可不停车通过待行区的最优控制系统简化和数值模拟技术方案

只要灯头在待行区内保持以匀速＝“可达饱和流率的工程上最低车速Vb”行驶，就可不停车通过待行区的简化最优控制系统：具有最优道路渠化；有不止一个待行区最大可提前进入时间，可不大于且最接近等于“对应待行区长度与基本可达饱和流率的工程上最低车速Vb的比值”；其余皆大于该“比值”；在能滿足以上条件所有方案中，周期时间最小；并尽可能满足当前交通需求比例。绘有直观待行区流率曲线图示，可设右转弯待行区。离线建有最小周期到最优周期之间所有方案数据库，可在线快速匹配方案自适应当前流量比例需求。有数值模拟了分道加速过程。数值模拟实施例证实，关键路线上的绿信比总和达∑λ

【技术实现步骤摘要】
可不停车通过待行区的最优控制系统简化和数值模拟
：本申请涉及交通信息工程及控制领域，特别涉及城市地面交通路网的一种可设有待行区路口的交通信号控制(TrafficControl，TC)的方法、系统和设备。专利技术背景：早在20世纪末，全世界交通拥挤就已十分严峻，急需各种缓解技术问世。例1、冲突区域和交通流压缩。地面交通路网由地面道路的路段和平面交叉口组成。在不受横向交叉影响的路段上，交通流呈连续流状态；在平面交叉口，不同交通流i、j经过的共同区域称为冲突区域；为避免发生交通冲突，需要分时让不同交通流进入；在礼让方法难以提高通行效率时，需通过TC强制分配各交通流路权，把上游各种连续交通流自动压缩成为密度更大的断续饱和交通流(车头时距约2.0sec/pcu，相当于1800pcu/h)。此压缩过程，源于交通流各自的自身心理：皆希望利用有限的放行机会尽早通过路口。而在路段上，各交通主体皆希望自身宽松、自由一些，行驶密度自然会逐渐舒张。断续交通流的平均压缩比取决于2个参数之间的乘积：“下游交叉口对应交通流入口车道数与路段车道数的比值”，和“路口有效绿灯放行时间与周期时间之间的绿信比λ值”。例2：比较基点例题和关键路口：如按照2000年以前传统4相位信号控制方案，在早期无待行区标准渠化附图1十字路口，按照传统教科书[1]推荐的各进口“先左后直”的相位顺序和传统教科书[2]表12.1推荐的绿灯间隔时间，取各向的黄灯A＝4sec，全红R＝3sec，则各绿灯间隔时间Iij＝7sec；无论由怎样的TC系统设计理论得到周期C＝100sec信号控制方案：平均绿灯时间只能有18sec，尚不足周期的1/5。“黄灯禁行”时，需取绿灯损失时间l＝5.5sec，周期损失时间L＝50sec，4个关键车流绿信比总和∑λj＝0.50；“黄灯暂不处罚”后，可取绿灯损失时间l＝1.5sec，周期损失时间L＝34sec，4个关键车流绿信比总和仅能达到∑λj＝0.66。相当于一天只能有效绿灯放行达15.84小时。对于周期C＝150sec信号控制方案：平均绿灯时间也只能有34.5sec，在“黄灯暂不处罚”后，可取绿灯损失时间l＝1.5sec，周期损失时间L＝34sec，绿信比总和也仅仅能够达到∑λj＝0.77，平均绿信比0.19，即使下游交叉口对应交通流入口车道数2倍于路段车道数，也相当于压缩比为0.38。效能极为低下。注：本例取周期100(150)sec，还略为扩大了《德国指南》[3]p.22建议的最大周期为90(120)sec。虽然扩大周期能够增加路口通行能力，但周期不能无限制地扩大。随着经济发展，路面上车辆数量逐渐增多，路网交通流密度将逐渐增大。即使在下游信号交叉口能井然有序轮流放行，无交通事故，但如上游路段持续出现密度超过下游路口放行能力的情况，就会在下一个交叉口前形成车辆的积压和时间的延误。使该交叉口成为路网的瓶颈之一，造成交通拥挤。这种“交通流量需求大于道路供给现象”，就是交通拥堵的根源。因绝大部分车辆的交通冲突均发生在交叉口，使交叉口特别是十字交叉口，构成路网的通行能力乃至效率的瓶颈。按照木桶原理，任何能提高瓶颈十字路口通行能力乃至效率的技术、方法和方案，如同本申请，都必能同步提高整个地面路网的通行能力乃至效率。在全世界都急需提高道路通行能力乃至通行效率之际。