一种基于混合整数线性规划的交叉口时空资源动态调控方法技术

本发明专利技术公开了一种基于混合整数线性规划的交叉口时空资源动态调控方法。该方法根据测得的实时交通需求数据，建立混合整数线性规划模型，分时段动态优化交叉口处的信号配时方案和各进口道的渠化方案。为了减少渠化方案变动过大而给驾驶人带来的不适应感以及由此产生的安全隐患，从车辆换道角度出发，建立了前后时段渠化限制约束。前一时段的最优渠化方案和测得的实时交通需求数据将作为后一时段混合整数线性规划模型的共同输入，从而实现控制周期内时空资源的滚动优化。该方法最终实现的目标是在不同控制时段为交叉口设计信号配时方案及平稳变动的渠化方案。案及平稳变动的渠化方案。案及平稳变动的渠化方案。

【技术实现步骤摘要】
一种基于混合整数线性规划的交叉口时空资源动态调控方法


[0001]本专利技术涉及一种交叉口时空资源动态调控方法，用于协同优化动态交通需求下交叉口处的信号配时方案与车道渠化方案，属于交通控制领域。

技术介绍

[0002]对于交叉口时空资源配置方案优化问题，传统方法多分两步来解决：首先进行车道渠化，然后计算信号配时。在配置方案应用过程中，一般渠化方案始终保持不变，仅调整信号配时方案，这样的时空资源配置比较难适应不断变化的交通需求，有时还会造成时空资源的浪费。虽然有很多学者意识到了这个问题，也提出了许多解决的方法，如设置可变导向车道，如不同时段动态选取渠化预案等。但这些方法都无法根本上实现车道资源和时间资源的配置最优化，更无法很好地适应动态交通变化。基于此，本方法根据交叉口检测器获得的实时交通需求数据，采用混合整数线性规划模型来获得车道渠化和信号配时方案，并给出了动态交通条件下两者的滚动协同优化框架。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的在于提供一种基于混合整数线性规划的交叉口时空资源动态调控方法。该方法的核心思想是根据测得的实时交通需求数据，建立混合整数线性规划模型，分时段动态优化交叉口处的信号配时方案和各进口道的渠化方案。为了减少渠化方案变动过大而给驾驶人带来的不适应感以及由此产生的安全隐患，从车辆换道角度出发，建立了前后时段渠化变动限制约束。前一时段的最优渠化方案和测得的实时交通需求数据将作为后一时段混合整数线性规划模型的共同输入，从而实现控制周期内时空资源的滚动优化。该方法最终实现的目标是在不同控制时段为交叉口设计信号配时方案及平稳变动的渠化方案。
[0004]本专利技术采用的技术方案具体如下：
[0005]一种基于混合整数线性规划的交叉口时空资源动态调控方法，包括以下步骤：
[0006]C0、收集某个信号交叉口的相关信息，包括进口方向和出口方向个数R、每个进口包含的进口车道数U
a
与出口车道数L
a
；其中进口方向、出口方向与进口车道按顺时针从小到大进行编号，其中：a∈A＝{1,2,...,R}是进口编号，c∈C
a
＝{1,2,...,U
a
}为进口车道编号，对应地，出口方向编号b∈B＝{1,2,...,R}；
[0007]C1、调查现场实际情况并选定各类模型参数，信号灯周期的最大与最小值p
max
，p
min
、绿灯时间的最大与最小值g
max
，g
min
、每个车道的最大可接受饱和度υ
a,c
、所有冲突交通流的清空时间α
a,b,d,f
、绿灯补偿时间Θ、不同流向车流的转换系数ε
a,b
、共享车道上受左右车流影响而增加的转换系数各时段各进口的流量Q
a,b
；
[0008]C2、将流量数据Q
a,b
分时段分批次输入模型的各个进口，通过构建的一套以公共乘子最小化为目标的混合整数线性规划模型并配合渠化限制约束，获得各个时段交叉口的车道渠化方案、车流分布方案和信号配时方案，实现交叉口时空资源的滚动协同优化；所述混
合整数线性规划模型具体包括车道渠化约束、车流分布约束、信号配时约束和目标函数。
