[发明专利]一种潮汐交通状态干线信号协调设计方法与装置

说明书

本发明公开了一种潮汐交通状态干线信号协调设计方法与装置，本发明方法首先获取潮汐交通状态干线目标路段的相关参数，然后以干线为建模对象，构建并求解以最大化干线两个方向加权吞吐量为目标的优化模型，通过调节绿灯时长实现干线吞吐量最大化；接着以各交叉口为建模对象，构建并求解以最小化高交通量方向车均延误为目标的优化模型，通过调节相位差实现车均延误最小化；再以干线为建模对象，构建并求解以最大化低交通量方向绿波带宽为目标的优化模型，通过调节相位方案实现绿波带宽最大化。本发明通过建立并求解上述三种优化模型，能够在最大化系统通行能力的基础上，降低高交通量方向车均延误，并满足低交通量方向不停车需求。

技术领域

本发明属于交通安全控制领域，具体涉及一种基于LWR(Lighthill WhithamRichards)冲击波理论和绿波带宽最大化模型(maxband)的潮汐交通状态下城市干线信号协调设计方法与装置。

背景技术

潮汐交通现象经常出现在早晚高峰时段的城市道路，即城市干线中一个方向交通量较高，处于过饱和状态，另一个方向交通量较低，处于非饱和状态。常用的控制策略是设置可变车道以平衡两个方向的交通需求，但设置可变车道对于两个方向的车道数以及交通流不均衡程度要求比较高，即在高峰时段，路段的一方车流量比反方向车流量高出40％，并且存在管理运营成本高的问题。

直接从信号控制的角度解决潮汐交通问题的研究比较少，这是因为而低交通量方向(非饱和)与高交通量方向(过饱和)交通条件下控制思路和方式都存在显著差异导致的。很多过饱和控制研究依据LWR冲击波理论展开，以优化排队长度、吞吐量等指标为目标建立协调控制模型；非饱和交通条件的信号控制研究则主要以maxband模型为理论基础。两个分支都有较为详实的研究成果，但少有学者将过饱和控制与绿波控制结合提出有效的综合信号控制方案。因此，可以认为，现有技术对于过饱和交通状态干线双向信号协调控制的适应性是不足的。

发明内容

发明目的：针对现有方法的不足，本发明的目的在于为潮汐交通状态下的城市干线提供一套切实可行的信号协调控制优化方案，基于实际路段几何参数、交通参数、控制参数以及需进行优化时段的交通流量数据，对各交叉口绿灯时长、相位差、相位方案进行优化，在最大化系统通行能力的基础上，降低高交通量方向车均延误，并满足低交通量方向不停车需求。

技术方案：为实现以上发明目的，本发明采用如下技术方案：

一种潮汐交通状态干线信号协调设计方法，包括以下步骤：

(1)获取过饱和交通状态干线目标路段的几何参数、交通参数、控制参数以及需进行优化时段的交通流量数据。

(2)以干线为建模对象，构建以最大化干线两个方向加权吞吐量为目标的优化模型，通过调节绿灯时长实现干线吞吐量最大化；所述优化模型的约束包含保证本周期到达的车辆可以全部通过的约束、高交通量方向相位差处于临界状态时不存在空放的直行绿灯时长的约束、交通量进出平衡约束、绿灯时长的范围约束以及绿灯时长的相位约束。

(3)求解以最大化干线两个方向加权吞吐量为目标的优化模型，得到干线各交叉口各相位的绿灯时长。

(4)以高交通量方向(过饱和)干线各交叉口为建模对象，构建以最小化车均延误为目标的优化模型，通过调节相位差来实现车均延误最小化；所述优化模型的约束包含避免溢出约束、避免排队清空后主线车队未到达情况出现的约束、避免主线车队所有车辆均需排队等待的约束以及保证本周期到达车辆可以全部通过的约束。

(5)求解以最小化车均延误为目标的优化模型，得到高交通量方向交叉口与其上游交叉口之间相位差方案。

(6)以低交通量方向(非饱和)干线为建模对象，构建以最大化绿波带宽为目标的优化模型，通过调节相位方案来实现绿波带宽最大化；所述优化模型的约束包含绿波带宽的几何约束以及相位差与两个方向绿灯启亮时间差关系的约束。