一种对称放行方式下的干道双向绿波协调作图设计方法技术

本发明专利技术公开了一种对称放行方式下的干道双向绿波协调作图设计方法，其步骤如下：干道双向绿波协调设计初始化计算，包括获得干道绿波设计速度V和建立时距图坐标系；根据干道绿波设计速度V获得初始速度推进线，基于所述初始速度推进线进行第1轮旋转变换，获得各交叉口的协调控制方式、初始上限速度推进线和初始下限速度推进线；基于初始上限速度推进线L

【技术实现步骤摘要】
一种对称放行方式下的干道双向绿波协调作图设计方法
本专利技术涉及交通信号控制
，更具体的，涉及一种对称放行方式下的干道双向绿波协调作图设计方法。
技术介绍
图解法通过建立一套浅显易懂的作图规则，利用时间-距离图(简称时距图)上几何元素的变换调整来获得干道双向绿波带，从而确定干道双向绿波协调设计中各协调控制参数的取值。与模型法与数解法相比，图解法的求解操作方便、设计简便、流程清晰，往往更适合于工程应用，可以更为简易、快速地获取较为理想的干道绿波协调设计方案，且能够直观地体现干道绿波协调优化过程。但到目前为止，关于干道双向绿波协调控制图解法的研究较少且尚未形成一套逻辑严密、步骤完整清晰的作图设计规则及方法。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种对称放行方式下的干道双向绿波协调作图设计方法，明确干道双向绿波协调控制方案设计过程中各步骤的作图规则，利用速度推进线的两轮旋转变换，实现交叉口协调方式、公共信号周期与相位差的综合优化。为实现上述本专利技术目的，采用的技术方案如下：一种对称放行方式下的干道双向绿波协调作图设计方法，假设目标干道上有n个信号交叉口，包括以下步骤：干道双向绿波协调设计初始化计算，包括获得干道绿波设计速度V和建立时距图坐标系；根据干道绿波设计速度V获得初始速度推进线，基于所述初始速度推进线进行第1轮旋转变换，获得各交叉口的协调控制方式、初始上限速度推进线和初始下限速度推进线；基于初始上限速度推进线LU0和初始下限速度推进线LD0进行第2轮旋转变换，获得最终的速度推进线；其中，生成干道双向绿波协调控制方案，根据所述干道双向绿波协调控制方案即可对干道双向绿波进行控制。进一步地，所述获得干道绿波设计速度V的具体步骤如下：选定某个端点交叉口作为基准交叉口I1，定义从基准交叉口向非基准交叉口行驶的方向为协调正向，从非基准交叉口向基准交叉口行驶的方向为协调反向，沿协调正向依次将干道上的第p(1≤p≤n)个信号交叉口标记为Ip，根据路段行驶时间不变的原则，通过对交叉口间距进行调整，将路段绿波设计速度统一转换为干道绿波设计速度V，非基准交叉口Ip与基准交叉口I1的调整间距Dp可由式(2)进行计算：式中，dw为交叉口Iw与交叉口Iw+1(1≤w≤n-1)的实际间距；vw为交叉口Iw与交叉口Iw+1(1≤w≤n-1)的路段绿波设计速度。进一步地，所述建立时距图坐标系的具体步骤如下：确定初始公共信号周期，公共信号周期C的取值范围取决于各交叉口信号周期的允许变化范围，记为[Cmin,Cmax]；初始公共信号周期C1取为干道允许的最小公共信号周期Cmin与最大公共信号周期Cmax的中点，则将基准交叉口协调方向直行相位的绿灯中心时刻点定义为时距图的坐标系原点O1；根据初始公共信号周期，在时间轴即y轴上标识出基准交叉口协调方向直行相位的绿灯与红灯中心时刻点，根据非基准交叉口Ip与基准交叉口I1的调整间距Dp确定交叉口Ip在时距图中的横坐标xp，并绘制出与距离轴即x轴相垂直的时间线。