專利名稱：：一種交通高峰期高密度路網的信號控制方法
技術領域：
：本發(fā)明涉及在交通高峰期，根據高密度路網交通流的交通總量，生成具有較長綠燈時長和紅燈時長特點的信號控制方案，并將該信號控制方案統(tǒng)一應用于高密度路網的所有信號交叉口。以達到提高高密度路網內機動車的通行效率，避免造成機動車通過交叉口時，頻繁出現減速、停車、啟動、加速等現象，減少機動車的交叉口延誤。屬于城市道路交通控制領域。
背景技術：
：高密度路網主要是指具備道路細而稠密，平均道路間距均小于300m，由2車道至4車道的道路組成的正交棋盤式網絡結構，路網密度分布均勻，道路之間無明顯等級差異的城市道路網。高密度路網的主要優(yōu)點在于路網結構的高度連接性和選擇性。高密度路網內，路網密度高、分布均勻，出行者在經過每個交叉口時，均有多種路徑選擇到達目的地，確保交通路徑選擇具有多樣性。因此，高密度路網結構有助于交通流在路網中的均勻分布，減少高密度路網的擁堵，提高整個路網的通行效率。目前，高密度路網的建設已經成為城市道路網的主要模式之一。我國已有的高密度路網地區(qū)主要集中于大中型城市的商業(yè)中心區(qū)或老城區(qū)。其中，具有代表性的高密度路網地區(qū)有上海外灘地區(qū)、天津小白樓地區(qū)、大連中山廣場地區(qū)、武漢解放大道地區(qū)、南京新街口地區(qū)等。這些典型的高密度路網地區(qū)的路網平均密度在11.017.5kin/kn^之間，道路平均寬度在12.ri7.9m之間，路網成東西或南北走向、相互交叉，形成棋盤式路網結構。當交通處于低峰期或平峰期，駛入高密度路網的交通流量較小，髙密度路網的交通供給能力高于交通需求，通過定時控制、感應控制、綠波控制等信號控制方式均可實現合理優(yōu)化、分配交通時空資源，提高高密度路網的通行效率。但是，交通處于高峰期時，駛入高密度路網的交通量大，造成高密度路網內的交通需求遠遠高于交通供給能力，路網內沒有多余的時空資源用于信號控制系統(tǒng)的分配，以致定時控制、感應控制、綠波控制等信號控制方式均不能提高高密度路網內各交叉口的通行效率。經發(fā)明人長期研究發(fā)現，造成在交通高峰期，高密度路網內信號控制效果不理想的主要原因一是高密度路網內的交通需求遠遠高于交通供給能力，高密度路網內無足夠的時空資源用于信號控制調配；二是高密度路網內相鄰交叉口之間的關聯性大，造成相鄰交叉口之間的交通流相互影響，引起交通流通行擁堵，難以提高交叉口的通行效率。如果能夠控制高密度路網內的交通流量并實現交叉口之間的協(xié)調控制，則能提高高峰期高密度路網內各交叉口的交通流通行效率，減少機動車的交叉口延誤，實現高密度路網高效運行。
發(fā)明內容4技術問題本發(fā)明的目的是提供一種交通高峰期高密度路網的信號控制方法，該方法根據駛入高密度路網內交通流總量，生成具有較長綠燈時長和紅燈時長特點的信號控制方案，并將該控制方案統(tǒng)一應用于高密度路網內所有信號交叉口。通過對高密度路網內的交通流總量控制和交叉口之間協(xié)調控制，提高高峰期高密度路網內各交叉口的交通流通行效率，減少機動車的交叉口延誤，實現高密度路網高效運行。技術方案為達到上述目的，本發(fā)明是這樣進行的-1)采集高密度路網的交通靜態(tài)數據、交通動態(tài)數據、決策者的決策數據。其中，交通靜態(tài)數據和決策者的決策數據均屬于靜態(tài)數據，可從高密度路網的靜態(tài)數據庫中獲取。交通動態(tài)數據屬于動態(tài)數據，可通過交通流檢測設備采集。交通靜態(tài)數據包括高密度路網橫向長度Z^、高密度路網縱向長度￡^、橫向路段豐均長度1^￡、縱向路段平均長度Z^、與高密度路網東側直接相連的最短連接路段長度丄s、與高密度路網西側直接相連的最短連接路段長度4、與高密度路網南側直接相連的最短連接路段長度丄S、與高密度路網北側直接相連的最短連接路段長度丄jv、交通擁堵密度K力^、非機動車在交叉口處最長忍耐的紅燈等待時間？