專利名稱：一種城市交通干線動(dòng)態(tài)雙向綠波帶智能協(xié)調(diào)控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及交通控制方法，尤其涉及一種城市交通干線動(dòng)態(tài)雙向綠波帶智 能協(xié)調(diào)控制方法。
技術(shù)背景隨著我國社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人民生活水平的提高，越來越多的汽車進(jìn)入了 普通家庭，交通事故、交通擁堵、環(huán)境污染和能源消耗等問題日趨嚴(yán)重，旅行 時(shí)間、旅行安全、環(huán)境質(zhì)量和生活質(zhì)量都受到了交通狀況的制約，交通問題成 為了我國大中城市十分嚴(yán)重的問題，已嚴(yán)重影響了城市可持續(xù)發(fā)展與"和諧社會(huì)" 構(gòu)建。城市道路交通信號(hào)控制是現(xiàn)代城市交通管理的一個(gè)極其重要的方面，其管 理與控制的優(yōu)劣將直接影響城市道路交通擁堵或疏通的效果。然而城市干線承 受著巨大的市內(nèi)交通負(fù)荷，因此搞好城市干線交通信號(hào)控制是城市交通暢通化 措施的重點(diǎn)?，F(xiàn)代城市交通信號(hào)控制理論研究表明，實(shí)現(xiàn)城市干線交叉口信號(hào)協(xié)調(diào)控制， 使其在信號(hào)配時(shí)優(yōu)化條件下，實(shí)現(xiàn)交通流在一系列交叉口處遇到綠燈信號(hào)而不 在交叉口處停頓(即形成道路雙向交通流的"綠波帶")，減少干線上車流的交通 延誤和停車率，將極大地改善交通干線本身及周邊道路的交通擁堵現(xiàn)象，是城 市街交通控制的首要且最佳措施。作為一種高效的城市交通協(xié)調(diào)控制方式，城市干線雙向綠波帶控制能夠使 干線上雙向車流一路綠燈地行駛，有以下特點(diǎn)l.保證整體較高的行駛速度并減 少停車次數(shù)，從而提供較高水平的交通服務(wù)；2.交通流更為平滑，從而提高道路 通行能力；3.速度更為統(tǒng)一，過快或過慢的行駛速度均會(huì)導(dǎo)致在下一個(gè)路口遇到 紅燈；4.駕駛員和行人都更為遵守交通信號(hào)，駕駛員盡量保持在綠燈時(shí)間到達(dá) 路口，行人不會(huì)亂穿馬路，因?yàn)闄C(jī)動(dòng)車更為緊湊；5.來往的車輛被吸引到主干道 上而不是并行的小道上，從而改善整個(gè)路網(wǎng)的交通狀況。適合采用動(dòng)態(tài)雙向綠波帶協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的城市交通干線應(yīng)具有以下特點(diǎn)>干線道路平整，視野開闊，安全速度可以達(dá)到40公里/小時(shí)以上；>干線道路必須達(dá)到雙向4車道以上，最好是雙向6車道以上；>干線上相鄰路口間距不得大于1.5公里；>干線和支路交通流量差別較大；>干線交通流量一般不得大于干線飽和流量的85%;>干線上行人、自行車等非機(jī)動(dòng)車流量較小(非機(jī)動(dòng)車與機(jī)動(dòng)車有物理隔 離除外)，也就是說干線上混合交通流現(xiàn)象不十分明顯。國外對雙向綠波帶控制已有研究成果，如Little首先提出了MAXBAND, 針對包括n個(gè)路口Sl，...，Sn的城市交通干線，給出一組優(yōu)化的相位差，使盡 可能多的機(jī)動(dòng)車在設(shè)定的速度范圍內(nèi)能夠一次不停的通過交通干線。Gartner在 MAXBAND方法的基礎(chǔ)上提出了 MULTIBAND，許多重要特性都進(jìn)行了改進(jìn)， 如車輛排隊(duì)的清空時(shí)間，左轉(zhuǎn)車輛，干線中不同路段實(shí)現(xiàn)不同帶寬。但這些研 究成果對交通干線都有嚴(yán)格的物理要求，如路口間距必須相等或成倍數(shù)，否則 效果就會(huì)打折扣，因此很難在實(shí)際中推廣應(yīng)用。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種城市交通干線動(dòng)態(tài)雙向 綠波帶智能協(xié)調(diào)控制方法。城市交通干線動(dòng)態(tài)雙向綠波帶智能協(xié)調(diào)控制方法至少包括下列步驟1) 啟動(dòng)啟動(dòng)交通信號(hào)協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)并設(shè)定相關(guān)參數(shù)，相關(guān)參數(shù)為公共 周期、路段上行相位差、路段下行相位差、各路口綠信比、上行協(xié)調(diào)相位啟動(dòng) 時(shí)間、下行協(xié)調(diào)相位啟動(dòng)時(shí)間和預(yù)置相位組成；2) 協(xié)調(diào)參數(shù)處理對公共周期、路段上行相位差、路段下行相位差、上行 協(xié)調(diào)相位啟動(dòng)時(shí)間、下行協(xié)調(diào)相位啟動(dòng)時(shí)間和各路口綠信比進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算；3) 路口控制參數(shù)處理對各路口的相位組成進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整；4) 時(shí)間處理；時(shí)間計(jì)量，若累計(jì)時(shí)間尚未達(dá)到一個(gè)公共周期時(shí)間，繼續(xù)按 當(dāng)前控制參數(shù)實(shí)施控制；5) 