一种一体化干线交叉口群时空资源配置方法技术

一种降低车辆延误和交通排放的协调信号配时优化方法，适用于有(无)左转短车道的干线交叉口群。基于协调信号对干线车流的影响分析，考虑短车道空间优化构建了干线交叉口群时空资源配置优化模型，针对短车道空间确定构建了干线交叉口群信号配时优化模型。为评价干线交叉口群的运行效率和环境状况，提出了三种具体形式的性能指标，并改进了车道组车均延误估计方法和红绿灯期间排放因子标定方法。然后，针对各种情况给出了上述模型和方法的技术应用流程。借助交通仿真软件VISSIM和编程软件MATLAB，使用算例说明了技术应用流程。结果表明，面向干线交叉口群，新方法能一体化配置时空资源，实现车辆延误和交通排放的最小化，可广泛应用于信号配时设计与优化。 1

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于智能交通控制领域，涉及一种降低车辆延误和交通排放的适用于有(无)短车道的一体化干线交叉口群时空资源配置方法。
技术介绍
近年来，一些大中城市机动车保有量持续激增，由此引发的交通拥堵频频发生且持续时间加长，同时机动车尾气排放导致出行环境和生活环境不断恶化。从交通管理与控制角度，提高路网运行效率、缩短机动车行程时间和延误、降低机动车尾气排放已成为许多学者和工程师关注的一个热点问题。在城市路网中，一条干线道路上相邻交叉口间存在很强的相关性，此时多个交叉口构成一个交叉口群。干线交叉口群是城市道路系统的重要子系统，其运行效率对城市路网服务水平至关重要。由于机动车尾气排放影响城市空气质量，干线交叉口群的交通排放水平决定着城市路网的空气质量。针对干线交叉口群，如何降低机动车延误和排放显得尤为关键。目前，国内外相关领域的主要研究成果可归纳为：(1)对于干线交叉口群，其协调信号控制方法主要有最大绿波带法和最小延误法。常用的最大绿波带法包括图解法和数解法，这两类方法较少关注单点信号控制方案设计，致使干线协调控制效果受到制约。最小延误法在建立数学模型时往往只考虑最小化干线车流的总延误，很少考虑协调控制方案对非协调相位的影响。(2)对于机动车排放，其测试方法主要有台架测试、隧道实验、遥感测试和车载测试。台架测试的主要缺点是系统昂贵，测试成本高。隧道实验的主要缺点是易受背景浓度影响，被测车辆的工况单一。遥感测试的主要缺点是易受环境条件影响，不能全面反映机动车在各种行驶状态下的排放。车载测试的主要缺点是测试样本有限，结果无法反映整体车队的排放水平。(3)对于考虑机动车排放的信号配时优化，一种方法是将交通仿真软件与机动车排放模型相结合研究信号控制策略对机动车排放水平的影响，另一种是引入大气扩散模型直接建立最小化机动车排放量的信号配时优化模型。这两类方法一般忽略红绿灯期间机动车运行状况和排放水平的差异，也不考虑车道展宽带来的影响。根据交通流理论的研究成果，车辆在红绿灯期间的受阻滞过程明显不同，机动车处于不同行驶工况的排放水平有显著差异。在单点交叉口信号控制方案优化的基础上，本专利技术提出一种降低机动车延误和排放的干线交叉口群时空资源配置方法。
技术实现思路
本专利技术面向干线交叉口群提供一种降低车辆延误和交通排放的一体化时空资源配置方法，针对任意控制时段最大限度地降低干线交叉口群的车均延误和交通排放量。1、干线交叉口群时空资源优化模型如果考虑短车道空间设计，干线交叉口群时空资源优化模型为 min P I = f ( g p i η , L j η , o η , η + 1 ) ( a 1 ) s . t . Σ i = 1 n η φ i j η g p i η ≥ g min ( b 1 ) C min ≤ Σ i = 1 n η g p i η + n d η 