;,^，高峰期高密度路網直行總流量最低標準Gmin，非機動車的平均行駛速度gfc,交叉口轉彎飽和流量《。交通動態(tài)數據包括自西向東單車道平均直行車流量a^、自東向西單車道平均直行車流量^E、自南向北單車道平均直行車流量Oj、自北向南單車道平均直行車流量Ov,交叉口的平均轉向直行比/。計算橫向單車道平均直行車流量2^=(0^+^￡)/2;縱向單車道平均直行車流量0^=(0+Svy2。決策者的決策數據包括高密度路網的理想平均車速F,相連路段的安全保護系數5、機動車理想的最短行駛距離I^。2)高密度路網信號控制目標生成方法根據高密度路網橫向長度Z^、高密度路網縱向長度Z^、橫向單車道平均直行車流量g^、縱向單車道平均直行車流量a^、高密度路網的理想平均車速F，生成基于停車次數最少的控制目標04,。。和基于平均排隊延誤最小的控G^、Gra為交il信號控制的優(yōu)化參數G^為高密度路網的橫向直行相位綠燈時長:Gws為高密度路網的縱向直行相位綠燈時長。3)高密度路網信號優(yōu)化目標函數生成方法將基于停車次數最少的控制目標0,—和基于平均排隊延誤最小的控制目標C^⑩進行疊加，生成高密度路網直行信號優(yōu)化目標函數O:4)高密度路網外圍路段約束條件生成方法根據與高密度路網直接相連的東、西、南、北各個方向的最短連接路段長度￡￡、4、is、z^，東、西、南、北各個方向的單車道平制目標Q均直行車流量0￡、gw、Oj、0v,交通擁堵密度《^,相連路段的安全保護系數^建立路網四個不同方向的外圍路段約束條件G抓0r成G』eGw必■G』s值3600、3600^咖3600;3600;m5)高密度路網非機動車等待約束條件生成方法根據非機動車在交叉口處最長忍耐的紅燈等待時間？;^,非機動車的平均行駛速度巧^，橫向路段平均長度Z^和縱向路段平均長度z^，建立非機動車等待約束條件G斷$i汰e丄wsG怖$K汰e6)高密度路網穩(wěn)定通行約束條件生成方法根據高密度路網的理想平均車速F和機動車理想的最短行駛距離Z^，建立車流穩(wěn)定通行約束條件7)高密度路網直行信號尋優(yōu)方法根據以建立的高密度路網直行信號優(yōu)化目標函數、路網外圍路段的約束條件、非機動車等待約束條件、車流穩(wěn)定通行約束條件，通過粒子群優(yōu)化算法計算高密度路網橫向和縱向直行相位綠燈時長。為便于交叉口信號燈的信號實施，將優(yōu)化的高密度路網直行相位綠燈時長取為5的整數倍，得出高密度路網的優(yōu)化的橫向直行相位綠燈時長G;和優(yōu)化的縱向直行相位綠燈時長G;。8)高密度路網轉彎相位綠燈時長生成方法根據優(yōu)化的橫向直行綠燈時長G;和優(yōu)化的縱向直fiT綠燈時長G;，橫向單車道平均直行車流量g^和縱向單車道平均直行車流量交叉口的平均轉向直行比-,交叉口轉彎飽和流量g,確定優(yōu)化的橫向轉彎相位綠燈時長G^-"^^^^^00《和優(yōu)化的縱向轉彎相位綠燈時長"as-/144(%°9)高密度路網信號控制方案生成方法根據由高密度路網直行信號尋優(yōu)方法和高密度路網轉彎相位信號時長生成方法獲得的優(yōu)化的橫向直行相位綠燈時長G;、優(yōu)化的縱向直，相位綠燈時長G;、優(yōu)化的橫向轉彎相位綠燈時長G^、優(yōu)化的縱向轉彎相位綠燈時長G^，按優(yōu)化的橫向直行相位綠燈時長G;、優(yōu)化的橫向轉彎相位綠燈時長G^、優(yōu)化的縱向直行相位綠燈時長G;、優(yōu)化的縱向轉彎相位綠燈時長G^的相位順序，將四個相位組成高密度路網內信號交叉口的信號控制方案。10)高密度路網信號控制方案更新方法通過計時器確定信號控制方案實施時間，當信號控制方案實施時間超過30分鐘，則通過交通流檢測設備重新釆集交通動態(tài)數據，判斷高密度路網內單車道平均直行車輛流量(gw+0E+^^+g^)/4是否大于或等于高峰期高密度路網單車道平均直行總流量最低標準化in。