相位差兩級優(yōu)化線控系統(tǒng)及方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種相位差兩級優(yōu)化線控系統(tǒng)及方法，其中系統(tǒng)包括：復數(shù)個終端信號控制器，所述終端信號控制器設置于各路口并與信號機通信連接，用于采集并反饋各路口的實時信息以及信號機的控制；一中心系統(tǒng)預測模塊，與所述終端信號控制器通信連接，用于接收所述終端信號控制器反饋的實時信息，并根據(jù)所述實時信息生成預測數(shù)據(jù)；一區(qū)域控制系統(tǒng)優(yōu)化模塊，與所述中心系統(tǒng)預測模塊和所述復數(shù)個終端信號控制器通信連接，接收所述中心系統(tǒng)預測模塊的預測數(shù)據(jù)生成優(yōu)化參數(shù)并將所述優(yōu)化參數(shù)發(fā)送給各所述終端信號控制器。由于采用了本發(fā)明的一種相位差兩級優(yōu)化線控系統(tǒng)，具有貼合實際、準確度高、操作便捷、設備簡單、成本低廉、優(yōu)化程度高的優(yōu)點。
【專利說明】相位差兩級優(yōu)化線控系統(tǒng)及方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及公路運輸大類中的交通工程與交通管理分支下的交通控制領域，尤其涉及一種相位差兩級優(yōu)化線控系統(tǒng)及方法。
【背景技術】
[0002]道路交通信號控制(紅綠燈控制)是保證道路交通安全和暢通的重要技術手段，信號周期(Cycle)、綠信比(Split)和相位差(Offset)是協(xié)調控制交通信號的三個基本配時參數(shù)。合理的信號周期長度和綠信比是減少單路口綠燈損失時間和停車延誤的關鍵因素，而相位差控制是實現(xiàn)多路口之間協(xié)調控制、減少停車次數(shù)和停車延誤的最重要的控制參數(shù)。
[0003]相位差也稱綠燈起步時距，是指相鄰兩個路口放行綠燈的時間差(單位:秒)，良好的相位差配置可使車輛不要停車連續(xù)通過多個路口，減少停車次數(shù)、停車延誤和降低能源消耗，這也是交通信號協(xié)調控制的系統(tǒng)目標。
[0004]在實際應用中，一般把相鄰的一組路口劃分成一個子區(qū)，并指定其中一個路口為關鍵路口，以子區(qū)為單位進行相位差優(yōu)化和調整，關鍵路口的綠燈開始時間作為子區(qū)中其他路口同步信號，關鍵路口的相位差定義為0，子區(qū)中其他路口綠燈開始時間相對于關鍵路口的時間差(單位:秒)定義為該路口的相位差數(shù)值。
[0005]現(xiàn)有技術中的線控系統(tǒng)及方法，主要存在以下一些不足之處:
[0006]1、對于到達交叉口的交通流描述過于理想化，和實際車流特性比較有較大的差別，應用在實際工程應用中，計算誤差較大。
[0007]2、部分研究忽略了排隊長度的計算或把排隊長度設置為一個固定值，行程時間部分計算不是很準確，因此在相位差的計算中，和實際的應用有較大的差別。
[0008]3、部分研究的交通流模型選擇在不同算法中標定不準確，有些選擇連續(xù)車隊進行描述，有些選擇固定車隊進行描述。
[0009]4、部分參數(shù)在實際工程應用中無法采集，或者采集設備的鋪設成本過高、投資過大，難以在實際工作中開展，只能靠假設。
[0010]5、算法過于復雜，沒有考慮到區(qū)控服務器的運算能力，實時獲得計算數(shù)據(jù)比較困難，系統(tǒng)中包含的子區(qū)越多，獲得計算結果越慢。
[0011]6、針對單個路口的優(yōu)化研究內容很多，但針對于整個路網的系統(tǒng)優(yōu)化的研究較少，因此得不到系統(tǒng)內部各個子區(qū)的最優(yōu)解。

【發(fā)明內容】

[0012]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術的缺陷，而提供一種相位差兩級優(yōu)化線控系統(tǒng)及方法，具有貼合實際、準確度高、操作便捷、設備簡單、成本低廉、優(yōu)化程度高的優(yōu)點。
