面向紧急救援车辆行驶路径的交通信号协调控制优化方法技术

本发明专利技术涉及一种面向紧急救援车辆行驶路径的交通信号协调控制优化方法，包括紧急救援优先等级划分、路径类型划分、信号优先控制、信号协调控制、双层规划模型，以路径为研究对象进行相关的协调控制研究；首先，进行紧急救援特征及目标分析；进而，基于双层规划模型，研究不同路径形态下上层的动态相位差和下层的路径绿波协调；最后，进行相关的案例仿真分析与验证。本发明专利技术的方法具有实时性，利用紧急救援到达交叉口时间和社会车辆实时车载信息，对紧急救援进行路径的交通信号协调优先控制，能提高紧急救援响应时间，有效减小人员伤亡和财产损失。

Optimization method of traffic signal coordination control for emergency vehicle routing

【技术实现步骤摘要】
面向紧急救援车辆行驶路径的交通信号协调控制优化方法
本专利技术涉及一种城市道路交通信号优先控制方法，特别涉及一种面向紧急救援车辆行驶路径的交通信号协调控制双层规划优化方法。
技术介绍
经济的发展，城市化进程加快，中心城区交通运行状态持续恶化，交通安全、交通堵塞及交通环境污染日益严峻，城市交通管理关注的重点将逐渐从大概率但危害程度相对较低的拥堵事件，向小概率但恶性程度高的突发灾害事件战略转移。特别是城市道路不断扩张和城市土地的高度集中导致城市存在较大的受灾隐患，一旦突发灾害事件发生，如得不到疏散和及时的救援将造成巨大的人员伤亡和财产损失。紧急救援车辆，是指救护车、消防车、执勤警车、市政抢修车(电力、供水、交通)、工程抢险车等城市中正在执行特殊紧急救援任务的车辆。现实生活中，这些车辆因为对沿线交通状况缺乏有效的了解和掌握，无法机动灵活地调整行驶线路，加之传统交通信息采集方式的空间局限性，沿线交叉口信号优先控制策略无法对其及时响应，常常使其淹没在拥堵车流中，进退维谷，无端消耗宝贵的紧急救援时间，进一步加剧人力物力的损失。相关研究表明，自然或人为重大突发事件发生后，同样伤势的重伤人员，在30分钟内获救，其生存率为80％，60分钟和90分钟内获救，其生存率分别仅为40％和10％，因此，城市交通中对于紧急救援交通管控的重要性不言而喻，为减少生命和财产损失，事发后需在救援机构和出事地点之间及时动态规划出一条“黄金生命线”，并在沿线对救援车辆进行及时响应，设置合理的交通控制策略，使其尽可能无延误通行，缩短行程时间。特别是交通问题日益严峻的大城市，伴随紧急救援交通过程而来的交通安全、交通拥堵问题愈发突出，先进的城市交通管理与控制系统中，功能深化的紧急救援交通管控具有巨大需求。目前对紧急救援优先的的研究集中在路径选择方面，寻找一条黄金救援路线，对紧急救援信号配时和优化方面研究较少。但是空间上的优先并不能保证紧急救援车辆快速到达事故地点，因此需要从时间上分离紧急救车流和社会车流。对紧急救援车辆的信号优先控制研究主要是设置检测器，系统无法根据预测到的车辆类型和流量来优化信号设置，如变化每个相位的持续时间或采用更适合的周期时间和相序等，而且交叉口一旦发生交通拥堵，产生车辆排队现象，若救援车辆到达交叉口处再调整信号显示，交叉口的排队车辆可能无法及时消散，会影响其优先通行，所以现有方法存在改进的空间；主要集中在单一方向单一紧急救援车辆的信号优先控制，对多方向多辆紧急救援车辆同时到达交叉口的多相位协调优先控制研究的较少；对于研究单一交叉口信号优先的缺点在于，在固定相位相序条件下，仅通过算法缩短红灯时间或延长绿灯时间来调整原有信号配时参数，会打断原有的信号配时，而且在该模式下，紧急救援车辆通过交叉口后的恢复工作计算量较大。另一方面，结合紧急救援交通的特点针对实际路径进行了信号优先的双层规划模型研究，符合紧急救援信号优先的实际情况，因为实际的救援必然不是单个交叉口的信号优先，而是既定最优路径的信号协调优先。首先，进行紧急救援特征及目标分析；进而，基于双层规划模型，研究不同路径形态下上层的动态相位差和下层的路径绿波协调；最后，进行相关的案例仿真分析与验证。因此，本领域的技术人员致力于开发一种面向紧急救援车辆行驶路径的交通信号协调控制双层规划优化方法。
技术实现思路
针对现在城市突发事件的危害性以及现有研究对于路径级的紧急救援信号控制策略研究较少，难以系统的解决紧急救援车辆应急响应过程，本专利技术提出了一种面向紧急救援车辆行驶路径的交通信号协调控制优化方法；该方法采用上层为紧急救援动态相位差模型，下层为紧急救援路径绿波模型；在动态相位差层面，依据紧急救援车队前方排队长度和紧急救援到达预估时间，计算各个交叉口相对于前一交叉口的动态相位差；在紧急救援路径绿波层面，依据路径转向特点和通过能力的折损求解转向带宽并与直行带宽形成对比，采用遗传算法求解最大带宽；分别采用无优先控制策略，单交叉口优先策略，路径协调控制双层规划策略进行VISSIM微观仿真实验。本专利技术的技术方案为：一种面向紧急救援车辆行驶路径的交通信号协调控制优化方法，包括紧急救援优先等级划分、路径类型划分、信号优先控制、信号协调控制、双层规划模型，以路径为研究对象进行相关的协调控制研究；首先，进行紧急救援特征及目标分析；进而，基于双层规划模型，研究不同路径形态下上层的动态相位差和下层的路径绿波协调；最后，进行相关的案例仿真分析与验证。所述紧急救援优先等级划分：根据紧急救援特点对不同优先级别的紧急救援车辆的进行分类。综合考虑紧急救援车辆类型、交叉口信号配时、道路等级、车队规模等因素，确定其优先程度，优先级别最高的为医疗救护车、自然灾害抢险车、消防车，其次为警车、工程抢险车、交通事故牵引车，最后为人员疏散车、紧急救援物资车。所述的路径类型划分：给出路径的基本类型和组合形式，其中基本类型包括直行路径，直行左转路径，直行右转路径，组合形式包括阶梯型路径和U型路径。所述信号优先控制：根据当前相位绿灯时间和紧急救援到达时间，决定采取绿灯提前亮起或者绿灯延长。所述协调控制：建立整条路径的绿波模型，把整个路径信号进行一个信号协调控制。所述双层规划模型：研究不同路径形态下上层的动态相位差模型和下层的路径绿波协调；在动态相位差层面，依据紧急救援车队前方排队长度和紧急救援到达预估时间，计算各个交叉口相对于前一交叉口的动态相位差；在紧急救援路径绿波层面，依据路径转向特点和通过能力的折损求解转向带宽并与直行带宽形成对比，采用遗传算法求解最大带宽。所述案例仿真分析与验证：运用微观交通仿真软件VISSIM对双层规划交通信号协调控制策略、单交叉口信号优先策略和无信号优先策略进行了仿真分析，对比协调控制策略、单交叉口信号优先策略和无信号优先策略下紧急救援车辆的车均延误排队长度、行程时间、停车次数以及交叉口总延误。本专利技术的有益效果在于：本专利技术方法充分考虑紧急救援在实际救援响应过程中的信号配时问题，提出了面向紧急救援的路径信号协调控制双层规划优化方法，明确各交叉口对应采用的交通控制方案，精确处理各交叉口的排队车辆，使紧急救援车辆不停车通过整个路径，提高救援响应效率，降低人员伤亡和财产损失。仿真结果表明，采取路径协调控制双层规划策略相对于无信号优先策略，能使紧急救援延误减小35％，行程时间减小18％，排队长度减小36％，停车次数减小38％，且对整个路径社会车辆影响最小。本专利技术具有高效性、可靠性、实用性。附图说明图1为本专利技术的面向紧急救援的路径信号协调控制优化方法整体优化流程图；图2为本专利技术的路径转向类型示意图；图3为本专利技术的排队疏散示意图；图4为本专利技术的紧急救援交通动态相位差模型图；图5为本专利技术的紧急救援交通路径绿波控制图；图6为本专利技术的信号配时方案图。具体实施方式以下将结合附图，具体说明本专利技术的技术方案、具体结构和控制方法。如图1所示，一种面向紧急救援的路径信号协调控制双层规划优化方法，利用紧急救援特点进行优先等级划分，并根据交通信号实时状态，以及紧急救援到达时间和排队消散时间的关系，确定该交叉口的信号优先策略，是绿灯延长还是绿灯提前亮起。接着根据绿灯时间的改变重新确定各个交叉口的相位差，进而重新确定带宽的上下界。如通过仿真本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种面向紧急救援车辆行驶路径的交通信号协调控制优化方法，其特征在于：包括紧急救援优先等级划分、路径类型划分、信号优先控制、信号协调控制、双层规划模型，以路径为研究对象进行相关的协调控制研究；首先，进行紧急救援特征及目标分析；然后，基于双层规划模型，研究不同路径形态下上层的动态相位差和下层的路径绿波协调；最后，进行相关的案例仿真分析与验证。

