一种绿波道路应急车载智能移动信号控制方法及系统

本发明属于智能交通系统，具体涉及一种绿波道路应急车载智能移动信号控制方法及系统。

背景技术：

1、随着社会经济的快速发展和人口数量的逐渐增长，城市规模在不断扩大，城市化进程也在进一步加快，城市交通作为一座城市文明与发展的载体承担着越来越多的任务。近年来，机动车保有量的迅猛增加以及人们日益增长的交通出行需求给城市交通带来了巨大压力。据交通部门统计，截止到2017年年底，中国机动车总量已达3.1亿辆，其中小汽车占比70％左右，由此引发了诸多交通问题：如交通拥堵、交通事故、交通污染以及能源消耗等，各种交通问题不仅影响到了出行者的日常生活，更制约了城市的社会经济的进一步发展。因此，如何有效缓解城市道路交通拥堵，提升城市交通运行效率，成为了当前城市交通研究的一个重要方向，如何更好地解决这些交通问题，改善城市交通运行质量，提高人们的出行体验，是目前交通行业新的课题与挑战。

2、根据对实际交叉口的交通调查，可以总结出交叉口的交通特性具有以下几个特点：交通量较大、交通密度较大、交通速度低、冲突点多、混合交通干扰、时间的不均匀性、周围环境影响、事故率高、对行车舒适性影响大等。

3、针对目前城市交叉口存在的交通特性以及城市道路中出现的各种交通问题，最直接的方法是不断修建和完善城市道路网络，这种方法可在空间上大大提高城市道路网的整体通行能力，增加交通供给以满足日益增长的交通需求，但是容易受到巨额资金、城市空间以及建设周期长等因素的制约。所以，需要合理地利用交通控制与管理手段来使现有的交通状况得到有效改善。一方面在宏观上可以利用交通管理措施对交通出行需求进行控制，例如限号、限行政策等；另一方面可在微观上通过交通控制手段从时间和空间上对交通流进行控制，实现现有路网资源的最大化利用，最大程度地提高道路通行效率，缓解城市交通压力。

4、城市道路干线作为城市交通中的重要组成部分，是城市交通拥堵的主要源头和瓶颈。在城市道路干线上，交通制约因素较多，包括交通信号控制、车辆停站等待、行人过街等。而城市道路干线绿波协调控制作为一种有效缓解交通拥堵的手段，逐渐受到学术界和交通管理部门的重视。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明提出了一种绿波道路应急车载智能移动信号控制方法及系统，首先介绍了城市交通信号控制基本理论，包含城市交通控制的基本参数和控制方法分类，然后分析了干线协调控制的设计依据、配时方案的具体步骤以及如何确定公共周期和绿信比，最后对两种相位差的优化方法，特别是对最大绿波带法进行了详细介绍。解决了交通拥堵问题和提高交通效率，提高道路通行能力，减少交通拥堵和污染。

2、为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

3、一种绿波道路应急车载智能移动信号控制方法，包括以下步骤：

4、对干线道路的每个交叉口进行单点定时信号控制，计算每个交叉口的最佳信号周期时长；

5、从所有最佳信号周期时长中选取最大周期作为干线道路的公共信号周期；

6、基于所述公共信号周期，计算各个信号相位的绿灯信号时间；

7、基于各个信号相位的绿灯信号时间，计算相邻交叉口的相位差，得到新的配时方案；

8、基于所述新的配时方案，对干线道路上几个连续交叉口进行线性协调控制与优化。

9、优选的，对干线道路的每个交叉口进行单点定时信号控制，计算每个交叉口的最佳信号周期时长的方法包括：

10、

11、式中：l为信号周期总损失时间，y为各相位流量比总和，c0为单点交叉口的公共周期。

12、优选的，从所有最佳信号周期时长中选取最大周期作为干线道路的公共信号周期的方法包括：

13、c＝max(c1,c2,c3,...cm)，

14、式中：cm为干线协调系统中的公共周期。

15、优选的，基于所述公共信号周期，计算各个信号相位的绿灯信号时间的方法包括：

16、计算信号周期总损失时间；

17、计算各相位流量比总和；

18、基于定时信号的最佳周期时长和所述信号周期总损失时间，计算总的有效绿灯时间；

19、基于所述各相位流量比总和和所述总的有效绿灯时间，计算各相位有效绿灯时间；

20、基于所述各相位有效绿灯时间，计算每个相位的实际有效绿灯时间；

21、其中，计算信号周期总损失时间的表达式为：

22、l＝nlj+ar，式中：j为第j相位，lj为各相位内的启动损失时间，一般取3s，ar为全红时间；

23、计算各相位流量比总和的表达式为：

24、式中：j为第j相位，yj1,yj2,yj3,yj4是指第j相位内不同方向的流量比，qj1,qj2,qj3,qj4是指第j相位内不同方向的流量，sj1,sj2,sj3,sj4是指对应相位的设计饱和流量；