循環(huán)處理返回步驟2)或者返回步驟3)循環(huán)處理；所述的公共周期為各路口所有的相位循環(huán)一周所需的時(shí)間，干線上所有 路口采用相等的信號(hào)周期時(shí)間長度；所述的相位差為沿車輛行駛方向任意相鄰路口的協(xié)調(diào)相位起始時(shí)刻的最 小時(shí)間差，車輛行駛方向包括上行方向和下行方向，相位差包括上行相位差和 下行相位差，同一路口的上行相位差和下行相位差是不相等的；所述的協(xié)調(diào)相位啟動(dòng)時(shí)間為各路口協(xié)調(diào)相位的起始時(shí)刻，包括上行方向 的協(xié)調(diào)相位啟動(dòng)時(shí)間和下行方向協(xié)調(diào)相位啟動(dòng)時(shí)間；所述的綠信比為在一個(gè)公共周期中，每個(gè)路口各相位的綠燈時(shí)間與公共 周期的比；7所述的相位組成為各路口互不沖突的車流構(gòu)成的相位，相位為3個(gè)，其 中，上行協(xié)調(diào)方向交通流為1號(hào)相位，下行協(xié)調(diào)方向交通流為2號(hào)相位，支路 雙向交通流為3號(hào)相位。所述的對公共周期進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算步驟公共周期由關(guān)鍵路口的交通流量確定，每隔8至10周期一個(gè)階段調(diào)整一次，滿足CefC . ,C 1 ，i u 、 L*""min ， "max J ,其中C為公共周期，C,為最小周期時(shí)間，C^為最大周期時(shí)間 公共周期C由關(guān)鍵路口的飽和度來調(diào)整，如果公共周期C過大，則關(guān)鍵路 口的飽和度較低，反之，則關(guān)鍵路口的飽和度較高，由以往的交通量統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù) 給出關(guān)鍵路口的最佳周期時(shí)間、最小周期時(shí)間C,和最大周期時(shí)間C^，公共周期C的調(diào)整以最佳周期時(shí)間為基準(zhǔn)由模糊控制算法來實(shí)現(xiàn)，使飽和度維持在0.9。所述的路段上行相位差、路段下行相位差進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算步驟 各路段上行相位差和各路段下行相位差根據(jù)路段長度與路段上行車流平均速度、路段下行車流平均速度確定，每隔8 — 10個(gè)周期一個(gè)階段調(diào)整一次，一般和公共周期的調(diào)整同時(shí)進(jìn)行，滿足0^和0;^k，且《川=《+1," c其中《rw為第t個(gè)周期第y個(gè)路段上行相位差，O為第A:個(gè)周期第y'個(gè)路段下行相位差，《w為第y個(gè)路口到第J+l個(gè)路口的距離，《^為第,1到第/個(gè)路口的距離， +,W為第A:個(gè)周期第y個(gè)路段上行速度，v^^)為第A:個(gè)周期 第j'個(gè)路段下行速度。所述的各路口綠信比進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算步驟-各路口的綠信比根據(jù)各相位的交通流量單獨(dú)計(jì)算，每個(gè)周期結(jié)束后調(diào)整一 次，下一個(gè)周期按新的綠信比執(zhí)行，綠信比滿足4=|，其中Q棒",+M("i)+r細(xì)，/=1,2,3， 。,W為相位z'在第A:信號(hào)周期的 校正流量；e,W為相位/在第^個(gè)信號(hào)周期的實(shí)際流量；gW為相位/的歷史平 均流量；正系數(shù)"、々、y滿足"+〃+pi， 一般取"=0.5， / =0.3，嚴(yán)0.2;有效綠燈時(shí)間滿足/,=Mc-r。 -^)，其中，u為一個(gè)周期內(nèi)的所有黃燈時(shí)間，^為一個(gè)周期內(nèi)所有紅燈時(shí)間；如果^"—，貝"4，，、，為相位/的最小綠燈時(shí)間，缺少的綠燈時(shí)間由其它相位按比例補(bǔ)充，每個(gè)相位的補(bǔ)充綠燈時(shí)間"為，^=^S"^ -g;如果PW，貝"=《，，，i，為相位/的最大綠燈時(shí)間，多余的綠燈時(shí)間按比 例分配給其它相位。其它每個(gè)相位的獲得的額外綠燈時(shí)間"為Z々所述的上行協(xié)調(diào)相位啟動(dòng)時(shí)間、下行協(xié)調(diào)相位啟動(dòng)時(shí)間進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算步驟 上行協(xié)調(diào)相位啟動(dòng)時(shí)間、下行協(xié)調(diào)相位啟動(dòng)時(shí)間按照車流不停車地通過路 口的原則，根據(jù)各路段上行相位差和各路段下行相位差確定，每隔8 — 10個(gè)周 期一個(gè)階段調(diào)整一次， 一般和公共信號(hào)周期的調(diào)整同時(shí)進(jìn)行；上行協(xié)調(diào)相位啟動(dòng)時(shí)間滿足,:p=0、《=^>，-附C;附=1,2,-;_/ = 2，3,..."，其中，4為第一個(gè)路口的上行協(xié)調(diào)相位啟動(dòng)時(shí)間，《為第y個(gè)路口的上行協(xié)調(diào)相位啟動(dòng)時(shí)間，m的取值使o〈《〈c;下行協(xié)調(diào)相位啟動(dòng)時(shí)間滿足C,、 "_="|^，-/0:; / = 1,2,..;y = "-l,..2,l,其中，1 為第"個(gè)路口的下行協(xié)調(diào)相位啟動(dòng)時(shí)間，《為第y個(gè)路口的下行協(xié)調(diào)相位啟動(dòng)時(shí)間，/的取值使0"二^C;由于相鄰路口間的路段長度和車流平均速度的不同，在協(xié)調(diào)運(yùn)行過程中， 各路口相位會(huì)出現(xiàn)3種情況1.