CN111429721B - 基于排队消散时间的路***通信号方案优化方法 - Google Patents
基于排队消散时间的路***通信号方案优化方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明提供一种基于排队消散时间的路***通信号方案优化方法,基于各进口道流向的绿时需求、绿灯空放时长和排队消散时间,以排队消散时间作为增减量,调整确定各进口道流向的实际绿时需求;针对待选相序方案对每一组相序方案下相位阶段绿灯时长计算,基于周期时长确定最优方案;本发明方法,对比传统绿时需求求解方案,能够对绿时需求有效调整,确保进口道流向绿时既能满足车辆通行又不存在长时间绿时空放情况,将绿时需求值达到最优;并考虑对比待选相序方案,选取最优相序和最优配时方案,大大提高了交通信号方案配置的灵活性,可为不同控制阶段选取出最优的信号控制方案。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于排队消散时间的路***通信号方案优化方法。
背景技术
传统交通信号控制方案优化配置是由信控团队或专业交警在调度计划和控制时段配置的基础上根据交通流信息和实际交通状况优化配时。面领着日益增长的城市交通管理智能化需求,人工智能技术的发展以及电警、卡口、车检器等前端检测设备的普及为路***通信号方案智能化优化配置提供了有效支撑,针对路***通信号方案的智能化优化已有一定的研究。
中国专利申请CN201811048116.7提出一种基于路口流向需求的多目标交通信号方案优化配置方法,其通过以交通路口各流向需求为指数进行整数规划;中国专利申请CN201810439951.7提出一种以路口速度为参数,基于多目标遗传算法的路***通信号方案优化;中国专利申请CN201910920298.0提出一种基于车辆排队消散时间的单交叉口信号控制方法,通过对饱和和非饱和状态下的路口方案消散时间评估分析来优化。
综上,现阶段交通信号方案优化配置中的绿时需求主要分为两大类,一类是利用交通流量分析判定,另一类是以路口车辆速度进行分析,同时均以满***通流量为目的,未能考虑到绿灯时长空放情况;另一方面,现阶段的路***通信号方案优化未能考虑到相序方案和搭接相位情况的存在,大多数以传统四阶段相位来考虑信号优化。
上述问题是在基于排队消散时间的路***通信号方案优化方法的设计过程中应当予以考虑并解决的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于排队消散时间的路***通信号方案优化方法,以交通流量为基础,以路口排队消散时间为增减量,对各进口道流向绿灯时长需求进行调整,确保其为绿灯需求时长的最优解,解决现有技术中未能考虑到绿灯时长空放情况,且灵活性不足的问题。
本发明的技术解决方案是:
一种基于排队消散时间的路***通信号方案优化方法,基于各进口道流向的绿时需求、绿灯空放时长和排队消散时间,以排队消散时间作为增减量,调整确定各进口道流向的实际绿时需求;针对待选相序方案对每一组相序方案下相位阶段绿灯时长计算,基于周期时长确定最优方案,具体包括以下步骤:
S1、获取路口渠化信息、交通信号控制方案和实时交通流信息;
S2、将步骤S1获得的路***通信号控制方案和单位时间段的交通流信息相对应,对该单位时间段内的交通状态和交通需求进行分析,求解各进口道流向的绿时需求、绿灯空放时长和排队消散时间;
S3、对单位时间段下交通信号方案中各进口道流向的绿灯时长需求进行优化调整,确定调整后的实际绿时需求;
S4、基于步骤S1中交通信号控制方案相序信息,以及步骤S3所得调整后的实际绿时需求分别对各相序方案分析,确定不同相序方案下具体信号方案,即各相位阶段的绿灯时长;
S5、汇总步骤S4方案中得到的各相序方案下的交通信号方案,选择周期最小的方案为单位时间段内的最优方案,同时对所得单位时间段内的最优方案进行周期优化调整后,得到最终优化方案。
进一步地,步骤S1中,交通信号控制方案包括基础相位信息、相序信息、控制时段和相位方案;交通流信息包括各单位时间段内进口道方向交通流量、单位时间段内车辆排队长度以及路口饱和车头时距。
