一种面向单行交通网络的公共信号周期设计方法技术

本发明专利技术公开了一种面向单行交通网络的公共信号周期设计方法，包括以下步骤：S1、对单行交通网络各交叉口进行编号；S2、获取协调设计需要的基础数据；S3、确定单行交通网络中各个环的类型；S4、根据步骤S3确定的“实环”和“虚环”，得出各个环的偏移量比，将各个环的偏移量比分别进行变换，从而得到单行交通网络的总偏移绿信比；S5、获得单行路网的最佳公共信号周期；S6、根据最小环的偏移绿信比确定各路段的偏移绿灯时间，再确定各交叉口的相位差，从而得到最佳信号配时设计方案。本发明专利技术通过对单行交通网络的公共信号周期进行设计，实现了单行交通网络绿波协调控制，为各条单行道路提供了较大的绿波带宽。

A public signal period design method for one-way traffic network

【技术实现步骤摘要】
一种面向单行交通网络的公共信号周期设计方法
本专利技术涉及交通信号控制领域，特别涉及一种面向单行交通网络的公共信号周期设计方法。
技术介绍
单行交通是指车辆只能沿一个方向行驶的交通组织形式。在道路系统中，如果组织多条道路实施单行交通形成相互衔接的路网，则称之为单行交通网络。实施单行交通能够减少交叉口的冲突点，提高道路的通行能力，增加车辆行驶的安全性，减少交通事故；可以分流主干道交通，缓解主干道的交通压力，提高车辆的行驶速度；能够实现“立交平做”，提高交叉口的通行效率，减少对城市景观的破坏。特别是，对单行交通网络实行信号绿波协调控制能够进一步地提高车辆的行驶速度，提升整个单行交通网络的通行能力与通行效率。目前，虽然国内外有很多学者对单行交通网络进行研究，但研究方向主要侧重于单行交通如何实施以及实施后的评价方法，对于单行交通网络的信号协调控制研究却鲜有涉及。另一方面，国内外有很多学者研究信号绿波协调控制，但研究对象主要为干道双向绿波协调控制，而对于单行交通网络的区域绿波协调设计却鲜有研究。因此研究一种面向单行交通网络的公共信号周期设计方法，以实现单行交通网络的区域绿波协调设计，具有十分重要的研究价值与现实意义。
技术实现思路
本专利技术的主要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种面向单行交通网络的公共信号周期设计方法，实现了单行交通网络绿波协调控制，为各条单行道路提供了较大的绿波带宽。为了达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案：一种面向单行交通网络的公共信号周期设计方法，包括以下步骤：S1、对单行交通网络各交叉口进行编号；S2、获取协调设计需要的基础数据；S3、确定单行交通网络中各个环的类型，将由单行交通网络中网孔路段所组成的环称为最小环，将由单行交通网络中最外侧道路所组成的环称为最大环，将车辆能够从环起始交叉口行驶一周又回到起始交叉口所形成的环定义为“实环”，将车辆不能够从环起始交叉口行驶一周回到起始交叉口所形成的环定义为“虚环”；S4、根据步骤S3确定的“实环”和“虚环”，得出各个环的偏移量比，将各个环的偏移量比分别进行变换，从而得到单行交通网络的总偏移绿信比；S5、获得单行路网的最佳公共信号周期；S6、根据最小环的偏移绿信比确定各路段的偏移绿灯时间，再确定各交叉口的相位差，从而得到最佳信号配时设计方案。作为优选的技术方案，步骤S1具体为：首先对m×n的棋盘型单行交通网络的东西单行道进行编号，然后以单行交通网络中西北角交叉口为基准对交叉口进行编号为I(1,1)。作为优选的技术方案，对单行道由北往南依次编为第一条东西单行道、第二条东西单行道直至最后一条东西单行道，然后对第一条东西单行道除基准交叉口以外的交叉口由西往东依次编号为I(1,2)、I(1,3)、…、I(1,j)、…、I(1,n)，对第二条东西单行道的交叉口依次编号为I(2,1)、I(2,2)、…、I(2,j)、…、I(2,n)，以此类推，对最后一条东西单行道的交叉口依次编号为I(m,1)、I(m,2)、…、I(m,j)、…、I(m,n)。作为优选的技术方案，步骤S2中，所述基础数据包括：各条路段的行驶时间、各个交叉口各个相位的绿信比以及公共信号周期范围。