[发明专利]基于信息物理系统的单交叉口信号配时方案滚动优化方法

权利要求书

1.基于信息物理系统的单交叉口信号配时方案滚动优化方法，其特征在于，包括下述步骤：

确定交叉口CPS的结构与组成功能；

设定交叉口CPS各个进口方向的控制范围；

计算车辆CPS驶离交叉口的理想时刻；

采集车辆CPS的实时状态信息；

根据车辆CPS的实时状态信息以及下一个优化周期的通行相位绿灯起止时刻，判定车辆CPS在下一个优化周期的通行状态，具体为：

当车辆CPS k在第i个优化周期的通行相位绿灯时间能够清空前面的排队车辆CPS，且能够在第i个优化周期的通行相位绿灯结束前到达停车线，则车辆CPS k能够在第i个优化周期驶离交叉口，其通行状态变量取1；当车辆CPS k在第i个优化周期的通行相位绿灯时间不能清空前面的排队车辆CPS，或者不能在第i个优化周期的通行相位绿灯结束前到达停车线，则车辆CPS k不能在第i个优化周期驶离交叉口，其通行状态变量取0，如下式：

式中，S_k(i)为车辆CPS k在第i个优化周期的通行状态变量；N_QVk(i)为车辆CPS k在第i个优化周期开始时的前方排队车辆CPS数；q_Sk为车辆CPS k所在车道的饱和流量；t_GVk(i)为车辆CPS k在第i个优化周期的通行相位绿灯时间；T₀(i)为第i个优化周期开始时刻；L_k(i)为车辆CPS k在第i个优化周期开始时距离交叉口停车线的长度；v_k为车辆CPS k的正常行驶速度；T_GVk(i)为车辆CPS k在第i个优化周期的通行相位绿灯启亮时刻；

根据车辆CPS在下一个优化周期的通行状态，计算交叉口CPS的单位时间车均预计延误，具体步骤为：

S601、根据车辆CPS通行状态计算预计延误，计算方法具体为：

针对车辆CPS k的通行状态，根据车辆CPS k驶离交叉口的理想时刻，计算其在第i个优化周期结束时的预计延误，如下式：

式中，t_DVk(i)为车辆CPS k在第i个优化周期结束时的预计延误；T_GVk(i)为车辆CPS k在第i个优化周期的通行相位绿灯启亮时刻；N_QVk(i)为车辆CPS k在第i个优化周期开始时的前方排队车辆CPS数；q_Sk为车辆CPS k所在车道的饱和流量；T₀(i)为第i个优化周期开始时刻；T_Ik为车辆CPS k驶离交叉口的理想时刻；S_k(i)为车辆CPS k在第i个优化周期的通行状态变量；C(i)为第i个优化周期的信号周期时长；

S602、根据车辆CPS的预计延误，计算车队CPS的车均预计延误，计算方法具体为：

同一进口相同流向的车辆CPS构成一个车队CPS，车队CPS的车均预计延误为所包含的车辆CPS预计延误的平均值，如下式：

式中，t_DFl(i)为第i个优化周期车队CPS l的车均预计延误；N_QFl(i)为第i个优化周期车队CPS l的车辆CPS总数；S_Vl为车队CPS l包含的车辆CPS集合；

S603、根据车队CPS的车均预计延误，计算交叉口CPS的单位时间车均预计延误，计算方法具体为：

交叉口CPS包含多个车队CPS，交叉口CPS的单位时间车均预计延误为单位时间内所包含的车队CPS车均预计延误的加权平均值，如下式：

式中，t_DI(i)为第i个优化周期交叉口CPS的单位时间车均预计延误；S_F(i)为第i个优化周期交叉口CPS包含的车队CPS集合；

交叉口CPS在每一个信号相位结束时对下一个信号周期的交叉口信号配时方案进行实时滚动优化，优化交叉口CPS的信号配时方案，包括信号灯CPS信号周期时长与车队CPS通行相位时间，具体步骤为：

S701、确定信号灯CPS信号周期时长优化范围，方法具体如下：

交叉口CPS的各进口方向信号灯CPS的信号周期时长C(i)相同，其值为第i个优化周期所包含的所有信号相位时间之和，如下式：

式中，j为信号相位编号；m为信号相位总数；t_Pj(i)为第i个优化周期信号相位j的时间；t_GPj(i)为第i个优化周期信号相位j的绿灯时间；t_LPj(i)为第i个优化周期信号相位j的损失时间；

每个优化周期设置的信号周期时长C(i)不小于最小信号周期时长C_min，且不大于最大信号周期时长C_max，如下式：

C_min≤C(i)≤C_max

已执行的连续m个信号相位构成一个实际信号周期时长C^*，即信号灯CPS的实际信号周期时长，第n个实际周期的信号周期时长C^*(n)等于从第n个到第n+m-1个已执行的信号相位时间之和，不小于最小信号周期时长C_min，且不大于最大信号周期时长C_max，如下式：

式中，为第i个已执行的信号相位时间；

S702、确定车队CPS通行相位时间，方法具体如下：

第i个优化周期分配给车队CPS l的通行相位时间t_Fl(i)大于等于其所需的最短通行时间，如下式：

t_Fl(i)＝t_GFl(i)+t_Ll(i)＝λ_l(i)·C(i)+t_Ll(i)≥t_Gminl

式中，t_GFl(i)为第i个优化周期分配给车队CPS l的通行相位绿灯时间；t_Ll(i)为第i个优化周期车队CPS l的通行相位损失时间；λ_l(i)为第i个优化周期分配给车队CPS l的通行相位绿信比；t_Gminl为车队CPS l所需的最短通行时间；

在一个优化周期内，同一个车队CPS中所有车辆CPS对应相同的通行相位绿灯时间，等于所在车队CPS的通行相位绿灯时间，如下式：

在一个优化周期内，车队CPS获得的通行相位时间等于其获得通行权的信号相位时间之和，如下式：

式中，S_Pl为车队CPS l获得通行权的信号相位集合；

S703、确定交叉口CPS的优化目标，方法具体如下：

在每次优化周期中以交叉口CPS的单位时间车均预计延误最小为目标，如下式：

Z(i)＝min(t_DI(i))

式中，Z(i)为第i个优化周期的交叉口CPS优化目标；

根据当前运行时间判断是否继续进行滚动优化，若未达到设定的最大运行时间，则重新采集车辆CPS的实时状态信息，进行下一轮滚动优化；若达到设定的最大运行时间，则结束滚动优化。