申请/专利权人：电子科技大学;四川省自主可控电子信息产业有限责任公司

申请日：2022-11-16

公开（公告）日：2024-06-28

公开（公告）号：CN116311879B

主分类号：G08G1/01

分类号：G08G1/01;G08G1/083

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.06.28#授权;2023.07.11#实质审查的生效;2023.06.23#公开

摘要：本发明涉及城市交通流区域划分技术领域，涉及一种分层城市区域交通协调控制方法，包括：1对控制区域内按照提出的子区划分方法进行交通子区的划分；2与子区划分调整时间间隔同步，以15分钟作为协调控制方案调整时间间隔，根据子区划分情况对区域内协调控制方案进行调整更新；4以15分钟为协调控制周期，根据交通流预测数据对子区划分进行动态调整，并据此设计新的协调方案直至协调控制结束。本发明能从总体上降低道路拥堵率，提高道路通行能力。

主权项：1.一种分层城市区域交通协调控制方法，其特征在于：包括以下步骤：1以短时交通流预测的预测交通流为数据基础，对控制区域内按照提出的子区划分方法进行交通子区的划分；2与子区划分调整时间间隔同步，以15分钟作为协调控制方案调整时间间隔，根据子区划分情况对区域内协调控制方案进行调整更新；子区划分调整更新后，子区内仅有一个交叉口，则采取优化后信号配时方案对该子区实施单点控制；若子区内存在多条交叉口，但仅有一条干线，则该干线为关键干线，对子区内交叉口根据数解法进行信号协调控制；若子区内存在多条干线，则选取关键干线，采用数解法对关键干线进行优化相位差求解，对非关键干线的交叉口根据交通流量采取相位差优化方法，进行信号控制；3最后结合各个子区控制策略，形成区域交通协调控制方案；4以15分钟为协调控制周期，根据交通流预测数据对子区划分进行动态调整，并据此设计新的协调方案直至协调控制结束；区域交通控制子区划分方法为：步骤1.1、首先通过交叉口间距初始划分交通控制区域；当相邻交叉口间距L大于协调控制允许的最大间距时，对于两个交叉口的协调控制不能达到提高道路通行能力的效果，则考虑将两个交叉口划为不同子区，此时间距距离称之为拆分距离，记为Ls；反之，若相邻交叉口间距较小时，对相邻交叉口进行信号协调控制能够提高车辆通行效率，此时最小间距距离称之为合并距离记为Lm；其中Qt、Gt分别为t时刻的平均交通流率和绿灯时间，λ为通行安全系数，Nlane为路段中车道数目； 步骤1.2、当相邻交叉口间距小于合并间距Lm时，则相邻交叉口C1和C2划分为同一子区；若间距L大于拆分间距Ls时相邻交叉口C1和C2划分为不同子区；若交叉口间距大于合并间距Lm且小于拆分间距Ls时，需要对交通子区进一步细致划分，计算相邻交叉口C1和C2；步骤1.3、划分控制区域后，需要再计算各相邻交叉口相似度SI；控制区域中，邻间交叉口流量相似度和邻间交叉口信号周期相似度共同组成相邻交叉口相似度；首先根据交通流短时预测数据获取各交叉口交通特征数据，时间间隔设定为15分钟；在时间T时的流量相似度如下所示： 其中，QIC1，C2为相邻交叉口的车流量相似度，L为交叉口间距，v表示路段车辆平均速度，qin、qout分别为相邻交叉口上下游交通流量，n表示上游流向下游的交叉口车道数；QIC1，C2的取值范围为0-1，当相似度越接近1时，相邻交叉口流量相似度越大，相邻交叉口划入同一子区；反之，趋向于0时，流量相似度越小，交叉口划入不同交通子区；步骤1.4、对于单交叉口，视作不受其他路口影响的孤立交叉口，因此单交叉口的车流更新方程如下所示： 其中，qit+1和qit为道路i上的下一和当前时刻的车流数，和分别为下一时刻道路i上的驶入和驶离车流数；步骤1.5、设各个道路每的道路饱和率均相等，设为qS，则该交叉路口的各道路关键流量比yit如下所示： 利用最优周期计算公式，设置该交叉口路口的最佳周期： 步骤1.6、将道路复杂交通状况考虑在内同时在保证车辆安全通行的情况下，为每个相位设计满足最低相位绿时的条件周期T； 其中，λ为周期浮动系数，为最低相位绿时，则取前一绿时分配方案中最大相位绿时；步骤1.7、设计四相位控制方案中总绿时；其中，tgt和Tt分别为t时刻总绿时以及信号周期，ty,i和tr,i分别为黄灯时间和切换信号灯时全红灯时间； 步骤1.8、得到各相位绿时的配时方案： 