如果(^+&+込+^)/4>0^，則轉入2乂重新優(yōu)化、生成信號控制方案；如果(0^+&+込+^)/4<0^,結束通過交通高峰期高密度路網的信號控制方法優(yōu)化、生成信號控制方案。有益效果1.本發(fā)明方法在交通高峰期，對高密度路網內所有交叉口采用統(tǒng)一的信號控制方案。高密度路網邊緣處的交叉口通過該信號控制方案可控制各個方向駛入高密度路網的交通流量，有助于降低高密度路網內的交通需求。高密度路網內部的交叉口通過該信號控制方案可控制高密度路網內部各交叉口等待車輛排隊長度，避免等待車輛排隊過長，影響到相鄰的上游交叉口車輛正常通行。2.本發(fā)明方法生成的信號控制方案具有橫向直行相位綠燈時長和縱向直行相位綠燈信號時長較長的特點。當橫向或縱向信號燈為綠燈時，確保橫向或縱向的交通流能夠保持穩(wěn)定的車速，行駛較長的距離，順利通過若干個信號交叉口，減少車輛通過高密度路網內交叉口的停車次數；同時，運動交通流的垂直方向交通流均處于停車狀態(tài)，可以有效控制高密度路網內每個交叉口處停車車輛的排隊長度。-3.本發(fā)明方法對高密度路網內交叉口采取統(tǒng)一的信號控制方案，確保高密度路網內交通流具有可控性和預測性，實現了高密度路網內相鄰交叉口之間協(xié)調控制，提高了高密度路網的通行效率，減少了高密度路網的交通延誤，降低了高密度路網內交叉口擁堵的可能性。圖1為交通高峰期高密度路網的信號控制方法基本流程圖。圖2為高密度路網基本結構示意圖。具體實施例方式結合附圖，對本發(fā)明做進一步說明1)采集高密度路網的基本數據，包括交通靜態(tài)數據、交通動態(tài)數據、決策者的決策數據。其中，交通靜態(tài)數據和決策者的決策數據均屬于靜態(tài)數據，可從高密度路網的靜態(tài)數據庫中獲取。交通動態(tài)數據屬于動態(tài)數據，可通過交通流檢測設備釆集。交通靜態(tài)數據包括高密度路網橫向長度1^=900米、高密度路網縱向長度丄^=660米、橫向路段平均長度Z^-225米、縱向路段平均長度Z^-220米、與高密度路網東側直接相連的最短連接路段長度丄￡=500米、與高密度路網西側直接相連的最短連接路段長度;=500米、與高密度路網南側直接相連的最短連接路段長度丄5=500米、與高密度路網北側直接相連的最短連接路段長度丄^=500米、交通擁堵密度i^^-200輛/千米、非機動車在交叉口處最長忍耐的紅燈等待時間7;^=80秒，高峰期高密度路網直行總流量最低標準2min=1200輛/小時，非機動車的平均行駛速度^,^=15千米/小時，交叉口轉彎飽和流量《=1200輛/小時。交通動態(tài)數據采集情況見表1所示表l交通動態(tài)數據采集情況時間段17:00-17:3017:30-18:0018:00-18:3018:30-19:0019:00-19:3019:30.-20:00Or1200輛/小1200輛/小1400輛/小1400輛/小1600輛/小1600輛/小時時時時時時1200輛/小1200輛/小1400輛/小1400輛/小1600輛/小1600輛/小時時時時時時込1200輛/小1200輛/小1400輛/小1400輛/小1600輛/小1600輛/小時時時時時時1200輛/小1200輛/小1400輛/小1400輛/小1600輛/小1600輛/小時時時時時時1200輛/小1200輛/小1400輛/小1400輛/小1600輛/小1600輛/小時時時時時時e旭1200輛/小1200輛/小1400輛/小1400輛/小1600輛/小1600輛/小時時時時時時1:41:41:41:41:41:4決策者的決策數據包括:高密度路網的理想平均車速F=50千米/小時，相連路段的安全保護系數《=0.8、機動車理想的最短行駛距離=600米。2)髙密度路網信號控制目標生成方法建立基于停車次數最少的控制目標o。。