[发明专利]一种基于分段绿波的长干线交叉口信号协调控制方法

权利要求书

1.一种基于分段绿波的长干线交叉口信号协调控制方法，其特征在于，步骤如下：

(1)输入长干线交叉口相关信息，包括：长干线交叉口数量、各交叉口绿波所在相位的红绿灯时长、交叉口间距和各交叉口排队清空时长数据；

(2)规定长干线信号控制限制数据，包括：最大分段数、下行绿波带宽相对于上行绿波带宽的权重、公共周期时长的上下限和绿波速度及速度变化的上下限；

(3)在双向绿波控制模型的基础上，引入状态变量描述各交叉口是否为绿波分段点；根据同一子段内部交叉口与不同子段之间交叉口的带宽关系与绿波带传递关系，调整模型中的带宽约束与整环约束，识别相邻交叉口相连关系，以所有交叉口带宽总和最大化为目标，构建长干线分段绿波协调控制优化模型；

(4)求解步骤(3)构建的模型，输出相关控制参数，包括：公共周期时长、长干线分段方案、绿波分段点、各段最大带宽、各路段推荐绿波速度、各交叉口相对相位差和左转相序，获得长干线分段绿波控制方案；

所述构建长干线分段绿波协调控制优化模型，具体如下：

为长干线上每一交叉口设置状态变量n_i用于记录子段划分信息：当n_i＝0，表示交叉口i为任意子段的首个交叉口；当n_i＝1，表示交叉口i不是任何子段的首个交叉口；当长干线内有c个交叉口的状态变量为0，则该干线被分为c个子段；

长干线分段满足式(1)和(2)的约束，其中N表示长路段交叉口总数；

n₁＝0 (1)

相邻交叉口之间的带宽约束表示为式(3)和(4)：

-M(1-n_i+1)≤b_i-b_i+1≤M(1-n_i+1)i＝1，2，…，N-1 (3)

其中b_i和分别表示交叉口i处的上行与下行绿波带宽；若两个相邻交叉口i和i+1属于同一子段，则二者带宽相等b_i＝b_i+1；若二者不属于同一子段，则带宽b_i和b_i+1之间无约束；M为极大正常量；

长干线分段绿波整环约束，如式(11)：

其中r_i是交叉口i的上行红灯时长，r_i+1是交叉口i+1的上行红灯时长，w_i和w_i+1分别是在交叉口i和i+1处上行绿波带最左侧距离最近的红灯终点的时间跨度，和分别是在交叉口i和i+1处下行绿波带最右侧距离最近的红灯起点的时间跨度，τ_i+1和分别为交叉口i+1处的上行排队清空时间和交叉口i处的下行排队清空时间，t_i和分别为上下行绿波带从交叉口i到i+1所需的时间；δ_i与分别为交叉口i处左转相位在周期中位置的0-1变量，且满足l_i和分别为交叉口i处上下行车流行驶方向的对向左转时长，m_i为周期长度的整数倍；

每一交叉口绿波带宽不超过该相位绿灯时长，如式(12)和(13)：

w_i+b_i≤1-r_i i＝1，2，…，N (12)

式中r_i和分别是交叉口i的上行与下行红灯时长，w_i和分别是在交叉口i处上行绿波带最左侧距离最近的红灯终点的时间跨度和下行绿波带最右侧距离最近的红灯起点的时间跨度；

上下行绿波带宽之间的关系以及交叉口之间的车辆行驶时间约束如式(14)-(18)：

其中k为下行绿波带宽相对于上行绿波带宽的权重，d_i与均为交叉口i到i+1之间的上下行距离，f_i与e_i为上行车流在交叉口i到i+1之间行驶速度的上限与下限，与为下行车流在交叉口i到i+1之间行驶速度的上限与下限，z为周期时长的倒数，1/g_i和1/h_i分别为上行绿波带在交叉口i处速度变化的上限与上限，和分别为下行绿波带在交叉口i处速度变化的上限与上限；

得到将子段划分动作作为决策变量的绿波带宽优化模型，如式(19)：

s.t.(1)，(2)，(3)，(4)，(11)，(12)，(13)，(14)，(15)，(16)，(17)，(18)

通过求解决策变量b_i，n_i，z，w_i，t_i，δ_i，m_i最大化各个交叉口带宽总和。

2.根据权利要求1所述的基于分段绿波的长干线交叉口信号协调控制方法，其特征在于，所述步骤(4)中，根据输出的相关参数计算各交叉口之间的相位差θ_i，获得长干线分段绿波控制最优方案；具体如下：

其中CD为交叉口距离上行绿波带左侧最近的红灯中点到下一交叉口绿波带宽起点的水平距离，为下行绿波带宽终点距离下一交叉口绿波带右侧最近的下行红灯中点的水平距离，τ_i+1和分别为交叉口i+1处的上行排队清空时间和交叉口i处的下行排队清空时间，θ_i和分别为交叉口i和i+1之间的上下行相位差，t_i和分别为上下行绿波带从交叉口i到i+1所需的时间；Δ_i和Δ_i+1分别为交叉口i和i+i处上下行红灯中点的偏移时长，m_i为周期长度的整数倍。