一種交通溢流協(xié)調(diào)控制優(yōu)化模型的建立方法及其工作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種交通溢流協(xié)調(diào)控制優(yōu)化模型的建立方法及其工作方法；所述建立方法包括如下步驟：建立排隊長度限制條件模型，得出能避免交通溢流發(fā)生的相位差范圍；建立基于最小延誤的相位差優(yōu)化方法，得出相位差與延誤時間的函數(shù)關(guān)系；根據(jù)排隊長度限制條件模型和最小延誤相位差優(yōu)化方法分別對相位差的不同約束，兩者相結(jié)合取交集中的最小值即得到既能避免溢流發(fā)生又使車輛延誤時間最小的交通溢流協(xié)調(diào)控制優(yōu)化模型。本發(fā)明的有益效果：有效避免城市主干路早晚高峰時段“交通溢流”現(xiàn)象的發(fā)生。
【專利說明】一種交通溢流協(xié)調(diào)控制優(yōu)化模型的建立方法及其工作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種交通溢流協(xié)調(diào)控制優(yōu)化模型的建立方法及其工作方法。
【背景技術(shù)】
[0002]經(jīng)濟的快速發(fā)展促進了城市現(xiàn)代化的步伐，使人們的出行方式變得更加多樣化、快捷化。自上世紀80年代我國開始出現(xiàn)私人汽車，截止2003年小汽車保有量突破千萬輛，而突破兩千萬輛僅僅用了三年時間，目前我國的小汽車保有量已過億。這個龐大的數(shù)字，不單純的意味著人們出行更加便捷了，隨之衍生出的很多問題諸如交通擁堵、事故多發(fā)、環(huán)境污染、噪聲加劇等，已經(jīng)使人們的生活質(zhì)量嚴重下降。
[0003]城市主干路作為城市道路網(wǎng)的骨架和城市交通的大動脈，承擔(dān)了巨大的交通壓力，交通流量大、選擇路徑多、信號控制主導(dǎo)、混行現(xiàn)象嚴重等，這都導(dǎo)致了主干路更加容易發(fā)生交通擁堵。而近年來，擁堵程度愈發(fā)嚴重，“交通溢流”現(xiàn)象頻頻出現(xiàn)?！敖煌ㄒ缌鳌爆F(xiàn)象是交通供需矛盾加劇導(dǎo)致的嚴重后果，是道路交通流過飽和狀態(tài)的負面效應(yīng)在空間維度的表現(xiàn)，表現(xiàn)在空間上是下游交叉口產(chǎn)生的排隊占用了下游交叉口到上游交叉口所有的道路空間，表現(xiàn)在時間上是上游交叉口車輛無法在綠燈時間駛?cè)胂掠谓徊婵冢斐闪司G燈時間的浪費。這種效應(yīng)如果持續(xù)下去，會像水流一樣在道路這條管道中蔓延開來，從一個交叉口的鎖死逐漸擴散到周圍交叉口的鎖死直至整個交通路網(wǎng)的癱瘓，這種后果是極其惡劣也是我們最不愿看到的。因此，對于交通溢流的發(fā)生機理和控制策略研究具有非常大的現(xiàn)實意義。
[0004]交通控制方法有很多，根據(jù)控制范圍不同又可分為點控、線控和面控。點控即單點信號控制，研究對象為單個交叉口，但隨著城市主干路道路交通流量的加大，線控即干路協(xié)調(diào)控制已成為專家學(xué)者的研究熱點。通過查閱大量中英文參考文獻發(fā)現(xiàn)，協(xié)調(diào)控制方法的研究主要集中在未飽和協(xié)調(diào)路徑的控制方法建模上，而針對過飽和協(xié)調(diào)路徑的文獻很少，交通溢流作為一種特殊的過飽和形態(tài)，這方面的文獻幾乎沒有。
[0005]此外，通過對現(xiàn)有發(fā)明專利和技術(shù)進行檢索發(fā)現(xiàn)，有關(guān)“路段交通溢流控制方法”的報道在國內(nèi)外還是個空白。
[0006]中國發(fā)明專利“基于視頻反饋的交通溢流控制方法(201210062524.4) ”通過視頻信息反饋路段車輛排隊情況，溢流發(fā)生前提前啟動上游紅燈信號阻止車輛進入路段，這種方法雖然創(chuàng)新性很強，但只適用于局部交叉口飽和度較高或某一路段易發(fā)生交通溢流的情況，像濟南市東西向主干路，早晚高峰時段很多相鄰的交叉口飽和度都很高，如果單純?yōu)榱吮苊饽陈范伟l(fā)生交通溢流而提前啟動上游紅燈，會打破主干路的協(xié)調(diào)控制規(guī)律，導(dǎo)致上游交叉口排隊車輛增多，從而繼續(xù)往上游傳播發(fā)生交通溢流，而本專利通過優(yōu)化各相鄰交叉口間的相位差來避免溢流發(fā)生可彌補這一不足。