相位1和相位2連續(xù)，即相位1或相位2結(jié)束時(shí)剛好相位2或相位開始；2.相位1和相位2重合，即相位1或相位2還沒有 結(jié)束相位2或相位1就得開始；3.相位1和相位2離散，即相位1和相位2之間插入了部分相位3的時(shí)間；本發(fā)明通過對參數(shù)f的優(yōu)化計(jì)算，盡量避免第三種 情況出現(xiàn)，同時(shí)使第二種情況重合的時(shí)間少；即尋求一個(gè)優(yōu)化的控制參數(shù)"在滿足優(yōu)化性能指標(biāo)下滿足性能指標(biāo): A =minf|>H|^ l:(/<formula>formula see original document page 9</formula>所述的對各路口的相位組成進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整步驟如果支路道路狀況許可且交通流量較大，則把支路上的3號(hào)相位自動(dòng)分成不沖突的兩個(gè)相位，總共形成4相位；如果支路左轉(zhuǎn)車流和直行車流流量差別明顯或非機(jī)動(dòng)車和行人流量較大，則把支路的左轉(zhuǎn)車流和直行直流分開，形成的4個(gè)相位為；上行協(xié)調(diào)方向交通流為1號(hào)相位，下行協(xié)調(diào)方向交通流為2號(hào)相位，支路雙向直行車流為3號(hào)相位，支路雙向左轉(zhuǎn)和右轉(zhuǎn)車流為4號(hào)相位；如果支路雙向流量差別較大，則把支路每個(gè)方向車流各單獨(dú)設(shè)立一個(gè)相位， 形成的4個(gè)相位為上行協(xié)調(diào)方向交通流為1號(hào)相位，下行協(xié)調(diào)方向交通流為2號(hào)相位，支路一個(gè)方向車流為3號(hào)相位，支路另一個(gè)方向車流為4號(hào)相位。所述的一種城市交通干線動(dòng)態(tài)雙向綠波帶智能協(xié)調(diào)控制方法，其特征在于所述的循環(huán)處理返回步驟2)或者返回步驟3)循環(huán)處理步驟如果累計(jì)時(shí)間達(dá)到8至10周期一個(gè)階段，則進(jìn)入步驟2)并把累計(jì)時(shí)間復(fù)位；如果累計(jì)時(shí)間尚未達(dá)到8至10周期一個(gè)階段，則進(jìn)入步驟3)進(jìn)行實(shí)際控 制，并把累計(jì)時(shí)間增加一個(gè)單位。本發(fā)明所述的一種城市交通干線動(dòng)態(tài)雙向綠波帶智能協(xié)調(diào)控制方法，其核 心技術(shù)采用交通工程技術(shù)、人工智能技術(shù)和自動(dòng)控制技術(shù)。在綜合利用歷史數(shù) 據(jù)和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，采用智能優(yōu)化控制算法，對核心控制參數(shù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)優(yōu) 化計(jì)算，形成實(shí)時(shí)信號(hào)配時(shí)方案，從而應(yīng)用于交通干線的協(xié)調(diào)控制。本發(fā)明突破干線上路口間距必須相等或成倍數(shù)的物理限制，實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)地協(xié) 調(diào)干線上各路口的信號(hào)燈，使干線上雙向行駛的車輛一路綠燈地通行，有效提 高干線通行能力的同時(shí)大大降低停車率，明顯減少旅行時(shí)間，滿足人們的出行 需求。


圖1是城市交通干線動(dòng)態(tài)雙向綠波帶智能協(xié)調(diào)控制方法的二級控制模型圖； 圖2是本發(fā)明的控制流程圖； 圖3是本發(fā)明的城市交通干線示意圖； 圖4是本發(fā)明的預(yù)置的相位組成示意圖； 圖5是本發(fā)明的細(xì)化后的相位組成示意圖； 圖6是本發(fā)明的實(shí)際執(zhí)行的相位組成示意圖。
具體實(shí)施方式
城市交通干線動(dòng)態(tài)雙向綠波帶智能協(xié)調(diào)控制方法至少包括下列步驟1)啟動(dòng)啟動(dòng)交通信號(hào)協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)并設(shè)定相關(guān)參數(shù)，相關(guān)參數(shù)為公共周期、路段上行相位差、路段下行相位差、各路口綠信比、上行協(xié)調(diào)相位啟動(dòng)時(shí)間、下行協(xié)調(diào)相位啟動(dòng)時(shí)間和預(yù)置相位組成；2) 協(xié)調(diào)參數(shù)處理對公共周期、路段上行相位差、路段下行相位差、上行 協(xié)調(diào)相位啟動(dòng)時(shí)間、下行協(xié)調(diào)相位啟動(dòng)時(shí)間和各路口綠信比進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算；3) 路口控制參數(shù)處理對各路口的相位組成進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整；4) 時(shí)間處理；時(shí)間計(jì)量，若累計(jì)時(shí)間尚未達(dá)到一個(gè)公共周期時(shí)間，繼續(xù)按 