一種兩段式干線協(xié)調(diào)信號控制優(yōu)化方法
【專利摘要】一種減少機動車延誤和尾氣排放的兩段式干線協(xié)調(diào)信號控制優(yōu)化方法，適用于有(無)左轉(zhuǎn)短車道的干線協(xié)調(diào)信號控制系統(tǒng)?？紤]短車道空間設(shè)計，建立了周期時長、綠信比與短車道長度優(yōu)化模型。不考慮短車道空間設(shè)計，建立了周期時長與綠信比優(yōu)化模型。根據(jù)優(yōu)化目的，提出了以車輛總延誤或交通總排放最小化為目標的函數(shù)形式。根據(jù)前期研究，選用了HCM2000、HCM1985和ARRB三種形式的車均延誤模型?；跈C動車比功率，給出了紅、綠燈期間排放因子的標定方法。參考相關(guān)文獻，改進了相位差優(yōu)化方法。針對不同情況，提出了使用上述模型和方法的技術(shù)流程。結(jié)果表明，新方法有助于協(xié)調(diào)控制干線道路系統(tǒng)以降低車輛總延誤和交通總排放，能廣泛應(yīng)用于干線協(xié)調(diào)信號控制優(yōu)化。
【專利說明】
-種兩段式干線協(xié)調(diào)信號控制優(yōu)化方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬于智能交通控制領(lǐng)域，設(shè)及一種適用于有(無)左轉(zhuǎn)短車道的干線道路系 統(tǒng)、減少機動車延誤和尾氣排放的兩段式干線協(xié)調(diào)信號控制優(yōu)化方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前，許多城市由于機動車保有量增長而遭受交通擁堵和環(huán)境污染的困擾。降低 車輛延誤、減少交通排放是交通管理與控制領(lǐng)域近年來持續(xù)關(guān)注的熱點問題之一。
[0003] 在城市道路網(wǎng)中，經(jīng)常存在一條道路上若干個交叉口彼此之間具有很強的關(guān)聯(lián) 性，此時必須W交通群為單位進行干線道路系統(tǒng)的協(xié)調(diào)優(yōu)化。因為干線道路是城市路網(wǎng)的 主骨架，所W干線道路系統(tǒng)的運行效率對整個路網(wǎng)的服務(wù)水平起著至關(guān)重要的作用。同時， 干線道路系統(tǒng)的排放水平也對整個路網(wǎng)的空氣質(zhì)量有著關(guān)鍵影響。因此，針對干線道路系 統(tǒng)最大限度地降低車輛延誤、減少交通排放是急需解決的關(guān)鍵問題。
[0004] 近年來，國內(nèi)外相關(guān)研究成果主要集中于：
[0005] (1)采用最大綠波帶法或最小延誤法，通過調(diào)整協(xié)調(diào)相位或非協(xié)調(diào)相位的綠燈開 始或結(jié)束時刻，最大限度地減少干線道路上協(xié)調(diào)方向的車輛延誤和停車次數(shù)，其技術(shù)缺陷 在于忽略了協(xié)調(diào)方向和非協(xié)調(diào)方向的相關(guān)性；
[0006] (2)使用車載尾氣檢測技術(shù)(PEMS)獲取城市道路上的機動車排放數(shù)據(jù)，W不同行 駛工況的平均排放因子為衡量指標，尋求交通控制方案對機動車排放量的影響，其技術(shù)缺 陷在于忽略了紅綠燈期間機動車行駛工況分布特征的差異；
[0007] (3)利用交通仿真軟件或大氣擴散模型，建立考慮交通排放的信號配時優(yōu)化模型， 尋求最小化機動車排放量的信號控制方案，其技術(shù)缺陷在于所用排放因子沒有考慮交通信 號的影響；
[000引（4)上述研究忽略了短車道設(shè)置對車輛延誤和交通排放的影響。