【技术特征摘要】
1.一种面向紧急救援车辆行驶路径的交通信号协调控制优化方法，其特征在于：包括紧急救援优先等级划分、路径类型划分、信号优先控制、信号协调控制、双层规划模型，以路径为研究对象进行相关的协调控制研究；首先，进行紧急救援特征及目标分析；然后，基于双层规划模型，研究不同路径形态下上层的动态相位差和下层的路径绿波协调；最后，进行相关的案例仿真分析与验证。2.根据权利要求1所述的面向紧急救援车辆行驶路径的交通信号协调控制双层规划优化方法，其特征在于：所述紧急救援优先等级划分：根据紧急救援特点对不同优先级别的紧急救援车辆进行分类，并综合考虑紧急救援车辆类型、交叉口信号配时、道路等级、车队规模因素，确定其优先程度，优先级别最高的为医疗救护车、自然灾害抢险车、消防车，其次为警车、工程抢险车、交通事故牵引车，最后为人员疏散车、紧急救援物资车。3.根据权利要求1所述的面向紧急救援车辆行驶路径的交通信号协调控制优化方法，其特征在于：所述路径类型划分：给出路径的基本类型和组合形式，其中基本类型包括直行路径，直行左转路径，直行右转路径，组合形式包括阶梯型路径和U型路径。4.根据权利要求1所述的面向紧急救援车辆行驶路径的交通信号协调控制优...

【专利技术属性】
技术研发人员：姚佼，赵靖，张凯敏，周溪召，韩印，刘善勇，王飞，高傲翔，戴亚轩，倪屹聆，郭永涛，王静，
申请(专利权)人：上海理工大学，
类型：发明
国别省市：上海,31