进一步地,步骤S2中,求解各进口道流向的绿时需求、绿灯空放时长和排队消散时间,具体为,
S22、将步骤S21求解的绿时需求与同单位时间段下交通信号控制方案对比,确定各单位时间段下各进口道流向的绿灯空放时间长,即:
S23、基于对应的单位时间短下信号控制方案与交通流信息,确定各进口道流向的车辆排队消散时间。
进一步地,步骤S23中,确定各进口道流向的车辆排队消散时间:tij=lij*ht其中,tij表示i进口道j方向的车辆排队消散时间,lij表示i进口道j方向的排队车辆数目,ht表示饱和车头时距。
进一步地,步骤S3中,对单位时间段下交通信号方案中各进口道流向的绿时需求进行优化调整,确定调整后的实际绿时需求,具体为,
S31、若存在绿灯空放,即绿灯空放时长Tij>0,则根据排队消散时间对绿时需求进行调整,确定实际绿时需求;否则转到步骤S32;
S32、若绿灯空放时长小于等于零,根据排队消散时间和交通信号方案阶段绿灯时长对绿灯空放时长进行修正,从而调整确定实际绿时需求;
S33、基于步骤S31和步骤S32确定调整后的实际绿时需求Gij,读取交通信号控制方案基础相位信息中设定的i进口道j流向的最小绿灯时长gijmin,比较确定调整后的实际绿时需求Gij:若Gij<gijmin,则将最小绿灯时长作为调整后确定的实际绿时需求,即Gij=gijmin,否则继续使用上述步骤计算得到的实际绿时需求。
进一步地,步骤S31中,根据排队消散时间对绿时需求进行调整,得到实际绿时需求,具体为,
S311、若Tij>0,则转到下一步骤S312;否则转到步骤S32;
S312、若tij≥gij,则使Gij=gij,并转到步骤S33;否则转到下一步骤S313;
其中,Gij表示调整后i进口道j方向实际绿时需求,α和β分别为系数并根据路***通渠化特性和路***通信号方案在[0,1]之间取值,且α<β。
进一步地,步骤S32中,调整确定实际绿时需求,具体为,
其中,α、β、δ分别为系数并根据路***通渠化特性和路***通信号方案在[0,1]之间取值,且α<β<δ。
进一步地,步骤S4中,确定各相位阶段的绿灯时长,具体为,
S41、确定待选相序是否存在搭接相位,若存在则转到下一步骤S42,否则转到步骤S43;
S42、若调整后的实际绿时需求Gij满足搭接相位实施要求,则构建方案空放最小凸规划模型,求解出绿时需求Gij所对应的控制时间段内各阶段最优绿灯时长;否则剔除搭接相位,转到下一步骤S43;
S43、基于相序各阶段流向中的实际绿时需求Gij最大值分配阶段绿时长,即:
S44、汇总步骤S42和步骤S43得到的各阶段绿灯时长确定周期总时长,即:
进一步地,步骤S5中,对所得单位时间段内的最优方案进行周期优化调整,具体为,若所得单位时间段内的最优方案的周期时长大于路***通信号方案最大周期maxC,则根据各阶段绿灯时长进行等比缩放,即:其中,为缩放后的第n套相序方案下m相位阶段绿灯时长。
本发明的有益效果是:
一、该种基于排队消散时间的路***通信号方案优化方法,以交通流量为基础,以路口排队消散时间为增减量,对各进口道流向绿时需求进行调整,确保其为绿时需求为实际需求量,进一步针对待选相序分别求解出每一组相序方案中相位阶段时长,从而选取最优方案,更具有灵活性。
二、该种基于排队消散时间的路***通信号方案优化方法,在对交通流量求解各进口道流向绿时需求的同时,以流向绿时空放时长作为判定指标,以路口排队消散时间作为增减量对绿时需求有效调整,确保进口道流向绿时既能满足车辆通行又不存在长时间绿时空放情况,将绿时需求到最优。该方法解决了现阶段根据交通流量或排队长度分析绿时需求的模式,存在仅考虑到满***通通行需求,暂缺是否空放的问题。
三、该种基于排队消散时间的路***通信号方案优化方法,基于原始配置的交通信号方案相位顺序,对每组相序方案下相位阶段绿灯时长进行求解,从中选取最优相序和最优配时方案,大大提高了交通信号方案配置的灵活性,可为不同控制阶段选取出最优的相序,解决了现阶段交通信号方案中相位相序同步优化的现状,存在的配置灵活性不足的问题。
附图说明
