[发明专利]基于延误分析与成本控制的道路交叉口工作区施工方法

说明书

本发明提出了一种基于延误分析与成本控制的道路交叉口工作区施工方法。当道路工作区设置在信号交叉口附近的时候，必然会造成更严重的交通拥堵，进而会产生出行延误，增加出行成本。本发明首先分别估计车辆在城市道路交叉口工作区产生的延误和信号交叉口控制延误，并把总延误和队列最大长度列为约束条件的一部分，然后确定道路交叉口工作区产生的总成本，构建以道路交叉口工作区总成本为目标函数的最小化模型。通过优化工作区的施工策略使得总成本最低，用MATLAB实现遗传算法对施工策略的寻优过程。

技术领域

本发明涉及交通领域，具体涉及一种基于延误分析与成本控制的道路交叉口工作区施工方法。

技术背景

我国城市道路处在一个新老交替的阶段，既要维修养护旧路，同时也需建造新路，因而城市道路交叉口工作区的存在也在逐渐增多。为了制定合理的工作区施工策略，准确地估计城市道路交叉口施工区产生的延误是有必要的。

在城市道路交叉口需要保证安全性和流动性时，工作区的策略是一个重要的问题。当有工作区存在的时候，处理新的情况当然会增加出行时间的负担，增加延误。找到最佳的方式来处理工作区将为在城市道路交叉口工作区的施工的工人和司机提供更安全的条件。城市道路交叉口工作区的设计应着重于为驾驶员提供足够的时间和距离，以根据需要做出决定去选择停车或降低速度行驶。最大限度地减少交通延误，使城市道路交叉口作业区的运营和安全得到改善。

现有的大多数针对工作区的研究都集中在高速公路工作区，对城市道路工作区的研究是非常有限的，尤其是在城市道路交叉口。城市道路工作区和高速公路工作区的交通流特征、通行能力影响因素、工作区特性等显著不同，因此高速公路工作区的研究成果不能直接应用于城市道路工作区。现有的研究中没有涉及如何通过优化城市道路交叉口工作区的施工策略研究，从而提高道路通行能力以及改善不良交通状况。当然这种情况可能是由于许多国家的工作区数量有限以及城市道路涉及的复杂因素太多而难以收集现场数据，复杂因素可能包括行人和非机动车的干扰，交叉路口工作区的位置等。

发明内容

本发明的目的在于确定道路交叉口工作区总成本，得到以道路交叉口工作区总成本为目标函数的最小化模型的最优解，完成工作区施工策略的优化。

本发明提出的这种基于延误分析与成本控制的道路交叉口工作区施工方法是这样实现的，主要包括以下步骤：

S1.量化研究的问题，并对前提假设条件做出陈述。

S2.其次分别对工作区延误和信号交叉口控制延误进行估计，同时将总延误和队列最大长度作为约束条件的一部分，最后构建由出行延误总成本、交通控制总成本和交通事故总成本组成的总成本最小化模型。

S3.利用MATLAB求解基于调查所得数据的总成本最小化模型的遗传算法的主要实现步骤，最后根据所得结果，对模型中的变量与目标函数总成本之间关系进行了分析，列出不同交通状况下的模型求解结果，证明了总成本最小化模型的适用性和遗传算法用于求解的合理性，并研究了有效绿灯时间和信号周期对总成本的影响。

在S1步骤中，工作区设置为关闭所在方向的部分车道，不占用对向车道，完成施工活动。在道路信号交叉口进口道给定一个长度为常数L的短期工作区，所有的施工工作都要在预先给定的时间窗口[u₀,u₁]完成，其中u₀和u₁是两个整数，分别代表允许的施工最早开始时间和最晚完成时间。

基本方法是制定一个总成本目标函数，通过启发式算法中的遗传算法对工作区施工开始时间t_s以及车道关闭选择X_i进行优化。

一个可行的道路交叉口工作区的施工策略可以用向量(t_s,n₀)表示，其中t_s是施工开始时间，n₀是车道关闭数。