和基于平均排隊延誤最小的控制目標<formula>formulaseeoriginaldocumentpage8</formula>3)高密度路網信號優(yōu)化目標函數生成方法將基于停車次數最少的控制目標<9,,。p和基于平均排隊延誤最小的控制目標<9rfe—進行疊加，生成高密度路網直行信號優(yōu)化目標函數<formula>formulaseeoriginaldocumentpage8</formula>4)由高密度路網外圍路段約束條件生成方法生成路網外圍路段的約束條件:<formula>formulaseeoriginaldocumentpage8</formula>5)高密度路網非機動車等待約束條件生成方法建立非機動車等待約束條件:<formula>formulaseeoriginaldocumentpage8</formula>6)高密度路網穩(wěn)定通行約束條件生成方法建立車流穩(wěn)定通行約束條件:7)高密度路網直行信號尋優(yōu)方法根據以建立的高密度路網直行信號優(yōu)化目標函數、路網外圍路段的約束條件、非機動車等待約束條件、車流穩(wěn)定通行約束條件，通過粒子群優(yōu)化算法計算高密度路網直行相位綠燈時長，并取為5的整數倍，得出高密度路網的優(yōu)化的橫向直行相位綠燈時長G;和優(yōu)化的縱向直行相位綠燈時長G;。8)高密度路網轉彎相位綠燈時長生成方法生成優(yōu)化的橫向轉彎相位綠燈時長G"="^^^^oo《和優(yōu)化的縱向轉彎相位綠燈時長c4=^w^^^(K^。9)高密度路網信號控制方案生成方法根據優(yōu)化的橫向直行相位綠燈時長G"、優(yōu)化的縱向直fi^相位綠燈時長G;、優(yōu)化的橫向轉彎相位綠燈時長G"、優(yōu)化的縱向轉彎相位綠燈時長G^。按優(yōu)化的橫向直行相位綠燈時長G;、優(yōu)化的橫向轉彎相位綠燈時長G"、優(yōu)化的縱向直行相位綠燈時長c4j、優(yōu)化的縱向轉彎相位綠燈時長G^的相位順序，將四個相位組成高密度路網內信號交叉口的信號控制方案。各時段建立的信號控制方案如表2所示_表2優(yōu)化的信號控制方案_<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>10)高密度路網信號控制方案更新方法通過計時器確定信號控制方案實施時間，當信號控制方案實施時間超過30分鐘，則通過交通流檢測設備重新采集交通動態(tài)數據，判斷高密度路網內單車道平均直行車輛流量(+Q￡+gs+)/4是否大于高峰期高密度路網單車道平均直行總流量最低標準0^。如果(0^+仏+込+&)/4》0^，則轉入2\重新優(yōu)化、生成信號控制方案；如果(0^+2￡+込+2^)/4<21^，結束通過交通高峰期高密度路網的信號控制方法為高密度路網內信號交叉口優(yōu)化、生成信號控制方案。權利要求1.一種交通高峰期高密度路網的信號控制方法，其特征是針對高峰期高密度路網特點，通過自動優(yōu)化、生成具有較長綠燈時長和紅燈時長特點的信號控制方法，其具體執(zhí)行過程為1)采集高密度路網基本數據，包括交通靜態(tài)數據、交通動態(tài)數據、決策者的決策數據；其中，交通靜態(tài)數據和決策者的決策數據均屬于靜態(tài)數據，從高密度路網的靜態(tài)數據庫中獲取，交通動態(tài)數據屬于動態(tài)數據，通過交通流檢測設備采集，2)由高密度路網信號控制目標生成方法根據高密度路網橫向長度LWE、高密度路網縱向長度LNS、橫向單車道平均直行車流量QWE、縱向單車道平均直行車流量QNS、高密度路網的理想平均車速V，建立基于停車次數最少的控制目標和基于平均排隊延誤最小的控制目標GWE、GNS為交通信號控制的優(yōu)化參數，GWE為高密度路網的橫向直行相位綠燈時長，GNS為高密度路網的縱向直