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种降低机动车延误和排放的一体化干线交叉口群时空资源配置方法，包括实施条件、优化模型和技术应用流程，其特征在于：(一)实施条件(1)干线交叉口群，其规模为1或以上；(2)每个交叉口为三路、四路或五路交叉口，每条进口道上渠化2条或以上机动车道；(3)右转车流与其同向直行车流一起通行；(4)每个交叉口设置2个或以上信号相位；(二)优化模型针对设计短车道空间，干线交叉口群时空资源优化模型为式中：PI为干线交叉口群性能指标；为交叉口η相位i的有效绿灯时间(s)；为交叉口η车道组j的短车道长度(m)；oη,η+1为交叉口η+1相对于η的相位差(s)；nη为交叉口η的相位数；为判断交叉口η车道组j是否在相位i内通行的变量，若是反之gmin为最小有效绿灯时间(s)；Cmin为最短周期时长(s)；为交叉口η的独立相位数；l为平均相位损失时间(s)；Cmax为最长周期时长(s)；Cc为共用周期时长(s)；为平均饱和车头时距(s)；为平均停车间距(m)；为判断交叉口η车道组j是否设置短车道的变量，若是反之为交叉口η与η+1的共有路段长度(m)；为判断交叉口η车道组j′是否在共有路段上的变量，若是反之式(1)的决策变量为相位有效绿灯时间、短车道长度和交叉口相位差，目标函数(a1)代表由相位有效绿灯时间、短车道长度和交叉口相位差决定的干线交叉口群性能指标最小化；约束条件(b1)代表车道组有效绿灯时间等于或大于最小有效绿灯时间；约束条件(b2)代表信号周期时长等于或大于最短周期时长、且小于或等于最长周期时长；约束条件(b3)代表各交叉口信号周期时长均相同(不考虑双周期或半周期)；约束条件(b4)代表交叉口相位差等于或大于0、且小于共用周期时长；约束条件(b5)代表车道组有效绿灯时间等于或大于短车道上排队车辆完全释放时间；约束条件(b6)代表相邻交叉口共有路段上的短车道长度之和小于或等于该共有路段长度；约束条件(c1)代表相位有效绿灯时间等于或大于0；约束条件(c2)代表短车道长度等于或大于0；针对短车道空间确定，干线交叉口群信号配时优化模型为minPI=f(gpiη,oη,η+1)(a2)s.t.Σi=1nηφijηgpiη≥gmin(b1)Cmin≤Σi=1nηgpiη+ndηl≤Cmax(b2)Σi=1nηgpiη+ndηl=Cc(b3)0≤oη,η+1<Cc(b4)gpiη≥0(c1)---(2)]]>式(2)的决策变量为相位有效绿灯时间和交叉口相位差，其中符号含义同式(1)，目标函数(a2)代表由相位有效绿灯时间和交叉口相位差决定的干线交叉口群性能指标最小化，约束条件(b1)、(b2)、(b3)、(b4)和(c1)含义同式(1)；在式(1)和(2)中，性能指标有如下三种具体形式：其中：式中：ψ为交叉口个数；TDη为交叉口η的车辆总延误(s)；mη为交叉口η的车道组数；为交叉口η车道组j的车均延误(s/pcu)；为机动车类别数；βω为ω类机动车的折算系数；为交叉口η车道组j上ω类机动车所占比例；为交叉口η车道组j的需求流率(veh/h)；T为分析期持续时间(h)；TEη为交叉口η的机动车总排放(mg)；κ为污染物种类数；为交叉口η车道组j上ω类机动车排放污染物k的质量(mg)；为交叉口η车道组j上ω类机动车在绿灯期间排放污染物k的因子(mg/s/veh)；为交叉口η车道组j上ω类机动车在红灯期间排放污染物k的因子(mg/s/veh)；为交叉口η车道组j的有效绿灯时间(s)；为交叉口η车道组j上一辆ω类机动车的平均停留时间(s)；为交叉口η车道组j的进口道长度(m)；为交叉口η车道组j上ω类机动车的平均行驶速度(m/s)；式(3)表示最小化所有车辆的总延误，式(4)表示最小化所有车辆的总排放，式(5)表示同时最小化所有车辆的总延误和总排放；根据HCM2000延误公式，每条车道组的车均延误为dj=0.5Cc(1-λj)21-min(1,xj)λj×PFj+900T[(xj-1)+(xj-1)2+8KIjxjcjT]+1800Qj(1+uj′)tj′/(cjT)---(6)]]>其中：uj′=0,tj′<T1-cjTQj[1-min(1,xj)],tj′≥T;tj′=0,Qj=0min{T,Qjcj[1-min(1,xj)&r...