进一步地，进行所述第一轮旋转变换，具体步骤如下：从时距图坐标系的坐标原点沿x轴引出一条水平线，将其旋转至与x轴夹角余切等于绿波设计速度V，定义该过程为第1轮第1次旋转变换，并将该射线记为初始速度推进线L1，此时干道绿波调整速度V(1,1)取为V；S201、确定当前协调交叉口；在第1轮第p(2≤p≤n)次旋转变换过程中，选取交叉口Ip作为当前协调交叉口；S202、计算协调方式判定因子；根据上一次旋转变换所确定的速度推进线Lp-1，作出推进线Lp-1与交叉口Ip时间线的交点，记为Op，从交叉口I1的协调相位红灯中心时刻水平线与交叉口Ip的时间线交点集合中选出距离Op最近的交点，记为ORp；从交叉口I1的协调相位绿灯中心时刻水平线与交叉口Ip的时间线交点集合中选出距离Op最近的交点，记为OGp；将点Op与ORp的时间差，记为TRp，连接点O1与ORp形成射线lRp，对应的调整速度VRp为：将点Op与OGp的时间差，记为TGp，连接点O1与OGp形成射线lGp，对应的调整速度VGp为：根据TRp与TGp的大小，构建交叉口Ip的协调方式判定因子fp，其计算方法为：fp＝TRp-TGp(7)S203、根据协调方式判定因子确定交叉口协调方式：当fp≥0时，如果射线lGp未穿过已协调交叉口的红灯时段，则当前协调交叉口与基准交叉口组成同步式协调控制方式；如果射线lGp穿过已协调交叉口的红灯时段，而射线lRp未穿过已协调交叉口的红灯时段，则当前协调交叉口与基准交叉口组成交互式协调控制方式；如果射线lGp和射线lRp均穿过已协调交叉口的红灯时段，此时若射线lGp的红灯时段穿过量小于等于射线lRp，则当前协调交叉口与基准交叉口组成同步式协调控制方式，反之则采用交互式协调控制方式；当fp<0时，如果射线lRp未穿过已协调交叉口的红灯时段，则当前协调交叉口与基准交叉口组成交互式协调控制方式；如果射线lRp穿过已协调交叉口的红灯时段，而射线lGp未穿过已协调交叉口的红灯时段，则当前协调交叉口与基准交叉口组成同步式协调控制方式；如果射线lRp和射线lGp均穿过已协调交叉口的红灯时段，此时若射线lRp的红灯时段穿过量小于等于射线lGp，则当前协调交叉口与基准交叉口组成交互式协调控制方式，反之则采用同步式协调控制方式；S204、根据交叉口协调方式更新速度推进线：若当前协调交叉口与基准交叉口组成同步式协调控制方式，且VGp在干道绿波调整速度的优化范围内，将lGp赋予速度推进线Lp，将VGp赋予干道绿波调整速度V(1,p)；假若VGp不在干道绿波调整速度的优化范围内，则保持速度推进线不变，即Lp与Lp-1相同，V(1,p)与V(1,p-1)相等；若当前协调交叉口与基准交叉口组成交互式协调控制方式，且VRp在干道绿波调整速度的优化范围内，将lRp赋予速度推进线Lp，将VRp赋予干道绿波调整速度V(1,p)；假若VRp不在干道绿波调整速度的优化范围内，则保持速度推进线不变，即Lp与Lp-1相同，V(1,p)与V(1,p-1)相等；S205、依次重复上述步骤，直至所有交叉口完成旋转变换，即可确定所有信号交叉口的协调方式并获得最终的干道绿波调整速度V(1,n)；将斜率等于干道绿波调整速度倒数且过基准交叉口协调相位绿灯中心时刻点的速度推进线向上平移，首次穿过某交叉口协调相位绿灯终止时刻点的速度推进线定义为上限速度推进线；将斜率等于干道绿波调整速度倒数且过基准交叉口协调相位绿灯中心时刻点的速度推进线向下平移，首次穿过某交叉口协调相位绿灯起始时刻点的速度推进线定义为下限速度推进线；上限速度推进线与下限速度推进线的纵向距离即为绿波带宽度，根据第1轮旋转变换最后确定的干道绿波调整速度V(1,n)，可以获得协调正向绿波带的初始上限速度推进线LU0与初始下限速度推进线L本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种对称放行方式下的干道双向绿波协调作图设计方法，协调干道上有n个信号交叉口，其特征在于，包括以下步骤：/n干道双向绿波协调设计初始化计算，包括获得干道绿波设计速度V和建立时距图坐标系；/n根据干道绿波设计速度V获得初始速度推进线，基于所述初始速度推进线进行第1轮旋转变换，获得初始上限速度推进线L