25、计算总的有效绿灯时间的表达式为：

26、ge＝c0-l；

27、计算各相位有效绿灯时间的表达式为：

28、

29、计算每个相位的实际有效绿灯时间的表达式为：

30、gj＝gej-a+lj，其中，lj为第j相位的启动损失时间。

31、优选的，基于各个信号相位的绿灯信号时间，计算相邻交叉口的相位差，得到新的配时方案的方法包括：

32、根据改进的maxband模型法建立目标函数为最大绿波带的线性规划模型；

33、通过干线协调系统周期和各个信号相位的绿灯信号时间，对所述线性规划模型进行求解，得到指定速度下的绿波带宽；

34、基于所述指定速度下的绿波带宽，计算出相邻交叉口之间的相位差。

35、优选的，所述线性规划模型为：

36、z＝max(b)

37、

38、式中，z＝max(b)为目标函数，c1，c2分别表示周期的最小值和最大值，z表示频率，等于周期的倒数，b、为上行、下行的绿波带宽，ri、为信号si处上行、下行的红灯时间，ωi、为信号si红灯结束、开始与上下行绿波带边缘的时间差，t(h，i)、为交叉口sh到交叉口si或si到sh的行程时间，δi为相距最近的ri和的中心点之间的距离，τi、为干线车流到达前原有排队车辆的清空时间，mi为一般取周期时长的整倍数，rh为信号sh处上行的红灯时间，为信号sh处下行的红灯时间，wh信号sh红灯结束与上下行绿波带边缘的时间差，信号sh红灯开始与上下行绿波带边缘的时间差，δh为相距最近的rh和的中心点之间的距离，di表示交叉口si到交叉口sh或sh到si的间距，vimax表示绿波速度的最大值；vimin表示绿波速度的最小值，ti表示通过绿波带的行程时间。

39、本发明还提供了一种绿波道路应急车载智能移动信号控制系统，包括：第一计算模块、第二计算模块、第三计算模块、第四计算模块和优化控制模块；

40、所述第一计算模块用于对干线道路的每个交叉口进行单点定时信号控制，计算每个交叉口的最佳信号周期时长；

41、所述第二计算模块用于从所有最佳信号周期时长中选取最大周期作为干线道路的公共信号周期；

42、所述第三计算模块用于基于所述公共信号周期，计算各个信号相位的绿灯信号时间；

43、所述第四计算模块用于基于各个信号相位的绿灯信号时间，计算相邻交叉口的相位差，得到新的配时方案；

44、所述优化控制模块用于基于所述新的配时方案，对干线道路上几个连续交叉口进行线性协调控制与优化。

45、与现有技术相比，本发明的有益效果为：

46、本发明提出了一种绿波道路应急车载智能移动信号控制方法及系统，包括以下步骤：对干线道路的每个交叉口进行单点定时信号控制，计算每个交叉口的最佳信号周期时长；从所有最佳信号周期时长中选取最大周期作为干线道路的公共信号周期；基于公共信号周期，计算各个信号相位的绿灯信号时间；基于各个信号相位的绿灯信号时间，计算相邻交叉口的相位差，得到新的配时方案；基于所述新的配时方案，对干线道路上几个连续交叉口进行线性协调控制与优化。本发明通过合理的信号配时，对道路干线上相邻几个路口进行绿波联动协调控制，即相邻交叉口间某一主要相位按一定的相位差先后释放，从而使干线车流在规定速度下行驶时可以较低的停车率通过干线，使得车辆在道路上形成绿波，可以减少行车中断和停车时间，提高交通流的顺畅程度和通过能力，从而达到减少交通拥堵、提高交通效率的目的。与传统的固定时相控制相比，绿波协调控制更加灵活，能够根据不同的交通需求和时段，动态调整信号配时，进一步提高道路交通的效率。本发明还可以为交通管理部门提供有效的信号控制策略和规划建议，促进城市交通的可持续发展。因此，对城市道路干线绿波协调控制进行研究具有重要意义。通过开展深入的理论研究和实践探索，相信可以为城市交通系统的可持续发展提供有力支持。