當(dāng)前控制參數(shù)實(shí)施控制；5) 循環(huán)處理返回步驟2)或者返回步驟3)循環(huán)處理；所述的公共周期為各路口所有的相位循環(huán)一周所需的時(shí)間，干線上所有 路口采用相等的信號(hào)周期時(shí)間長度；所述的相位差為沿車輛行駛方向任意相鄰路口的協(xié)調(diào)相位起始時(shí)刻的最 小時(shí)間差，車輛行駛方向包括上行方向和下行方向，相位差包括上行相位差和 下行相位差，同一路口的上行相位差和下行相位差是不相等的；所述的協(xié)調(diào)相位啟動(dòng)時(shí)間為各路口協(xié)調(diào)相位的起始時(shí)刻，包括上行方向 的協(xié)調(diào)相位啟動(dòng)時(shí)間和下行方向協(xié)調(diào)相位啟動(dòng)時(shí)間；所述的綠信比為在一個(gè)公共周期中，每個(gè)路口各相位的綠燈時(shí)間與公共 周期的比；所述的相位組成為各路口互不沖突的車流構(gòu)成的相位，相位為3個(gè)，其 中，上行協(xié)調(diào)方向交通流為1號(hào)相位，下行協(xié)調(diào)方向交通流為2號(hào)相位，支路 雙向交通流為3號(hào)相位。所述的對公共周期進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算步驟公共周期由關(guān)鍵路口的交通流量確定，每隔8至10周期一個(gè)階段調(diào)整一次， 滿足Ce[C^，C^]，其中C為公共周期，C自為最小周期時(shí)間，C^為最大周期時(shí)間 公共周期C由關(guān)鍵路口的飽和度來調(diào)整，如果公共周期C過大，則關(guān)鍵路 口的飽和度較低，反之，則關(guān)鍵路口的飽和度較高，由以往的交通量統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù) 給出關(guān)鍵路口的最佳周期時(shí)間、最小周期時(shí)間C自和最大周期時(shí)間C^，公共周期C的調(diào)整以最佳周期時(shí)間為基準(zhǔn)由模糊控制算法來實(shí)現(xiàn)，使飽和度維持在0.9。所述的路段上行相位差、路段下行相位差進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算步驟 各路段上行相位差和各路段下行相位差根據(jù)路段長度與路段上行車流平均速度、路段下行車流平均速度確定，每隔8 — 10個(gè)周期一個(gè)階段調(diào)整一次，一般和公共周期的調(diào)整同時(shí)進(jìn)行，滿足11其中《f'W為第A個(gè)周期第7'個(gè)路段上行相位差，^，)為第^個(gè)周期第y' 個(gè)路段下行相位差，《w為第y個(gè)路口到第7+l個(gè)路口的距離，《^為第戶1到第y個(gè)路口的距離，^+,w為第A個(gè)周期第/個(gè)路段上行速度，"+,#)為第&個(gè)周期 第y'個(gè)路段下行速度。所述的各路口綠信比進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算步驟各路口的綠信比根據(jù)各相位的交通流量單獨(dú)計(jì)算，每個(gè)周期結(jié)束后調(diào)整一次，下一個(gè)周期按新的綠信比執(zhí)行，綠信比滿足4=|，其中=+ + /=1,2,3， QW為相位/在第A:信號(hào)周期的校正流量；QW為相位/在第A:個(gè)信號(hào)周期的實(shí)際流量；aw為相位纟的歷史平 均流量；正系數(shù)"、/ 、 y滿足a+〃+y = i， 一般取"=0.5， p=0.3， ,=0.2;有效綠燈時(shí)間滿足f,",(c-i;,,-/^,其中，& 為一個(gè)周期內(nèi)的所有黃燈時(shí)間，《。 為一個(gè)周期內(nèi)所有紅燈時(shí)間；如果/i",，，貝"=" ， f—為相位/的最小綠燈時(shí)間，缺少的綠燈時(shí)間由其它相位按比例補(bǔ)充，每個(gè)相位的補(bǔ)充綠燈時(shí)間",為如果Pl，貝"=^， W為相位z'的最大綠燈時(shí)間，多余的綠燈時(shí)間按比 例分配給其它相位。其它每個(gè)相位的獲得的額外綠燈時(shí)間為_ &^Z.。tW — 。
".max Z》O丄 x*所述的上行協(xié)調(diào)相位啟動(dòng)時(shí)間、下行協(xié)調(diào)相位啟動(dòng)時(shí)間進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算步驟: 上行協(xié)調(diào)相位啟動(dòng)時(shí)間、下行協(xié)調(diào)相位啟動(dòng)時(shí)間按照車流不停車地通過路 口的原則，根據(jù)各路段上行相位差和各路段下行相位差確定，每隔8 — 10個(gè)周 期一個(gè)階段調(diào)整一次， 一般和公共信號(hào)周期的調(diào)整同時(shí)進(jìn)行；上行協(xié)調(diào)相位啟動(dòng)時(shí)間滿足C=0、《=t《,"-附C; W = l，2,..;y = 2,3,.."，其中，4為第一個(gè)路口的上行協(xié)調(diào)相位啟動(dòng)時(shí)間，《為第J個(gè)路口的上行協(xié) 調(diào)相位啟動(dòng)時(shí)間，m的取值使o《p〈c;下行協(xié)調(diào)相位啟動(dòng)時(shí)間滿足4 ="g^+l-/C; "1,2,…；= "_1,..2,1 , 其中，l"為第"個(gè)路口的下行協(xié)調(diào)相位啟動(dòng)時(shí)間，^為第y個(gè)路口的下行協(xié)調(diào)相位啟動(dòng)時(shí)間，/的取值使0<( <(:;200810063709.0 說明書第8/10頁由于相鄰路口間的路段長度和車流平均速度的不同，在協(xié)調(diào)運(yùn)行過程中， 各路口相位會(huì)出現(xiàn)3種情況1.