[0009] 已有研究顯示，機動車處于不同行駛工況時其尾氣排放量差異很大，而紅綠燈期 間機動車處于各種行駛工況的分布具有明顯差異?；趩蝹€交叉口信號配時優(yōu)化的研究成 果，本發(fā)明面向有(無)左轉(zhuǎn)短車道的干線道路系統(tǒng)，W每條車道組紅綠燈期間的排放因子 為參數(shù)，提出車輛延誤或交通排放最小化的兩段式干線協(xié)調(diào)信號控制優(yōu)化方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010] 本發(fā)明提供了一種降低車輛延誤和交通排放的兩段式干線協(xié)調(diào)信號控制優(yōu)化方 法，針對相同水平的交通需求最大限度地減少干線道路系統(tǒng)的機動車延誤和尾氣排放。
[0011] 1、周期時長、綠信比與短車道長度優(yōu)化模型
[0012] 如果考慮短車道空間設(shè)計，所建立的周期時長、綠信比與短車道長度優(yōu)化模型為 (I)
[0013]
[0014] 式中：PI為干線道路系統(tǒng)性能指標;麵為交叉口n相位i的有效綠燈時間（S);巧為 交叉口 n車道組j的短車道長度(m);nn為交叉口 Tl的相位數(shù);幫為交叉口 n車道組j在相位i內(nèi) 是否有通行權(quán)的標識符，若是礙=1，否則竭=0 ; gmin為最小有效綠燈時間（S ); Cmin為最小周 期時長（S);墻為交叉口 n的獨立相位數(shù)；1為平均相位損失時間（S) ;Cmax為最大周期時長 (S) ;Cc為共用周期時長(S) :?為平均飽和車頭時距(S) ;：?為平均停車間距(m);磚為交叉口n 車道組j是否設(shè)有短車道的標識符，若是婷=L否則均=0;巧'。"為交叉口 n與n+i的共有路 段長度(m);考為交叉口Tl車道組j'是否在共有路段上的標識符，若是巧=]，否則巧=0。
[0015] 式（1)的決策變量為各交叉口的相位有效綠燈時間和短車道長度。其中，目標函數(shù) (al)表示最小化由相位有效綠燈時間和短車道長度確定的干線道路系統(tǒng)性能指標;約束條 件(bl)表示車道組有效綠燈時間不小于最低限值;約束條件(b2)表示交叉口信號周期時長 不小于最低限值、不大于最高限值;約束條件(b3)表示所有交叉口的信號周期時長都相等 (運里不考慮雙周期或半周期）；約束條件化4)表示設(shè)有短車道的車道組的有效綠燈時間不 小于該短車道上排隊車輛完全釋放所需要的時間；約束條件化5)表示相鄰交叉口共有路段 上的短車道長度之和不超過該共有路段的長度;約束條件(Cl)表示相位有效綠燈時間均為 非負數(shù);約束條件(c2)表示短車道長度均為非負數(shù)。
[0016] 2、周期時長與綠信比優(yōu)化模型
[0017] 如果不考慮短車道空間設(shè)計，所建立的周期時長與綠信比優(yōu)化模型為
[001引 （韻
[0019] 式(2)中各符號意義同式（1)，其中決策變量為各交叉口的相位有效綠燈時間，目 標函數(shù)（a2)表示最小化由相位有效綠燈時間確定的干線道路系統(tǒng)性能指標，約束條件 (bl)、（b2)、（b3)和(cl)意義同式（1)。
[0020] 3、目標函數(shù)選擇
[0021] 對于式(1)和(2)，目標函數(shù)(al)和(a2)的具體形式包括W下S種：
[0022] (:。
[0023] (4)
[0024] 巧）
[0025] 其中；
