一种基于时距图的绿波控制方案生成方法与流程

1.本发明涉及城市智能交通控制领域，尤其涉及一种基于时距图的绿波控制方案生成方法。


背景技术：

2.绿波控制是交通信号控制领域中一种根据道路和路口的通行条件及交通运行特征，预先设定好干线统一的固定周期、相邻路口相位差以及各交叉口信号控制相位、相位等，使得车辆通过若干个相邻路口都能够获得连续绿灯的信号控制方式。绿波控制是当前信号控制优化实践工作中常使用的控制策略之一，能够有效提升干线道路的通行效率。绿波控制方案的生成具体算法有很多，可归纳为两大类，即图解法和数解法。
3.图解法，即利用时间-距离图(简称“时距图”，参照图1所示)，不断尝试调整各路口的相位差，从而确定最佳的相位差、速度和对应配时方案；但是其实现过程复杂，需要人工不断地尝试、调整。当需要进行绿波控制的路口较多时，其复杂程度和工作量大幅上升，且难以获取最优方案；
4.数解法，即通过公式计算的方式寻找最优协调速度使得各交叉口间距与理想间距的偏差值最小，进而得到协调效果最佳的绿波控制方案；但其基本原理决定了难以满足实践应用中完全达到不停车的要求，虽从理论可获取较优的结果，但应用效果较差。此外，结合启发式算法的计算过程往往需要大量的迭代计算，求解耗时较长。