行相位綠燈時長，3)高密度路網信號優(yōu)化目標函數生成方法疊加基于停車次數最少的控制目標Ostop和基于平均排隊延誤最小的控制目標Odelay，生成高密度路網直行信號優(yōu)化目標函數4)由高密度路網外圍路段約束條件生成方法根據與高密度路網直接相連的東、西、南、北各個方向的最短連接路段長度LE、LW、LS、LN，東、西、南、北各個方向的單車道平均直行車流量QE、QW、QS、QN，交通擁堵密度Kjam，相連路段的安全保護系數δ建立路網外圍路段的約束條件5)由高密度路網非機動車等待約束條件生成方法根據非機動車在交叉口處最長忍耐的紅燈等待時間Tbike，非機動車的平均行駛速度<overscore>V</overscore>bike，橫向路段平均長度<overscore>L</overscore>WE和縱向路段平均長度<overscore>L</overscore>NS，建立非機動車等待約束條件6)由高密度路網穩(wěn)定通行約束條件生成方法根據高密度路網的理想平均車速V和機動車理想的最短行駛距離Lcr，建立車流穩(wěn)定通行約束條件GWEV≥Lcr，GNSV≥Lcr，7)由高密度路網直行信號尋優(yōu)方法根據以上步驟3)～6)獲得的高密度路網直行信號優(yōu)化目標函數、路網外圍路段的約束條件、非機動車等待約束條件、車流穩(wěn)定通行約束條件，通過粒子群優(yōu)化算法計算高密度路網直行相位綠燈時長，為便于交叉口信號燈的信號實施，將獲得的高密度路網直行相位綠燈時長取為5的整數倍，得出高密度路網的優(yōu)化的橫向直行相位綠燈時長和優(yōu)化的縱向直行相位綠燈時長8)由高密度路網轉彎相位綠燈時長生成方法根據步驟7)得出的優(yōu)化的橫向直行相位綠燈時長和優(yōu)化的縱向直行相位綠燈時長以及由步驟1)獲得的橫向單車道平均直行車流量QWE和縱向單車道平均直行車流量QNS，交叉口的平均轉向直行比β，交叉口轉彎飽和流量q，得出優(yōu)化的橫向轉彎相位綠燈時長和優(yōu)化的縱向轉彎相位綠燈時長9)由高密度路網信號控制方案生成方法按優(yōu)化的橫向直行相位綠燈時長優(yōu)化的橫向轉彎相位綠燈時長優(yōu)化的縱向直行相位綠燈時長優(yōu)化的縱向轉彎相位綠燈時長的相位順序，將四個相位組成高密度路網內信號交叉口的信號控制方案，10)由高密度路網信號控制方案更新方法根據計時器控制信號控制方案實施時間；當信號控制方案實施時間超過30分鐘，則通過交通流檢測設備重新采集交通動態(tài)數據，判斷高密度路網內單車道平均直行車輛流量(QW+QE+QS+QN)/4是否大于高峰期高密度路網單車道平均直行總流量最低標準Qmin；如果(QW+QE+QS+QN)/4≥Qmin，則轉入步驟2)重新優(yōu)化、生成信號控制方案；如果(QW+QE+QS+QN)/4<Qmin，結束通過交通高峰期高密度路網的信號控制方法對高密度路網交叉口實施信號控制。全文摘要交通高峰期高密度路網的信號控制方法根據駛入高密度路網內交通流總量，采集高密度路網基本數據，包括交通靜態(tài)數據、交通動態(tài)數據、決策者的決策數據；其中，交通靜態(tài)數據和決策者的決策數據均屬于靜態(tài)數據，從高密度路網的靜態(tài)數據庫中獲取，交通動態(tài)數據屬于動態(tài)數據，通過交通流檢測設備采集，生成具有較長綠燈時長和紅燈時長特點的信號控制方案，并將該控制方案統(tǒng)一應用于高密度路網內所有信號交叉口。通過對高密度路網內的交通流總量控制和交叉口之間協(xié)調控制，提高高峰期高密度路網內各交叉口的交通流通行效率，減少機動車的交叉口延誤，實現高密度路網高效運行。文檔編號G08G1/07GK101477747SQ200910028698公開日2009年7月8日申請日期2009年1月5日優(yōu)先權日2009年1月5日發(fā)明者煒王,胡曉健,建陸申請人:東南大學