，具體步驟為：

S701、確定信號燈CPS信號周期時長優化范圍，方法具體如下：

交叉口CPS的各進口方向信號燈CPS的信號周期時長C(i)相同，其值為第i個優化周期所包含的所有信號相位時間之和，如下式：

式中，j為信號相位編號；m為信號相位總數；t_Pj(i)為第i個優化周期信號相位j的時間；t_GPj(i)為第i個優化周期信號相位j的綠燈時間；t_LPj(i)為第i個優化周期信號相位j的損失時間；

每個優化周期設置的信號周期時長C(i)不小于最小信號周期時長C_min，且不大于最大信號周期時長C_max，如下式：

C_min≤C(i)≤C_max

已執行的連續m個信號相位構成一個實際信號周期時長C^*，即信號燈CPS的實際信號周期時長，第n個實際周期的信號周期時長C^*(n)等于從第n個到第n+m-1個已執行的信號相位時間之和，不小于最小信號周期時長C_min，且不大于最大信號周期時長C_max，如下式：

式中，為第i個已執行的信號相位時間；

S702、確定車隊CPS通行相位時間，方法具體如下：

第i個優化周期分配給車隊CPS?l的通行相位時間t_Fl(i)大于等于其所需的最短通行時間，如下式：

t_Fl(i)＝t_GFl(i)+t_Ll(i)＝λ_l(i)·C(i)+t_Ll(i)≥t_Gminl

式中，t_GFl(i)為第i個優化周期分配給車隊CPS?l的通行相位綠燈時間；t_Ll(i)為第i個優化周期車隊CPS?l的通行相位損失時間；λ_l(i)為第i個優化周期分配給車隊CPS?l的通行相位綠信比；t_Gminl為車隊CPS?l所需的最短通行時間；

在一個優化周期內，同一個車隊CPS中所有車輛CPS對應相同的通行相位綠燈時間，等于所在車隊CPS的通行相位綠燈時間，如下式：

在一個優化周期內，車隊CPS獲得的通行相位時間等于其獲得通行權的信號相位時間之和，如下式：

式中，S_Pl為車隊CPS?l獲得通行權的信號相位集合；

S703、確定交叉口CPS的優化目標，方法具體如下：

在每次優化周期中以交叉口CPS的單位時間車均預計延誤最小為目標，如下式：

Z(i)＝min(t_DI(i))

式中，Z(i)為第i個優化周期的交叉口CPS優化目標；

根據當前運行時間判斷是否繼續進行滾動優化，若未達到設定的最大運行時間，則重新采集車輛CPS的實時狀態信息，進行下一輪滾動優化；若達到設定的最大運行時間，則結束滾動優化。