专利名称：一种面向行驶速度区间的干道绿波协调控制方法
技术领域：
本发明涉及交通信号协调控制技术，特别是涉及ー种面向行驶速度区间的干道绿波协调控制方法。
背景技术：
由于我国城市交通管控水平有限、道路交通管理设施不足、交通參与者的整体交通素质不高、各种交通流之间干扰严重，城市交通信号控制系统具有高度的复杂性与不确定性。如何为ー个交通时段合理设置ー套具有一定适应性的信号配时方案？如何为ー个控制系统科学预置有限数量的可选信号配时方案？如何保证当交通系统特性參数发生扰动变化时仍能获取到良好的控制效果？是城市交通信号控制所面临的ー个重要现实问题。其中，对于干道交通信号协调控制而言，一套干道交通信号协调控制方案的实际运行效果，通常将受到路段行驶车速、车队行驶离散性等交通因素的作用影响，而路段上的车辆行驶车速与车队行驶离散性将受到行驶车队的组成类型与数量规模、沿线支路出入车辆、路段行人过街以及公交车辆进出站台等不确定性因素的客观影响，呈现出一定程度的不确定性。这些现实存在的不确定性因素，必将一定程度地影响到信号控制方案的实际运行效果，因此只有在交通信号配时方案设计过程中充分考虑到不确定性因素可能存在的作用影响，才能使得信号配时方案更好地满足交通控制的实际需要，具有更强的鲁棒性与适应性。目前常用的干道绿波协调控制方法包括图解法、数解法、MAXBAND法、以及MULTIBAND法等。其中，图解法是通过作图的方法，确定协调控制系统的公共信号周期与相位差；数解法是通过数值计算的方法，寻求最小偏移绿信比，求解协调控制配时參数;MAXBAND法与MULTIBAND法均是通过建立绿波带宽度的线性规划模型，利用混合整数线性规划方法实现信号配时參数的优化求解。然而，上述现有干道绿波协调控制方法主要具有如下缺点和不足(I)现有控制方法或是以某ー个固定速度值作为绿波协调控制方案优化的依据，或是最终设计得到ー个最佳的绿波行驶车速值，均未考虑到车辆行驶车速变化的区间性。(2)现有控制方法未考虑到车辆行驶车速与车队行驶离散性的不确定性，未考虑干道不同行驶方向行驶速度的变化特点与分布规律。(3)现有控制方法无法根据采集得到的不同行驶速度样本对绿波协调控制备选方案进行综合分析评价，不能保证所选方案对于实际不同行驶速度的适应性，难以充分满足城市交通信号控制的实际需要。(4)现有控制方法未在绿波协调控制方案的分析评估中体现出行驶速度的不确定性特点，缺乏对于给定平均设计车速下具有相等绿波带宽的协调控制方案运行效果的对比分析，难以对协调控制方案的整体风险进行评估量化。
发明内容
本发明目的在于克服现有技术的缺点和不足，提供ー种面向行驶速度区间的干道绿波协调控制方法。本发明的目的通过以下技术方案实现，ー种面向行驶速度区间的干道绿波协调控制方法，包括如下步骤步骤1、采集干道路段上运行车辆的行驶速度，保留正常行驶速度样本，设定行驶速度的正常变化区间，描述行驶速度样本的分布规律；步骤2、根据步骤I所述行驶速度样本的分布规律，设定干道绿波协调控制平均设计车速，利用干道绿波协调控制配时优化设计方法，生成若干个干道绿波协调控制备选方案；步骤3、分别针对干道的上行与下行方向，计算出每个行驶速度样本在每个绿波协调控制备选方案下所对应的绿波带宽度及其占比，利用统计分析方法，计算出行驶速度样本分布下的绿波带宽综合评价指标；步骤4、比较每个绿波协调控制备选方案所对应的绿波带宽综合评价指标，选取最佳的面向行驶速度区间的干道绿波协调控制方案。上述的面向行驶速度区间的干道绿波协调控制方法，步骤I中，在距离上下游交叉ロ 5(T100米的路段上，运用速度測量工具，利用车牌视频识别、人工记录、浮动车检测等方法，采集干道路段上运行车辆的行驶速度样本；选取15分钟内路段行驶车辆总数的39^5%作为行驶车辆速度样本采集量，去除其中速度过快(如超速行驶)和速度过慢(如缓慢行驶)的检测样本，利用离群点检测方法将不合群的速度检测样本筛除；根据留存速度样本的最小值Vmin与最大值，设定行驶速度的正常变化范围[Vmin，V_];统计每个速度样本Vi
