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(duì)長(zhǎng)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(shí)間的函數(shù)關(guān)系；根據(jù)排隊(duì)長(zhǎng)度限制條件模型和最小延誤相位差優(yōu)化方法分別對(duì)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(shí)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(shí)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(jì)的快速發(fā)展促進(jìn)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(jì)80年代我國(guó)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(shí)間，目前我國(guó)的小汽車保有量已過億。這個(gè)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(yán)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(dòng)脈，承擔(dān)了巨大的交通壓力，交通流量大、選擇路徑多、信號(hào)控制主導(dǎo)、混行現(xiàn)象嚴(yán)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(yán)重，“交通溢流”現(xiàn)象頻頻出現(xiàn)。“交通溢流”現(xiàn)象是交通供需矛盾加劇導(dǎo)致的嚴(yán)重后果，是道路交通流過飽和狀態(tài)的負(fù)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(duì)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(shí)間上是上游交叉口車輛無法在綠燈時(shí)間駛?cè)胂掠谓徊婵?，造成了綠燈時(shí)間的浪費(fèi)。這種效應(yīng)如果持續(xù)下去，會(huì)像水流一樣在道路這條管道中蔓延開來，從一個(gè)交叉口的鎖死逐漸擴(kuò)散到周圍交叉口的鎖死直至整個(gè)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(duì)于交通溢流的發(fā)生機(jī)理和控制策略研究具有非常大的現(xiàn)實(shí)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(diǎn)控、線控和面控。點(diǎn)控即單點(diǎn)信號(hào)控制，研究對(duì)象為單個(gè)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(diǎn)。通過查閱大量中英文參考文獻(xiàn)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(duì)過飽和協(xié)調(diào)路徑的文獻(xiàn)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(xiàn)幾乎沒有。
[0005]此外，通過對(duì)現(xiàn)有發(fā)明專利和技術(shù)進(jìn)行檢索發(fā)現(xiàn)，有關(guān)“路段交通溢流控制方法”的報(bào)道在國(guó)內(nèi)外還是個(gè)空白。
[0006]中國(guó)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(duì)情況，溢流發(fā)生前提前啟動(dòng)上游紅燈信號(hào)阻止車輛進(jìn)入路段，這種方法雖然創(chuàng)新性很強(qiáng)，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(jì)南市東西向主干路，早晚高峰時(shí)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(dòng)上游紅燈，會(huì)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(duì)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(bǔ)這一不足。
[0007]中國(guó)發(fā)明專利“一種飽和交通狀態(tài)下單路口信號(hào)優(yōu)化控制方法(201010510785.9) ”提出的是一種針對(duì)飽和交通流狀態(tài)下的單點(diǎn)信號(hào)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(guó)發(fā)明專利“一種基于交通干線軟封閉區(qū)視頻檢測(cè)識(shí)別實(shí)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(shí)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(duì)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(gè)技術(shù)問題是:如何在交通溢流的形成機(jī)理、識(shí)別及交通信號(hào)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(yán)重?fù)矶聠栴}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(duì)性強(qiáng)、實(shí)用價(jià)值高、模型效率高、算法簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。
[0011]為了實(shí)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(jìn)行的；
[0014]步驟(1):建立排隊(duì)長(zhǎng)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(shí)間的函數(shù)關(guān)系;
[0016]步驟(3):根據(jù)步驟(2)的排隊(duì)長(zhǎng)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(duì)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(shí)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(jìn)行的； 步驟(1):建立排隊(duì)長(zhǎng)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(shí)間的函數(shù)關(guān)系；步驟⑶:根據(jù)步驟⑵的排隊(duì)長(zhǎng)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(duì)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(shí)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(duì)長(zhǎng)度限制條件模型的具體步驟為:步驟(1-1):結(jié)合改進(jìn)的交通波模型，得出滯留排隊(duì)長(zhǎng)度1^((^)和停車排隊(duì)長(zhǎng)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(shí)間的計(jì)算公式=Ciyv =| +，其中X為過飽和交叉口的飽和度，C為信號(hào)周期時(shí)長(zhǎng)，tE為紅燈時(shí)長(zhǎng)，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(kuò)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(shí)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(jì)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(jìn)行比較，如果飽和度大于等于設(shè)定閾值就利用改進(jìn)的F-B法進(jìn)行信號(hào)配時(shí)，計(jì)算得到各交叉口的信號(hào)周期時(shí)長(zhǎng)；如果飽和度小于設(shè)定閾值就利用F-B法進(jìn)行信號(hào)配時(shí)，計(jì)算得到各交叉口的信號(hào)周期時(shí)長(zhǎng)； 步驟b):將步驟a)中得到信號(hào)周期時(shí)長(zhǎng)中的最大周期時(shí)長(zhǎng)作為公共信號(hào)周期時(shí)長(zhǎng)； 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(hào)周期時(shí)長(zhǎng)按照流量比yi重新分配綠燈時(shí)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(jì)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(jìn)口道的車流量，計(jì)算各進(jìn)口道飽和度； 步驟a-2):取進(jìn)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(jìn)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(jìn)口道的實(shí)際小時(shí)車流量和小時(shí)滯留排隊(duì)車輛數(shù)，計(jì)算得到壓縮車流量; a-33)計(jì)算總損失時(shí)間L和各相位流量比之和Y，進(jìn)而得出交叉口的最佳周期時(shí)長(zhǎng)
λ r.I I r.Cl.bL+b-.......................0 一fa-34)分配各相位的綠燈時(shí)長(zhǎng)& = (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(jìn)口道的實(shí)際小時(shí)車流量； a-43)計(jì)算總損失時(shí)間L和各相位流量比之和Y，進(jìn)而得出交叉口的最佳周期時(shí)長(zhǎng).f* ____ 1.5L+5, a-44)分配各相位的綠燈時(shí)長(zhǎng)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(hào)周期時(shí)長(zhǎng)按照流量比yi重新分配 綠燈時(shí)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(hào)控制交叉口的各個(gè)參數(shù):路段長(zhǎng)度、期望速度、信號(hào)周期和協(xié)調(diào)相位綠燈時(shí)長(zhǎng)，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(jì)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(hào)】G08G1/081GK103927892SQ201410179405
【公開日】2014年7月16日 申請(qǐng)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(qǐng)人:山東比亞科技有限公司