[发明专利]一种基于迭代优化的区域绿波协调方案求解方法

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1.一种基于迭代优化的区域绿波协调方案求解方法，其特征在于：协调区域内存在n条东西走向与m条南北走向构成封闭路网的相交协调干道；依次由北往南将第i条东西走向协调干道命名为A_EWi，定义由西往东为协调正向，由东往西为协调反向；由西往东将第j条南北走向的协调干道命名为A_SNj，定义由北往南为协调正向，由南往北为协调反向；若经过某交叉口的干道中仅存在一条协调干道，则定义该交叉口为非节点交叉口，若经过某交叉口的干道存在两条或两条以上协调干道，则定义该交叉口为节点交叉口；将东西走向协调干道A_EWi与南北走向协调干道A_SNj的节点交叉口记为I_(i,j)，相位相序设置方式记为P_(i,j)；将节点交叉口I_(1,1)西进口直行相位的绿灯起始时刻点作为协调区域的相位差零点，所述方法包括以下步骤：

S1、选取第一条东西走向协调干道A_EW1，计算不同公共信号周期C取值下，协调干道上所有乙类交叉口不同可选相位相序组合方案对应的甲类交叉口最佳相位相序组合方案，其中，若经过某交叉口的所有协调干道均为已标定协调干道或当前协调干道，则定义该交叉口为甲类交叉口；若经过某交叉口的所有协调干道中存在但不全为已标定协调干道或当前协调干道，则定义该交叉口为乙类交叉口；若经过某交叉口的所有协调干道中不存在已标定协调干道或当前协调干道，则定义该交叉口为丙类交叉口；

S2、选取第一条南北走向协调干道A_SN1，计算不同公共信号周期C取值下，协调路网中所有乙类交叉口不同可选相位相序组合方案对应的当前协调干道A_SN1甲类交叉口最佳相位相序组合方案，并将所述可选相位相序组合方案及对应的最佳相位相序组合方案计入相应的记录矩阵；

S3、选取使得新增乙类交叉口数量尽可能少的协调干道作为当前协调干道，计算不同公共信号周期C取值下，协调路网中所有乙类交叉口不同可选相位相序组合方案对应的当前协调干道甲类交叉口最佳相位相序组合方案，并将所述可选相位相序组合方案以及对应的最佳相位相序组合方案计入相应的记录矩阵，重复该步骤直至东西走向协调干道A_EWn与南北走向协调干道A_SNm均为已标定协调干道；

S4、利用记录矩阵依次反推获得在上一协调干道组合计算时所确定的甲类交叉口最佳相位相序组合方案，最终获得最优区域绿波协调控制方案；

其中，步骤S1中，所述选取第一条东西走向协调干道A_EW1，计算不同公共信号周期C取值下，协调干道上所有乙类交叉口不同可选相位相序组合方案对应的甲类交叉口最佳相位相序组合方案，具体为：

S101、选取第一条东西走向协调干道A_EW1为当前协调干道，确定当前协调干道A_EW1上甲类交叉口以及乙类交叉口分类情况；

其中，当前协调干道A_EW1上的所有非节点交叉口均为甲类交叉口，当前协调干道A_EW1上的所有节点交叉口均为乙类交叉口；

S102、以节点交叉口I_(1,1)为基准交叉口，计算在不同公共信号周期C的取值下，当前协调干道A_EW1上各交叉口的相位差取值；

S103、计算并存储不同公共信号周期C取值以及所有乙类交叉口不同可选相位相序组合方案[P_(1，1)，P_(1，2)，...，P_(1，m)]对应的当前协调干道A_EW1甲类交叉口最佳相位相序组合方案其中，所述最佳相位相序组合方案可以使得当前协调干道A_EW1干道偏移绿信比Δλ_EW1的绝对值|Δλ_EW1|取得最小值，将所述可选相位相序组合方案[P_(1,1),P_(1,2),...,P_(1,m)]和所述最佳相位相序组合方案计入记录矩阵M_(C,1)，此时东西走向协调干道A_EW1转为已标定协调干道；

其中，步骤S2中，所述选取第一条南北走向协调干道A_SN1，计算不同公共信号周期C取值下，协调路网中所有乙类交叉口不同可选相位相序组合方案对应的当前协调干道A_SN1甲类交叉口最佳相位相序组合方案，具体为：

S201、选取第一条南北走向协调干道A_SN1为当前协调干道，确定当前协调干道A_SN1上甲类交叉口以及乙类交叉口分类情况；

当前协调干道A_SN1与已标定协调干道A_EW1的节点交叉口I_(1,1)以及当前协调干道A_SN1上的所有非节点交叉口均为甲类交叉口，当前协调干道A_SN1上的其余节点交叉口均为乙类交叉口；

S202、以节点交叉口I_(1,1)为基准交叉口，计算在不同公共信号周期C的取值下，当前协调干道A_SN1其余交叉口的相位差取值；

根据节点交叉口I_(1,1)，计算当前协调干道A_SN1上的任意节点交叉口I_(i,1)(2≤i≤n)的相位差O_(i,1)，满足式(12)：

式中，T_GW(i,1)为节点交叉口I_(i,1)西进口绿灯时长；v_(i,1)为节点交叉口I_(1,1)和节点交叉口I_(i,1)间的车辆平均行驶速度；Δt_W→N(1,1)与Δt_W→N(i,1)分别为节点交叉口I_(1,1)和节点交叉口I_(i,1)西进口超前于北进口直行相位绿灯中心时刻点时长；a_(i,1)为节点交叉口I_(1,1)和节点交叉口I_(i,1)间的理想间距，满足式(13)：