技术实现要素：

5.本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种基于绿波时距图的特性，通过模拟人工调试，实现绿波最大带宽及起点路口相位差的快速确定，进而实现绿波控制方案生成方法。
6.为了实现上述目的，本发明是通过以下技术方案实现的：
7.一种基于时距图的绿波控制方案生成方法，包括以下步骤：
8.s100，获取目标区域内协调方向路口的所有路口信息，所述路口信息包括各路口非协调方向的绿信比、相邻路口的间距li以及相邻路口之间的绿波速度vi；
9.s200，通过路口信息确定各路口协调方向可占用的绿灯时间范围ti以及正、反向绿波带宽的最大值和最小值
10.s300，以各路口绿波占用绿灯时间ti≤各路口协调方向可占用的绿灯时间范围ti为约束条件，依次遍历起始路口的反向相位差反向绿波带宽b-、正向绿波带宽b
+
，确定满足约束条件的最大正、反向绿波带宽和最优起始路口相位差；
11.s400，根据正、反向最大带宽b
+
、b-和起始路口的正、反向相位差计算生成各路口相位顺序、相位时间和相位差。
12.特别的，步骤s200中各路口协调方向可占用的绿灯时间范围ti的确定方法包括以
下步骤：
13.s210，确定协调周期c，根据路口非协调方向的绿信比，计算非协调方向阶段时间总和
[0014][0015]
其中表示路口i支路方向的阶段时间总和；表示主路独立左转阶段的时间，当干线允许单口放行且无左转待行区时，当干线允许单口放行且无左转待行区时，的值通过相应方向满足最大允许饱和度所需的绿信比和协调周期c的乘积来确定；
[0016]
s220，计算各路口协调方向可占用的绿灯时间范围ti：
[0017][0018]
针对协调周期c，本发明方案基于实践应用的需求出发，在同一个绿波协调方向的各路口的协调周期c应该或者说是近似一致的，若不一致可在满足各路口非协调方向的绿信比的同时增大或者减少协调方向的绿信比，从而实现协调周期c的一致性，而最大允许饱和度是指最大交流量与该车道车流饱和通行能力的比值用于确定转向车道的绿信比。
[0019]
针对协调方向和非协调方向，协调方向即为本发明绿波控制的方向，也是路口的主干线，而非协调方向是指路口除主干线以外的其他转向，值得说明的是针对主干线直行和左转的转向，通常同一主干线直行和左转属于单向通行，在单向通行时正方向可以通行即可生成绿波控制，而反方向不行；同时也有只左转的情形，因此针对正、反向绿波带宽的最大值和最小值的确定方法如下设置：
[0020]
步骤s201，计算各路口正、反向协调方向最大可能绿灯时间和
[0021][0022][0023]
其中分别指正向、反向左转满足最大饱和度约束时所需的最小绿灯阶段时间；
[0024]
步骤s202，计算正、反向绿波带宽最大值
[0025][0026][0027]
步骤s203，计算正、反向绿波带宽最小值
[0028][0029][0030]
其中α表示绿波带宽占总周期时长的最小比例要求。
[0031]
与已有技术相比，本发明有益效果体现在：本发明是实践应用的需求出发，基于绿波时距图的特性，通过模拟人工调试，实现绿波最大带宽及起点路口相位差的快速确定，进
而实现绿波带各路口配时方案的生成。在满足实践应用需求的同时，大幅提高绿波控制方案优化的效率；同时以实现双向的一路绿灯为出发点，能够快速确定正、反向公共带宽及起点路口相位差，能够根据带宽优化结果，同步输出最佳的相位顺序，效果比一般数解法更好，也能够满足包括固定部分阶段时间、指定饱和度等各类特定的优化需求。
附图说明
[0032]
图1为时距图图解绿波控制的示意图；
[0033]
图2为本发明方案逻辑框图；
[0034]
图3为本发明步骤s300算法逻辑框图；
[0035]
图4为本发明方法生成方案单一路口示例。
具体实施方式
[0036]
下面结合附图中的实施例对本发明作进一步的详细说明，但并不构成对本发明的任何限制。
[0037]
本发明旨在将绿波在时距图上的特征融入计算中，利用正、反向绿波带在路口的绿灯占用时间总长快速确定最大带宽和起始路口正、反向相位差，同时根据起始路口相位差和相位顺序，生成各路口配时方案，参照附图2、3、4，本发明提出一种基于时距图的绿波控制方案生成方法：
[0038]
s100，获取目标区域内协调方向路口的所有路口信息，所述路口信息包括各路口非协调方向的绿信比、相邻路口的间距li以及相邻路口之间的绿波速度vi；
[0039]
其中各路口非协调方向的绿信比以满足非协调方向的各转向饱和度要求为基准，相邻路口之间的绿波速度vi可以是预设的绿波速度或者为相邻路口之间的限速；
[0040]
