[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

说明书

本发明公开了一种过饱和交通状态干线单向信号协调设计方法与装置，其中方法包括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；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，通过调节绿灯时长实现干线吞吐量最大化；求解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；以干线各交叉口为建模对象，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车均延误最小化；求解模型得到交叉口与其上游交叉口之间的相位差。本发明通过建立并求解吞吐量最大化的混合整数线性规划模型与车均延误最小化的二次规划模型，能够有效提升干线交叉口通行能力与服务水平。

技术领域

本发明属于交通安全控制领域，具体涉及一种基于LWR(Lighthill WhithamRichards)冲击波理论的过饱和交通状态下城市干线信号协调设计方法与装置。

背景技术

随着交通需求的急剧增加，城市交通拥堵问题持续加剧，干线道路承担了城市大部分的交通需求，在高峰时段时常出现过饱和的情况。信号协调控制是维持交通秩序与提升交通效率的有效措施，能有效缓解交通拥堵问题。针对过饱和交通状态下的干线协调控制研究对于提高干线通行能力与服务水平具有重要意义。

LWR冲击波理论常可以有效估计信号交叉口处的排队长度和延误，常被应用于交通控制领域。它可以兼顾单个交叉口车辆运行状态以及相邻交叉口联系两个方面，并有效体现相位差、绿灯时间等控制参数与排队长度、延误等交叉口服务性能指标的关联。很多研究基于冲击波理论提出了过饱和交通状态下信号控制优化方案，但仍存在着优化目标不直接、考虑因素不全面等问题：干线的各交叉口间存在着互相影响互相制约的关系，需要将其作为整体考虑，而现有研究大多围绕孤立交叉口、相邻交叉口展开；车均延误是评价交叉口服务水平的决定性指标，而现有研究较少以其为直接目标优化控制方案；过饱和情况下，转向比例、车道变换、路段中支路车辆驶入等因素都会对车辆到达情况产生影响，而现有研究较少考虑这些因素。因此，可以认为，现有技术对于过饱和交通状态干线信号控制的适应性是不足的。

发明内容

发明目的：针对现有方法的不足，本发明的目的在于为过饱和交通状态下的城市干线提供一套切实可行的信号协调控制优化方案，基于实际路段几何参数、交通参数、控制参数以及需进行优化时段的交通流量数据，对各交叉口绿灯时长、相位差进行优化，从而提升路段各交叉口主线方向的通行能力与服务水平。

技术方案：为实现以上发明目的，本发明采用如下技术方案：

一种过饱和交通状态干线信号协调设计方法，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可以全部通过的约束、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可以全部通过的约束；

(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。