[0026] 式中：4為交叉日個數(shù);T護為交叉刖的車輛總延誤（S); 為交叉刖的車道組數(shù)； 皆為交叉口n車道組j的車均延誤（s/pcu); ST為機動車類別數(shù);0。為O類機動車的折算系 數(shù)；兮。，為交叉刖車道組j上《類機動車所占比例；扣為交叉刖車道組j的需求流率(veh/ h) ;T為分析期持續(xù)時間化）；TEn為交叉口Tl的機動車排放總量(mg) ;K為污染物種類數(shù)； 為交叉口 n車道組j上《類機動車排放污染物k的質(zhì)量(mg); ￡護巧^為交叉口 n車道組j上CO 類機動車在綠燈期間排放污染物k的因子(mg/s/veh);￡7W;<f為交叉口Tl車道組j上《類機 動車在紅燈期間排放污染物k的因子(mg/s/veh);封為交叉口Tl車道組j的有效綠燈時間 (S);巧0為交叉口n車道組j上一輛《類機動車的平均停留時間（S);崎為交叉口Tl車道組j的 進口道長度(m);巧0為交叉口n車道組j上《類機動車的平均行駛速度(m/s)。
[0027] 式(3)表示最小化所有車輛的總延誤;式(4)表示最小化所有車輛的總排放;式巧） 表示同時最小化所有車輛的總延誤和總排放。
[0028] 4、延誤公式選擇
[0029] 對于式（1)和（2)，計算每條車道組車均延誤的公式包括W下=種（省略交叉口編 號）：
[0030]
[0037]式中：山為車道組j的車均延誤（s/pcu);P門為車道組j的信號聯(lián)動修正系數(shù);為 車道組j的車隊比率;為車道組j綠燈期間車輛成隊列到達的修正系數(shù);K為信號控制類型 的延誤修正系數(shù);。為車道組j的上游調(diào)節(jié)增量延誤修正系數(shù);的為車道組j的所有上游有貢 獻車流按流量進行加權(quán)所得的飽和度;Qj為車道組j上分析期初的排隊車輛數(shù)(PCU) ;u/ J為 車道組j的延誤參數(shù);t/J為分析期內(nèi)車道組j不能滿足交通需求的時間化）；Cj為車道組j的 通行能力（pcu/h) A為車道組j的綠信比苗為車道組j的飽和度;y功車道組j的流量比； SFj為車道組j的完整車道飽和流率(pcu/h);界為車道組j是否設(shè)有短車道的標識符，若是 0j=l，否則口i=〇;SSj為車道組j的短車道飽和流率（9(311/11);以為車道組j的短車道長度 (m);gj為車道組j的有效綠燈時間（S) ;Gj為車道組j的顯示綠燈時間（S); Is為前損失時間 (s);e為后補償時間（s);q'功車道組j的標準小汽車需求流率(pcu/s);^^車道組j的當(dāng) 量飽和流率(pcu/s);XOj為平均溢出排隊近似為0時車道組j的飽和度。
[003引式(6)~(8)分別為HCM2000、HCMl 985和ARRB延誤公式。
[0039 ] 5、紅綠燈期間排放因子標定
[0040] 對于式(1)和(2)，紅綠燈期間排放因子的標定公式如下：
[0041]
巧)
[
[0043] 式中：巧炸)為時亥Ijt交叉刖車道組j上車輛巧敞污染物k的質(zhì)量(mg) ;<y:為O類 機動車的比功率位于分區(qū)丫時污染物k的排放因子(mg/s/veh); T為車輛速度和加速度的采 樣時間間隔的分辨率(S) ;iV(巧m(〇為時刻t交叉口Tl車道組j上綠燈期間駛離停車線的《類 機動車數(shù)(veh) 巧,K的為時刻t交叉口n車道組j上紅燈期間駛離停車線的CO類機動車數(shù) (veh) ; On為交叉口 Tl的絕對綠時差(S); 巧為交叉口 Tl車道組j的綠燈起亮?xí)r刻(S); G巧'為 交叉口 n車道組j的綠燈結(jié)束時刻(S);年為時刻t交叉口 n車道組j上車輛C的類別屬性； FS/足(0為時亥Ijt交叉口 Tl車道組j上車輛C的比功率化W/t); LVSP。, Y為CO類機動車比功率分 區(qū)丫的下限化W/t);UVSPu,Y為CO類機動車比功率分區(qū)丫的上限化W/t);v!^〇為時亥Ijt交叉 口n車道組j上車輛C的速度(m/s) 拘為時亥Ijt交叉口n車道組j上車輛C的加速度(m/s2); 巧為交叉口 n車道組j的道路坡度n。