图1是本发明实施例基于排队消散时间的路***通信号方案优化方法的流程示意图。
图2是实施例对单位时间段下交通信号方案中各进口道流向的绿灯时长需求进行优化调整的说明示意图。
具体实施方式
下面结合附图详细说明本发明的优选实施例。
实施例
一种基于排队消散时间的路***通信号方案优化方法,基于各进口道流向的绿时需求、绿灯空放时长和排队消散时间,以排队消散时间作为增减量,调整确定各进口道流向的实际绿时需求;针对待选相序方案对每一组相序方案下相位阶段绿灯时长计算,基于周期时长确定最优方案;如图1,具体包括以下步骤,
S1.获取路口渠化信息、交通信号控制方案和实时交通流信息。
交通信号控制方案包括基础相位信息(基础相位指路口可通行的相位,包括其最小绿灯时间、最大绿灯时间、路口可接收最大周期时长)、相序信息(路口可实行的相位顺序方案,可由用户配置确定)、控制时段(信号方案调度计划和不同控制时间段的划分)、相位方案(各控制时段下的交通信号方案,包括阶段相位通行方向、各阶段绿灯时长、周期时长等)。
交通流信息包括各单位时间段内进口道方向交通流量、单位时间段内车辆排队长度以及路口饱和车头时距。
单位时间段根据用户对路口优化配时的需要选取,一般情况下选取15min,饱和车头时距基于电子警察/智能卡口设备求解的历史饱和车头时距获取或基于路***通渠化和交通状态由信控专家设定。
S2.将步骤S1获得的路***通信号控制方案和单位时间段的交通流信息相对应,对该单位时间段内的交通状态和交通需求进行分析,求解各进口道流向的绿时需求、绿灯空放时长和排队消散时间。
式中,表示i进口道j流向的绿时需求;λij表示n单位时间段下i进口道j流向的交通绿信比;C表示交通信号方案的周期时长;Qij表示i进口道j流向的交通流量;ht表示饱和车头时距;i表示进口道,以一个十字路口为例则包括东、南、西、北四个进口道;j表示流向,包括在左转、直行、右转;
S22.将步骤S21求解的绿时需求与同单位时间段下交通信号控制方案对比,确定各单位时间段下各进口道流向的绿灯空放时间长,即:
S23.基于对应的单位时间短下信号控制方案与交通流信息,确定各进口道流向的车辆排队消散时间,优选由车辆排队长度和饱和车头时距确定,即:
tij=lij*ht
式中,tij表示i进口道j方向的车辆排队消散时间;lij表示i进口道j方向的排队车辆数目;ht表示饱和车头时距。
S3.对单位时间段下交通信号方案中各进口道流向的绿时需求进行优化调整,确定各进口道流向的实际绿时需求,如图2。
S31.若存在绿灯空放,即绿灯空放时长Tij>0,则根据排队消散时间对绿灯时长需求进行调整;否则转到S32步骤;
步骤S31中,根据排队消散时间对绿灯时长需求进行调整,具体为,
S311.若Tij>0,则转到下一步骤S312;否则转到步骤S32;
S312.若tij≥gij,则使Gij=gij,并转到步骤S33;否则转到下一步骤S313;
其中,Gij表示调整后i进口道j方向绿灯时长需求,α和β系数根据路***通渠化特性和路***通信号方案在[0,1]之间取值,且α<β;一般情况下,α优选0.2,β优选0.5。
S32.若绿灯空放时长小于等于零,根据排队消散时间和交通信号方案阶段绿灯时长对绿灯空放时长进行修正,从而调整确定实际绿时需求,具体为,
其中α、β、δ系数根据路***通渠化特性和路***通信号方案在[0,1]之间取值,且α<β<δ。一般情况下,α优选0.2,β优选0.3,δ优选0.5。
S33.基于步骤S31和步骤S32确定调整后的实际绿时需求Gij,读取交通信号控制方案基础相位信息中设定的i进口道j流向的最小绿灯时长gijmin,比较确定调整后的实际绿时需求Gij:若Gij<gijmin,则将最小绿灯时长作为调整后确定的实际绿时需求,即Gij=gijmin,否则继续使用上述步骤计算得到的实际绿时需求。
S4.基于步骤S1中交通信号控制方案的相序信息(待选相序方案)以及步骤S3调整的绿时需求分别对各相序方案分析,确定不同相序方案下具体信号方案,即各相位阶段的绿灯时长。
S41、确定待选相序是否存在搭接相位,若存在则转到下一步骤S42,否则转到步骤S43;