中国有关人员在信号交叉路口，率先发现了可设置待行区[4-8]的空间资源和可提前进入待行区的时间资源：GB5768-1999[9]首次正式提出了设置左弯待转区。此技术成为对此之前路口中心交警手势指挥中的行为指令：“左弯车辆可在直行时段前进一段距离靠近中心交警，等待左转”的一种TC信号继承。待行区可设原理[6]：实行右侧行车规则的国家和地区，若十字交叉口各进口道，按左、直、右从路中到路边顺次排列，则“先直后左”的相位顺序，可使任一框架车流j在其进口车道向路口内连续延伸的一块区域空间上，在紧靠其整幅放行前的一段时间Gjf内，无其他交通流通行，允许该车流在该Gjf时间段进入，在该区域终点线后面顺次临时停车，等候放行信号。由进口停车线到该区域终点线的可临时停车区域称为该车流j的待行区；待行区内车道的最短行程min{sj}为各待行区车道长度，其中最大的待行区车道长度Maxmin{sj}为待行区j的长度；该Gjf时间段称为可提前进入时间。东、南、西、北顺时针顺次单放的相位顺序亦可使所有框架车流皆设待行区，但各待行区长度略短。目前，待行区设置从形式上已在全国乃至世界许多国家出现，并广泛推广。目前的待行区技术设计理论和技术还很不完善，现实中的待行区设置形式从技术上还存在种种诟病问题，需要深入研究、认真解决：第1类诟病问题-专用交通信号设置问题：关于待行区设置技术中的交通信号，改进后的GB5768-2009《道路交通标志和标线》[9]仍然记载了这样的文字：“左弯待转区线(左弯车辆可在直行时段进入待转区，等待左转，左转时段终止，禁止车辆在待转区内停留)”。显然，这些文字规定中有下划线的部分存在很大诟病。上述诟病已被后来出现的与信号灯配套使用的分不同相位适时显示不同颜色和内容的显示屏提示文字所弥补。比如许多四相位十字路口分别在无待行区的信号灯基础上增加有：绿色显示的“直行车可进入待行区”，“左转车可进入待行区”，顺次各占一个相位；红色显示“直行车辆禁入待行区”连续独占2个相位。有了显示屏这些辅助信息，使广大路人迅速理解待行区这个新生事物，并有秩序地参与其中安全运行。从而促使了待行区设置技术的迅速推广。但上述显示屏显示，机械地使各提前进入时间Gjf都等于前一个相位的整幅相位时间，虽安全、可靠，却也形成人为约束，限制了可提前进入时间Gjf的进一步扩大。第2类诟病问题-待行区二次停车问题：既是待行区，似乎理所当然存在待行区终点线前二次“停车待行”现象。但二次“停车待行”现象导致存在如下5个严重的技术性问题：①二次“停车待行”使待行区存在放行中难以计算的绿灯时间损失ll，如附图4所示。②在直行待行区二次“停车待行”，出现了横向的行人和非机动车可安全通过整幅路面的机会，可诱发非常危险的“群体闯红灯过路”现象，而执法者难以劝阻，以至于出现路口交通混乱，甚至许多地方至今不敢推广直行待行区。③“群体闯红灯过路”现象延迟了待行区放行的后高峰，增加后续绿灯损失时间。④二次“停车待行”减少了该路口与相邻路口间的不停车协调控制技术成功的概率。⑤“设待行区引起车辆平均停车次数增加，存在减速停车再加速过程中的油耗损失、尾气污染和刹车噪音”[10]2006。这种二次“停车待行”现象并非待行区必须，2014年的待行区可不停车技术可消除之。第3类诟病问题-设置右转车流待行区及信号灯信号显示问题：还有许多路口并没有对直行车设置待行区。更没有能够设置右转车流待行区及信号灯信号显示，右转弯机动车与过路的行人和非机动车的冲突及混乱现象依然存在。这种现象完全可通过设置右转车流待行区及信号灯信号显示和对应的交通管理来积极解决。第4本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种待行区不停车信号最优控制及简化推广方案，其特征在于其周期和整幅框架满足如下条件：/nA、具有路口最优道路渠化；/nB、各框架车流待行区能设置的最大可提前进入时间中，有不止一个可以不大于且最接近等于“对应待行区长度与基本可达饱和流率的工程上最低车速V

