[发明专利]一种面向单行交通网络的公共信号周期设计方法

权利要求书

1.一种面向单行交通网络的公共信号周期设计方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、对单行交通网络各交叉口进行编号；

S2、获取协调设计需要的基础数据；

S3、确定单行交通网络中各个环的类型，将由单行交通网络中网孔路段所组成的环称为最小环，将由单行交通网络中最外侧道路所组成的环称为最大环，将车辆能够从环起始交叉口行驶一周又回到起始交叉口所形成的环定义为“实环”，将车辆不能够从环起始交叉口行驶一周回到起始交叉口所形成的环定义为“虚环”；

S4、根据步骤S3确定的“实环”和“虚环”，得出各个环的偏移量比，将各个环的偏移量比分别进行变换，从而得到单行交通网络的总偏移绿信比，具体为：

为了保证直行车辆能够不停车地通过环内的每条单行道，需要确保在上游交叉口绿灯中心时刻通过交叉口的车辆到达下游交叉口的时间刚好也是绿灯中心时刻，考虑到不同相位之间的转换时间，结合时距图，得出逆时针“实环”在理想情况下应满足以下要求：

式中，t_(i→i+1,j)为交叉口I_(i,j)到I_(i+1,j)的行驶时间，t_{(i+1,j→j+1)}为交叉口I_(i+1,j)到I_(i+1,j+1)的行驶时间，t_{(i+1→i,j+1)}为交叉口I_(i+1,j+1)到I_(i,j+1)的行驶时间，t_(i,j+1→j)为交叉口I_(i,j+1)到I_(i,j)的行驶时间，k_(i,j)为整数；

由于t_(i→i+1,j)+t_{(i+1,j→j+1)}+t_{(i+1→i,j+1)}+t_(i,j+1→j)不一定是公共信号周期的整数倍，因此与整数倍的公共信号周期将产生一定的偏移量，将该偏移量与公共信号周期的比值定义为偏移量比，因此起始交叉口I_(i,j)所在逆时针“实环”的偏移量比Δr_(i,j)计算公式为：

同理可得起始交叉口I_(i,j)所在顺时针“实环”的偏移量比Δr_(i,j)计算公式为：

进一步地，结合时距图，得出逆时针“虚环”在理想情况下应满足以下要求：

因此起始交叉口I_(i,j)所在逆时针“虚环”的偏移量比Δr_(i,j)计算公式为：

同理可得起始交叉口I_(i,j)所在顺时针“虚环”的偏移量比Δr_(i,j)计算公式为：

为了减少偏移绿信比对绿波带宽度的影响，偏移绿信比的设置范围在(-0.5，0.5]之间，因此需要将偏移量比进行变换，得到偏移绿信比如下：

进一步地，结合时距图得出最大环在理想情况下应满足以下要求：

式中，a、b、c均为路段特征参数，若路段通行方向与最大环的方向一致时，对应的路段特征参数取0，若路段通行方向与最大环的方向不一致时，对应的路段特征参数取1，t_(i～i+1,1)、t_(m,j～j+1)、t_(i～i+1,n)、t_(1,j～j+1)分别为交叉口I_(i,1)与I_(i+1,1)、I_(m,j)与I_(m,j+1)、I_(i,n)与I_(i+1,n)、I_(1,j)与I_(1,j+1)之间的行驶时间；

因此最大环的偏移量比Δr_M计算公式为：

同理对偏移量比Δr_M进行变换，得到最大环偏移绿信比Δλ_M如下：

进一步地，考虑到对单行交通网络中各路段绿波设计的均衡，根据各个最小环与最大环的偏移绿信比，求和计算出单行交通网络的总偏移绿信比Δλ_T为：

S5、获得单行路网的最佳公共信号周期；

S6、根据最小环的偏移绿信比确定各路段的偏移绿灯时间，再确定各交叉口的相位差，从而得到最佳信号配时设计方案，具体为：

S61、偏移绿灯时间为公共信号周期与偏移绿信比的乘积，其值取为整数，往绿灯时间中心点上方偏移为正数，往绿灯时间中心点下方偏移为负数；

对于“实环”而言，各路段的偏移绿灯时间应满足下式：

Δt_(i～i+1,j)+Δt_{(i+1,j～j+1)}+Δt_{(i～i+1,j+1)}+Δt_(i,j～j+1)＝CΔλ_(i,j)

式中，Δt_(i～i+1,j)为I_(i,j)与I_(i+1,j)之间的偏移绿灯时间，Δt_{(i+1,j～j+1)}为I_(i+1,j)与I_(i+1,j+1)之间的偏移绿灯时间，Δt_{(i～i+1,j+1)}为I_(i,j+1)与I_(i+1,j+1)之间的偏移绿灯时间，Δt_(i,j～j+1)为I_(i,j)与I_(i,j+1)之间的偏移绿灯时间；

进一步地，对于“虚环”而言，各路段的偏移绿灯时间应满足下式：

-Δt_(i～i+1,j)+Δt_{(i+1,j～j+1)}-Δt_{(i～i+1,j+1)}+Δt_(i,j～j+1)＝CΔλ_(i,j)

S62、首先确定最小环①中各路段的偏移绿灯时间，具体分配方法为在确保各路段的偏移绿灯时间之和等于最小环的偏移绿灯时间的前提下，均匀分配各路段的偏移绿灯时间；然后确定最小环②中各路段的偏移绿灯时间，具体分配方法为在确保各路段的偏移绿灯时间之和等于最小环的偏移绿灯时间的前提下，均匀分配剩余未分配路段的偏移绿灯时间；以此类推，直至最后一个最小环中各路段的偏移绿灯时间分配完毕；

S63、根据各路段的偏移绿灯时间，确定相邻交叉口之间的相对相位差为：

东西向路段：O_(i,j～j+1)＝t_(i,j～j+1)-Δt_(i,j～j+1)

南北向路段：O_(i～i+1,j)＝t_(i～i+1,j)-Δt_(i～i+1,j)

式中，O_(i,j～j+1)、O_(i～i+1,j)分别为I_(i,j)与I_(i,j+1)、I_(i,j)与I_(i+1,j)之间的以绿灯时间中心点作为参考点的相对相位差，t_(i,j～j+1)、t_(i～i+1,j)分别为I_(i,j)与I_(i,j+1)、I_(i,j)与I_(i+1,j)之间的行驶时间；

S64、以交叉口I_(1,1)某一个相位的绿灯起点时刻为基准，根据相邻交叉口之间的相对相位差求出各交叉口的绝对相位差。