【技术特征摘要】
1.一种对称放行方式下的干道双向绿波协调作图设计方法，协调干道上有n个信号交叉口，其特征在于，包括以下步骤：
干道双向绿波协调设计初始化计算，包括获得干道绿波设计速度V和建立时距图坐标系；
根据干道绿波设计速度V获得初始速度推进线，基于所述初始速度推进线进行第1轮旋转变换，获得初始上限速度推进线LU0、初始下限速度推进线LD0和各交叉口的协调控制方式；
基于初始上限速度推进线LU0和初始下限速度推进线LD0进行第2轮旋转变换，获得最终的速度推进线；
生成干道双向绿波协调控制方案，根据所述干道双向绿波协调控制方案即可对干道双向绿波进行控制。


2.根据权利要求1所述的一种对称放行方式下的干道双向绿波协调作图设计方法，其特征在于，所述获得干道绿波设计速度V的具体步骤如下：
选定某个端点交叉口作为基准交叉口I1，定义从基准交叉口向非基准交叉口行驶的方向为协调正向，从非基准交叉口向基准交叉口行驶的方向为协调反向，沿协调正向依次将干道上的第p(1≤p≤n)个信号交叉口标记为Ip，
根据路段行驶时间不变的原则，通过对交叉口间距进行调整，将路段绿波设计速度统一转换为干道绿波设计速度V，非基准交叉口Ip与基准交叉口I1的调整间距Dp可由式(2)进行计算：



式中，dw为交叉口Iw与交叉口Iw+1(1≤w≤n-1)的实际间距；vw为交叉口Iw与交叉口Iw+1(1≤w≤n-1)的路段绿波设计速度。


3.根据权利要求2所述的一种对称放行方式下的干道双向绿波协调作图设计方法，其特征在于，所述建立时距图坐标系的具体步骤如下：
确定初始公共信号周期，公共信号周期C的取值范围取决于各交叉口信号周期的允许变化范围，各交叉口信号周期的允许变化范围为[Cmin,Cmax]；初始公共信号周期C1取为干道允许的最小公共信号周期Cmin与最大公共信号周期Cmax的中点，则



将基准交叉口协调方向直行相位的绿灯中心时刻点定义为时距图的坐标系原点O1；根据初始公共信号周期，在时间轴即y轴上标识出基准交叉口协调方向直行相位的绿灯与红灯中心时刻点，根据非基准交叉口Ip与基准交叉口I1的调整间距Dp确定交叉口Ip在时距图中的横坐标xp，并绘制出与距离轴即x轴相垂直的时间线。


4.根据权利要求1所述的一种对称放行方式下的干道双向绿波协调作图设计方法，其特征在于，进行所述第一轮旋转变换，具体步骤如下：
从时距图坐标系的坐标原点沿x轴引出一条水平线，将其旋转至与x轴夹角余切等于绿波设计速度V，定义该过程为第1轮第1次旋转变换，并将该射线记为初始速度推进线L1，此时干道绿波调整速度V(1,1)取为V；
S201、确定当前协调交叉口；
在第1轮第p(2≤p≤n)次旋转变换过程中，选取交叉口Ip作为当前协调交叉口；
S202、计算协调方式判定因子；
根据上一次旋转变换所确定的速度推进线Lp-1，作出推进线Lp-1与交叉口Ip时间线的交点，记为Op，从交叉口I1的协调相位红灯中心时刻水平线与交叉口Ip的时间线交点集合中选出距离Op最近的交点，记为ORp；从交叉口I1的协调相位绿灯中心时刻水平线与交叉口Ip的时间线交点集合中选出距离Op最近的交点，记为OGp；
将点Op与ORp的时间差，记为TRp，连接点O1与ORp形成射线lRp，对应的干道绿波调整速度VRp为：