相位1和相位2連續(xù)，即相位1或相位2結(jié)束時(shí)剛好相位2或相位開始；2.相位1和相位2重合，即相位1或相位2還沒有 結(jié)束相位2或相位1就得開始；3.相位1和相位2離散，即相位1和相位2之間插入了部分相位3的時(shí)間；本發(fā)明通過對參數(shù)f的優(yōu)化計(jì)算，盡量避免第三種 情況出現(xiàn)，同時(shí)使第二種情況重合的時(shí)間少；即尋求一個(gè)優(yōu)化的控制參數(shù)6在滿足優(yōu)化性能指標(biāo)下滿足性能指標(biāo): <formula>formula see original document page 13</formula> 如果<formula>formula see original document page 13</formula>所述的對各路口的相位組成進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整步驟如果支路道路狀況許可且交通流量較大，則把支路上的3號(hào)相位自動(dòng)分成 不沖突的兩個(gè)相位，總共形成4相位；如果支路左轉(zhuǎn)車流和直行車流流量差別明顯或非機(jī)動(dòng)車和行人流量較大， 則把支路的左轉(zhuǎn)車流和直行直流分開，形成的4個(gè)相位為；上行協(xié)調(diào)方向交通 流為1號(hào)相位，下行協(xié)調(diào)方向交通流為2號(hào)相位，支路雙向直行車流為3號(hào)相 位，支路雙向左轉(zhuǎn)和右轉(zhuǎn)車流為4號(hào)相位；如果支路雙向流量差別較大，則把支路每個(gè)方向車流各單獨(dú)設(shè)立一個(gè)相位， 形成的4個(gè)相位為上行協(xié)調(diào)方向交通流為1號(hào)相位，下行協(xié)調(diào)方向交通流為2號(hào)相位，支路一個(gè)方向車流為3號(hào)相位，支路另一個(gè)方向車流為4號(hào)相位。所述的一種城市交通干線動(dòng)態(tài)雙向綠波帶智能協(xié)調(diào)控制方法，其特征在于所述的循環(huán)處理返回步驟2)或者返回步驟3)循環(huán)處理步驟如果累計(jì)時(shí)間達(dá)到8至10周期一個(gè)階段，則進(jìn)入步驟2)并把累計(jì)時(shí)間復(fù)位；如果累計(jì)時(shí)間尚未達(dá)到8至10周期一個(gè)階段，則進(jìn)入步驟3)進(jìn)行實(shí)際控 制，并把累計(jì)時(shí)間增加一個(gè)單位。如圖l所示，本發(fā)明所述的一種城市交通干線動(dòng)態(tài)雙向綠波帶智能協(xié)調(diào)控制 方法采用二級結(jié)構(gòu)控制，即交通指揮中心服務(wù)器級和路口智能信號(hào)控制機(jī)級。路口智能信號(hào)控制機(jī)實(shí)時(shí)收集路口實(shí)時(shí)交通信息，并通過網(wǎng)絡(luò)提供給交通 指揮中心服務(wù)器。交通指揮中心服務(wù)器對各路口智能信號(hào)控制機(jī)上傳的交通信息進(jìn)行預(yù)處理 并通過數(shù)據(jù)庫實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)。根據(jù)歷史和實(shí)時(shí)交通信息，對公共信號(hào)周期、各路段上行相位差、各路段下行下位差和各路口綠信比等核心控制參數(shù)的優(yōu)化 運(yùn)算，從而形成優(yōu)化控制方案，然后將優(yōu)化控制方案下發(fā)至各路口智能信號(hào)控 制機(jī)執(zhí)行。路口智能信號(hào)控制機(jī)根據(jù)接收到的優(yōu)化控制方案，結(jié)合實(shí)時(shí)交通信息，確 定各路口的相位和相序，對綠信比進(jìn)行合理調(diào)整，實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)、控制交通信號(hào)。交通指揮中心服務(wù)器對獲得的各路口交通信息進(jìn)行預(yù)處理以恢復(fù)丟失的數(shù) 據(jù)和消除異常，然后把處理后的交通信息保存到數(shù)據(jù)庫中，根據(jù)優(yōu)化計(jì)算的需 要，把交通信息從數(shù)據(jù)庫中快速提取出來并提供給優(yōu)化協(xié)調(diào)控制模塊?；诮?通信息處理模塊提供的歷史和實(shí)時(shí)交通信息，對公共信號(hào)周期、路段上行相位 差、路段下行相位差和各路口綠信比等核心控制參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算，并將生成 的雙向綠波帶協(xié)調(diào)控制方案發(fā)送給各路口智能信號(hào)控制機(jī)。路口智能信號(hào)控制機(jī)是控制方案的底層終端設(shè)備，負(fù)責(zé)交通控制功能的執(zhí) 行和基礎(chǔ)交通信息的采集，路口智能信號(hào)控制機(jī)除了執(zhí)行交通指揮中心服務(wù)器 的控制方案外,也具有一定的自主能力，根據(jù)實(shí)際的路口交通狀況，對交通指揮 中心服務(wù)器發(fā)送過來的動(dòng)態(tài)優(yōu)化配時(shí)方案，在一定范圍內(nèi)進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，包括 確定實(shí)際執(zhí)行的相位組成、調(diào)整綠信比、判斷干線方向左轉(zhuǎn)車流的"早斷"和"遲 起"等，實(shí)現(xiàn)最優(yōu)化控制。