s200，通过路口信息确定各路口协调方向可占用的绿灯时间范围ti，其方法如下：
[0041]
s210，确定协调周期c，根据路口非协调方向的绿信比，计算非协调方向阶段时间总和
[0042][0043]
其中表示路口i支路方向的阶段时间总和；表示主路独立左转阶段的时间，当干线允许单口放行且无左转待行区时，当干线允许单口放行且无左转待行区时，的值通过相应方向满足最大允许饱和度所需的绿信比和协调周期c的乘积来确定；
[0044]
s220，计算各路口协调方向可占用的绿灯时间范围ti：
[0045][0046]
这里计算主路独立左转阶段的时间用于区分单向放行的情形，在单向放行的情形，正向可绿波，而反向不行，为计算协调方向可占用的绿灯时间范围应考虑不同的放行方案；
[0047]
通过路口信息确定正、反向绿波带宽的最大值和最小值其方法如下：
[0048]
步骤s201，计算各路口正、反向协调方向最大可能绿灯时间和
[0049][0050][0051]
其中分别指正向、反向左转满足最大饱和度约束时所需的最小绿灯阶段时间；
[0052]
步骤s202，计算正、反向绿波带宽最大值
[0053][0054][0055]
步骤s203，计算正、反向绿波带宽最小值
[0056][0057][0058]
其中α表示绿波带宽占总周期时长的最小比例要求；
[0059]
这里的正向、反向左转最小绿灯阶段时间指的是主路独立左转阶段加上单向放行的情形，用于计算协调方向最大可能绿灯时间，而绿波带宽占总周期时长的最小比例要求需要根据实际要求提供不同的计算数值，同时应兼顾协调周期c；
[0060]
s300，以各路口绿波占用绿灯时间ti≤各路口协调方向可占用的绿灯时间范围ti为约束条件，依次遍历起始路口的反向相位差反向绿波带宽b-、正向绿波带宽b
+
，确定满足约束条件的最大正、反向绿波带宽和最优起始路口相位差，其方法如下：
[0061]
s301，以最大带宽为起始遍历条件，赋值正向带宽
[0062]
s302，若成立时，进入s303，否则，进入s312；
[0063]
s303，赋值反向带宽
[0064]
s304，若成立时，进入s305；否则，令b
+
＝
+-1，返回s302；这里最后遍历正向绿波带宽b
+
；
[0065]
s305，令起始路口的正向相位差反向相位差
[0066]
s306，依次计算起始路口的正向绿波带开始时间结束时间及反向绿波带开始时间结束时间
[0067][0068][0069][0070]
[0071]
s307，根据相邻路口的间距li以及相邻路口之间的绿波速度vi计算各路口正向、反向绿波带开始时间和结束时间：
[0072][0073][0074][0075][0076]
其中m、n是正整数，c为协调周期；表示路口i的正向绿波带开始时间，当其大于c时，则减去c的整数倍，使其为小于c的正数；表示路口i的反向绿波带开始时间，当其为负值时，则加上c的整数倍，使其为小于c的正数；li表示路口i与前一路口的间距；vi表示路口i与前一路口间的绿波速度；
[0077]
s308，计算各路口绿波占用绿灯时间：
[0078][0079]
s309，若起始路口满足t0≤t0，进入s310；否则，令b-＝-‑
1，返回s304；这里二次遍历反向绿波带宽b-；
[0080]
s310，当所有路口均满足ti≤ti时，则当前带宽即为最大带宽，当前起始路口相位差为最优相位差，进入s311；否则，令返回s306；这里首先遍历起始路口的反向相位差
[0081]
s311：输出正、反向带宽b
+
、b-和起始路口正、反向相位差
[0082]
s312：输出无可行绿波方案。
[0083]
s400，根据正、反向最大带宽b
+
、b-和起始路口的正、反向相位差计算生成各路口相位顺序、相位时间和相位差，其方法如下：
[0084]
s401，根据各路口正、反向绿波带开始、结束时间判断其可能的相序，参照图4示例，其可能的相序组合为{反向单口放行、正反向直行、正向单口放行}、{正反向直行、正反向左转}、{正反向直行、正向单口放行、正反向左转}；
[0085]
s402，根据正、反向左转绿灯需求确定相序组合，以图4为例，当或时，应当采用{反向单口放行、正反向直行、正向单口放行}组合；
[0086]
s403，根据相序组合及相位顺序组合确定相位差，以满足各转向绿灯需求，以图4为例，
[0087]
以上所举实施例为本发明的较佳实施方式，仅用来方便说明本发明，并非对本发
明作任何形式上的限制，任何所属技术领域中具有通常知识者，若在不脱离本发明所提技术特征的范围内，利用本发明所揭示技术内容所作出局部更动或修饰的等效实施例，并且未脱离本发明的技术特征内容，均仍属于本发明技术特征的范围内。