S42、若调整后的实际绿时需求Gij满足搭接相位实施要求,则构建方案空放最小凸规划模型,求解出绿时需求Gij所对应的控制时间段内各阶段最优绿灯时长;否则剔除搭接相位,转到下一步骤S43;
具体来说:
式中,阶段1和阶段2为搭接相位,G12流向涉及到两个相位阶段(阶段1和阶段2);表示第n套相序方案下m相位阶段内的绿灯时长,其中分别表示第n套相序方案的第一阶段和第二阶段;Gij表示调整后的i进口道j流向的绿时需求;
S43、基于相序各阶段流向中的实际绿时需求Gij最大值分配阶段绿时长,即:
S44、汇总步骤S42和步骤S43得到的各阶段绿灯时长确定周期总时长,即:
S5、汇总步骤S4方案中得到的各相序方案下的交通信号方案,选择周期最小的方案为单位时间段内的最优方案,同时对所得单位时间段内的最优方案进行周期优化调整后,得到最终优化方案。
对所得单位时间段内的最优方案进行周期优化调整,具体为,若所得单位时间段内的最优方案的周期时长大于路***通信号方案最大周期maxC,则根据各阶段绿灯时长进行等比缩放,即:其中,为缩放后的第n套相序方案下m相位阶段绿灯时长。
该种基于排队消散时间的路***通信号方案优化方法,在对交通流量求解各进口道流向绿时需求的同时,以流向绿时空放时长作为判定指标,以路口排队消散时间作为增减量对绿时需求有效调整,确保进口道流向绿时既能满足车辆通行又不存在长时间绿时空放情况,将绿灯时间长达到最优。该方法解决了现阶段根据交通流量或排队长度分析绿时需求的模式,存在仅考虑到满***通通行需求暂缺是否空放的问题。
该种基于排队消散时间的路***通信号方案优化方法,基于原始配置的交通信号方案相位顺序,对每组相序方案下相位阶段绿灯时长进行求解,从中选取最优相序和最优配时方案,大大提高了交通信号方案配置的灵活性,可为不同控制阶段选取出最优的相序,解决了现阶段交通信号方案中相位相序同步优化的现状,存在的配置灵活性不足的问题。
该种基于排队消散时间的路***通信号方案优化方法,考虑到路口信号方案搭接相位的存在,对于存在搭接相位的相序方案,采用方案空放最小凸规划模型求解出最优的相位阶段绿灯时长。
实施例的一个具体示例说明如下:
某十字路口,其包含东南西北四个进口道,各进口道含有左转、直行、右转三个流向,其早高峰信号相位方案如下,周期时长为136秒。
选取某一单位时间段(15min)为案例,基于步骤S1,读取其交通流量和排队长度数据信息,基于步骤S2求解出绿时需求、绿灯空放时长和排队消散时间,具体如下表所示:
根据步骤S3调整各进口道流向绿时需求,具体如下表所示,其中无数据均为右转车辆,其交通流量较少不参与考虑。
进口道 | 方向 | 调整绿时需求(s) |
北 | 左 | 26 |
北 | 直 | 28.4 |
东 | 右 | |
东 | 左 | 27 |
东 | 直 | 41 |
南 | 右 | |
南 | 直 | 43 |
南 | 左 | 40 |
西 | 右 | |
西 | 左 | 25.9 |
西 | 直 | 43.3 |
基于S1步骤交通信号控制方案的相序信息可知路口共有两组待选相序分别为:①南北直行-南北左转-东西直行-东西左转;②南北直行-南直行/左转-南北左转-东西直行-东西左转。
分别按照步骤S4对其绿灯时长优化,其中相序②存在搭接相位,按照方案空放最小凸规划模型求解,则两组相序相位阶段绿灯时长如下:
相序①:周期时长154s
相序②:周期时长140s
因此选取相序②的信号方案,因其大于周期时长最大值136秒,则进行等比缩放,最终方案如下:
南北直行 | 南直行/左转 | 南北左转 | 东西直行 | 东西左转 |
28 | 14 | 26 | 42 | 26 |
该种基于排队消散时间的路***通信号方案优化方法,以交通流量为基础,以路口排队消散时间为增减量,对各进口道流向绿灯时长需求进行调整,确保其为绿灯需求时长的最优解,进一步针对待选相序分别求解出每一组相序方案中相位阶段时长,从而选取最优方案,更具有灵活性。
Claims (6)
1.一种基于排队消散时间的路***通信号方案优化方法,其特征在于:基于各进口道流向的绿时需求、绿灯空放时长和排队消散时间,以排队消散时间作为增减量,调整确定各进口道流向的实际绿时需求;针对待选相序方案对每一组相序方案下相位阶段绿灯时长计算,基于周期时长确定最优方案,具体包括以下步骤:
S1、获取路口渠化信息、交通信号控制方案和实时交通流信息;
S2、将步骤S1获得的路***通信号控制方案和单位时间段的交通流信息相对应,对该单位时间段内的交通状态和交通需求进行分析,求解各进口道流向的绿时需求、绿灯空放时长和排队消散时间;
S3、对单位时间段下交通信号控制方案中各进口道流向的绿时需求进行优化调整,确定调整后的实际绿时需求;具体为,
S31、若存在绿灯空放,即绿灯空放时长Tij>0,则根据排队消散时间对绿时需求进行调整,确定实际绿时需求;否则转到步骤S32;步骤S31中,根据排队消散时间对绿时需求进行调整,得到实际绿时需求,具体为,
S311、若Tij>0,则转到下一步骤S312;否则转到步骤S32;
S312、若tij≥gij,则使Gij=gij,并转到步骤S33;否则转到下一步骤S313;
其中,tij表示i进口道j流向的车辆排队消散时间,表示单位时间段下i进口道j流向的绿时需求,gij表示交通信号控制方案中i进口道j流向的绿灯时长,Gij表示调整后i进口道j流向实际绿时需求,α和β分别为系数并根据路***通渠化特性和路***通信号控制方案在[0,1]之间取值,且α<β;
S32、若绿灯空放时长小于等于零,根据排队消散时间和交通信号控制方案阶段绿灯时长对绿灯空放时长进行修正,从而调整确定实际绿时需求;具体为,
S33、基于步骤S31和步骤S32确定调整后的实际绿时需求Gij,读取交通信号控制方案基础相位信息中设定的i进口道j流向的最小绿灯时长gijmin,比较确定调整后的实际绿时需求Gij:若Gij<gijmin,则将最小绿灯时长作为调整后确定的实际绿时需求,即Gij=gijmin,否则继续使用上述步骤计算得到的实际绿时需求;
S4、基于步骤S1中交通信号控制方案相序信息,以及步骤S3所得调整后的实际绿时需求分别对各相序方案分析,确定不同相序方案下具体交通信号控制方案,即各相位阶段的绿灯时长;
S5、汇总步骤S4方案中得到的各相序方案下的交通信号控制方案,选择周期最小的方案为单位时间段内的最优方案,同时对所得单位时间段内的最优方案进行周期优化调整后,得到最终优化方案。
2.如权利要求1所述的基于排队消散时间的路***通信号方案优化方法,其特征在于:步骤S1中,交通信号控制方案包括基础相位信息、相序信息、控制时段和相位方案;交通流信息包括各单位时间段内进口道方向交通流量、单位时间段内车辆排队长度以及路口饱和车头时距。
3.如权利要求1所述的基于排队消散时间的路***通信号方案优化方法,其特征在于:步骤S2中,求解各进口道流向的绿时需求、绿灯空放时长和排队消散时间,具体为,
S22、将步骤S21求解的绿时需求与同单位时间段下交通信号控制方案对比,确定各单位时间段下各进口道流向的绿灯空放时间长,即:
S23、基于对应的单位时间段下交通信号控制方案与交通流信息,确定各进口道流向的车辆排队消散时间。
4.如权利要求1所述的基于排队消散时间的路***通信号方案优化方法,其特征在于:步骤S23中,确定各进口道流向的车辆排队消散时间:tij=lij*ht其中,tij表示i进口道j流向的车辆排队消散时间,lij表示i进口道j流向的排队车辆数目,ht表示饱和车头时距。
5.如权利要求1-4任一项所述的基于排队消散时间的路***通信号方案优化方法,其特征在于:步骤S4中,确定各相位阶段的绿灯时长,具体为,
S41、确定待选相序是否存在搭接相位,若存在则转到下一步骤S42,否则转到步骤S43;
S42、若调整后的实际绿时需求Gij满足搭接相位实施要求,则构建方案空放最小凸规划模型,求解出实际绿时需求Gij所对应的控制时间段内各阶段最优绿灯时长;否则剔除搭接相位,转到下一步骤S43;
S43、基于相序各阶段流向中的实际绿时需求Gij最大值分配阶段绿灯时长,即:
S44、汇总步骤S42和步骤S43得到的各阶段绿灯时长确定周期总时长,即:
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