[0044] 6、相位差優(yōu)化方法
[0045] 在使用式（1)獲得共用周期時長、綠信比和短車道長度的最佳組合之后，或者在使 用式(2)獲得共用周期時長和綠信比的最佳組合之后，采用下述方法優(yōu)化相位差：
[0046]
[0047]
[004引式中：為交叉口 n+i下行協(xié)調(diào)方向的車隊延誤（S);瑪U+,為交叉口 n+i上行協(xié)調(diào) 方向的車隊延誤（S) ;0n,W為下行協(xié)調(diào)方向交叉口 11+1相對于n的理想綠時差(S) ;Sn,W為交 叉口 n至葉1的停車線間距(m);Vn,w為交叉口 Tl至葉1的下行車速(m/s);0n,w為下行協(xié)調(diào)方 向交叉口葉1相對于n的實際綠時差(S)。
[0049]
，下行協(xié)調(diào)方向 車隊延誤為 的車隊延誤為
0
[0050]式中= Q - A,q+1 為交叉口 11+1下行協(xié)調(diào)方向的車隊頭車到達時刻至紅 燈結(jié)束時刻的時間間隔（S) 為交叉刖至11+1的車隊車輛數(shù)(PCU); 為交叉口 n+1下 行協(xié)調(diào)方向的飽和流率（pcu/s);^^+i為交叉口 n+i下行協(xié)調(diào)方向的標準小汽車需求流率 (pcu/s );復(fù)。d+i為交叉口葉1下行協(xié)調(diào)方向的有效綠燈時間（S );境1 = C。-馬d+l為交叉口 11+1下 行協(xié)調(diào)方向的有效紅燈時間（S)。
[0051 ] 如果 行協(xié)調(diào)方向的 ^ 協(xié)調(diào)方向的車 . 下行協(xié)調(diào)方向
[0052] 式中
I交叉口葉1下行協(xié)調(diào)方向的紅燈啟亮 時刻至車隊尾車到達時刻的時間間隔(S)。
[0053] 上行協(xié)調(diào)方向的車隊延誤巧W的計算方法與下行協(xié)調(diào)方向類似。
[0化4] 7、技術(shù)流程
[0055]如果考慮短車道空間設(shè)計，具體流程如下：（I)針對每個控制時段，使用式（1)確定 最佳的共用周期時長、綠信比與短車道長度；（II)將各時段優(yōu)化的短車道長度的最大值或 85%分位數(shù)作為短車道長度的設(shè)計值，確定短車道空間；（III)在（II)的基礎(chǔ)上，針對每個 控制時段，使用式(2)確定最佳的共用周期時長與綠信比；（IV)在(III)的基礎(chǔ)上，針對每個 控制時段，使用式(10)確定最佳的相位差。
[0056] 如果不考慮短車道空間設(shè)計，具體流程如下：（I)針對每個控制時段，使用式(2)確 定最佳的共用周期時長與綠信比；（II)在（I)的基礎(chǔ)上，針對每個控制時段，使用式（10)確 定最佳的相位差。
[0057] 如果沒有設(shè)置短車道，令短車道飽和流率為0,具體流程如下：（I)針對每個控制時 段，使用式（1)或(2)確定最佳的共用周期時長與綠信比；（II)在（I)的基礎(chǔ)上，針對每個控 制時段，使用式(10)確定最佳的相位差。
[0058] 如果目標函數(shù)使用式(4)或(5)，在使用式（1)或(2)之前，需要使用式(9)針對每條 車道組標定紅綠燈期間的排放因子。
【附圖說明】
[0059] 圖1為干線道路系統(tǒng)示意圖。
[0060] 圖2為單個交叉口車道設(shè)置示意圖。
[0061] 圖3(a)為東西向?qū)Ｓ米筠D(zhuǎn)相位設(shè)計方案示意圖。
[0062] 圖3(b)為東西向進口道直左相位設(shè)計方案示意圖。
[0063] 圖3(c)為東西向前置左轉(zhuǎn)+后置左轉(zhuǎn)相位設(shè)計方案示意圖。
