一种针对固定相序的信号配时优化方法与流程

本发明涉及智能交通控制，具体涉及一种针对固定相序的信号配时优化方法。

背景技术：

1、在交通管理实践当中，受限于交叉口的渠化特点、地区交通行为特点等因素，其信号配时需要采用特定的相序，在配时优化过程中不可修改。因此，针对固定相序的配时优化在实践中十分重要。行业中针对此种场景的配时方法可归纳为三类，即人工调整法、经典公式计算法和启发式求解法。

2、人工调整法，是最为基础的方法，由交通工程师通过现场的拥堵观察结果，逐步调整配时方案，以实现调优。

3、经典公式计算法，基于webster公式，通过交通流量比情况进行周期的计算和各相位绿灯时间的分配。

4、启发式求解法，利用包括邻域搜索、遗传算法、模糊控制等在内的智能算法，在终止条件内搜索“满意解”。

5、针对固定相序的配时优化，上述三类方法分别存在以下缺陷：

6、1、人工调整法存在效率低、适应性差的弊端，难以实现大范围、持续性的优化。

7、2、经典公式计算法应用场景局限，易出现公式失效和饱和度过低问题。

8、3、启发式求解法受算子设计的影响，容易陷入局部最优解、求解耗时长。

9、由此可见，如何研究一种针对固定相序的信号配时优化方法以解决当前行业中配时优化效率低、条件约束多的问题是十分重要的。

技术实现思路

1、为了解决上述技术问题，本发明提供了一种针对固定相序的信号配时优化方法，所述方法具体包括以下步骤：

2、s1、获取路口参数，解析各交通流的放行结构；

3、s2、根据最小绿约束，首次初始化配时方案，并对各交通流不连续出现的相位赋予最小绿时间；

4、s3、基于交通流饱和度，二次初始化配时方案，针对各交通流连续出现的情况，选择合适的相位增加绿灯时间以满足各交通流单次运行时的最小绿约束；

5、s4、基于期望饱和度和周期时长，优化相位时长。

6、进一步的，所述s1中的路口参数包括配时方案相位组成、交通流参数、最小绿时间、最大周期约束、饱和流量及目标饱和度；记所述s1中的交通流为f，交通流f可在配时方案的多个相位中放行，记所述交通流的放行结构为{[pm,…,pn],…,[pi,…,pj]}，其中，[pm,…,pn]表示所述交通流f单次连续放行的相位的集合，[pm,…,pn]和[pi,…,pj]分别表示交通流f两次连续放行的相位的集合。

7、进一步的，所述s2中的首次初始化配时方案还包括以下步骤：

8、s21、初始化各相位的绿灯时间为1s；

9、s22、判断各交通流f是否不在连续的多个相位中放行，即判断[pm,…,pn]的元素数量是否为1：

10、若[pm,…,pn]的元素数量为1，即所述交通流f在当前的放行中仅存在于1个相位中，则记当前相位为ph，并进一步判断ph中交通流f的绿灯时间是否满足最小绿约束，即判断是否成立：

11、若成立，则进一步判断下一个相位；

12、若不成立，则令ph的绿灯时间为其中，为ph中所述交通流f的绿灯时间，为所述交通流f的最小绿时间；

13、若[pm,…,pn]的元素数量不为1，即所述交通流f在当前放行中连续存在于多个相位中，则进行所述s3中的二次初始化配时方案。

14、进一步的，所述s3中的二次初始化配时方案还包括以下步骤：

15、s31、根据各交通流f的放行结构，依次计算各交通流f单次运行绿灯时长，并记为其中，为所述交通流f在相位[pm,…,pn]中连续放行的总绿灯时间，为交通流f在相位[pi,…,pj]中连续放行的总绿灯时间；