[0009]进一步地，将西进口编号为1，按顺时针给其他进口编号，依次编号为2,3,
…
,R；同时将西出口编号为1，按顺时针给其他出口编号，依次编号为2,3,
…
,R。
[0010]进一步地，所述车道渠化约束包括：
[0011][0012][0013][0014][0015]式中：
[0016]B为出口的编号集合，b∈B，b1∈B，b2∈B；
[0017]C
a
为进口车道的编号集合，c∈C
a
；
[0018]U
a
为进口车道的编号最大值；
[0019]λ
a,b,c
为一个二进制变量，表示车道c是否允许交通流(a,b)使用，当取值为1时表示允
[0020]许使用，取值为0时不允许使用；(a,b)表示车流的流向；
[0021]E
Γ(a,b)
为交通流(a,b)的出口车道数量；
[0022]为一个二进制变量，用于判断车道c是否允许交通流
[0023](a,b1)和(a,b2)共同通行，当取值为1表示两股交通流都可以行驶在车道c上，即车道c是
[0024]两股交通流的共享车道，当取值为0时则相反；
[0025]M为一个大数；
[0026]C
a
/{U
a
}表示除去进口车道编号中的最大值的进口车道的编号集合；
[0027]其中，约束(1)保证了至少有一股交通流通过车道c驶离；
[0028]约束(2)限制了不同车道的分布，即左转车道必须在直行车道的左侧，右转车道必须在直行车道的右侧；
[0029]约束(3)表示对于每一股交通流(a,b)，其进口车道的数目应少于出口车道的数目,Γ(a,b)＝b，表示出口车道的数目；
[0030]约束(4)用于判断交通流(a,b1)和(a,b2)能否行驶在同一个车道上，即判断车道c是否是两股交通流的共享车道。
[0031]进一步地，所述车流分布约束包括：
[0032]q
a,b,c
≤Mλ
a,b,c a∈A,b∈B,c∈C
a
ꢀꢀ
(5)
[0033][0034][0035]式中：
[0036]q
a,b,c
为车道c上交通流(a,b)的流量，(a,b)表示车流的流向；
[0037]Q
a,b
为交通流(a,b)的总交通需求；
[0038]Ω为公共乘子，同时也为该模块中的目标函数；
[0039]ε
a,b
为将转向车流转换为直行车流当量所需要的转换系数，ε
a,b
＝1+1.5/d
a,b
,d
a,b
为转弯
[0040]半径；
[0041]含义为对于行驶在同一车道上的两股交通流，其中的交通流(a,b1)受(a,b2)方向交通流影响而额外增加的转换系数；
[0042]ζ
a,c
表示进口a车道c的通行能力；
[0043]约束(5)保证了交通流(a,b)只能通过允许的车道c驶离交叉口；
[0044]约束(6)保证了分布在不同进口车道上的交通流(a,b)的流量之和等于该流向的总需求；
[0045]约束(7)保证了各个许可车道的交通流分布服从排队理论，即饱和度相等，其中表示某一流向转向车流等效的直行车流当量，表示车道c上交通流(a,b1)受交通流(a,b2)影响而增加的等价流量。
[0046]进一步本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于混合整数线性规划的交叉口时空资源动态调控方法，其特征在于：包括：C0、收集某个信号交叉口的相关信息，包括进口方向和出口方向个数R、每个进口包含的进口车道数U
a
与出口车道数L
a
；其中进口方向、出口方向与进口车道按顺时针从小到大进行编号，其中：a∈A＝{1，2，...，R}是进口编号，c∈C
a
＝{1，2，...，U
a
}为进口车道编号，对应地，出口方向编号b∈B＝{1，2，...，R}；C1、调查现场实际情况并选定各类模型参数，信号灯周期的最大与最小值p
max
，p
min
、绿灯时间的最大与最小值g
max
，g
min
、每个车道的最大可接受饱和度v
a，c
、所有冲突交通流的清空时间α
a，b，d，f