[0064] 圖3(d)為東西向?qū)Ｓ米筠D(zhuǎn)+前置左轉(zhuǎn)相位設(shè)計方案示意圖。
[0065] 圖4為交叉口信號相位方案示意圖。
[0066] W圖1為例，干線道路系統(tǒng)由干線道路上的3~8個交叉口組成，各交叉口類型為= 路、四路或五路，每條道路可全部或部分為單行路。
[0067] W圖2所示四路交叉口為例，每條進口道上均渠化1條左轉(zhuǎn)短車道、1條左轉(zhuǎn)專用車 道、1條直行車道和1條直右混行車道。假定所有進口道上均不設(shè)置右轉(zhuǎn)專用信號燈，自西進 口開始，按順時針方向?qū)D2中的左轉(zhuǎn)車流分別編號為Ml，M3，M5和M7，與其沖突的直右車流 分別編號為M2，M4，M6和M8。該交叉口任意進口道，左轉(zhuǎn)短車道、左轉(zhuǎn)專用車道或直行車道可 W多于1條，也可W無左轉(zhuǎn)短車道、左轉(zhuǎn)專用車道、直行車道或直右車道，還可W存在右轉(zhuǎn)專 用車道。
[006引對任意交叉口的東西向或南北向，信號相位方案可W選擇專用左轉(zhuǎn)（圖3a)、進口 道直左（圖3b)、前置左轉(zhuǎn)+后置左轉(zhuǎn)（圖3c)或?qū)Ｓ米筠D(zhuǎn)+前置左轉(zhuǎn)（圖3d)任意一種方式，如 圖3所示（W東西向為例）。如果某一交叉口擴展為五路交叉口，其車流數(shù)可能增加，信號相 位方案可能更復(fù)雜。如果某一交叉口簡化為有單行路的情形或=路交叉口，車流數(shù)將減少， 信號相位方案可能更簡單。
[0069] 圖4為交叉口信號相位方案，東西向和南北向均采用專用左轉(zhuǎn)+前置左轉(zhuǎn)方式。實 際上，各交叉口信號相位方案應(yīng)該根據(jù)交叉口流量分布特征進行設(shè)置。
【具體實施方式】
[0070] 1、采集交通需求和機動車排放數(shù)據(jù)
[0071] 假定某干線道路系統(tǒng)包含3個交叉口，各交叉口渠化方案和信號相位方案分別如 圖2和4所示，進口道長度均為50m，每條道路的坡度均為0，交通流組成為70 %小汽車、10 % 中型車和20%公交車。表1為某時段內(nèi)各交叉口每股車流的小時流量與高峰15min流率。各 進口車道飽和流率由交通調(diào)查或?qū)嵺`經(jīng)驗確定，設(shè)定左轉(zhuǎn)車道、直行車道和直右車道的飽 和流率分別為1810、1850和181〇9。11/11。
[0072] 2、獲得參考信號配時方案
[0073] 使用表1中的交通需求數(shù)據(jù)，采用韋伯斯特方法計算協(xié)調(diào)信號控制參數(shù)。表2列出 了共用周期時長、各車道組有效綠燈時間和各交叉口相位差。
[0074] 3、標定紅綠燈期間污染物排放因子
[0075] 針對表1中的交通需求，采用表2中的參考方案，利用VISSIM軟件建立交通流仿真 模型，采集系統(tǒng)中每輛車的實時速度和加速度?？紤]C0、HC和NOxS種常見污染物，根據(jù)機動 車比功率分區(qū)參數(shù)標定各種類型車輛在紅綠燈期間的排放因子。運里仿真時間取4200s，采 樣時間間隔取Is,系統(tǒng)熱身時間取600s，從601s開始采集數(shù)據(jù)直至4200s。使用多運行模式 仿真5次來消除隨機因素影響。對于每種類型機動車，根據(jù)式(9)分別計算紅綠燈期間各種 污染物的排放因子，結(jié)果列于表3。
[0076] 表3顯示，每種污染物在綠燈期間的排放因子均高于其在紅燈期間的排放因子，運 一規(guī)律與交叉口、車道組W及機動車類型無關(guān);兩類排放因子表現(xiàn)出極強的穩(wěn)定性，其絕對 值強烈依賴于機動車類型。
[0077] 表1各交叉口每股車流的小時流量與高峰15min流率 [007引
