[发明专利]一种过饱和交通状态干线单向信号协调设计方法与装置

权利要求书

1.一种过饱和交通状态干线单向信号协调设计方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)获取过饱和交通状态干线目标路段的几何参数、交通参数、控制参数以及需进行优化时段的交通流量数据；

(2)以干线为建模对象，构建以最大化干线吞吐量为目标的优化模型，通过调节绿灯时长以提高绿时利用率，从而提高干线吞吐量；所述优化模型的约束包含保证本周期到达的车辆全部通过的约束、相位差处于临界状态时不存在空放的直行绿灯时长的约束、交通量进出平衡约束以及绿灯时长约束；

(3)求解以最大化干线吞吐量为目标的优化模型，得到干线各交叉口干线直行与支线左转相位绿灯时长；

(4)以干线的每个交叉口为建模对象，构建以最小化车均延误为目标的优化模型，通过调节相位差来实现交叉口间的信号协调，从而降低干线车均延误；所述优化模型的约束包含避免溢出约束、避免排队清空后主线车队未到达情况出现的约束、避免主线车队所有车辆均需排队等待情况出现的约束以及保证本周期到达车辆全部通过的约束；

(5)求解以最小化车均延误为目标的优化模型，得到交叉口与其上游交叉口之间的相位差；

所述步骤(2)中以目标路段第0交叉口至第n交叉口的绿灯时长为优化对象，第0交叉口为第1交叉口上游的交叉口，第n+1交叉口为第n交叉口下游的交叉口；优化模型的目标表示为：

其中，为驶离第n个交叉口直行车道的单车道交通流率，t_0,n+1为直行通过第n交叉口到达第n+1交叉口交通流的头车与尾车时距；

所述步骤(2)中描述保证本周期到达的车辆全部通过的约束表示为：

若w_i＝w₁，

其中，t_0,i为上游交叉口通过直行到达第i交叉口交通流的头车与尾车时距；f_i^s为第i交叉口到达车辆的直行比例；n_i为第i交叉口的直行车道数；l_i为第i交叉口的初始排队长度；g_i为第i交叉口主线直行相位绿灯时长；v_c为排队消散状态的车速；w_i为第i交叉口的停止波波速；w₁为不存在转向以及车道变换折减时的停止波波速；w₂为启动波波速；

描述相位差处于临界状态时不存在空放的直行绿灯时长的约束表示为：

若i＝0，g_i＝t_0,i+1

其中，i＝0时，g₀为第0交叉口的直行相位绿灯时长，t_0,1为上游交叉口通过直行到达第1交叉口交通流的头车与尾车时距；

描述交通量进出平衡的约束表示为：

其中，为驶出第i交叉口的交通流率；q_m为饱和流率；

描述绿灯时长的约束表示为:

g_0,min≤g₀≤g_0,max

其中，g_i,max为第i交叉口干线直行相位绿灯时间最大值；T为周期长度；g_ml,i,min，g_bs,i,min分别为第i交叉口主线左转、支线直行相位绿灯时间的最小值；Q_ml,i,Q_bs,i分别为第i交叉口主线左转、支线直行相位的车辆到达流率；I为绿灯间隔时间；g_bl,i,g_bl,i,min,g_bl,i,max分别为第i交叉口支线左转相位绿灯时间及其最小值与最大值；g₀,g_0,min,g_0,max为第0交叉口直行相位绿灯时长及其最小值与最大值；

初始排队长度的表达式为：

其中，e_i为第i交叉口的初始排队车辆数；h₀为停车状态下的车头间距；g_bl,i-1,g_right,i-1分别为第i-1交叉口支路左转、右转相位绿灯时长；q_left,i-1,q_rig,i-1分别为第i-1交叉口支路左转、右转相位交通流率；q_branch,i为通过第i交叉口上游路段的小支路、停车场或路边停车位驶入该交叉口进口道的车辆交通流率；不限制右转车辆通行时，g_right,i-1＝T。