[0007]中國發(fā)明專利“一種飽和交通狀態(tài)下單路口信號優(yōu)化控制方法(201010510785.9) ”提出的是一種針對飽和交通流狀態(tài)下的單點信號控制方法，而本專利提出的是一種協(xié)調(diào)控制方法。[0008]中國發(fā)明專利“一種基于交通干線軟封閉區(qū)視頻檢測識別實現(xiàn)綠波帶通行控制的研究(201310047477.0) ”提出了一種新穎的方法實現(xiàn)協(xié)調(diào)控制路徑上的綠波帶通行控制，綠波協(xié)調(diào)控制作為研究最廣泛的傳統(tǒng)協(xié)調(diào)控制方法，適應(yīng)于飽和度較低的協(xié)調(diào)路徑，而本專利針對的是飽和度較高的協(xié)調(diào)路徑。
[0009]總而言之，目前需要本領(lǐng)域技術(shù)人員迫切解決的一個技術(shù)問題是:如何在交通溢流的形成機理、識別及交通信號的協(xié)調(diào)控制策略方面形成一套較為完善的理論指導(dǎo)體系，為從根本上解決交通溢流現(xiàn)象引起的嚴重擁堵問題提供理論依據(jù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]本發(fā)明的目的就是為了解決上述問題，提供一種交通溢流協(xié)調(diào)控制優(yōu)化模型的建立方法及其工作方法，它具有針對性強、實用價值高、模型效率高、算法簡單等優(yōu)點。
[0011]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
[0012]一種交通溢流協(xié)調(diào)控制優(yōu)化模型的建立方法，包括如下步驟:
[0013]步驟⑴和步驟⑵是并列進行的；
[0014]步驟(1):建立排隊長度限制條件模型，得出能避免交通溢流發(fā)生的相位差范圍；
[0015]步驟(2):建立基于最小延誤的相位差優(yōu)化方法，得出相位差與延誤時間的函數(shù)關(guān)系;
[0016]步驟(3):根據(jù)步驟(2)的排隊長度限制條件模型和步驟(3)的最小延誤相位差優(yōu)化方法分別對相位差的不同約束，兩者相結(jié)合取交集中的最小值即得到既能避免溢流發(fā)生又使車輛延誤時間最小的交通溢流協(xié)調(diào)控制優(yōu)化模型，如下:
[0017]
【權(quán)利要求】
1.一種交通溢流協(xié)調(diào)控制優(yōu)化模型的建立方法，其特征是，包括如下步驟: 步驟(1)和步驟(2)是并列進行的； 步驟(1):建立排隊長度限制條件模型，得出能避免交通溢流發(fā)生的相位差范圍； 步驟(2):建立基于最小延誤的相位差優(yōu)化方法，得出相位差與延誤時間的函數(shù)關(guān)系；步驟⑶:根據(jù)步驟⑵的排隊長度限制條件模型和步驟⑶的最小延誤相位差優(yōu)化方法分別對相位差的不同約束，兩者相結(jié)合取交集中的最小值即得到既能避免溢流發(fā)生又使車輛延誤時間最小的交通溢流協(xié)調(diào)控制優(yōu)化模型。
2.如權(quán)利要求1所述的一種交通溢流協(xié)調(diào)控制優(yōu)化模型的建立方法，其特征是，所述步驟(3)的交通溢流協(xié)調(diào)控制優(yōu)化模型如下:
3.如權(quán)利要求1所述的一種交通溢流協(xié)調(diào)控制優(yōu)化模型的建立方法，其特征是，所述步驟(1)的建立排隊長度限制條件模型的具體步驟為:步驟(1-1):結(jié)合改進的交通波模型，得出滯留排隊長度1^((^)和停車排隊長度
