一种考虑复杂微环境特征的交通信号灯配时优化方法技术

本发明专利技术公开了一种考虑复杂微环境特征的交通信号灯配时优化方法，充分考虑了环境保护的需求，建立了兼顾提高通行能力和降低尾气污染的交通信号灯配时模型，把机动车尾气排放量在大气环境中的迁移规律考虑在内，高度重视CO、HC、SO2、NO

【技术实现步骤摘要】
一种考虑复杂微环境特征的交通信号灯配时优化方法


[0001]本专利技术涉及智能交通
，特别涉及一种考虑复杂微环境特征的交通信号灯配时优化方法。

技术介绍

[0002]综合国内外的研究现状，可以看出：国内外专家学者将交通环境污染控制因素纳入交通信号控制与优化的范畴，在道路交通网络的宏观层面以及路段、交叉口的微观层面进行了一系列的有益尝试，并取得了丰硕的成果，在交通流管理与控制领域掀起了一股研究热潮，但在以下两个方面的研究略显不足：
[0003]在进行交通信号灯配时策略对机动车尾气排放量的影响评价中，多数研究局限于进行有无信号灯控制下的机动车尾气排放量的对比分析，并未具体到特定的信号控制参数(周期、绿信比等)对机动车尾气排放的影响，较少考虑信号控制参数对降低机动车尾气排放量的贡献度大小。
[0004]在把降低机动车尾气排放作为交通信号灯配时优化的一项重要指标时，可以说，多数研究达到了降低机动车尾气排放量的良好效果。但是在优化过程中，并没有考量机动车尾气排放量在大气环境中的迁移规律，较少考虑交通信号灯配时方法对城市大气污染的浓度贡献值，以及对交通参与者(例如行人)污染物暴露的影响程度。
[0005]交通信号灯配时是交通信号控制系统的重要构成部分，合理的信号灯配时能够有效地减少混合交通带来的交通拥挤和行车延误，减少机动车尾气排放，从而缓解日益严峻的道路交通拥堵压力、美化城市生活环境。尽管我国的信号灯配时方法已经取得了长足的进步，但相对于城镇化的迅速扩张、机动车数量的急剧增多、尾气污染的日益严重等现状，目前的信号灯配时方法仍显滞后。传统的信号灯配时方法以降低行车延误作为主要目标，而未来的“人
‑
车
‑
路
‑
环境”和谐发展的城市道路交通体系，要求信号灯配时方法还应该兼具降低尾气污染的功能。因此，综合考虑环境因素及行车延误的信号灯配时方法成为交通信号控制领域的研究重点，成为着力解决机动车尾气污染的重要手段。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的是提供一种考虑复杂微环境特征的交通信号灯配时优化方法，使信号灯配时多目标模型具有很强的适用性，不仅能够满足传统信号灯配时的单目标优化需要，而且还能够满足基于环境保护的信号灯配时多目标优化需要。
[0007]为了实现上述任务，本专利技术采用以下技术方案：
[0008]一种考虑复杂微环境特征的交通信号灯配时优化方法，包括以下步骤：
[0009]利用机动车比功率公式计算得到VSP值，进而建立机动车运行工况分布与VSP、尾气排放之间的直接关系；
[0010]利用敏感性分析法，进行机动车运行工况分布、微环境特征对机动车尾气污染物排放的影响程度和敏感性分析，从而深入挖掘影响机动车尾气排放特性的主要因素，构建
机动车尾气排放模型的基本架构，并对机动车尾气排放模型进行本地化修正；
[0011]建立描述尾气扩散流动的三维湍流流动不可压N
‑
S方程，采用有限体积法对控制方程进行离散化处理，利用计算流体力学Fluent仿真工具再现机动车流的运动特征，完成机动车尾气污染物扩散的动态数值模拟，以得到动态环境参数以及随机交通流参数共同作用下的机动车尾气污染物衍生变化与扩散规律，得到机动车尾气排放量在大气环境中的迁移规律，然后，根据行人高度或其他需要观测高度的浓度值，建立机动车尾气排放与交通流特性之间的耦合关系；
[0012]以机动车的平均行驶延误尽可能小、机动车尾气污染物排放尽可能少、交通参与者污染物暴露尽可能低作为评价指标，建立交通信号灯配时优化的多目标模型，并进行求解，得到交通信号灯配时优化结果。
[0013]进一步地，所述利用机动车比功率公式计算得到VSP值，进而建立机动车运行工况分布与VSP、尾气排放之间的直接关系，包括：