、绿灯补偿时间Θ、不同流向车流的转换系数ε
a，b
、共享车道上受左右车流影响而增加的转换系数各时段各进口的流量Q
a，b
；C2、将流量数据Q
a，b
分时段分批次输入模型的各个进口，通过构建的一套以公共乘子最小化为目标的混合整数线性规划模型并配合渠化限制约束，获得各个时段交叉口的车道渠化方案、车流分布方案和信号配时方案，实现交叉口时空资源的滚动协同优化；所述混合整数线性规划模型具体包括车道渠化约束、车流分布约束、信号配时约束和目标函数。2.根据权利要求1所述的一种基于混合整数线性规划的交叉口时空资源动态调控方法，其特征在于：将西进口编号为1，按顺时针给其他进口编号，依次编号为2,3,
…
,R；同时将西出口编号为1，按顺时针给其他出口编号，依次编号为2,3,
…
,R。3.根据权利要求1所述的一种基于混合整数线性规划的交叉口时空资源动态调控方法，其特征在于：所述车道渠化约束包括：所述车道渠化约束包括：所述车道渠化约束包括：所述车道渠化约束包括：式中：B为出口的编号集合，b∈B，b1∈B，b2∈B；C
a
为进口车道的编号集合，c∈C
a
；U
a
为进口车道的编号最大值；λ
a，b，c
为一个二进制变量，表示车道c是否允许交通流(a，b)使用，当取值为1时表示允许使用，取值为0时不允许使用；(a，b)表示车流的流向；E
Γ(a，b)
为交通流(a，b)的出口车道数量；为一个二进制变量，用于判断车道c是否允许交通流
(a，b1)和(a，b2)共同通行，当取值为1表示两股交通流都可以行驶在车道c上，即车道c是两股交通流的共享车道，当取值为0时则相反；M为一个大数；其中，约束(1)保证了至少有一股交通流通过车道c驶离；约束(2)限制了不同车道的分布，即左转车道必须在直行车道的左侧，右转车道必须在直行车道的右侧；约束(3)表示对于每一股交通流(a，b)，其进口车道的数目应少于出口车道的数目,Γ(a，b)＝b，表示出口车道的数目；约束(4)用于判断交通流(a，b1)和(a，b2)能否行驶在同一个车道上，即判断车道c是否是两股交通流的共享车道。4.根据权利要求1所述的一种基于混合整数线性规划的交叉口时空资源动态调控方法，其特征在于：所述车流分布约束包括：q
a，b，c
≤Mλ
a，b，c a∈A，b∈B，c∈C
a
ꢀꢀꢀ
(5)(5)(5)式中：q
a，b，c
为车道c上交通流(a，b)的流量，(a，b)表示车流的流向；Q
a，b
为交通流(a，b)的总交通需求；Ω为公共乘子，同时也为该模块中的目标函数；ε
a，b
为将转向车流转换为直行车流当量所需要的转换系数，ε
a，b
＝1+1.5/d
a，b
,d
a，b
为转弯半径；含义为对于行驶在同一车道上的两股交通流，其中的交通流(a，b1)受(a，b2)方向交通流影响而额外增加的转换系数；ζ
a，c
表示进口a车道c的通行能力；约束(5)保证了交通流(a，b)只能通过允许的车道c驶离交叉口；约束(6)保证了分布在不同进口车道上的交通流(a，b)的流量之和等于该流向的总需求；约束(7)保证了各个许可车道的交通流分布服从排队理论，即饱和度相等，其中表示某一流向转向车流等效的直行车流当量，表示车道c上交通流(a，b1)受交通流(a，b2)影响而增加的等价流量。
5.根据权利要求1所述的一种基于混合整数线性规划的交叉口时空资源动态调控方法，其特征在于：所述信号配时约束包括：所述信号配时约束包括：所述信号配时约束包括：所述信号配时约束包括：所述信号配时约束包括：所述信号配时约束包括：所述信号配时约束包括：所述信号配时约束包括：所述信号配时约束包括：式中：σ为周期时长的倒数；p
max
为最大周期时长；p...

【专利技术属性】
技术研发人员：王中麒，钱国敏，章立辉，王亦兵，
申请(专利权)人：浙江大学建筑设计研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：