【技术特征摘要】
1.一种待行区不停车信号最优控制及简化推广方案，其特征在于其周期和整幅框架满足如下条件：
A、具有路口最优道路渠化；
B、各框架车流待行区能设置的最大可提前进入时间中，有不止一个可以不大于且最接近等于“对应待行区长度与基本可达饱和流率的工程上最低车速Vb的比值”；其余则皆大于该“比值”；
C、在能满足以上条件的所有方案中，周期时间最小。


2.一种按照权利要求1所述的待行区不停车信号最优控制及简化推广方案，其特征在于所谓的简化推广方案还包括如下特征：
D、各待行区设置的提前进入时间皆“不大于且最接近等于”或等于“对应待行区长度与基本可达饱和流率的工程上最低车速Vb的比值”，使得只要所有灯头在待行区内保持以匀速“Vb”前进，就皆可在到达待行区出口停车线之前遇到出口绿灯，不停车通过待行区。


3.一种按照权利要求1或2所述的待行区不停车信号最优控制及简化推广方案，其特征在于所述的具有路口最优道路渠化还包括如下特征：
①按照交叉口的允许占地面积空间，尽可能扩大各进、出口车道数量，并按不同流向的年流量需求比例分配左、直、右车道数，使各待行区尽可能长，且使各直行待行区内的出口车道数尽可能等于路口出口车道数；
②使各左转弯待行区内的出口车道数与同一出口的右转弯车道数之和；还包括：
③按照城市道路交叉口规划规范，交叉口红线的允许占地面积空间，因地制宜，在不触动四角的建筑物前提下，十字路口内机动车道路由四条外凸、外缘尽可能大、呈π/2弧线流线构成的类环形道路，与穿越中心区域的道路构成；
④类环形道路供直行车行驶；故类环形道路各弧线流线需与直行车进、出口道路光滑衔接，呈流线让车辆行驶，各外凸的π/2弧线流线相互之间衔接处允许有交角；
⑤类环形道路内部中心区域禁驶直行车，穿越中心区域的道路仅供左转车流行驶；
⑥各车道π/2弧线只需与进出口道路流线光滑衔接，而不必与其它弧线光滑衔接；由于交叉口相交的路段宽度及夹角的大小不同，类环形道路各π/2弧线的圆心位置可能并不统一，各自根据π/2弧线半径的交点各自分别确定；
⑦由于各进、出口道路数量的可能不一致，所谓类环形道路数量也完全可不一致，不一定保持等车道数；
⑧路口各进口处通过让路口停车线远离路口方向的后退，为行人和非机动车预留有足够宽的道路：即使只给出最小放行绿灯时间3sec，也足以满足高峰时行人和非机动车的过路需求。


4.一种按照权利要求1或2所述的待行区不停车信号最优控制及简化推广方案，其特征在于所述路口最优道路渠化还包括如下特征：可使各掉头车道和掉头开口处后移到左转弯进口停车线后面，让出掉头车道路口内空间给左转弯待行区，使左转弯车刚越过进口停车线就可以分道逐车加速，到越过人行横道后实现再次分道逐车加速。


5.一种按照权利要求1或2所述的待行区不停车信号最优控制及简化推广方案，其特征在于所述路口最优道路渠化还包括如下特征：可使各直行待行区在放行初期借用右转弯车道；使各进口直行车刚越过进口停车线就可分道逐车加速，到越过进口区域人行横道后实现再次分道逐车加速；待允许右转弯车进入其待行区时再连同部分直行车道一起还给右转弯待行区，以满足右转弯待行区的一时之需。


6.一种按照权利要求1或2所述的待行区不停车信号最优控制及简化推广方案的设计方法，其特征在于包括：
E、首先进行路口最优道路渠化；
F、根据大数据，统计确定基本可达饱和流率的交通工程最低车速Vb；
G、以Vb为框架车流灯头进入车速计算各最短绿灯间隔时间；所有绿灯间隔时间大于等于对应最短绿灯间隔时间，所有行人过街绿灯时间大于等于3sec；
H、各框架车流待行区提前进入时间皆不大于且最接近等于“对应待行区长度与Vb的比值”；
I、在“能满足以上条件和交通流量需求比例”的所有方案中，选择周期时间最小；
J、遵循“设计周期和满足交通流量需求的链族方案-确定相位结构-确定行、非过路时间的信号灯启、断的相对时间-确定框架车流待行区提前进入时间-确定右转信号绿灯配时-确定方案信号配时图”的正常顺序设计...

【专利技术属性】
技术研发人员：王大海，
申请(专利权)人：王大海，
类型：发明
国别省市：河北;13