[0014]步骤1.1，机动车比率公式如下：
[0015]VSP＝v
×
[1.1a+9.81
×
(atan(sinG))+0.132]+0.000302v3ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
[0016]在上式中，VSP表示机动车比功率，KW/t；v表示速度，m/s；a表示加速度，m/s2；G表示道路坡度；
[0017]对于采集到的机动车瞬时速度与加速度，利用上述公式计算得到瞬时VSP值；
[0018]步骤1.2，建立机动车运行工况与VSP、尾气排放量之间的直接关系，具体公式为：
[0019][0020]在上式中，E表示某段时间的尾气排放总量，g；i表示行程时间(i＝1,2,3,
…
,m)，s；p
i
表示第i秒时刻的瞬时VSP值；f(p
i
)表示车辆在行驶时间内出现瞬时VSP值为p
i
值的次数；R(p
i
)表示第i秒时刻出现瞬时VSP值为p
i
值的平均排放速率，g/s；
[0021]如遇污染物浓度数据的计量单位是ppm时，需要根据尾气质量流计算出污染物的排放率，具体实现方法是：
[0022][0023]在上式中，R(p
i
)表示某污染物的排放率，g/s；MF表示尾气质量流，kg/h；EC表示某种污染物的浓度，ppm。
[0024]进一步地，所述利用敏感性分析法，进行机动车运行工况分布、微环境特征对机动车尾气污染物排放的影响程度和敏感性分析，包括：
[0025]步骤2.1，根据敏感系数SAF的大小，将敏感程度分为一般敏感、敏感和不敏感，具体公式如下：
[0026][0027]在上式中，ΔA/A表示排放因子的变化率；ΔF/F表示模型参数的变化率；
[0028]当|SAF|≤0.1时，则表明某参数对机动车尾气排放的影响不敏感，属于不敏感参数；当|SAF|≥1时，则表明某参数对机动车尾气排放的影响非常敏感，属于敏感参数；当0.1<|SAF|<1时，则表明某参数对机动车尾气排放的影响一般，属于一般敏感参数。
[0029]进一步地，所述深入挖掘影响机动车尾气排放特性的主要因素，构建机动车尾气
排放模型的基本架构，并对机动车尾气排放模型进行本地化修正，包括：
[0030]步骤2.2，根据所研究的目标城市的关键模型参数进行数据收集，包括目标城市的地理位置与气候条件，机动车的车龄分布、燃油情况、行驶速度；
[0031]步骤2.3，首先，通过车载尾气排放检测和行车记录仪收集机动车尾气污染物浓度数据，其转化为机动车尾气排放量；然后，把车辆的行驶速度、车龄、燃油中的硫含量以及温度、湿度看作影响参数，利用敏感系数SAF计算公式，通过改变某一参数的值，同时保持其他参数的值不变，运行机动车尾气排放模型MOVES模型计算得到CO、CO2、HC、NOx、SO2、PM
2.5
、PM
10
污染物的排放，并将其排放转变成SAF进行灵敏度本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种考虑复杂微环境特征的交通信号灯配时优化方法，其特征在于，包括以下步骤：利用机动车比功率公式计算得到VSP值，进而建立机动车运行工况分布与VSP、尾气排放之间的直接关系；利用敏感性分析法，进行机动车运行工况分布、微环境特征对机动车尾气污染物排放的影响程度和敏感性分析，从而深入挖掘影响机动车尾气排放特性的主要因素，构建机动车尾气排放模型的基本架构，并对机动车尾气排放模型进行本地化修正；建立描述尾气扩散流动的三维湍流流动不可压N
‑
S方程，采用有限体积法对控制方程进行离散化处理，利用计算流体力学Fluent仿真工具再现机动车流的运动特征，完成机动车尾气污染物扩散的动态数值模拟，以得到动态环境参数以及随机交通流参数共同作用下的机动车尾气污染物衍生变化与扩散规律，得到机动车尾气排放量在大气环境中的迁移规律，然后，根据行人高度或其他需要观测高度的浓度值，建立机动车尾气排放与交通流特性之间的耦合关系；以机动车的平均行驶延误尽可能小、机动车尾气污染物排放尽可能少、交通参与者污染物暴露尽可能低作为评价指标，建立交通信号灯配时优化的多目标模型，并进行求解，得到交通信号灯配时优化结果。2.根据权利要求1所述的考虑复杂微环境特征的交通信号灯配时优化方法，其特征在于，所述利用机动车比功率公式计算得到VSP值，进而建立机动车运行工况分布与VSP、尾气排放之间的直接关系，包括：步骤1.1，机动车比率公式如下：VSP＝v