【技术特征摘要】
1.一种降低机动车延误和排放的一体化干线交叉口群时空资源配置方法，包括实施条件、优化模型和技术应用流程，其特征在于：(一)实施条件(1)干线交叉口群，其规模为1或以上；(2)每个交叉口为三路、四路或五路交叉口，每条进口道上渠化2条或以上机动车道；(3)右转车流与其同向直行车流一起通行；(4)每个交叉口设置2个或以上信号相位；(二)优化模型针对设计短车道空间，干线交叉口群时空资源优化模型为式中：PI为干线交叉口群性能指标；为交叉口η相位i的有效绿灯时间(s)；为交叉口η车道组j的短车道长度(m)；oη,η+1为交叉口η+1相对于η的相位差(s)；nη为交叉口η的相位数；为判断交叉口η车道组j是否在相位i内通行的变量，若是反之gmin为最小有效绿灯时间(s)；Cmin为最短周期时长(s)；为交叉口η的独立相位数；l为平均相位损失时间(s)；Cmax为最长周期时长(s)；Cc为共用周期时长(s)；为平均饱和车头时距(s)；为平均停车间距(m)；为判断交叉口η车道组j是否设置短车道的变量，若是反之为交叉口η与η+1的共有路段长度(m)；为判断交叉口η车道组j′是否在共有路段上的变量，若是反之式(1)的决策变量为相位有效绿灯时间、短车道长度和交叉口相位差，目标函数(a1)代表由相位有效绿灯时间、短车道长度和交叉口相位差决定的干线交叉口群性能指标最小化；约束条件(b1)代表车道组有效绿灯时间等于或大于最小有效绿灯时间；约束条件(b2)代表信号周期时长等于或大于最短周期时长、且小于或等于最长周期时长；约束条件(b3)代表各交叉口信号周期时长均相同(不考虑双周期或半周期)；约束条件(b4)代表交叉口相位差等于或大于0、且小于共用周期时长；约束条件(b5)代表车道组有效绿灯时间等于或大于短车道上排队车辆完全释放时间；约束条件(b6)代表相邻交叉口共有路段上的短车道长度之和小于或等于该共有路段长度；约束条件(c1)代表相位有效绿灯时间等于或大于0；约束条件(c2)代表短车道长度等于或大于0；针对短车道空间确定，干线交叉口群信号配时优化模型为 min P I = f ( g p i η , o η , η + 1 ) ( a 2 ) s . t . Σ i = 1 n η φ i j η g p i η ≥ g min ( b 1 ) C min ≤ Σ i = 1 n η g p i η + n d η l ≤ C max ( b 2 ) Σ i = 1 n η g p i η + n d η l = C c ( b 3 ) 0 ≤ o η , η + 1 < C c ( b 4 ) g p i η ≥ 0 ( c 1 ) - - - ( 2 ) ]]>式(2)的决策变量为相位有效绿灯时间和交叉口相位差，其中符号含义同式(1)，目标函数(a2)代表由相位有效绿灯时间和交叉口相位差决定的干线交叉口群性能指标最小化，约束条件(b1)、(b2)、(b3)、(b4)和(c1)含义同式(1)；在式(1)和(2)中，性能指标...

【专利技术属性】
技术研发人员：姚荣涵，张晓彤，许向辉，徐洪峰，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：辽宁;21