将点Op与OGp的时间差，记为TGp，连接点O1与OGp形成射线lGp，对应的干道绿波调整速度VGp为：



根据TRp与TGp的大小，构建交叉口Ip的协调方式判定因子fp，其计算方法为：
fp＝TRp-TGp(7)
S203、根据协调方式判定因子确定交叉口协调方式：
当fp≥0时，如果射线lGp未穿过已协调交叉口的红灯时段，则当前协调交叉口与基准交叉口组成同步式协调控制方式；如果射线lGp穿过已协调交叉口的红灯时段，而射线lRp未穿过已协调交叉口的红灯时段，则当前协调交叉口与基准交叉口组成交互式协调控制方式；如果射线lGp和射线lRp均穿过已协调交叉口的红灯时段，此时若射线lGp的红灯时段穿过量小于等于射线lRp，则当前协调交叉口与基准交叉口组成同步式协调控制方式，反之则采用交互式协调控制方式；
当fp<0时，如果射线lRp未穿过已协调交叉口的红灯时段，则当前协调交叉口与基准交叉口组成交互式协调控制方式；如果射线lRp穿过已协调交叉口的红灯时段，而射线lGp未穿过已协调交叉口的红灯时段，则当前协调交叉口与基准交叉口组成同步式协调控制方式；如果射线lRp和射线lGp均穿过已协调交叉口的红灯时段，此时若射线lRp的红灯时段穿过量小于等于射线lGp，则当前协调交叉口与基准交叉口组成交互式协调控制方式，反之则采用同步式协调控制方式；
S204、根据交叉口协调方式更新速度推进线：
若当前协调交叉口与基准交叉口组成同步式协调控制方式，且VGp在干道绿波调整速度的优化范围内，将lGp赋予速度推进线Lp，将VGp赋予干道绿波调整速度V(1,p)；假若VGp不在干道绿波调整速度的优化范围内，则保持速度推进线不变，即Lp与Lp-1相同，V(1,p)与V(1,p-1)相等；
若当前协调交叉口与基准交叉口组成交互式协调控制方式，且VRp在干道绿波调整速度的优化范围内，将lRp赋予速度推进线Lp，将VRp赋予干道绿波调整速度V(1,p)；假若VRp不在干道绿波调整速度的优化范围内，则保持速度推进线不变，即Lp与Lp-1相同，V(1,p)与V(1,p-1)相等；
S205、依次重复上述步骤，直至所有交叉口完成旋转变换，即可确定所有信号交叉口的协调方式并获得最终的干道绿波调整速度V(1,n)；将斜率等于干道绿波调整速度倒数且过基准交叉口协调相位绿灯中心时刻点的速度推进线向上平移，首次穿过某交叉口协调相位绿灯终止时刻点的速度推进线定义为上限速度推进线；将斜率等于干道绿波调整速度倒数且过基准交叉口协调相位绿灯中心时刻点的速度推进线向下平移，首次穿过某交叉口协调相位绿灯起始时刻点的速度推进线定义为下限速度推进线；上限速度推进线与下限速度推进线的纵向距离即为绿波带宽度，根据第1轮旋转变换最后确定的干道绿波调整速度V(1,n)，可以获得协调正向绿波带的初始上限速度推进线LU0与初始下限速度推进线LD0，进而得到干道初始绿波带宽b0及绿波带占比R0，将协调相位绿灯终止时刻点落在上限速度推进线上的交叉口定义为上限瓶颈交叉口，将初始上限瓶颈交叉口纳入上限瓶颈交叉口集合SU0；将协调相位绿灯起始时刻点落在下限速度推进线上的交叉口定义为下限瓶颈交叉口，将初始下限瓶颈交叉口纳入下限瓶颈交叉口集合SD0。

【专利技术属性】
技术研发人员：卢凯，江书妍，赵一鸣，黄达鑫，曾维嘉，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东;44