如圖2所示，本發(fā)明所述的城市交通干線動(dòng)態(tài)雙向綠波帶智能協(xié)調(diào)控制方 法的控制流程為(1) 啟動(dòng)進(jìn)行啟動(dòng)準(zhǔn)備工作，參數(shù)設(shè)定，包括預(yù)置相位設(shè)定；(2) 協(xié)調(diào)參數(shù)處理，包括(21) 公共周期處理；(22) 相位差處理；(23) 綠信比處理；(24) 協(xié)調(diào)相位啟動(dòng)時(shí)間處理；(3) 路口控制參數(shù)處理，根據(jù)路口實(shí)際交通情況，如果不需要進(jìn)行路口參數(shù) 處理，則直接進(jìn)入步驟(4)，否則包括(31) 相位組成細(xì)化根據(jù)支路實(shí)際交通狀況，如果需要對支路交通流進(jìn)行渠 化，則進(jìn)行相位組成細(xì)化，否則直接進(jìn)入步驟(32)或(33);(32) 實(shí)際執(zhí)行的相位組成確定；(33) 實(shí)際執(zhí)行的綠信比確定；(4) 時(shí)間處理時(shí)間計(jì)量，若累計(jì)時(shí)間尚未達(dá)到一個(gè)公共周期時(shí)間，繼續(xù)按(5) 當(dāng)前控制參數(shù)實(shí)施控制；(6) 循環(huán)處理如果達(dá)到一個(gè)時(shí)間階段則返回步驟(2)，否則返回步驟(3)城市交通干線示意圖如圖3所示。東西向道路為主干線，南北向道路為支路，兩者的交通流量差別較大。設(shè)由西往東為上行方向，由東往西為下行方向。 l.相位設(shè)置圖4為預(yù)置的相位組成示意圖，預(yù)置的相位組成主要用于交通指揮中心服務(wù)器優(yōu)化計(jì)算核心控制參數(shù)。相位l:主干線上上行方向的左轉(zhuǎn)、直行和右轉(zhuǎn)； 相位2:主干線上下行方向的左轉(zhuǎn)、直行和右轉(zhuǎn)； 相位3:支路的雙向的左轉(zhuǎn)、直行和右轉(zhuǎn)。圖5為細(xì)化后的相位組成示意圖，細(xì)化后的相位組成主要用于路口智能信號(hào) 控制機(jī)根據(jù)實(shí)際情況對交通指揮中心服務(wù)器給出的優(yōu)化控制方案進(jìn)行微調(diào)。如 果路口支路道路狀況允許且交通流量比較大，則按細(xì)化后的相位運(yùn)算，否則還 是按預(yù)置相位組成運(yùn)算。相位l:主干線上上行方向的左轉(zhuǎn)、直行和右轉(zhuǎn)；相位2:主干線上下行方向的左轉(zhuǎn)、直行和右轉(zhuǎn)；相位3:支路上北口的左轉(zhuǎn)、直行和右轉(zhuǎn)；相位4:支路上南口的左轉(zhuǎn)、直行和右轉(zhuǎn)。或者相位l:主干線上上行方向的左轉(zhuǎn)、直行和右轉(zhuǎn)； 相位2:主干線上下行方向的左轉(zhuǎn)、直行和右轉(zhuǎn)； 相位3:支路上雙向的直行和右轉(zhuǎn)； 相位4:支路上雙向的左轉(zhuǎn)。圖6為實(shí)際執(zhí)行的相位組成示意圖，實(shí)際執(zhí)行的相位組成是路口智能信號(hào)控 制機(jī)為了達(dá)到干線方向車流的綠波帶協(xié)調(diào)控制效果，并減少不同方向車流間的 沖突而最終用來控制信號(hào)燈組的。也就是說，實(shí)際執(zhí)行的相位組成就是在細(xì)化 后的相位組成的基礎(chǔ)上，根據(jù)實(shí)際情況每個(gè)周期對相位組成和相序進(jìn)行調(diào)整， 在新一個(gè)信號(hào)周期開始前確定，圖5是其中典型的一種。 1:主干線上上行方向的左轉(zhuǎn)、直行和右轉(zhuǎn)； 2:主干線上雙向的直行和右轉(zhuǎn) 3:主干線上下行方向的左轉(zhuǎn)、直行和右轉(zhuǎn)； 4:支路上北口的左轉(zhuǎn)、直行和右轉(zhuǎn)； 5:支路上南口的左轉(zhuǎn)、直行和右轉(zhuǎn)。位位位位位rn.T fTTT rTTT nTT fTTT才木木木禾1權(quán)利要求
1、一種城市交通干線動(dòng)態(tài)雙向綠波帶智能協(xié)調(diào)控制方法，其特征在于它至少包括下列步驟1)啟動(dòng)啟動(dòng)交通信號(hào)協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)并設(shè)定相關(guān)參數(shù)，相關(guān)參數(shù)為公共周期、路段上行相位差、路段下行相位差、各路口綠信比、上行協(xié)調(diào)相位啟動(dòng)時(shí)間、下行協(xié)調(diào)相位啟動(dòng)時(shí)間和預(yù)置相位組成；2)協(xié)調(diào)參數(shù)處理對公共周期、路段上行相位差、路段下行相位差、上行協(xié)調(diào)相位啟動(dòng)時(shí)間、下行協(xié)調(diào)相位啟動(dòng)時(shí)間和各路口綠信比進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算；3)路口控制參數(shù)處理對各路口的相位組成進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整；4)時(shí)間處理；時(shí)間計(jì)量，若累計(jì)時(shí)間尚未達(dá)到一個(gè)公共周期時(shí)間，繼續(xù)按當(dāng)前控制參數(shù)實(shí)施控制；5)循環(huán)處理返回步驟2)或者返回步驟3)循環