×
[1.1a+9.81
×
(atan(sinG))+0.132]+0.000302v3ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)在上式中，VSP表示机动车比功率，KW/t；v表示速度，m/s；a表示加速度，m/s2；G表示道路坡度；对于采集到的机动车瞬时速度与加速度，利用上述公式计算得到瞬时VSP值；步骤1.2，建立机动车运行工况与VSP、尾气排放量之间的直接关系，具体公式为：在上式中，E表示某段时间的尾气排放总量，g；i表示行程时间(i＝1,2,3,
…
,m)，s；p
i
表示第i秒时刻的瞬时VSP值；f(p
i
)表示车辆在行驶时间内出现瞬时VSP值为p
i
值的次数；R(p
i
)表示第i秒时刻出现瞬时VSP值为p
i
值的平均排放速率，g/s；如遇污染物浓度数据的计量单位是ppm时，需要根据尾气质量流计算出污染物的排放率，具体实现方法是：在上式中，R(p
i
)表示某污染物的排放率，g/s；MF表示尾气质量流，kg/h；EC表示某种污染物的浓度，ppm。3.根据权利要求1所述的考虑复杂微环境特征的交通信号灯配时优化方法，其特征在于，所述利用敏感性分析法，进行机动车运行工况分布、微环境特征对机动车尾气污染物排放的影响程度和敏感性分析，包括：步骤2.1，根据敏感系数SAF的大小，将敏感程度分为一般敏感、敏感和不敏感，具体公式如下：
在上式中，ΔA/A表示排放因子的变化率；ΔF/F表示模型参数的变化率；当|SAF|≤0.1时，则表明某参数对机动车尾气排放的影响不敏感，属于不敏感参数；当|SAF|≥1时，则表明某参数对机动车尾气排放的影响非常敏感，属于敏感参数；当0.1<|SAF|<1时，则表明某参数对机动车尾气排放的影响一般，属于一般敏感参数。4.根据权利要求1所述的考虑复杂微环境特征的交通信号灯配时优化方法，其特征在于，所述深入挖掘影响机动车尾气排放特性的主要因素，构建机动车尾气排放模型的基本架构，并对机动车尾气排放模型进行本地化修正，包括：步骤2.2，根据所研究的目标城市的关键模型参数进行数据收集，包括目标城市的地理位置与气候条件，机动车的车龄分布、燃油情况、行驶速度；步骤2.3，首先，通过车载尾气排放检测和行车记录仪收集机动车尾气污染物浓度数据，其转化为机动车尾气排放量；然后，把车辆的行驶速度、车龄、燃油中的硫含量以及温度、湿度看作影响参数，利用敏感系数SAF计算公式，通过改变某一参数的值，同时保持其他参数的值不变，运行机动车尾气排放模型MOVES模型计算得到CO、CO2、HC、NOx、SO2、PM2.5、PM10污染物的排放，并将其排放转变成SAF进行灵敏度分析，进而，确定出多个影响参数对机动车尾气污染物排放的敏感程度，以进行机动车尾气排放模型MOVES模型的修正。5.根据权利要求1所述的考虑复杂微环境特征的交通信号灯配时优化方法，其特征在于，所述建立描述尾气扩散流动的三维湍流流动不可压N
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S方程，包括：步骤3.1，控制方程由质量、动量和能量守恒方程以及k
‑
epsilon湍流模型组成，质量守恒方程的计算公式为：在上式中，ρ表示流体浓度；x
i
表示i方向上的分量；u
i
表示i方向的流体速度，m/s；对于不可压缩流体，流体浓度ρ是常数，公式(5)可以简化为：动量守恒方程的计算公式为：在上式中，...

【专利技术属性】
技术研发人员：王小霞，胡三根，刘圆圆，韩霜，
申请(专利权)人：广东工业大学，
类型：发明
国别省市：