[0013]本發(fā)明所解決的技術問題采用以下技術方案來實現(xiàn):
[0014]本發(fā)明的一種相位差兩級優(yōu)化線控系統(tǒng)，包括:[0015]復數(shù)個終端信號控制器，所述終端信號控制器設置于各路口并與信號機通信連接，用于采集并反饋各路口的實時信息以及信號機的控制；
[0016]一中心系統(tǒng)預測模塊，與所述終端信號控制器通信連接，用于接收所述終端信號控制器反饋的實時信息，并根據(jù)所述實時信息生成預測數(shù)據(jù)；
[0017]一區(qū)域控制系統(tǒng)優(yōu)化模塊，與所述中心系統(tǒng)預測模塊和所述復數(shù)個終端信號控制器通信連接，接收所述中心系統(tǒng)預測模塊的預測數(shù)據(jù)生成優(yōu)化參數(shù)并將所述優(yōu)化參數(shù)發(fā)送給各所述終端信號控制器。
[0018]本發(fā)明的進一步改進在于，所述終端信號控制器包括埋設于當前路口的檢測器。
[0019]本發(fā)明的進一步改進在于，所述實時信息包括當前周期的路段流量數(shù)據(jù)和綠燈利用率數(shù)據(jù)。
[0020]本發(fā)明的一種相位差兩級優(yōu)化線控方法，包括步驟:
[0021]將所需控制的協(xié)調線路劃分為復數(shù)個子區(qū)，每一所述子區(qū)包括相鄰的至少兩路口，選取所述子區(qū)中的一路口作為關鍵路口，將所述子區(qū)內除所述關鍵路口外的其他路口作為協(xié)調路口 ；將所述關鍵路口協(xié)調方向的直行相位作為關鍵相位；并將所述協(xié)調路口的協(xié)調方向的直行相位作為協(xié)調相位；
[0022]在每一所述路口設置終端信號控制器，并通過終端信號控制器采集所述路口的流量數(shù)據(jù)和綠燈利用率數(shù)據(jù)；所述中心系統(tǒng)預測模塊根據(jù)所述流量數(shù)據(jù)計算獲得所述預測數(shù)據(jù)；
[0023]建立一交通延誤模型；
[0024]所述區(qū)域控制系統(tǒng)優(yōu)化模塊將所述預測數(shù)據(jù)代入所述交通延誤模型，并利用所述交通延誤模型計算獲得優(yōu)化參數(shù)；所述優(yōu)化參數(shù)包括各協(xié)調相位相對于關鍵相位的最優(yōu)相位差，所述最優(yōu)相位差為各所述路口間的雙向總延誤取最小值時當前協(xié)調相位相對于關鍵相位的相位差值；將所述優(yōu)化參數(shù)分別傳送給對應的所述終端信號控制器。
[0025]本發(fā)明的進一步改進在于，所述交通延誤模型為:
[0026]將協(xié)調方向的一第一方向作為下行方向；將協(xié)調方向一第二方向作為上行方向；按照所述下行方向依次標示所述子區(qū)的路口，將按下行方向的所述子區(qū)的第一個路口至倒數(shù)第二個路口中任一個路口標示為路口 i，l < i <子區(qū)路口總數(shù)-1 ;標示路口 i沿所述下行方向的下一個路口為路口 i+Ι ；
[0027]所述子區(qū)的各所述路口間的雙向總延誤的公式為:
[0028]
【權利要求】
1.一種相位差兩級優(yōu)化線控系統(tǒng)，其特征在于，包括: 復數(shù)個終端信號控制器，所述終端信號控制器設置于各路口并與信號機通信連接，用于采集并反饋各路口的實時信息以及信號機的控制； 一中心系統(tǒng)預測模塊，與所述終端信號控制器通信連接，用于接收所述終端信號控制器反饋的實時信息，并根據(jù)所述實時信息生成預測數(shù)據(jù)； 一區(qū)域控制系統(tǒng)優(yōu)化模塊，與所述中心系統(tǒng)預測模塊和所述復數(shù)個終端信號控制器通信連接，接收所述中心系統(tǒng)預測模塊的預測數(shù)據(jù)生成優(yōu)化參數(shù)并將所述優(yōu)化參數(shù)發(fā)送給各所述終端信號控制器。