(huán)處理；所述的公共周期為各路口所有的相位循環(huán)一周所需的時(shí)間，干線上所有路口采用相等的信號(hào)周期時(shí)間長度；所述的相位差為沿車輛行駛方向任意相鄰路口的協(xié)調(diào)相位起始時(shí)刻的最小時(shí)間差，車輛行駛方向包括上行方向和下行方向，相位差包括上行相位差和下行相位差，同一路口的上行相位差和下行相位差是不相等的；所述的協(xié)調(diào)相位啟動(dòng)時(shí)間為各路口協(xié)調(diào)相位的起始時(shí)刻，包括上行方向的協(xié)調(diào)相位啟動(dòng)時(shí)間和下行方向協(xié)調(diào)相位啟動(dòng)時(shí)間；所述的綠信比為在一個(gè)公共周期中，每個(gè)路口各相位的綠燈時(shí)間與公共周期的比；所述的相位組成為各路口互不沖突的車流構(gòu)成的相位，相位為3個(gè)，其中，上行協(xié)調(diào)方向交通流為1號(hào)相位，下行協(xié)調(diào)方向交通流為2號(hào)相位，支路雙向交通流為3號(hào)相位。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種城市交通干線動(dòng)態(tài)雙向綠波帶智能協(xié)調(diào)控制 方法，其特征在于所述的對公共周期進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算步驟公共周期由關(guān)鍵路口的交通流量確定，每隔8至10周期一個(gè)階段調(diào)整一次， 滿足Ce[C . ,C 1 ，,r jw 、 L"min , "max J ^其中C為公共周期，C自為最小周期時(shí)間，C^為最大周期時(shí)間 公共周期C由關(guān)鍵路口的飽和度來調(diào)整，如果公共周期C過大，則關(guān)鍵路 口的飽和度較低，反之，則關(guān)鍵路口的飽和度較高，由以往的交通量統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù) 給出關(guān)鍵路口的最佳周期時(shí)間、最小周期時(shí)間C,和最大周期時(shí)間C^，公共周期C的調(diào)整以最佳周期時(shí)間為基準(zhǔn)由模糊控制算法來實(shí)現(xiàn)，使飽和度維持在0.9。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種城市交通干線動(dòng)態(tài)雙向綠波帶智能協(xié)調(diào)控制方法，其特征在于所述的路段上行相位差、路段下行相位差進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算步驟各路段上行相位差和各路段下行相位差根據(jù)路段長度與路段上行車流平均速度、路段下行車流平均速度確定，每隔8_10個(gè)周期一個(gè)階段調(diào)整一次，一 般和公共周期的調(diào)整同時(shí)進(jìn)行，滿足其中《f'W為第^個(gè)周期第/個(gè)路段上行相位差，0為第^個(gè)周期第7'個(gè)路段下行相位差，^+1為第_/個(gè)路口到第_/+1個(gè)路口的距離，4吣為第y+i到第)個(gè)路口的距離，^+,W為第A:個(gè)周期第y個(gè)路段上行速度，v^W為第A:個(gè)周期 第J個(gè)路段下行速度。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種城市交通干線動(dòng)態(tài)雙向綠波帶智能協(xié)調(diào)控制 方法，其特征在于所述的各路口綠信比進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算步驟各路口的綠信比根據(jù)各相位的交通流量單獨(dú)計(jì)算，每個(gè)周期結(jié)束后調(diào)整一次，下一個(gè)周期按新的綠信比執(zhí)行，綠信比滿足4=|，其中QW M(")+^,W， zM,2,3' ^W為相位z'在第A:信號(hào)周期的 校正流量；0W為相位/在第A:個(gè)信號(hào)周期的實(shí)際流量；gW為相位/的歷史平 均流量；正系數(shù)"、y 、 y滿足a + p+y = i， 一般取"=0.5， / =0.3， y=0.2;有效綠燈時(shí)間滿足^MC-i;,,-^),其中，^為一個(gè)周期內(nèi)的所有黃燈時(shí)間，/ 。,,為一個(gè)周期內(nèi)所有紅燈時(shí)間；如果,,"—，WU,,="n， f,、皿為相位z'的最小綠燈時(shí)間，缺少的綠燈時(shí)間由其它相位按比例補(bǔ)充，每個(gè)相位的補(bǔ)充綠燈時(shí)間",為","^y"自-0;如果f,H，，貝"=、，，"為相位z'的最大綠燈時(shí)間，多余的綠燈時(shí)間按比 例分配給其它相位。其它每個(gè)相位的獲得的額外綠燈時(shí)間。^為。,aA/ 二 ^ ^"",max - O 0