[00791


[008引
[0089] 4、設(shè)定模型參數(shù)
[0090] 表4列出了模型優(yōu)化過程中和交通仿真實驗過程中所設(shè)及的各參數(shù)的標定值。 [0091 ]表4模型優(yōu)化和交通仿真中的參數(shù)設(shè)定
[0092]
[0093] 5、最小化機動車總排放量的時空資源分配方案
[0094] W目標函數(shù)選擇式(4)為例，基于表3中的兩類排放因子，使用式（1)獲取相位有效 綠燈時間和短車道長度的最佳組合，然后使用式（10)獲得最佳相位差。表5展示了延誤公式 分別采用HCM2000、HCM1985和ARRB所得的最佳時空資源分配方案。
[00M]表5最小化機動車總排放量的時空資源分配方案 [00961
[0097]
[0098] 6、最小化機動車總排放量的信號配時優(yōu)化方案
[0099] 根據(jù)表5,運里設(shè)定每條短車道的長度為50m。W目標函數(shù)選擇式(4)為例，基于表3 中的兩類排放因子，使用式(2)獲取最佳的相位有效綠燈時間，然后使用式(10)獲得最佳相 位差。表6展示了延誤公式分別采用HCM2000、HCM1985和ARRB所得的最優(yōu)信號配時方案。
[0100] 表6最小化機動車總排放量的信號配時方案
[0101]
【主權(quán)項】
1. 一種減少機動車延誤和尾氣排放的兩段式干線協(xié)調(diào)信號控制優(yōu)化方法，其特征在于 以下步驟： (一) 實施條件 (1) 由2個或2個以上交叉口構(gòu)成的干線道路系統(tǒng)； (2) 交叉口類型為三路、四路或五路，每條進口道上設(shè)置2條或2條以上車道； (3) 不設(shè)置控制右轉(zhuǎn)車流的獨立信號； (4) 每個交叉口設(shè)置2個或2個以上的信號相位； (二) 周期時長、綠信比與短車道長度優(yōu)化模型 對于設(shè)計短車道空間，所建立的周期時長、綠信比與短車道長度優(yōu)化模型為(1) 式中：PI為干線道路系統(tǒng)性能指標;為交叉口 η相位i的有效綠燈時間（S) 為交叉 口 η車道組j的短車道長度(m);nnS交叉口 η的相位數(shù);f為交叉口 η車道組j在相位i內(nèi)是否 有通行權(quán)的標識符，若是< =1，否則< =Lgmin為最小有效綠燈時間（s);cmin為最小周期時 長(s) 為交叉口 η的獨立相位數(shù)；1為平均相位損失時間（s) ;cmaxS最大周期時長(s) ;cc 為共用周期時長(S) 為平均飽和車頭時距（S) ;S為平均停車間距(!11);<為交叉口 Tl車道 組j是否設(shè)有短車道的標識符，若是拉=1，否則W=HfT1為交叉口 η與n+i的共有路段長 度(m); W為交叉口Tl車道組y是否在共有路段上的標識符，若是巧=1，否則W ; 式（1)的決策變量為各交叉口的相位有效綠燈時間和短車道長度;其中，目標函數(shù)(al) 表示最小化由相位有效綠燈時間和短車道長度確定的干線道路系統(tǒng)性能指標；約束條件 (bl)表示車道組有效綠燈時間不小于最低限值;約束條件(b2)表示交叉口信號周期時長不 小于最低限值、不大于最高限值;約束條件(b3)表示所有交叉口的信號周期時長都相等;約 束條件(b4)表示設(shè)有短車道的車道組的有效綠燈時間不小于該短車道上排隊車輛完全釋 放所需要的時間；約束條件(b5)表示相鄰交叉口共有路段上的短車道長度之和不超過該共 有路段的長度;約束條件(cl)表示相位有效綠燈時間均為非負數(shù);約束條件(c2)表示短車 道長度均為非負數(shù)； (三) 周期時長與綠信比優(yōu)化模型 對于不設(shè)計短車道空間，所建立的周期時長與綠信比優(yōu)化模型為(E) 