作为优选的技术方案，步骤S3具体为：S31、将由单行交通网络中网孔路段所组成的环称为最小环，由单行交通网络中最外侧道路所组成的环称为最大环，按照由西往东、由南往北的方向，依次对各个最小环进行顺序编号为①、②、③、④……；S32、将车辆能够从环内西北角起始交叉口I(i,j)沿逆时针或顺时针方向行驶一周回到起始交叉口I(i,j)所形成的环定义为“实环”，反之，将车辆不能从环内西北角起始交叉口I(i,j)沿逆时针或顺时针方向行驶一周回到起始交叉口I(i,j)所形成的环定义为“虚环”；S33、根据起始交叉口I(i,j)所在的东西单行道方向来确定环的方向，若单行道方向为由西向东，则环的方向定义为顺时针方向，若单行道方向为由东向西，则环的方向定义为逆时针方向。作为优选的技术方案，步骤S4具体为：为了保证直行车辆能够不停车地通过环内的每条单行道，需要确保在上游交叉口绿灯中心时刻通过交叉口的车辆到达下游交叉口的时间刚好也是绿灯中心时刻，考虑到不同相位之间的转换时间，结合时距图，得出逆时针“实环”在理想情况下应满足以下要求：式中，t(i→i+1,j)为交叉口I(i,j)到I(i+1,j)的行驶时间，t(i+1,j→j+1)为交叉口I(i+1,j)到I(i+1,j+1)的行驶时间，t(i+1→i,j+1)为交叉口I(i+1,j+1)到I(i,j+1)的行驶时间，t(i,j+1→j)为交叉口I(i,j+1)到I(i,j)的行驶时间，k(i,j)为整数；由于t(i→i+1,j)+t(i+1,j→j+1)+t(i+1→i,j+1)+t(i,j+1→j)不一定是公共信号周期的整数倍，因此与整数倍的公共信号周期将产生一定的偏移量，将该偏移量与公共信号周期的比值定义为偏移量比，因此起始交叉口I(i,j)所在逆时针“实环”的偏移量比△r(i,j)计算公式为：同理可得起始交叉口I(i,j)所在顺时针“实环”的偏移量比△r(i,j)计算公式为：进一步地，结合时距图，得出逆时针“虚环”在理想情况下应满足以下要求：因此起始交叉口I(i,j)所在逆时针“虚环”的偏移量比△r(i,j)计算公式为：同理可得起始交叉口I(i,j)所在顺时针“虚环”的偏移量比△r(i,j)计算公式为：为了减少偏移绿信比对绿波带宽度的影响，偏移绿信比的设置范围在(-0.5，0.5]之间，因此需要将偏移量比进行变换，得到偏移绿信比如下：进一步地，结合时距图得出最大环在理想情况下应满足以下要求：式中，a、b、c均为路段特征参数，若路段通行方向与最大环的方向一致时，对应的路段特征参数取0，若路段通行方向与最大环的方向不一致时，对应的路段特征参数取1，t(i:i+1,1)、t(m,j:j+1)、t(i:i+1,n)、t(1,j:j+1)分别为交叉口I(i,1)与I(i+1,1)、I(m,j)与I(m,j+1)、I(i,n)与I(i+1,n)、I(1,j)与I(1,j+1)之间的行驶时间；因此最大环的偏移量比△rM计算公式为：同理对偏移量比△rM进行变换，得到最大环偏移绿信比△λM如下：进一步地，考虑到对单行交通网络中各路段绿波设计的均衡，根据各个最小环与最大环的偏移绿信比，求和计算出单行交通网络的总偏移绿信比△λT为：作为优选的技术方案，步骤S5中，针对各个公共信号周期取值，以单行交通网络的总偏移绿信比最小为目标，选取路网的最佳公共信号周期。作为优选的技术方案，步骤S6具体为：S61、偏移绿灯时间为公共信号周期与偏移绿信比的乘积，其值取本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种面向单行交通网络的公共信号周期设计方法，其特征在于，包括以下步骤：/nS1、对单行交通网络各交叉口进行编号；/nS2、获取协调设计需要的基础数据；/nS3、确定单行交通网络中各个环的类型，将由单行交通网络中网孔路段所组成的环称为最小环，将由单行交通网络中最外侧道路所组成的环称为最大环，将车辆能够从环起始交叉口行驶一周又回到起始交叉口所形成的环定义为“实环”，将车辆不能够从环起始交叉口行驶一周回到起始交叉口所形成的环定义为“虚环”；/nS4、根据步骤S3确定的“实环”和“虚环”，得出各个环的偏移量比，将各个环的偏移量比分别进行变换，从而得到单行交通网络的总偏移绿信比；/nS5、获得单行路网的最佳公共信号周期；/nS6、根据最小环的偏移绿信比确定各路段的偏移绿灯时间，再确定各交叉口的相位差，从而得到最佳信号配时设计方案。/n