2.根據(jù)權利要求1所述的相位差兩級優(yōu)化線控系統(tǒng)，其特征在于，所述終端信號控制器包括埋設于當前路口的檢測器。
3.根據(jù)權利要求2所述的相位差兩級優(yōu)化線控系統(tǒng)，其特征在于，所述實時信息包括當前周期的路段流量數(shù)據(jù)和綠燈利用率數(shù)據(jù)。
4.基于權利要求3所述的相位差兩級優(yōu)化線控系統(tǒng)的一種相位差兩級優(yōu)化線控方法，其特征在于，包括步驟: 將所需控制的協(xié)調線路劃分為復數(shù)個子區(qū)，每一所述子區(qū)包括相鄰的至少兩路口，選取所述子區(qū)中的一路口作為關鍵路口，將所述子區(qū)內除所述關鍵路口外的其他路口作為協(xié)調路口 ；將所述關鍵路口協(xié)調方向的直行相位作為關鍵相位；并將所述協(xié)調路口的協(xié)調方向的直行相位作為協(xié)調相位； 在每一所述路口設置終端信號控制器，并通過終端信號控制器采集所述路口的流量數(shù)據(jù)和綠燈利用率數(shù)據(jù)；所述中心系統(tǒng)預測模塊根據(jù)所述流量數(shù)據(jù)計算獲得所述預測數(shù)據(jù)；` 建立一交通延誤模型； 所述區(qū)域控制系統(tǒng)優(yōu)化模塊將所述預測數(shù)據(jù)代入所述交通延誤模型，并利用所述交通延誤模型計算獲得優(yōu)化參數(shù)；所述優(yōu)化參數(shù)包括各協(xié)調相位相對于關鍵相位的最優(yōu)相位差，所述最優(yōu)相位差為各所述路口間的雙向總延誤取最小值時當前協(xié)調相位相對于關鍵相位的相位差值；將所述優(yōu)化參數(shù)分別傳送給對應的所述終端信號控制器。
5.根據(jù)權利要求4所述的相位差兩級優(yōu)化線控方法，其特征在于，所述交通延誤模型為: 將協(xié)調方向的一第一方向作為下行方向；將協(xié)調方向一第二方向作為上行方向；按照所述下行方向依次標示所述子區(qū)的路口，將按下行方向的所述子區(qū)的第一個路口至倒數(shù)第二個路口中任一個路口標示為路口 i，l < i <子區(qū)路口總數(shù)-1 ;標示路口 i沿所述下行方向的下一個路口為路口 i+Ι ; 所述子區(qū)的各所述路口間的雙向總延誤的公式為:


+(I? 爲? 厲Ii?l.)
6.根據(jù)權利要求5所述的相位差兩級優(yōu)化線控方法，其特征在于， 所述路口 i至路口 i+Ι間的車隊頭部受阻延誤d卜i+1的公式為:
7.根據(jù)權利要求6所述的相位差兩級優(yōu)化線控方法，其特征在于，所述路口i至路口i+Ι間路段的平均速度V卜i+1和路口 i+Ι至路口 i間路段的平均速度Vi+1y通過一路段均速公式獲得，所述路段均速公式為: 單車道時:
8.根據(jù)權利要求7所述的相位差兩級優(yōu)化線控方法，其特征在于， 所述路口 i+1處下行方向的車輛排隊長度Si+1和路口 i處上行方向的車輛排隊長度Si采用通過一排隊長度公式計算獲得的當前路口排隊車輛數(shù)N,或采用所述檢測器測量到的排隊長度N測；當Nq〈 N測時，米用Ntl ;當Ntl≥ N測時，米用N測； 所述排隊長度公式為:Nq = qt a kq/ (k_-kq)； 其中Nq為當前路口排隊車輛數(shù)^為當前路口的車輛流量Atgs為當前路段堵塞密度，通過人工設置獲得；kq為當前路段密度，kq = q/v, V為當前路段均速。
9.根據(jù)權利要求8所述的相位差兩級優(yōu)化線控方法，其特征在于，所述當前路口的車輛流量q根據(jù)所述終端信號控制器采集的前三個周期的實際流量數(shù)據(jù)q1、q2、q3和一路段流量公式計算獲得， 如q1、q2、Q3按照時間從小到大排列，則所述路段流量公式為:
【文檔編號】G08G1/082GK103778793SQ201410073686
【公開日】2014年5月7日 申請日期:2014年3月3日 優(yōu)先權日:2014年3月3日
【發(fā)明者】汪志濤, 張子力 申請人:上海駿碼交通科技有限公司