[发明专利]一种车联网环境下城市交叉口交通信号动态优化方法

摘要

本发明提供一种车联网环境下城市交叉口交通信号动态优化方法，该方法首先确定以交叉口平均排队时间和通行能力的比值为优化目标函数，同时实现平均排队时间最小且通行能力最大的效果；其次考虑实际车联网环境影响，以通信时延、相位周期和有效绿灯时间为约束条件，建立车联网环境下城市交叉口动态信号优化模型。通过本方法，可以有效优化中高饱和度的城市交叉口信号控制效果，同时有效改善城市交叉口交通环境，提高道路通行能力。

主权项

一种车联网环境下城市交叉口交通信号动态优化方法，其特征在于，步骤1：将车联网环境下的车流波分为停车波和启动波，并根据停车波和启动波的传递时间计算交叉口的平均排队时间(1)停车波传递时间计算停车波传递到第n辆车的时间为：Tn1=α×e-β-e-βnβ×K2-K1K1K2V2]]>式中，V2为车辆停车前的正常行驶速度；K1为停车波状态下的正常行驶密度；K2为停车波状态下的阻塞密度；α、β为待标定参数；(2)启动波传递时间计算启动波传递到第n辆车的时间为：Tn2=α×e-β-e-βnβ×(Ht-1KtV1)]]>式中，Ht为饱和车头时距；Kt为启动波状态下的交通流阻塞密度；V1为车辆加速后的最大行驶速度；(3)交叉口平均排队时间计算交叉口第i相位车流在交叉口处的车辆排队时间为：Tn=[C-LN-gi-Δt]-α×e-β-e-βnβ×(K2-K1K1K2V2-Ht+1KtV1)]]>对进口道上每个相位的平均排队时间进行集计处理，可得交叉口车辆平均排队时间为：Tn‾=Σi=1NΣj=1MqijTnΣi=1NΣj=1Mqij]]>其中，C为周期，gi为第i相位有效绿灯时间，L为交叉口总损失时间，N为相位数，Δt为通信时延时间，M为车道组数,qij为第i相位关联的第j车道组的交通流量。步骤2：进口道通行能力计算进口道上每组车道的通行能力为：Q=Σi=1NΣj=1MSijgiC]]>式中，Sij为第i相位关联的第j车道组的饱和流率；步骤3：确定优化目标函数和约束条件，并建立信号优化模型(1)目标函数为：minCI=Tn‾Q]]>式中，CI为优化目标函数为通行能力和车联网平均排队时间的综合指标；(2)约束条件为：gimin≤gi≤gimax式中，gimin为第i相位最小绿灯时间，gimax为第i相位最大绿灯时间；临界相位有效绿灯时间可由临界周期时长得到：gimin=yiY(Cmin-L)]]>gimax=yiY(Cmax-L)]]>式中，Cmin为最小周期时长，Cmax为最大周期时长，yi为第i相位的流量比，Y为交叉口总流量比；由上述公式可得：yiY(Cmin-L)≤gi≤yiY(Cmax-L);]]>(3)信号优化模型确立车联网环境下信号优化模型如下:minPI=Tn‾Q=Σi=1NΣj=1MqijTnΣi=1NΣj=1Mqij·Σi=1NΣj=1MSijgiC]]>s.t.gimin=yiY(Cmin-L);gimax=yiY(Cmax-L);Cmin≤C≤Cmax;yiY(Cmin-L)≤gi≤yiY(Cmax-L);]]>求解上述优化模型，计算得出当前交通状态下交叉口所有相位的最优绿灯时间，从而实现通行能力最大以及排队时间最少。