式中，Δt_N→S(1,1)和Δt_N→S(i,1)分别为节点交叉口I_(1,1)和节点交叉口I_(i,1))北进口超前于南进口直行相位绿灯中心时刻点时长；n_(i,1)为整数；

将南北走向协调干道A_SNj的非节点交叉口判定系数定义为0-1变量δ_SNj，若南北走向协调干道A_SNj上存在非节点交叉口，则δ_SNj等于1，南北走向协调干道A_SNj的非节点交叉口的数量记为q_j，由北往南将第l个非节点交叉口记为I_a(j,l)，相位相序设置方式记为P_a(j,l)，若南北走向协调干道A_SNj上不存在非节点交叉口，则δ_SNj等于0；

根据节点交叉口I_(1,1)，计算当前协调干道A_SN1上的任意非节点交叉口I_a(1,l)(1≤l≤q₁)的相位差O_a(1,l)，满足式(14)：

式中，T_GWa(1,l)为非节点交叉口I_a(1,l)西进口绿灯时长；v_a(1,l)为节点交叉口I_(1,j)与非节点交叉口I_a(1,l)间的车辆平均行驶速度；Δt_W→Na(1,l)为非节点交叉口I_a(1,l)西进口超前于北进口直行相位绿灯中心时刻点时长；a_a(1,l)为节点交叉口I_(1,1)与非节点交叉口I_a(1,l)间的理想间距，满足式(15)：

式中，Δt_N→Sa(1,l)为非节点交叉口I_a(1,l)北进口超前于南进口直行相位绿灯中心时刻点时长；n_a(1,l)为整数；

S203、计算并存储不同公共信号周期C取值以及协调路网中所有乙类交叉口不同可选相位相序组合方案[P_(1,2),...,P_(1,m),P_(2,1),...,P_(n,1)]对应的当前协调干道A_SN1甲类交叉口最佳相位相序组合方案其中，所述最佳相位相序组合方案可以使得当前协调干道A_SN1干道偏移绿信比Δλ_SN1与已标定协调干道A_EW1干道偏移绿信比Δλ_EW1的绝对值之和|Δλ_EW1|+|Δλ_SN1|取得最小值，将所述可选相位相序组合方案[P_(1，2)，...，P_(1，m)，P_(2，1)，...，P_(n，1)]和所述最佳相位相序组合方案计入记录矩阵M_(C,2)，此时南北走向协调干道A_SN1转为已标定协调干道；

其中，步骤S3中，所述选取使得新增乙类交叉口数量尽可能少的协调干道作为当前协调干道，计算不同公共信号周期C取值下，协调路网中所有乙类交叉口不同可选相位相序组合方案对应的当前协调干道甲类交叉口最佳相位相序组合方案，重复该步骤直至东西走向协调干道A_EWn与南北走向协调干道A_SNm均为已标定协调干道，具体为：

S301、根据已标定协调干道情况，选取使得新增乙类交叉口数量尽可能少的协调干道作为当前协调干道；

其中，确认东西走向协调干道A_EWi和南北走向协调干道A_SNj均为已标定协调干道，东西走向协调干道A_EWi+1和南北走向协调干道A_SNj+1均为未标定协调干道，则选取东西走向协调干道A_EWi+1作为当前协调干道将有j个节点交叉口转化为新增甲类交叉口，新增乙类交叉口m-j个；而选取南北走向协调干道A_SNj+1作为当前协调干道将有i个节点交叉口转化为新增甲类交叉口，新增乙类交叉口n-i个，则若满足式(23)，当前协调干道为东西走向协调干道A_EWi+1，否则为南北走向协调干道A_SNj+1：

n-i≥m-j                (23)

S302、确定当前协调干道上甲类交叉口以及乙类交叉口分类情况；

当前协调干道与所有已标定协调干道的节点交叉口以及当前协调干道上的所有非节点交叉口均为甲类交叉口，当前协调干道上的其余节点交叉口均为乙类交叉口；

S303、计算在不同公共信号周期C的取值下，当前协调干道上新增乙类交叉口与非节点交叉口的相位差取值；

S304、计算并存储不同公共信号周期C取值以及协调路网中所有乙类交叉口不同可选相位相序组合方案对应的当前协调干道甲类交叉口的最佳相位相序组合方案，其中，所述最佳相位相序组合方案可以使得当前协调干道的干道偏移绿信比与所有已标定协调干道的干道偏移绿信比的绝对值之和取得最小值，将所述可选相位相序组合方案和所述最佳相位相序组合方案计入相应的记录矩阵，此时当前协调干道转为已标定协调干道；

S305、重复步骤S301至S304直至所有协调干道均为已标定协调干道；对于最后一条协调干道，即终止协调干道而言，由于在终止协调干道上不再存在乙类交叉口，终止协调干道上的所有交叉口将全部转化为甲类交叉口，因此不同公共信号周期C取值下对应的记录矩阵M_(C,n+m)仅存储一组使得所有协调干道偏移绿信比绝对值之和最小的终止协调干道上所有交叉口的最佳相位相序组合方案。