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種城市交通干線動(dòng)態(tài)雙向綠波帶智能協(xié)調(diào)控制 方法，其特征在于所述的上行協(xié)調(diào)相位啟動(dòng)時(shí)間、下行協(xié)調(diào)相位啟動(dòng)時(shí)間進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算步驟上行協(xié)調(diào)相位啟動(dòng)時(shí)間、下行協(xié)調(diào)相位啟動(dòng)時(shí)間按照車流不停車地通過路 口的原則，根據(jù)各路段上行相位差和各路段下行相位差確定，每隔8 — 10個(gè)周 期一個(gè)階段調(diào)整一次， 一般和公共信號(hào)周期的調(diào)整同時(shí)進(jìn)行；上行協(xié)調(diào)相位啟動(dòng)時(shí)間滿足,:p=0、 d>，-WC;附=1,2,..;y = 2,3,..."，其中，4為第一個(gè)路口的上行協(xié)調(diào)相位啟動(dòng)時(shí)間，《為第y個(gè)路口的上行協(xié)調(diào)相位啟動(dòng)時(shí)間，m的取值使0〈《〈C;下行協(xié)調(diào)相位啟動(dòng)時(shí)間滿足C =" 4 ="§^+1-/C; / = 1,2,...;7 = "-1,..2,1，其中，c^為第"個(gè)路口的下行協(xié)調(diào)相位啟動(dòng)時(shí)間，《為第y個(gè)路口的下行協(xié)調(diào)相位啟動(dòng)時(shí)間，/的取值使0<^ <0:;由于相鄰路口間的路段長度和車流平均速度的不同，在協(xié)調(diào)運(yùn)行過程中， 各路口相位會(huì)出現(xiàn)3種情況1.相位1和相位2連續(xù)，即相位1或相位2結(jié)束 時(shí)剛好相位2或相位開始；2.相位1和相位2重合，即相位1或相位2還沒有 結(jié)束相位2或相位1就得開始；3.相位1和相位2離散，即相位1和相位2之 間插入了部分相位3的時(shí)間；本發(fā)明通過對參數(shù)f的優(yōu)化計(jì)算，盡量避免第三種 情況出現(xiàn)，同時(shí)使第二種情況重合的時(shí)間少；即尋求一個(gè)優(yōu)化的控制參數(shù)"在滿足優(yōu)化性能指標(biāo)下滿足性能指標(biāo)J2 :=minf4J" 1:0'<formula>formula see original document page 0</formula>
6、根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種城市交通干線動(dòng)態(tài)雙向綠波帶智能協(xié)調(diào)控制方法，其特征在于所述的對各路口的相位組成進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整步驟如果支路道路狀況許可且交通流量較大，則把支路上的3號(hào)相位自動(dòng)分成不沖突的兩個(gè)相位，總共形成4相位；如果支路左轉(zhuǎn)車流和直行車流流量差別明顯或非機(jī)動(dòng)車和行人流量較大，則把支路的左轉(zhuǎn)車流和直行直流分開，形成的4個(gè)相位為；上行協(xié)調(diào)方向交通流為1號(hào)相位，下行協(xié)調(diào)方向交通流為2號(hào)相位，支路雙向直行車流為3號(hào)相位，支路雙向左轉(zhuǎn)和右轉(zhuǎn)車流為4號(hào)相位；如果支路雙向流量差別較大，則把支路每個(gè)方向車流各單獨(dú)設(shè)立一個(gè)相位，形成的4個(gè)相位為上行協(xié)調(diào)方向交通流為1號(hào)相位，下行協(xié)調(diào)方向交通流為2號(hào)相位，支路一個(gè)方向車流為3號(hào)相位，支路另一個(gè)方向車流為4號(hào)相位。
7、根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種城市交通干線動(dòng)態(tài)雙向綠波帶智能協(xié)調(diào)控制 方法，其特征在于所述的循環(huán)處理返回步驟2)或者返回步驟3)循環(huán)處理步驟:如果累計(jì)時(shí)間達(dá)到8至10周期一個(gè)階段，則進(jìn)入步驟2)并把累計(jì)時(shí)間復(fù)位；如果累計(jì)時(shí)間尚未達(dá)到8至10周期一個(gè)階段，則進(jìn)入步驟3)進(jìn)行實(shí)際控 制，并把累計(jì)時(shí)間增加一個(gè)單位。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種城市交通干線動(dòng)態(tài)雙向綠波帶智能協(xié)調(diào)控制方法。方法包括啟動(dòng)、協(xié)調(diào)參數(shù)處理、路口參數(shù)處理、時(shí)間處理和循環(huán)處理等步驟，它包括兩級控制結(jié)構(gòu)，即交通指揮中心服務(wù)器控制層和路口智能信號(hào)控制機(jī)控制層，通過交通指揮中心服務(wù)器和路口智能信號(hào)控制機(jī)間的信息交互和協(xié)調(diào)，在線優(yōu)化相序及實(shí)時(shí)優(yōu)化計(jì)算公共周期、路段上行相位差、路段下行相位差、上行協(xié)調(diào)相位啟動(dòng)時(shí)間、下行協(xié)調(diào)相位啟動(dòng)時(shí)間和各路口綠信比等核心控制參數(shù)。本發(fā)明擺脫了交通干線綠波帶協(xié)調(diào)控制所必須的路口間距相等的限制，應(yīng)用交通工程技術(shù)、人工智能技術(shù)和自動(dòng)控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)干線雙向車流不停車地通行，提高干線道路通行能力的同時(shí)降低停車率，明顯減少旅行時(shí)間。
文檔編號(hào)G08G1/083GK101325008SQ200810063709
公開日2008年12月17日 申請日期2008年7月25日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月25日
發(fā)明者孔祥杰, 沈國江 申請人:浙江大學(xué)