[发明专利]城市区域多交叉口信号协同优化控制方法及系统

摘要

一种交通管理和控制领域的城市区域多交叉口信号协同优化控制方法及系统，根据车辆离开上游交叉口时间以及上游交叉口的控制方案信息依次估计车辆到达排队末端的时间、排队车辆的数量变化、车辆排队等待时间，然后以此为目标函数，计算预测时长内的最优信号控制方案，最后更新信号灯状态。本发明充分利用现有交叉口设施资源配置，解决了传统自适应信号控制方法只适用于单个交叉口，计算复杂度大的问题，具有适用范围广，易于实现，控制方法可靠性高等优点。

主权项

一种城市区域多交叉口信号协同优化控制方法，其特征在于，根据车辆到达信息、上游交叉口的信号控制方案以及车辆自上游交叉口到达下游交叉口的行驶时间估计车辆到达排队末端的时间、排队车辆的数量变化、按车辆到达时信号相位估计车辆排队等待时间，然后以减少车辆排队等待时间为目标函数，计算预测时长内的最优信号控制方案，最后更新信号灯状态；所述的预测时长是指对未来时间内交通流变化进行估计的时间范围，由若干个单位时间步长组成；所述的车辆到达信息是指：当车辆经过上游交叉口进口道检测线圈记录的时间信息以及按一定概率估计的行驶方向；所述的车辆排队等待时间是指：车辆进入排队状态时起算，至车辆离开该交叉口所经过的时间；所述的信号控制方案是指预测时长内各单位时间步长的信号相位顺序；所述的车辆排队等待时间通过以下方式得到：a)首先要估算车辆到达队伍末端的时间，当满足：a(k)＝t_d(k)+τ(a(k))时，其中：k∈{k:T≤a(k)≤T+T_p}，a(k)为车辆k到达队伍末尾的时刻，t_d(k)为车辆k离开上游交叉口的时刻；除了到达队伍末端的时间，在计算排队等待时还需要估算车辆k离开进口道l的时间，τ(a(k))为在a(k)时刻内到达队伍末端的车辆k自上游交叉口行驶至排队车辆末端的行驶时间，T为预测时长开始时刻，T_p为预测时长；b)车辆k离开进口道l的时间为具体为：当队伍中车辆离开停车线时，其后所有车辆所对应的将进行更新；c)以车辆到达时相位状态以及该车辆是否能在当前单位时间长度离开交叉口为划分依据，分别计算每个单位时间步长内排队等待时间；根据是否切换相位，单位时间步长包括：i)当不改变信号相位，单位时间步长全部由绿灯时间或红灯时间组成，即延长原有信号状态一个单位时间步长；ii)当改变信号相位，此时单位时间步长由黄灯时间和最小绿灯时间组成，其中黄灯时间为t_Y＝t_end–t_green，其中单位时间步长的开始与结束时间分别由t_start和t_end表示；t_green为绿灯开始时间；当车辆到达时为红灯，则计算相对容易，只需用t_end减去a(k)即得出车辆k在当前单位时间步长的排队等待时间；如该进口道在单位时间步长为绿灯，考虑到受前车的影响，需分情况考虑排队等待时间，此时有四种情形：1)车辆在t_green前到达，并且在t_end前离开交叉口；2)车辆在t_green前到达，但受到前车影响无法在t_end前离开交叉口；3)车辆在t_green后到达，并且在t_end前离开交叉口；4)车辆在t_green后到达，但受到前车影响无法在t_end前离开交叉口；对于情形1)，假设dis^l为单位时间步长内进口道l可通过停车线的最大车辆数量，车辆k到达队伍末尾的时刻a(k)≤t_green，k≤dis^l，排队等待时间为车辆受前车影响加上绿灯开始可能产生的等待时间，即Delay_g(k)＝(k‑1)·h^l+min[t_green‑t_start,t_green‑a(k)]；对于情形2)，车辆k到达队伍末尾的时刻a(k)≤t_green，k＞dis^l，排队等待时间为t_green与t_end的时间差加上切换绿灯可能产生的时间，即Delay_g(k)＝t_end‑t_green+min[t_green‑t_start,t_green‑a(k)]；对于情形3)，车辆k到达队伍末尾的时刻a(k)＞t_green，排队等待时间为车辆k离开停车线的时间与到达队伍末端的时间差，即对于情形4)，车辆k到达队伍末尾的时刻a(k)＞t_green，排队等待时间为t_end与车辆k到达队伍末端的时间差，即Delay_g(k)＝t_end‑a(k)。