一种面向交通流向的区域协调控制方法技术

本发明专利技术是一种面向交通流向的区域协调控制方法，属智能交通控制领域，解决在城市交通信号控制优化过程中遇到的交通流绿波协调问题。该方法以构建TF‑BAND模型为核心，可变协调相位包括直行相位，左转相位和右转相位，可以配置交通流上各交叉口的协调相位。方法首先确定待优化路网中的所有交叉口，配置所有交叉口的东西南北方向的路网信息和方案信息；其次添加所有目标交通流，配置各交通流上的所有交叉口和协调相位；最后配置优化模式和系统参数。构建TF‑BAND模型用分支定界法进行编程与求解。本发明专利技术方法易实现，方便集成，计算效率高，在协调相位可配置的条件下进行多交通流的区域绿波协调。

A regional coordinated control method for traffic flow

【技术实现步骤摘要】
一种面向交通流向的区域协调控制方法
本专利技术属于智能交通控制领域，具体涉及一种面向交通流向的区域协调控制方法。
技术介绍
在城市交通信号控制领域，当交通流非饱和时，为保证行车通畅、减少停车次数和通行时间，经常采用绿波带控制模式。在绿波带的控制模式下，所有交叉口采用公共周期，在合适的相位差下，通行车队可以一路绿灯地通过其道路控制区域。为了计算绿波控制所需参数，人们提出了各种解决方案。早在上世纪60年代，就有学者对如何优化干线绿波进行了系统的研究，一类为Little等人提出的以最大化带宽为目标的研究，另一类为Hillier等人提出的最小化延误、停车次数为目标的研究。Little等人在1981年提出了干线双向绿波的设计方案，建立了混合整数线性规划模型-MAXBAND模型，该模型以最大化带宽乘以权重的和作为优化目标，自动选择最优周期和设计速度，在给定的左转相位模式中选择一个最优的超前滞后模式，添加了交通流清空时间，能够解决干线或者三角形网络下的绿波协调问题。Chang等人在1988年提出了MAXBAND-86模型，该模型对MAXBAND模型进行了扩展，能够解决在多干线闭合网络中左转相序的最优化问题。MAXBAND和MAXBAND-86的优化模型中不考虑路段的实际交通流量和通行能力，因此不能保证优化结果是最优的，为了解决这个问题，Gartner等人在1990年提出了MULTIBAND模型，模型在MAXBAND的基础上进行了扩展，为每个路段添加了的带宽变量，且带宽的权重因子与路段特征相关，实验表明MULTIBAND的优化结果远优于MAXBAND。Stamatiadis与Gartner在1996年提出了MULTIBAND-96模型，该模型在MULTIBAND模型的基础上进行了扩展，优化了所有的信号控制变量，包括相位时间、相位差、周期和相序，保证了干线的变带宽协调。相比于单一干线优化的MULTIBAND模型，MULTIBAND-96解决了网络中的干线协调问题，如果结合以延误为优化目标的模型(例如TRANSYT)还能够优化相序。Chaudhary和Messer在1993年开发了名为“PASSER-IV”的干线协调优化程序，该程序同样基于MAXBAND模型，利用启发式算法进行求解，解决了多干线有环网络的交通信号配时优化问题。常云涛等人在2003年提出了基于遗传算法的城市干道协调控制相位差优化设计方法，对城市干道协调控制中交通流在协调控制系统内各交叉口的“驶离-到达”模式进行了分析，能更准确地反映实际的交通运行情况和控制效果。近年来，一些学者对干线协调优化的研究取得了不同程度的进展。在2006年，Cheng等人提出了一种干线协调控制并行算法，通过博弈论虚拟模型进行反复计算调整来寻求一种较优的干线协调控制方案。在2013年，H.Hu提出了一个以数据驱动的干线相位差优化模型，模型依赖高精归档交通信号数据解决信号协调和交叉口排队长度不确定问题。在2015年，C.Zhang等人提出了非对称的MULTIBAND干线协调模型(AM-BAND)，放宽了MULTIBAND中对称性传播带的要求，与MULTIBAND模型相比，AM-BAND灵活性更强，能更加有效的利用每个方向的绿灯时间。经典的干线绿波模型MAXBAND、MULTIBAND、AM-BAND解决了干线绿波参数的计算问题，但都只考虑同一干线上的交通流，即以该干线的直行相位作为协调相位。如果关注的交通流跨越不同的干线，即交通流出现了转向，那么左转和右转相位也会作为协调相位出现，此时经典绿波模型失效。