4.如權(quán)利要求1所述的一種交通溢流協(xié)調(diào)控制優(yōu)化模型的建立方法，其特征是，所述步驟(2)的基于最小延誤的相位差優(yōu)化方法的具體步驟為:步驟(2-1):在定數(shù)理論的基礎(chǔ)上，分析過飽和交叉口的停車延誤情況，得出延誤時間的計算公式=Ciyv =| +，其中X為過飽和交叉口的飽和度，C為信號周期時長，tE為紅燈時長，H1為交叉口從未飽和狀態(tài)到飽和狀態(tài)所持續(xù)的周期數(shù)； 步驟(2-2):從過飽和交叉口擴展到兩相鄰交叉口組成的過飽和協(xié)調(diào)路徑，并給出相位差與延誤時間的函數(shù)關(guān)系
5.如權(quán)利要求1所述的一種交通溢流協(xié)調(diào)控制優(yōu)化模型的建立方法所建立的交通溢流協(xié)調(diào)控制優(yōu)化模型的工作方法，其特征是，包括如下步驟: 步驟a):計算協(xié)調(diào)路徑上各交叉口的飽和度，將飽和度與設(shè)定閾值進行比較，如果飽和度大于等于設(shè)定閾值就利用改進的F-B法進行信號配時，計算得到各交叉口的信號周期時長；如果飽和度小于設(shè)定閾值就利用F-B法進行信號配時，計算得到各交叉口的信號周期時長； 步驟b):將步驟a)中得到信號周期時長中的最大周期時長作為公共信號周期時長； 步驟c):將協(xié)調(diào)路徑上的所有交叉口利用步驟b)的公共信號周期時長按照流量比yi重新分配綠燈時間，其中i相位的流量比
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征是，所述步驟a)的計算協(xié)調(diào)路徑上各交叉口的飽和度步驟為: 步驟a-Ι):采集交叉口各進口道的車流量，計算各進口道飽和度； 步驟a-2):取進口道飽和度最大者作為該交叉口的飽和度。
7.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征是，所述步驟a)的改進的F-B法的步驟為: a-31)確定交叉口的相位和相序；a-32)采集各進口道的實際小時車流量和小時滯留排隊車輛數(shù)，計算得到壓縮車流量; a-33)計算總損失時間L和各相位流量比之和Y，進而得出交叉口的最佳周期時長
λ r.I I r.Cl.bL+b-.......................0 一fa-34)分配各相位的綠燈時長& = (C0其中Yi為i相位的流量比，Y為各相位的流量比之和。
8.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征是，所述步驟a)的F-B法的步驟為: a-41)確定交叉口的相位和相序； a-42)調(diào)查各進口道的實際小時車流量； a-43)計算總損失時間L和各相位流量比之和Y，進而得出交叉口的最佳周期時長.f* ____ 1.5L+5, a-44)分配各相位的綠燈時長gi = (C0 - L).|，其中Yi為i相位的流量比，Y為各相位的流量比之和。
9.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征是，所述步驟c)的步驟為: 將協(xié)調(diào)路徑上的所有交叉口利用步驟b)的公共信號周期時長按照流量比yi重新分配 綠燈時間，其中i相位的流量比
10.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征是，所述步驟d)的步驟為: 步驟d-1):將兩相鄰信號控制交叉口的各個參數(shù):路段長度、期望速度、信號周期和協(xié)調(diào)相位綠燈時長，輸入交通溢流協(xié)調(diào)控制優(yōu)化模型； 步驟d-2):通過數(shù)值計算得出兩相鄰交叉口的最優(yōu)相位差值； 步驟d-3):依 此類推，直至得到協(xié)調(diào)路徑上所有兩相鄰交叉口的相位差值。
【文檔編號】G08G1/081GK103927892SQ201410179405
【公開日】2014年7月16日 申請日期:2014年4月29日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月29日
【發(fā)明者】張傳俊, 石群, 孫興偉, 蘭春福 申請人:山東比亞科技有限公司