式(2)中各符號意義同式（1 )，其中決策變量為各交叉口的相位有效綠燈時間，目標函 數(shù)(a2)表示最小化由相位有效綠燈時間確定的干線道路系統(tǒng)性能指標，約束條件（bl)、 (b2)、（b3)和(cl)意義同式（1); (四） 目標函數(shù)選擇 對于式（1)和(2)，目標函數(shù)(al)和(a2)的具體形式包括以下三種： 其c式中：Φ為交叉□個數(shù);TDn為交叉口 η的車輛總延誤（s) ;mn為交叉口 η的車道組數(shù)；為 交叉口 η車道組j的車均延誤(s/pcu);e7為機動車類別數(shù);仏為《類機動車的折算系數(shù); 為交叉口 η車道組j上ω類機動車所占比例;f〗為交叉口 η車道組j的需求流率(veh/h); T為 分析期持續(xù)時間(h);TEnS交叉口Tl的機動車排放總量(mg) ;K為污染物種類數(shù);為交叉 口η車道組j上ω類機動車排放污染物k的質(zhì)量(mg) 為交叉口η車道組j上ω類機動 車在綠燈期間排放污染物k的因子(mg/s/veh); 為交叉口η車道組j上ω類機動車在 紅燈期間排放污染物k的因子(mg/s/veh);屬f為交叉口 Tl車道組j的有效綠燈時間為 交叉口 η車道組j上一輛ω類機動車的平均停留時間（s );#為交叉口 I1車道組j的進口道長 度(m) ^二為交叉口η車道組j上ω類機動車的平均行駛速度(m/s); 式(3)表不最小化所有車輛的總延誤;式(4)表不最小化所有車輛的總排放;式(5)表不 同時最小化所有車輛的總延誤和總排放； (五) 延誤公式選擇 對于式(1)和(2)，計算每條車道組車均延誤的公式包括以下三種：式中：山為車道組j的車均延誤(s/pcu) ;PFj為車道組j的信號聯(lián)動修正系數(shù);V j為車道 組j的車隊比率;t為車道組j綠燈期間車輛成隊列到達的修正系數(shù);K為信號控制類型的延 誤修正系數(shù);Ij為車道組j的上游調(diào)節(jié)增量延誤修正系數(shù);心為車道組j的所有上游有貢獻車 流按流量進行加權(quán)所得的飽和度;Q j為車道組j上分析期初的排隊車輛數(shù)(pcu) 為車道 組j的延誤參數(shù);V」為分析期內(nèi)車道組j不能滿足交通需求的時間(h);Cj為車道組j的通行 能力(pcu/h) ; Aj為車道組j的綠信比；Xj為車道組j的飽和度;yj為車道組j的流量比；SFj為 車道組j的完整車道飽和流率(pcu/h);朽為車道組j是否設(shè)有短車道的標識符，若是朽=1， 否則％ =O ;SSj為車道組j的短車道飽和流率(pcu/h) ;Lj為車道組j的短車道長度(m) ;gj為 車道組j的有效綠燈時間（s) 為車道組j的顯示綠燈時間（s) ;ls為前損失時間（s) ;e為后 補償時間（s);q、為車道組j的標準小汽車需求流率(pcu/shS、為車道組j的當(dāng)量飽和流率 (pcu/s) ;XQj為平均溢出排隊近似為0時車道組j的飽和度； 式(6)~(8)分別為HCM2000、HCM1985和ARRB延誤公式； (六) 紅綠燈期間排放因子標定 對于式(1)和(2)，紅綠燈期間排放因子的標定公式如下：式中⑴為時亥葉交叉口η車道組j上車輛ζ排放污染物k的質(zhì)量(mg);<"為ω類機動 車的比功率位于分區(qū)γ時污染物k的排放因子(mg/s/veh); τ為車輛速度和加速度的采樣時 間間隔的分辨率(s); ffl(〇為時刻 t交叉口η車道組j上綠燈期間駛離停車線的ω類機動 車數(shù)（Veh);M?LW為時刻t交叉口Tl車道組j上紅燈期間駛離停車線的ω類機動車數(shù) (veh) ; On為交叉口 η的絕對綠時差（s); G57為交叉口 I1車道組j的綠燈起亮?xí)r刻（s) ; (??