在可变协调相位的情况下，为了优化协调效果，考虑相序优化和多交通流的区域协调，由于目标交通流上各交叉口协调相位可能不是同一相位，即南北和东西方向的相序都需要进行优化，更增加了问题的复杂度。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有技术的问题，提出一种面向交通流向的区域协调控制方法，该方法易实现，方便集成，计算效率高，在协调相位可配置的条件下进行多交通流的区域绿波协调。本专利技术所要解决的技术问题是通过以下的技术方案来实现的。本专利技术是一种面向交通流向的区域协调控制方法，其特点是：该方法在进行区域协调优化时，对于路网包含的所有交通流，在其上各交叉口协调相位按需进行绿波控制；通过构建TF-BAND(TrafficflowbasedMultiband)模型，实现城市交通信号控制优化过程中的交通流绿波协调；交通流中的协调相位包括直行相位、左转相位和右转相位，实现交通流上各交叉口的协调相位的配置；其步骤如下：首先：确定待优化路网中的所有交叉口，配置所有交叉口的东西南北方向的路网信息和方案信息；其次：添加所有目标交通流，配置各交通流上的所有交叉口和协调相位；最后：配置优化模式和系统参数；构建TF-BAND模型是混合整数线性规划模型，用分支定界法作为TF-BAND模型的求解器，进行交通流的绿波控制。本专利技术所述的面向交通流向的区域协调控制方法，其进一步优选的技术方案是：交通流上的协调都为双向协调，或者通过配置路段的控制方式为无协调来实现单向协调。本专利技术所述的面向交通流向的区域协调控制方法，其进一步优选的技术方案是：该方法需要输入路网结构、所有交叉口的路段参数和所有交叉口的基础配时方案；路网结构包括所有交叉口的编号、交叉口名、交叉口东西南北4个方向的相邻交叉口编号、东西南北4个方向的路段距离；路段参数包括东西南北方向左转、直行、右转共12个相位的控制方式，东西南北方向的带宽上下限、东西南北方向路段的速度上下限和东西南北方向的清空时间；控制方式可选的控制方式为绿波协调和无协调；基础配时方案包括东西南北方向左转、直行、右转共12个相位的绿灯时间、黄灯时间和全红时间；可以按照阶段表或者双环结构配置每个交叉口的配时方案。本专利技术所述的面向交通流向的区域协调控制方法，其进一步优选的技术方案是：该方法需要输入配置路段距离阈值和优化模式；在相序优化模式下，由TF-BAND模型智能选择交叉口的最优相序；在非相序优化模式下，相序依照基础方案的相序。本专利技术所述的面向交通流向的区域协调控制方法，其进一步优选的技术方案是：在分支定界法对TF-BAND求解完毕后，根据模型输出，获取每个交叉口的周期、相位差、新的配时方案、所属交通流编号和子区编号；根据每个交叉口的周期、相位差和新的配时方案，推导所有交通流的带宽、推荐运行速度；提供获取交叉口参数：包括周期、相位差、新的配时方案、所属交通流编号和子区编号，以及交通流参数：包括交叉口编号、交叉口名、路段距离、路段旅行时间、路段推荐速度和路段带宽的程序接口，以供其他程序调用。本专利技术所述的面向交通流向的区域协调控制方法，其进一步优选的技术方案是：根据TF-BAND模型的计算结果，将交叉口自动划分到不同的子区中。本专利技术所述的面向交通流向的区域协调控制方法，其进一步优选的技术方案是：当路段距离大于了设定的路段距离阈值时，该路段不参与协调计算控制。本专利技术所述的面向交通流向的区域本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种面向交通流向的区域协调控制方法，其特征在于：/n该方法在进行区域协调优化时，对于路网包含的所有交通流，在其上各交叉口协调相位按需进行绿波控制；通过构建TF-BAND模型，实现城市交通信号控制优化过程中的交通流绿波协调；交通流中的协调相位包括直行相位、左转相位和右转相位，实现交通流上各交叉口的协调相位的配置；其步骤如下：/n首先：确定待优化路网中的所有交叉口，配置所有交叉口的东西南北方向的路网信息和方案信息；/n其次：添加所有目标交通流，配置各交通流上的所有交叉口和协调相位；/n最后：配置优化模式和系统参数；/n构建TF-BAND模型是混合整数线性规划模型，用分支定界法作为TF-BAND模型的求解器，进行交通流的绿波控制。/n

