[发明专利]可不停车通过待行区的最优控制系统简化和数值模拟

说明书

只要灯头在待行区内保持以匀速＝“可达饱和流率的工程上最低车速Vb”行驶，就可不停车通过待行区的简化最优控制系统：具有最优道路渠化；有不止一个待行区最大可提前进入时间，可不大于且最接近等于“对应待行区长度与基本可达饱和流率的工程上最低车速Vb的比值”；其余皆大于该“比值”；在能滿足以上条件所有方案中，周期时间最小；并尽可能满足当前交通需求比例。绘有直观待行区流率曲线图示，可设右转弯待行区。离线建有最小周期到最优周期之间所有方案数据库，可在线快速匹配方案自适应当前流量比例需求。有数值模拟了分道加速过程。数值模拟实施例证实，关键路线上的绿信比总和达∑λ_j＝1.625。并可在更高水平上参与整个城市TC系统整体最优化协调。

技术领域：

本申请涉及交通信息工程及控制领域，特别涉及城市地面交通路网的一种可设有待行区路口的交通信号控制(Traffic Control，TC)的方法、系统和设备。

发明背景：

早在20世纪末，全世界交通拥挤就已十分严峻，急需各种缓解技术问世。

例1、冲突区域和交通流压缩。地面交通路网由地面道路的路段和平面交叉口组成。在不受横向交叉影响的路段上，交通流呈连续流状态；在平面交叉口，不同交通流i、j经过的共同区域称为冲突区域；为避免发生交通冲突，需要分时让不同交通流进入；在礼让方法难以提高通行效率时，需通过TC强制分配各交通流路权，把上游各种连续交通流自动压缩成为密度更大的断续饱和交通流(车头时距约2.0sec/pcu，相当于1800pcu/h)。

此压缩过程，源于交通流各自的自身心理：皆希望利用有限的放行机会尽早通过路口。而在路段上，各交通主体皆希望自身宽松、自由一些，行驶密度自然会逐渐舒张。

断续交通流的平均压缩比取决于2个参数之间的乘积：“下游交叉口对应交通流入口车道数与路段车道数的比值”，和“路口有效绿灯放行时间与周期时间之间的绿信比λ值”。

例2：比较基点例题和关键路口：如按照2000年以前传统4相位信号控制方案，在早期无待行区标准渠化附图1十字路口，按照传统教科书^[1]推荐的各进口“先左后直”的相位顺序和传统教科书^[2]表12.1推荐的绿灯间隔时间，取各向的黄灯A＝4sec，全红R＝3sec，则各绿灯间隔时间I_ij＝7sec；无论由怎样的TC系统设计理论得到周期C＝100sec信号控制方案：平均绿灯时间只能有18sec，尚不足周期的1/5。“黄灯禁行”时，需取绿灯损失时间l＝5.5sec，周期损失时间L＝50sec，4个关键车流绿信比总和∑λ_j＝0.50；“黄灯暂不处罚”后，可取绿灯损失时间l＝1.5sec，周期损失时间L＝34sec，4个关键车流绿信比总和仅能达到∑λ_j＝0.66。相当于一天只能有效绿灯放行达15.84小时。对于周期C＝150sec信号控制方案：平均绿灯时间也只能有34.5sec，在“黄灯暂不处罚”后，可取绿灯损失时间l＝1.5sec，周期损失时间 L＝34sec，绿信比总和也仅仅能够达到∑λ_j＝0.77，平均绿信比0.19，即使下游交叉口对应交通流入口车道数2倍于路段车道数，也相当于压缩比为0.38。效能极为低下。

注：本例取周期100(150)sec，还略为扩大了《德国指南》^[3]p.22建议的最大周期为90(120)sec。虽然扩大周期能够增加路口通行能力，但周期不能无限制地扩大。

随着经济发展，路面上车辆数量逐渐增多，路网交通流密度将逐渐增大。即使在下游信号交叉口能井然有序轮流放行，无交通事故，但如上游路段持续出现密度超过下游路口放行能力的情况，就会在下一个交叉口前形成车辆的积压和时间的延误。使该交叉口成为路网的瓶颈之一，造成交通拥挤。这种“交通流量需求大于道路供给现象”，就是交通拥堵的根源。