[发明专利]基于可变导向车道的信号配时优化方法

摘要

本发明公开了一种基于可变导向车道的信号配时优化方法，在可变导向车道功能属性发生变化后，根据检测器获得的各转向交通量，得出各转向车流饱和度，根据饱和度确定不同的信号配时优化方案，具体包括：饱和度较低时，以延误最小作为控制目标，采用传统韦伯斯特法确定周期与信号配时；当饱和度大于0.9时，以提高路口通行能力与减小延误为目标，若某一转向过饱和时，利用爬山法调整周期和绿信比；若各转向均达饱和，在常规四相位基础上增加一个相位，重新划分相位组，寻找各组合相位组的关键相位链，按等饱和度原则分配绿灯时间；达到减小交叉口总延误、提高通行能力的目的。

主权项

1.基于可变导向车道的信号配时优化方法，其特征在于，包含以下步骤：1)检测器的布设；将线圈检测器布设在距离进口道上游展宽段尾部，数量为进口直行车道、左转车道、可变导向车道上的线圈检测器的总和，用于检测各车道通过车辆数数据，由此获得进口道各转向流量交通参数；2）计算各转向饱和度：其中q_i—i转向车流的单车道车流量，当量交通量/小时；CAP_i—i转向车流的通过能力，当量交通量/小时；3）判断各转向的饱和度：若流量较低，处于非饱和状态，改变可变导向车道转向功能后，各转向饱和度x_i≤x_o时，其中x_o为临界饱和度，信号配时转步骤4）；随着进口道流量的增加，特别表现在某一转向相位x_i＞x_o时，信号配时的调整转步骤5）；当进口道趋于拥堵，目标进口道的各转向流量比均明显大于对向进口道各转向流量比时，以常规四相位配时方案为基础，配时优化转步骤6）；4）对于各转向饱和度x_i≤x_o，其中x_o为临界饱和度，根据流量变化调整信号配时：4.1）确定相位流量比变化值；假设原有左转车道数为a条，直行车道数为b条，考虑可变车道功能发生变化后，左转车道数变为a'条，直行车道数变为b'；则各相位流量比变为：左转相位流量比变为：yL′=aa′yL---(1)]]>式中：y_L——左转相位原来的流量比；y_L'——可变导向车道功能变换后左转相位的流量比；直行相位相应流量比变为：yT′=bb′yT---(2)]]>式中：y_T——直行相位原来的流量比；y_T'——可变导向车道功能变换后直行相位的流量比；进口道总交通流量比变为：Y′=Y+a′-aa′yL+b′-bb′yT---(3)]]>4.2）确定信号周期和有效绿灯时间；根据Webster最佳周期时长公式，信号周期应当变为：C′=1.5L+51-Y′,]]>其中L为损失时间，  （4）可变导向车道功能变换后，左转相位有效绿灯时间变为：gL′=(C′-L)yL′Y′---(5)]]>可变导向车道功能变换后，直行相位有效绿灯时间变为：gT′=(C′-L)yT′Y′---(6)]]>5）当可变导向车道功能属性发生变化后，表现在某一转向相位过饱和，即x_i＞x_o时，其信号配时优化方法为：5.1）计算初始配时方案以满足车辆延误最小为目标，以经典Webster方法得到初始配时方案，信号周期和有效绿灯时间如式（4）、（5）、（6）所示；5.2）计算车道车均延误；采用Akcelik延误计算公式：d=C(1-g/C)22(1-q/S)+Q0xq---(7)]]>式中：C——信号周期；g——有效绿灯时间；q——车流量；Q₀——平均饱和排队车辆数的过渡函数，其计算公式为：Q0=1.5(x-x1)1-xx>x10x≤x1---(8)]]>式中：x₁——饱和度阈值，对应车道的达到饱和流量时的饱和度；当饱和度大于x₀时，出现平均饱和排队车辆数，x₁计算公式如下：x1=0.67+ge600---(9)]]>5.3）采用爬山法优化周期时长和相位绿信比；5.4）建立优化模型；以交叉口目标进口道总延误作为目标函数，总延误为目标进口道每车道的车均延误与该车道到达交通量的乘积之和：minD′=Σidiqi---(10)]]>s.t.20K≤C≤60KΣk=1Kgek+L=C]]>式中：D'——目标进口道总延误；d_i——第i车道的车均延误，单位为秒；q_i——第i车道的车流量，单位为当量交通量/小时；约束条件包括：①周期时长的约束，即大于各相位最小绿灯的时长之和，小于各相位最大绿灯时长之和，取最小绿灯时长为20s，最大绿灯时长为60s，因此给出公式：20K≤C≤60K，其中K为该交叉口相位数；②各相位有效绿灯时长之和与损失时间相加应等于周期时长，即：6）当改变可变导向车道功能属性后，若目标进口道的各转向流量比均明显大于对向进口道各转向流量比，则以常规四相位配时方案为基础，确定信号配时方法为：6.1）划分相位组；常规四相位基础上增加一个相位：目标进口道的直行和左转，这里考虑目标进口道为由南向北方向，相位增加到5个，并重新划分为3个组合相位组：组合相位组1：东西向直行ET、WT；组合相位组2：东西向左转EL、WL；组合相位组3：南北向直行NT、ST；南向北直行ST和左转SL；南北向左转NL、SL；6.2）寻找各组合相位组的关键相位链；相位组1中相位链为ET或WT，相位组2中为EL或WL，相位组3中为NT和SL，或NL和ST，各相位组关键相位链的流量比：y₁＝max(y_ET,y_WT)  （11）y₂＝max(y_EL,y_WL)  （12）y₃＝max(y_NT+y_SL,y_NL+y_ST)  （13）6.3）根据韦伯斯特公式计算最佳周期时长；进口道总交通流量比：Y=Σi=13yi---(14)]]>信号周期：C=1.5L+51-Y---(15)]]>6.4）按等饱和度原则分配绿灯时间；设有效绿灯时间为G，各相位组绿灯时间为g_i，则：gi=GyiY=(C-L)yiY,i=1,2,3---(16)]]>其中相位组3中包含3个阶段，需要对各阶段的时间继续进分配，假设y_NT+y_SL＞y_NL+y_ST，则NT和SL为关键组合相位链，其中y_SL＞y_NL，且y_ST＞y_NT，设相位组3中各转向车流有效绿灯时间为g_3j，其中j＝1,2,3,4，各转向的有效绿灯时间分别为：北向南直行：g31=yNTyNT+ySLg3---(17)]]>南向北直行：g32=ySTyNT+ySLg3---(18)]]>南向北左转：g33=ySLyNT+ySLg3---(19)]]>北向南左转：g34=yNT+ySL-ySTyNT+ySLg3---(20).]]>