【技术特征摘要】
1.一种面向交通流向的区域协调控制方法，其特征在于：
该方法在进行区域协调优化时，对于路网包含的所有交通流，在其上各交叉口协调相位按需进行绿波控制；通过构建TF-BAND模型，实现城市交通信号控制优化过程中的交通流绿波协调；交通流中的协调相位包括直行相位、左转相位和右转相位，实现交通流上各交叉口的协调相位的配置；其步骤如下：
首先：确定待优化路网中的所有交叉口，配置所有交叉口的东西南北方向的路网信息和方案信息；
其次：添加所有目标交通流，配置各交通流上的所有交叉口和协调相位；
最后：配置优化模式和系统参数；
构建TF-BAND模型是混合整数线性规划模型，用分支定界法作为TF-BAND模型的求解器，进行交通流的绿波控制。


2.如权利要求1所述的面向交通流向的区域协调控制方法，其特征在于：交通流上的协调都为双向协调，或者通过配置路段的控制方式为无协调来实现单向协调。


3.如权利要求1所述的面向交通流向的区域协调控制方法，其特征在于：
该方法需要输入路网结构、所有交叉口的路段参数和所有交叉口的基础配时方案；
路网结构包括所有交叉口的编号、交叉口名、交叉口东西南北4个方向的相邻交叉口编号、东西南北4个方向的路段距离；
路段参数包括东西南北方向左转、直行、右转共12个相位的控制方式，东西南北方向的带宽上下限、东西南北方向路段的速度上下限和东西南北方向的清空时间；控制方式可选的控制方式为绿波协调和无协调；
基础配时方案包括东西南北方向左转、直行、右转共12个相位的绿灯时间、黄灯时间和全红时间；可以按照阶段表或者双环结构配置每个交叉口的配时方案。


4.如权利要求1所述的面向交通流向的区域协调控制方法，其特征在于：该方法需要输入配置路段距离阈值和优化模式；在相序优化模式下，由TF-BAND模型智能选择交叉口的最优相序；在非相序优化模式下，相序依照基础方案的相序。


5.如权利要求1所述的面向交通流向的区域协调控制方法，其特征在于：在分支定界法对TF-BAND求解完毕后，根据模型输出，获取每个交叉口的周期、相位差、新的配时方案、所属交通流编号和子区编号；根据每个交叉口的周期、相位差和新的配时方案，推导所有交通流的带宽、推荐运行速度；提供获取交叉口参数：包括周期、相位差、新的配时方案、所属交通流编号和子区编号，以及交通流参数：包括交叉口编号、交叉口名、路段距离、路段旅行时间、路段推荐速度和路段带宽的程序接口，以供其他程序调用。


6.如权利要求1所述的面向交通流向的区域协调控制方法，其特征在于：根据TF-BAND模型的计算结果，将交叉口自动划分到不同的子区中。


7.如权利要求1所述的面向交通流向的区域协调控制方法，其特征在于：当路段距离大于了设定的路段距离阈值时，该路段不参与协调计算控制。


8.如权利要求1所述的面向交通流向的区域协调控制方法，其特征在于：其具体步骤如下：
步骤1：输入路网中的所有交叉口，配置所有交叉口的交叉口编号、交叉口名、周期上下限；配置交叉口东西南北4个方向的相邻交叉口编号、东西南北4个方向的路段距离；配置所有交叉口东西南北方向左转、直行、右转共12个相位的控制方式，可选的控制方式为绿波协调和无协调；配置所有交叉口东西南北方向的带宽上下限和东西南北方向路段的速度上下限；配置所有交叉口的配时方案，按照阶段表或者双环结构配置每个交叉口的配时方案，配时方案应包括东西南北方向左转、直行、右转共12个相位的绿灯时间、黄灯时间和全红时间；：配置所有交叉口东西南北方向的清空时间；配置路段距离阈值和优化模式，优化模式包含相序优化和非相序优化；
步骤2：配置所有交通流集合Z，
Z＝{Z1,Z2,…Zy}(1)
其中Zi表示第i股待优化交通流；Zi由交通流两股单向交通流构成：
Zi＝{Zi,1,Zi,2|Sm}(2)
Zi,j表示Zi的第j股单向交通流；
Zi,j＝Pm(3)
Sm表示交通流Zi,1经过的交叉口的序列，Pm表示单向交通流上交叉口的协调相位序列；
Sm＝{s1,s2,…,sm},Pm＝{pi,pi+1,…,pi+m-1}(4)
si表示第i个交叉口，pi表示交叉口的相位号；相位号定义如表1所示：
表1相位号定义










方向
左转
直行
右转


向西
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向东
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p17
p18


向北
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向南
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p2
p3

【专利技术属性】
技术研发人员：程添亮，项俊平，张新军，丁海龙，钟欣，许森，杜云霞，石磊，杨权，李云青，
申请(专利权)人：连云港杰瑞电子有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32