技术特征：
1.一种基于时距图的绿波控制方案生成方法，其特征在于，包括以下步骤：s100，获取目标区域内协调方向路口的所有路口信息，所述路口信息包括各路口非协调方向的绿信比、相邻路口的间距l
i
以及相邻路口之间的绿波速度v
i
；s200，通过路口信息确定各路口协调方向可占用的绿灯时间范围t
i
以及正、反向绿波带宽的最大值和最小值s300，以各路口绿波占用绿灯时间t
i
≤各路口协调方向可占用的绿灯时间范围t
i
为约束条件，依次遍历起始路口的反向相位差反向绿波带宽b-、正向绿波带宽b
+
，确定满足约束条件的最大正、反向绿波带宽和最优起始路口相位差；s400，根据正、反向最大带宽b
+
、b-和起始路口的正、反向相位差计算生成各路口相位顺序、相位时间和相位差。2.按照权利要求1所述的一种基于时距图的绿波控制方案生成方法，其特征在于，步骤s200中各路口协调方向可占用的绿灯时间范围t
i
的确定方法包括以下步骤：s210，确定协调周期c，根据路口非协调方向的绿信比，计算非协调方向阶段时间总和t
in
：其中t
ic
表示路口i支路方向的阶段时间总和；表示主路独立左转阶段的时间，当干线允许单口放行且无左转待行区时，线允许单口放行且无左转待行区时，t
ic
的值通过相应方向满足最大允许饱和度所需的绿信比和协调周期c的乘积来确定；s220，计算各路口协调方向可占用的绿灯时间范围t
i
：3.按照权利要求2所述的一种基于时距图的绿波控制方案生成方法，其特征在于：步骤s200中正、反向绿波带宽的最大值和最小值的确定方法包括以下步骤：步骤s201，计算各路口正、反向协调方向最大可能绿灯时间和和和其中分别指正向、反向左转满足最大饱和度约束时所需的最小绿灯阶段时间；步骤s202，计算正、反向绿波带宽最大值步骤s202，计算正、反向绿波带宽最大值步骤s202，计算正、反向绿波带宽最大值
步骤s203，计算正、反向绿波带宽最小值步骤s203，计算正、反向绿波带宽最小值步骤s203，计算正、反向绿波带宽最小值其中α表示绿波带宽占总周期时长的最小比例要求。4.按照权利要求2或3所述的一种基于时距图的绿波控制方案生成方法，其特征在于：步骤s300中确定满足约束条件的最大正、反向绿波带宽和最优起始路口相位差的方法包括以下步骤：s301，以最大带宽为起始遍历条件，赋值正向带宽s302，若成立时，进入s303，否则，进入s312；s303，赋值反向带宽s304，若成立时，进入s305；否则，令b
+
＝
+-1，返回s302；s305，令起始路口的正向相位差反向相位差s306，依次计算起始路口的正向绿波带开始时间结束时间及反向绿波带开始时间结束时间结束时间结束时间结束时间结束时间s307，根据相邻路口的间距l
i
以及相邻路口之间的绿波速度v
i
计算各路口正向、反向绿波带开始时间和结束时间：波带开始时间和结束时间：波带开始时间和结束时间：波带开始时间和结束时间：其中m、n是正整数，c为协调周期；表示路口i的正向绿波带开始时间，当其大于c时，则减去c的整数倍，使其为小于c的正数；表示路口i的反向绿波带开始时间，当其为负值时，则加上c的整数倍，使其为小于c的正数；l
i
表示路口i与前一路口的间距；v
i
表示路口i与前一路口间的绿波速度；s308，计算各路口绿波占用绿灯时间：
s309，若起始路口满足t0≤t0，进入s310；否则，令b-＝-‑
1，返回s304；s310，当所有路口均满足t
i
≤t
i
时，则当前带宽即为最大带宽，当前起始路口相位差为最优相位差，进入s311；否则，令返回s306；s311：输出正、反向带宽b
+
、b-和起始路口正、反向相位差s312：输出无可行绿波方案。5.按照权利要求3或4所述的一种基于时距图的绿波控制方案生成方法，其特征在于，步骤s400中生成各路口相位顺序、相位时间和相位差的方法如下：s401：首先根据各路口正、反向绿波带开始、结束时间判断其可能的相位顺序；s402：其次根据正向、反向左转最小绿灯阶段时间确定相位顺序组合；s403：最后根据组合及相位顺序组合确定相位差，以满足各转向绿灯需求。

技术总结
本发明公开一种基于时距图的绿波控制方案生成方法，包括以下步骤：S100，获取目标区域内协调方向路口的所有路口信息，S200，通过路口信息确定各路口协调方向可占用的绿灯时间范围以及正、反向绿波带宽的最大值和最小值；S300，以各路口绿波占用绿灯时间t


技术研发人员：吕潭 宋志洪 陈家旭 苟启文 刘恒玉
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：2022.12.02
技术公布日：2023/7/6