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专利号: 2019106034095
申请人: 西南交通大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 信号装置
更新日期:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种有施工区交叉口信号配时优化方法,其特征在于:包括如下步骤:步骤一、计算岛式施工区饱和流率:

(1)建立岛式施工区车辆跟驰模型:

式中,vn(t)为车辆n的速度,κ>0为司机敏感系数;λ≥0为速度差的反应系数单位;△v为车辆n和n+1的速度差;△x'为弯道上前后两辆车之间的弧段长度;V(△x')为最优速度;hc为行驶安全间距;V为交叉口限速;Vc为车辆通过弯道的最大通行速度;

(2)按如下公式计算岛式施工区饱和流率:

其中:平均速度vn的计算模型如下:

vn=a0+a1ENW+a2EXW+a3WL+a4MD+a5WSD+a6WED式中,a0、a1、a2、a3、a4、a5、a6为待标定的参数;ENW为进口道宽度;EXW为出口道宽度;施工区占用交叉口的长度WL和宽度WD;施工区上边界到进口道分隔带距离MD;施工区距离进口道停车线距离WSD;施工区到出口道距离WED;

(3)对模型进行标定:

1)采集真实的岛式施工区交叉口交通流数据:

采集两个岛式施工区信号交叉口的数据,数据采集时间为晚高峰时段,采集的方式是通过拍摄车流量视频,然后对视频中的交叉口进口车道各方向的交通量、到达流率、饱和流率、平均速度、信号灯信息进行提取;采集10个周期的平均数据作为最终进行模型标定和验证的数据,其中一个施工区数据用来进行模型标定,另一个施工区数据进行模型验证;

2)标定:

参数的标定采用求非线性规划最优解的形式,自变量取待标定的各个参数,目标函数取待标定模型产生的数据与实测数据的差值取最小,用各个参数的取值范围作为该非线性最优化问题的约束条件,得到如下非线性规划的形式:式中:ω为目标函数值,表示标定模型模拟施工区速度Zs与真实速度Zr的差值;M为标定数据总量;p为待标定的参数的向量集,各参数取值范围为0~1;gi(p)为关于p的第i个线性的约束条件;hj(p)为关于p的第j个非线性的约束条件;ng、nh分别是上述线性与非线性约束条件的数目;

利用在MATLAB自带算法工具箱中遗传算法GA函数进行编程得到最优目标函数,进而确定最优目标函数下的最优参数集,将岛式施工区标定的速度代入到饱和流率计算公式中,即求得岛式施工区饱和流率;

步骤二、计算进口道释放率状态变化的时刻;

步骤三、计算交叉口进口道的车辆延误;

步骤四、计算有施工区情况下的相位清空时间;

步骤五、建立目标函数并求出最优解作为有施工区情况下的信号配时。

2.根据权利要求1所述的一种有施工区交叉口信号配时优化方法,其特征在于:步骤二所述计算进口道释放率状态变化时刻的方法为:(1)计算信号周期结束时不存在排队情况下,进口道释放率变化时刻t1:

1)计算排队波波速:

式中,wq为停车波速,q为到达流率,ρ为到达交通流密度,ρj为最大交通流密度;

2)计算启动波波速:

式中,qm为进口道饱和流率,vm为饱和流率下的车辆通行速度;

3)计算交叉口消散波波速wd和进口道释放率变化时刻t1:wd=vwz

式中,vwz为施工区饱和流率对应下的车辆速度,r为有效红灯时间;

(2)计算信号周期结束时存在排队情况下,进口道释放率变化时刻t1:

1)计算在绿灯信号结束时,未通过的车辆的排队波wc和停车波蔓延时间t′1:

2)计算压缩波在下一周期的持续时间t2:

式中,c为信号周期时长;

3)计算进口道释放率变化时刻t1:

3.根据权利要求2所述的一种有施工区交叉口信号配时优化方法,其特征在于:步骤三所述计算交叉口进口道的车辆延误的方法为:(1)计算非饱和状态下进口道的车辆延误:

(2)计算过饱和状态下进口道的车辆延误D′和周期结束时排队车辆数n′:n′=n+qc-qwz(c-t1)-qm(t1-r)式中,n为在信号周期开始时进口道滞留排队车辆数,n′为信号周期结束时滞留排队车辆数,n′≤n。

4.根据权利要求3所述的一种有施工区交叉口信号配时优化方法,其特征在于:步骤四所述计算有施工区情况下的相位清空时间的方法为:(1)计算交通流从西进口道到东进口道到达冲突点的距离:式中,θ1和θ2为弯道转弯弧度;r1和r2为弯道半径;L为施工区长度;分别按如下公式计算得到:式中,施工区上边界到东进口道和西出口道中间分隔带的距离分别为w1,w2,施工区到东进口道和西出口道的距离分别为L1,L2;

(2)计算从东进口道到西出口道相位的清空时间tc:(3)计算其余各进口道转弯弧度和半径以及相对应相位的清空时间。

5.根据权利要求4所述的一种有施工区交叉口信号配时优化方法,其特征在于:步骤五所述目标函数为:式中,D(i)为第i个相位延误时间,N为相位总数。

6.根据权利要求5所述的一种有施工区交叉口信号配时优化方法,其特征在于:步骤五所述目标函数的求解方法为:首先计算各相位的清空时间,然后根据各进口道到达流量、进口道释放流率以及给定的绿灯时间和周期时长,计算进口道饱和度状态和各相位的车辆延误,最后,选取计算结果中各相相位延误相加的最小值作为最优解。