[发明专利]基于可变导向车道的信号配时优化方法

权利要求书

1.基于可变导向车道的信号配时优化方法，其特征在于，包含以下步骤：

1)检测器的布设；

将线圈检测器布设在距离进口道上游展宽段尾部，数量为进口直行车道、左转车道、可变导向车道上的线圈检测器的总和，用于检测各车道通过车辆数数据，由此获得进口道各转向流量交通参数；

2）计算各转向饱和度：其中q_i—i转向车流的单车道车流量，当量交通量/小时；CAP_i—i转向车流的通过能力，当量交通量/小时；

3）判断各转向的饱和度：若流量较低，处于非饱和状态，改变可变导向车道转向功能后，各转向饱和度x_i≤x_o时，其中x_o为临界饱和度，信号配时转步骤4）；随着进口道流量的增加，特别表现在某一转向相位x_i＞x_o时，信号配时的调整转步骤5）；当进口道趋于拥堵，目标进口道的各转向流量比均明显大于对向进口道各转向流量比时，以常规四相位配时方案为基础，配时优化转步骤6）；

4）对于各转向饱和度x_i≤x_o，其中x_o为临界饱和度，根据流量变化调整信号配时：

4.1）确定相位流量比变化值；

假设原有左转车道数为a条，直行车道数为b条，考虑可变车道功能发生变化后，左转车道数变为a'条，直行车道数变为b'；则各相位流量比变为：

左转相位流量比变为：

yL′=aa′yL---(1)]]>

式中：y_L——左转相位原来的流量比；

y_L'——可变导向车道功能变换后左转相位的流量比；

直行相位相应流量比变为：

yT′=bb′yT---(2)]]>

式中：y_T——直行相位原来的流量比；

y_T'——可变导向车道功能变换后直行相位的流量比；

进口道总交通流量比变为：

Y′=Y+a′-aa′yL+b′-bb′yT---(3)]]>

4.2）确定信号周期和有效绿灯时间；

根据Webster最佳周期时长公式，信号周期应当变为：

C′=1.5L+51-Y′,]]>其中L为损失时间，  （4）

可变导向车道功能变换后，左转相位有效绿灯时间变为：

gL′=(C′-L)yL′Y′---(5)]]>

可变导向车道功能变换后，直行相位有效绿灯时间变为：

gT′=(C′-L)yT′Y′---(6)]]>

5）当可变导向车道功能属性发生变化后，表现在某一转向相位过饱和，即x_i＞x_o时，其信号配时优化方法为：

5.1）计算初始配时方案

以满足车辆延误最小为目标，以经典Webster方法得到初始配时方案，信号周期和有效绿灯时间如式（4）、（5）、（6）所示；

5.2）计算车道车均延误；

采用Akcelik延误计算公式：

d=C(1-g/C)22(1-q/S)+Q0xq---(7)]]>

式中：C——信号周期；g——有效绿灯时间；q——车流量；Q₀——平均饱和排队车辆数的过渡函数，其计算公式为：

Q0=1.5(x-x1)1-xx>x10x≤x1---(8)]]>

式中：x₁——饱和度阈值，对应车道的达到饱和流量时的饱和度；当饱和度大于x₀时，出现平均饱和排队车辆数，x₁计算公式如下：

x1=0.67+ge600---(9)]]>

5.3）采用爬山法优化周期时长和相位绿信比；

5.4）建立优化模型；

以交叉口目标进口道总延误作为目标函数，总延误为目标进口道每车道的车均延误与该车道到达交通量的乘积之和：

minD′=Σidiqi---(10)]]>

s.t.20K≤C≤60KΣk=1Kgek+L=C]]>

式中：D'——目标进口道总延误；

d_i——第i车道的车均延误，单位为秒；

q_i——第i车道的车流量，单位为当量交通量/小时；

约束条件包括：①周期时长的约束，即大于各相位最小绿灯的时长之和，小于各相位最大绿灯时长之和，取最小绿灯时长为20s，最大绿灯时长为60s，因此给出公式：20K≤C≤60K，其中K为该交叉口相位数；②各相位有效绿灯时长之和与损失时间相加应等于周期时长，即：

6）当改变可变导向车道功能属性后，若目标进口道的各转向流量比均明显大于对向进口道各转向流量比，则以常规四相位配时方案为基础，确定信号配时方法为：

6.1）划分相位组；

常规四相位基础上增加一个相位：目标进口道的直行和左转，这里考虑目标进口道为由南向北方向，相位增加到5个，并重新划分为3个组合相位组：

组合相位组1：东西向直行ET、WT；

组合相位组2：东西向左转EL、WL；

组合相位组3：南北向直行NT、ST；南向北直行ST和左转SL；南北向左转NL、SL；

6.2）寻找各组合相位组的关键相位链；

相位组1中相位链为ET或WT，相位组2中为EL或WL，相位组3中为NT和SL，或NL和ST，各相位组关键相位链的流量比：

y₁＝max(y_ET,y_WT)  （11）

y₂＝max(y_EL,y_WL)  （12）

y₃＝max(y_NT+y_SL,y_NL+y_ST)  （13）

6.3）根据韦伯斯特公式计算最佳周期时长；

进口道总交通流量比：Y=Σi=13yi---(14)]]>

信号周期：C=1.5L+51-Y---(15)]]>

6.4）按等饱和度原则分配绿灯时间；

设有效绿灯时间为G，各相位组绿灯时间为g_i，则：

gi=GyiY=(C-L)yiY,i=1,2,3---(16)]]>

其中相位组3中包含3个阶段，需要对各阶段的时间继续进分配，假设y_NT+y_SL＞y_NL+y_ST，则NT和SL为关键组合相位链，其中y_SL＞y_NL，且y_ST＞y_NT，设相位组3中各转向车流有效绿灯时间为g_3j，其中j＝1,2,3,4，各转向的有效绿灯时间分别为：

北向南直行：g31=yNTyNT+ySLg3---(17)]]>

南向北直行：g32=ySTyNT+ySLg3---(18)]]>

南向北左转：g33=ySLyNT+ySLg3---(19)]]>

北向南左转：g34=yNT+ySL-ySTyNT+ySLg3---(20).]]>

2.根据权利要求1所述的基于可变导向车道的信号配时优化方法，其特征在于，步骤4.3）所述的爬山法为：

2.1）首先对周期进行调整，把周期向正方向以一定步长进行一次调整后，计算此时的延误d；

2.2）不改变周期，定步长调整绿信比，分为正向与反向调整，当向正向调整计算得到每辆车的平均延误d’较延误d减少时，说明该方向调整绿信比有效，继续调整直至最小延误值；若绿信比调整中计算值较延误值d大，说明绿信比调整方向不正确，继续反向调整，直至获得最小延误，调整过程中要对每个方案的主要进口道饱和度进行检验，当饱和度<0.9，该方案有效；

2.3）该周期获得的最小延误值与调整周期前的延误值进行对比，若延误值降低，说明周期调整方向正确，循环上述步骤2.1）、2.2）继续调整；若延误值未降低，则减小一定步长周期时间进行调整，绿信比的调整同步骤2.2）；

2.4）当无论周期增加或减少、绿信比如何调整，延误值都不再变小时，优化完毕。