步骤1.9、设计对于t时间内的两个相邻交叉口C1和C2的信号周期相似度；其中，eIC1,C2为中间参数，TC1t和TC2t分别为t时间内相邻交叉口C1和C2的信号周期；EIC1,C2为信号周期相似度； EIC1,C2＝|eIC1,C2-1.5|×2步骤1.10、结合交通流量与信号周期相似度，得到相邻交叉口C1和C2的综合相似度SI： 相邻交叉口C1和C2的综合相似度SI取值在0到1之间；以信号协调控制经验为基础，并与实际控制区域的交通流规律结合，为子区的细致划分设定阈值SIT；即当0≤SIC1,C2SIT时，说明相邻交叉口综合关联程度在当前交通状况下较低，划分到不同的交通子区；当SIT≤SIC1,C2≤1时，说明相邻交叉口综合关联紧密，彼此之间车流通行相互影响较大，则认为该相邻交叉口处于同一交通子区；区域交通控制子区划分动态调整方法为：步骤2.1、对于t时间内，区域交通被划分为N个交通控制子区，该时段所有子区集合记为{A1，A2，…，AN}，则每个交通子区内部总相似度之和为各子区相邻交叉口相似度之和；SIAi为子区Ai的总相似度，M为子区内部交叉口个数，N为交通子区个数； 步骤2.2、在每个子区划分时间间隔，审查调整时间，设SIA为相似度差异指标，判断子区在t+1时间间隔内重新划分；若|SIt+1Ai-SItAi|≤SIA，说明在t时间内划分的交通子区Ai依旧适用于t+1时间内，更新指数不变；反之|SIt+1Ai-SItAi|SIA，说明交通子区Ai不再适合t+1时间内的协调控制，更新指数累加；当更新指数的累计值达到阈值时，则认为当前的子区划分已经无法准确描述当前交通状况，需要对子区重新作出划分，更新后更新指数累计值清零；步骤4中，新的协调方案为交通信号灯控制，具体为：步骤3.1、关键交叉口Ckey是子区内最大交通流量值所在的交叉口，以关键交叉口Ckey为起点，获得经过该交叉口的所有干线集合{B1,B2,…,BN}；其中，干线集合中干线Bi包含交叉口{C1,C2,…,CM}，则根据相邻交叉口相似度计算公式分别计算得到各干线中相邻交叉口相似度；{SIC1,C2,SIC2,C3,…,SICM-1,CM}步骤3.2、根据各相邻交叉口相似度求取干线内总相似度： 步骤3.3、计算总相似度最大的交通道路，用于干线协调控制：Bkey＝max[SIBi]，i＝1,2,…,N步骤3.4、关键干线Bkey由交叉口{C1,C2,…,Ckey,…,Cψ}组成，计算各交叉口信号周期选取其中干线内最大的信号周期作为公共周期其中，ψ为关键干线中交叉口个数； 步骤3.5、对其余交叉口的交通信号灯重新配时；以最大公共周期作为信号周期计算关键交叉口的信号配时方案，得到该交叉口协调方向上的绿灯时间，作为干线中协调方向上的最小绿时；在此基础上，计算其余交叉口的配时方案，为优化协调方向控制效果，若协调方向上绿灯时间大于最小绿时，则保留配时方案；若小于最小绿时，对关键交叉口分配增加时间，以最小绿时替代当前配时方案的绿灯时间，其余时间再对非协调方向相位实行分配；则在t时间内，关键干线协调相位最小绿时为关键交叉口Ckey在协调相位的绿灯时间如下所示： tL为四相位控制方案的总损失时间；步骤3.6、对各子区路网结构进行分析，只具有一个交叉口的交通子区无需进行协调相位差；对于其他需要相位差优化的子区，首先实现关键干线上的相位差协调；对于已经确定初始公共信号周期的交通干线而言，根据信号周期计算理想间距取值范围其中，v表示干道实际平均行驶车速，M′为理想间距的浮动范围；求取理想间距，并保证理想交叉口间距与实际交叉口间距最为匹配，求取得到协调控制的最佳公共信号周期Topti；步骤3.7、确定各交叉口与理想交叉口位置所处方位确定干道协调控制方式，确定相位差大小； S为相位差，为平均相位差，Topti为最佳公共信号周期，v为平均行驶速度；如果子区内由多条干线组成，则对于非关键干线的相位差优化，完成对关键干线的协调控制后，从关键干线中的第一个交叉口开始，对相邻的非关键干线中的交叉口优化相位差，并通过传递的方式优化所有交叉口；步骤3.8、依次遍历所有关键干线上交叉口，重复计算，直到所有非关键干线中与关键干线相邻的交叉口相位差均完成优化工作；若非关键干线中交叉口未与关键干线中交叉口直接相连，则选择非关键干线中与关键交叉口最先进行相位差优化的交叉口与该交叉口实现相位差优化； 其中，θn为计算得到的交叉口的相位差，ξ为交通流系数，q1和q2分别为上行下行交通流量，θ1和θ2为最佳相位差，L为交叉口间距，v1和v2和分别为上行、下行平均行驶速度。

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