為 交叉口 η車道組j的綠燈結(jié)束時刻（S); ⑴為時刻t交叉口 η車道組j上車輛ζ的類別屬性； KS〇為時亥Ijt交叉口I1車道組j上車輛ζ的比功率(kw/t) ;LVSPU,Y為ω類機動車比功率分 區(qū)γ的下限(kw/t) ;UVSPU,Y為ω類機動車比功率分區(qū)γ的上限(kw/t);義(0為時刻t交叉 口 η車道組j上車輛ζ的速度(m/she^O為時刻t交叉口 η車道組j上車輛ζ的加速度(m/s2); 巧為交叉口 η車道組j的道路坡度(°); (七)相位差優(yōu)化方法 在使用式（1)獲得共用周期時長、綠信比和短車道長度的最佳組合之后，或者在使用式 (2)獲得共用周期時長和綠信比的最佳組合之后，采用下述方法優(yōu)化相位差：式中：為交叉口 n+i下行協(xié)調(diào)方向的車隊延誤（S); 為交叉口 n+i上行協(xié)調(diào)方向 的車隊延誤（s);〇n,n+1S下行協(xié)調(diào)方向交叉口 n+i相對于η的理想綠時差(s);sn,n+1S交叉口 η至n+i的停車線間距(m) ;νη,η+ι為交叉口 η至n+i的下行車速(m/s) ;〇η,η+ι為下行協(xié)調(diào)方向交 叉口n+i相對于η的實際綠時差(s);式中：= Q -0,M+1 +〇,,._為交叉口11+1下行協(xié)調(diào)方向的車隊頭車到達時刻至紅燈結(jié) 束時刻的時間間隔（s)"V^+,為交叉口 ^至妒丨的車隊車輛數(shù)(pcu);^+1S交叉口 η+1下行協(xié) 調(diào)方向的飽和流率(pcu/S);^+1為交叉口 η+1下行協(xié)調(diào)方向的標準小汽車需求流率(pcu/ s);<+1為交叉口 n+i下行協(xié)調(diào)方向的有效綠燈時間（s);<+l=C-<+1為交叉口 η+ι下行協(xié) 調(diào)方向的有效紅燈時間（S);式中：^1 = K/y+l Y+l -_^_1 - 4.1為交叉口 Π +1下行協(xié)調(diào)方向的紅燈啟亮?xí)r刻 至車隊尾車到達時刻的時間間隔（S ); 上行協(xié)調(diào)方向的車隊延誤的計算方法與下行協(xié)調(diào)方向類似； (八)技術(shù)流程 對于設(shè)計短車道空間，具體流程如下：（I)針對每個控制時段，使用式（1)確定最佳的共 用周期時長、綠信比與短車道長度；（II)將各時段優(yōu)化的短車道長度的最大值或85%分位 數(shù)作為短車道長度的設(shè)計值，確定短車道空間；（III)在(II)的基礎(chǔ)上，針對每個控制時段， 使用式(2)確定最佳的共用周期時長與綠信比；（IV)在(III)的基礎(chǔ)上，針對每個控制時段， 使用式(10)確定最佳的相位差； 對于不設(shè)計短車道空間，具體流程如下：（I)針對每個控制時段，使用式(2)確定最佳的 共用周期時長與綠信比；（II)在（I)的基礎(chǔ)上，針對每個控制時段，使用式（10)確定最佳的 相位差； 對于沒有設(shè)置短車道的情況，令短車道飽和流率為0,具體流程如下：（I)針對每個控制 時段，使用式（1)或(2)確定最佳的共用周期時長與綠信比；（II)在（I)的基礎(chǔ)上，針對每個 控制時段，使用式(10)確定最佳的相位差； 目標函數(shù)使用式(4)或(5)時，在使用式（1)或(2)之前，需要使用式(9)針對每條車道組 標定紅綠燈期間的排放因子。
【文檔編號】G08G1/081GK106023611SQ201610442701
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年6月20日
【發(fā)明人】姚榮涵, 張曉彤, 許向輝, 徐洪峰
【申請人】大連理工大學(xué)