【技术特征摘要】
1.一种面向单行交通网络的公共信号周期设计方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、对单行交通网络各交叉口进行编号；
S2、获取协调设计需要的基础数据；
S3、确定单行交通网络中各个环的类型，将由单行交通网络中网孔路段所组成的环称为最小环，将由单行交通网络中最外侧道路所组成的环称为最大环，将车辆能够从环起始交叉口行驶一周又回到起始交叉口所形成的环定义为“实环”，将车辆不能够从环起始交叉口行驶一周回到起始交叉口所形成的环定义为“虚环”；
S4、根据步骤S3确定的“实环”和“虚环”，得出各个环的偏移量比，将各个环的偏移量比分别进行变换，从而得到单行交通网络的总偏移绿信比；
S5、获得单行路网的最佳公共信号周期；
S6、根据最小环的偏移绿信比确定各路段的偏移绿灯时间，再确定各交叉口的相位差，从而得到最佳信号配时设计方案。


2.根据权利要求1所述面向单行交通网络的公共信号周期设计方法，其特征在于，步骤S1具体为：
首先对m×n的棋盘型单行交通网络的东西单行道进行编号，然后以单行交通网络中西北角交叉口为基准对交叉口进行编号为I(1,1)。


3.根据权利要求2所述面向单行交通网络的公共信号周期设计方法，其特征在于，对单行道由北往南依次编为第一条东西单行道、第二条东西单行道直至最后一条东西单行道，然后对第一条东西单行道除基准交叉口以外的交叉口由西往东依次编号为I(1,2)、I(1,3)、…、I(1,j)、…、I(1,n)，对第二条东西单行道的交叉口依次编号为I(2,1)、I(2,2)、…、I(2,j)、…、I(2,n)，以此类推，对最后一条东西单行道的交叉口依次编号为I(m,1)、I(m,2)、…、I(m,j)、…、I(m,n)。


4.根据权利要求1所述面向单行交通网络的公共信号周期设计方法，其特征在于，步骤S2中，所述基础数据包括：
各条路段的行驶时间、各个交叉口各个相位的绿信比以及公共信号周期范围。


5.根据权利要求1所述面向单行交通网络的公共信号周期设计方法，其特征在于，步骤S3具体为：
S31、将由单行交通网络中网孔路段所组成的环称为最小环，由单行交通网络中最外侧道路所组成的环称为最大环，按照由西往东、由南往北的方向，依次对各个最小环进行顺序编号为①、②、③、④……；
S32、将车辆能够从环内西北角起始交叉口I(i,j)沿逆时针或顺时针方向行驶一周回到起始交叉口I(i,j)所形成的环定义为“实环”，反之，将车辆不能从环内西北角起始交叉口I(i,j)沿逆时针或顺时针方向行驶一周回到起始交叉口I(i,j)所形成的环定义为“虚环”；
S33、根据起始交叉口I(i,j)所在的东西单行道方向来确定环的方向，若单行道方向为由西向东，则环的方向定义为顺时针方向，若单行道方向为由东向西，则环的方向定义为逆时针方向。


6.根据权利要求1所述面向单行交通网络的公共信号周期设计方法，其特征在于，步骤S4具体为：
为了保证直行车辆能够不停车地通过环内的每条单行道，需要确保在上游交叉口绿灯中心时刻通过交叉口的车辆到达下游交叉口的时间刚好也是绿灯中心时刻，考虑到不同相位之间的转换时间，结合时距图，得出逆时针“实环”在理想情况下应满足以下要求：



式中，t(i→i+1,j)为交叉口I(i,j)到I(i+1,j)的行驶时间，t(i+1,j→j+1)为交叉口I(i+1,j)到I(i+1,j+1)的行驶时间，t(i+1→i,j+1)为交叉口I(i+1,j+1)到I(i,j+1)的行驶时间，t(i,j+1→j)为交叉口I(i,j+1)到I(i,j)的行驶时间，k(i,j)为整数；
由于t(i→i+1,j)+t(i+1,j→j+1)+t(i+1→i,j+1)+t(i,j+1→j)不一定是公共信号周期的整数倍，因此与整数倍的公共信号周期将产生一定的偏移量，将该偏移量与公共信号周期的比值定义为偏移量比，因此起始交叉口I(i,j)所在逆时针“实环”的偏移量比△r(i,j)计算公式为：



同理可得起始交叉口I(i,j)所在顺时针“实环”的偏移量...

【专利技术属性】
技术研发人员：卢凯，周志洁，徐广辉，江书妍，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东;44