[发明专利]一种基于上游交叉口控制的环岛间接优化控制方法

摘要

本发明涉及城市交通信号控制领域，具体涉及一种基于上游交叉口控制的环岛间接优化控制方法。本发明提出的一种基于上游交叉口控制的环岛间接优化控制方法，旨在从需求控制的角度，间接优化环形交叉口的运行，为环形交叉口的交通控制提供一种新的思路。本发明包括三个模块：信息采集模块、状态判别模块、协调控制模块。三个模块按照控制流程相互配合，从源头对流向环岛的交通流进行需求控制，并且为流出环岛的交通流建立消散环境，间接实现环形交叉口与周边信号交叉口的协调优化，为高需求条件下的环形交叉口提供优化策略。

主权项

1.一种基于上游交叉口控制的环岛间接优化控制方法,其特征在于：步骤1：在环形交叉口各个入口布设线圈检测器，一个典型的形交叉口包含m个入口、m个出口,在多路环形交叉口的各个入口、出口以及进口道允许的最大排队长度Lmax处布设感应线圈检测器,检测器的长和宽均为2.0m；其中在环形交叉口入口和出口处,检测器布设在车道停车线后0.5m的位置，而在进口道允许的最大排队长度Lmax处,检测器布设在道路中心线上；定义环形交叉口入口编号用m表示，出口编号用i表示；步骤2：判断环形交叉口的各个出、入口是否发生交通拥堵，从而确定协调控制是否触发；这一步骤里，换到有任意一个出入口判别为拥堵，则触发这一出入口上游交叉口的协调控制；步骤2.1：检测环形交叉口各个入口m的排队长度Lm，若Lm≥Lmax，则记为环形交叉口入口m交通状态为拥堵Cm＝1，若Lm其中：Ii‑区域i的交通强度,无量纲；qi‑区域i的交通到达量,veh/h；Si‑区域i上游的饱和释放率,veh/h；Oi‑区域i的检测器时间占有率,无量纲；Osi‑饱和状态下区域i的检测器时间占有率,无量纲；θ‑权重系数,无量纲；通过计算结果进行判别，若Ii≥I临界，则记为环形交叉口出口i交通状态为拥堵Cm＝1，若Ii其中：Te—进口道排队车辆的消散时间，s；Le,max—进口车道拥堵上溯的最大排队长度，m；Le,a—入环可接受的排队长度，m；—平均车头间距，m；Ne—入环的车道数，个；C—上游交叉口信号周期时长，s；qe—入环时的平均车辆消散率，无量纲；—上游交叉口进入环岛的左转交通流量，pcu/h；—上游交叉口进入环岛的左转车流对应的绿灯时长，s；—上游交叉口进入环岛的直行交通流量，pcu/h；—上游交叉口进入环岛的直行车流对应的绿灯时长，s；—上游交叉口进入环岛的右转交通流量，pcu/h；当发生环岛出环拥堵时，需要通过增大出口下游交叉口的供给量来消散环岛进口道的排队车辆，也就是通过增大环岛流向下游交叉口流量对应相位的通行时间来消散出口车道的车流量，在不考虑上游交叉口有左转、直行、右转的共用车道的情况下，对出口道排队车辆的消散时间建模如下：其中：Tex—出口道排队车辆的消散时间，s；Lex,max—出口车道拥堵上溯的最大排队长度，m；Lex,a—出环可接受的排队长度，m；Nex—出环的车道数，个；qex—出环时的平均车辆消散率，无量纲；—出口道停车线处左转车辆的饱和释放流率，pcu/h；—出口道停车线处直行车辆的饱和释放流率，pcu/h；—出口道停车线处右转车辆的饱和释放流率，pcu/h；按照预期的消散时间，计算出上游交叉口对应关键车流在一个周期内的车流量，按照信号配时的Webster定理，对各个周期的信号时长进行小步距调整，调整后的新的绿灯时长计算方法如下：其中：—协调后i进口道j相位的绿灯时长，sCnew—协调后的公共周期，s—i进口道j相位的流量比，无量纲；步骤4.4：设置上游交叉口关键相位绿灯渐变原则；基于上游交叉口控制的环岛间接优化控制方法，从根本上来看，是一种基于需求控制的协调方法，但是在以环岛为中心的协调优化过程中，虽然可以牺牲小部分的上游交叉口的通行效率，但是也需要保证这些平面交叉口能够正常的通行，也就是调节不能无限度，需要满足一定的限定值；否则，只是将环岛的拥堵向上游进行了转移，而不是真正消散拥堵；这样会导致拥堵向上游交叉口进行持续的扩散，也会引发区域性的拥堵；为了满足上述的要求，也就是保证缩减需求量和增大供给量在限定范围内，我们可以采取多步并且小步距的关键相位绿灯渐变原则，每一个信号周期，绿灯时长的调整量计算方法如下：△g＝min{△gmax,|gNew‑g|}其中：△g‑一个信号周期，绿灯时长的协调值，s；△gmax‑一个信号周期，绿灯时长允许调整的最大值，s；gNew‑按照消散时间求解出的新的关键相位绿灯时长，s；g‑该关键相位原有的绿灯时长，s；在N个周期的调整之后，环岛出入口的排队车辆逐步消散，在这个过程中，单个周期的绿灯时长需要满足如下条件：其中：g(k)—第k个周期的绿灯时长，s；g(k‑1)—第k‑1个周期的绿灯时长，s；gmax—调整后，允许的最大绿灯时长，s；步骤4.4：求解上游交叉口与环岛协调优化的相位差；对于到达同一进出口的多股车流而言，需要对相位差进行调节，使多股车流有间隔并且有序的到达环岛；这里的相位差与传统的干线协调和区域协调中的相位差在处理方法上有所不同，它是两个交叉口距离，绿灯时长，到达流量的多个参数共同作用所得，计算方法如下：其中：φa—a进口对应的相位差，sla—a交叉口与环岛之间的距离，m；—车辆从上游交叉口到达环岛的平均速度，m/s；步骤5：建立目标函数，以环形交叉口的通过量为目标函数，求解目标函数最优情况下各个控制参数的最优解，环形交叉口通过量可以近似的采用各个出口的流量之和得到：其中：MaxQR—环形交叉口的最大通过量，veh；Qex,i—环岛i出口的出环交通量，veh；步骤6：将求解得到的上游交叉口优化后的信号配时参数输入在控制系统，对环岛的运行进行优化后，返回步骤2，循环执行。