16、s32、判断是否成立：

17、若成立，则判断下一次放行是否满足当前最小绿约束；

18、若不成立，则获取[pm,…,pn]中各相位包含的除交通流f以外的交通流集合flows；

19、s33、计算所述交通流集合flows中各交通流的饱和度，找出饱和度最大的交通流k；

20、s34、获取[pm,…,pn]中包含所述交通流k的相位，并记为pk；

21、s35、增加相位pk的相位时长θ，使θ＝1s，并返回步骤s31，多次循环直至所有交通流的每次放行均满足

22、进一步的，所述s4中的优化相位时长还包括以下步骤：

23、s41、计算各交通流的饱和度δf，满足公式：

24、

25、其中，sf为交通流f的饱和流量，为交通流f单次放行的绿灯时间，c为配时方案信号周期，qf为交通需求流量；

26、s42、计算各交通流的饱和度δf与期望饱和度的差值，所述差值记为df，满足公式：

27、

28、其中，为期望饱和度；

29、s43、判断方案周期c≤cmax是否成立：

30、若c≤cmax不成立，则输出配时方案；

31、若c≤cmax成立，则进一步判断所述df的最大值是否大于0，即max(df)﹥0是否成立：

32、若max(df)﹥0不成立，则输出配时方案；

33、若max(df)﹥0成立，则获取max(df)对应交通流f所在的相位集合{pf}：

34、若{pf}元素数量为1，则增加相位集合{pf}的相位时长θ，使θ＝1s，并返回步骤s41；

35、若{pf}元素数量不为1，则获取{pf}中各相位包含的除交通流f以外的交通流集合flows，计算flows各交通流的饱和度，找出饱和度最大的交通流k，获取{pf}中包含交通流k的相位pk，增加相位pk的相位时长θ，使θ＝1s，并返回步骤s41，多次循环直至c≤cmax不成立或max(df)﹥0不成立，并输出配时方案。

36、与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

37、本发明在满足各交通流单次运行最小绿灯时间的情况下，基于单个交通流饱和度和目标饱和度的偏差，逐步选择合适的相位以增加绿灯时间，实现配时方案优化。具有优化方向明确、优化速度快、优化收益高的优势。

技术特征：

1.一种针对固定相序的信号配时优化方法，其特征在于，所述方法具体包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的针对固定相序的信号配时优化方法，其特征在于，所述s1中的路口参数包括配时方案相位组成、交通流参数、最小绿时间、最大周期约束、饱和流量及目标饱和度；记所述s1中的交通流为f，交通流f可在配时方案的多个相位中放行，记所述交通流的放行结构为{[pm，...，pn]，...，[pi，...，pj]}，其中，[pm，...，pn]表示所述交通流f单次连续放行的相位的集合，[pm，...，pn]和[pi，...，pj]分别表示交通流f两次连续放行的相位的集合。

3.根据权利要求2所述的针对固定相序的信号配时优化方法，其特征在于，所述s2中的首次初始化配时方案还包括以下步骤：

4.根据权利要求3所述的针对固定相序的信号配时优化方法，其特征在于，所述s3中的二次初始化配时方案还包括以下步骤：

5.根据权利要求4所述的针对固定相序的信号配时优化方法，其特征在于，所述s4中的优化相位时长还包括以下步骤：

技术总结本发明公开一种针对固定相序的信号配时优化方法，所述方法具体包括以下步骤：S1、获取路口参数，解析各交通流的放行结构；S2、根据最小绿约束，首次初始化配时方案，并对各交通流不连续出现的相位赋予最小绿时间；S3、基于交通流饱和度，二次初始化配时方案，针对各交通流连续出现的情况，选择合适的相位增加绿灯时间以满足各交通流单次运行时的最小绿约束；S4、基于期望饱和度和周期时长，优化相位时长。本发明具备优化方向明确、优化速度快、优化收益高的优势。技术研发人员：吕潭,宋志洪,陈家旭,李远,苟启文,刘恒玉,翁昌青受保护的技术使用者：安徽科力信息产业有限责任公司技术研发日：技术公布日：2024/5/19