的频数も，计算速度样本Vi的概率
权利要求
1.一种面向行驶速度区间的干道绿波协调控制方法，其特征在于，包括如下步骤 步骤1、采集干道路段上运行车辆的行驶速度，保留正常行驶速度样本，设定行驶速度的正常变化区间，描述行驶速度样本的分布规律； 步骤2、根据步骤I所述行驶速度样本的分布规律，设定干道绿波协调控制平均设计车速，利用干道绿波协调控制配时优化设计方法，生成若干个干道绿波协调控制备选方案； 步骤3、分别针对干道的上行与下行方向，计算出每个行驶速度样本在每个绿波协调控制备选方案下所对应的绿波带宽度及其占比，利用统计分析方法，计算出行驶速度样本分布下的绿波带宽综合评价指标； 步骤4、比较每个绿波协调控制备选方案所对应的绿波带宽综合评价指标，选取最佳的面向行驶速度区间的干道绿波协调控制方案。
2.根据权利要求1所述的面向行驶速度区间的干道绿波协调控制方法，其特征在于，所述步骤I中，运用速度测量工具采集干道路段上运行车辆的行驶速度样本，利用离群点检测方法将不合群的速度检测样本筛除，得出留存速度样本；根据所述留存速度样本的最小值与最大值，设定行驶速度的正常变化范围；统计每个所述留存速度样本的频数，得到速度样本的概率，根据所述速度样本概率拟合行驶速度的概率分布函数。
3.根据权利要求1所述的面向行驶速度区间的干道绿波协调控制方法，其特征在于，所述步骤2中，在行驶速度的正常变化区间，根据每个速度样本的频数与概率，求取干道行驶速度的加权平均值；根据所述行驶速度的概率分布函数，计算干道行驶速度的数学期望；将干道行驶速度的加权平均值或数学期望设定为绿波协调控制的干道平均设计车速；根据所述干道平均设计车速与单交叉口信号配时参数，建立相应的双向绿波协调控制模型，得出绿波协调控制备选方案的集合，依据绿波带宽度最大和绿波行驶车速允许正负偏差相等且最大的原则，从所述集合中选取若干个绿波协调控制备选方案。
4.根据权利要求1所述的面向行驶速度区间的干道绿波协调控制方法，其特征在于，所述步骤3中，利用集对分析方法，计算行驶车速与绿波带宽占比之间的联系度系数及联系度大小，包括以下步骤 51、根据绿波协调控制的交叉口数量，为备选方案的效果评价设定相应的绿波带宽占比共性特征阈值和对立特征阈值； 52、分别针对干道的上行与下行方向，根据速度样本在备选方案下所获取的绿波带宽占比，统计行驶车速与绿波带宽占比之间的共有特性个数、差异特性个数和对立特性个数，计算出车辆上行与下行方向，行驶车速与绿波带宽占比之间的同一度、差异度和对立度，得到行驶车速与绿波带宽占比之间的联系度表达式 μ =a+b · i+c · j, 其中a表不同一度，b表不差异度，c表不对立度，i表不差异度系数，j表不对立度系数； 53、将差异度系数i的取值代入步骤S2中所述的联系度表达式，得到每个绿波协调控制备选方案下的行驶车速与绿波带宽占比之间的联系度大小。
5.根据权利要求4所述的面向行驶速度区间的干道绿波协调控制方法，其特征在于，所述集对分析方法中，设定与交叉口数量相匹配的评判阈值，运用集对分析加法运算法则，计算干道绿波协调控制备选方案的上行和下行的行驶车速与双向绿波带宽之间的联系度。
6.根据权利要求1所述的面向行驶速度区间的干道绿波协调控制方法，其特征在于，所述步骤4中，选取行驶车速与绿波带宽占比之间联系度数值最大的备选方案，作为最佳的面向行驶速度区间的干道绿波协调控制方案。
7.根据权利要求1所述的面向行驶速度区间的干道绿波协调控制方法，其特征在于，所述步骤3中，根据速度样本的概率及其在备选方案下所获取的绿波带宽数值，利用数值计算方法，求取所述行驶速度的概率分布下的备选方案双向绿波带宽之和的数学期望值。
8.根据权利要求7所述的面向行驶速度区间的干道绿波协调控制方法，其特征在于，所述数学期望值的计算表达式为
9.根据权利要求1所述的面向行驶速度区间的干道绿波协调控制方法，其特征在于，所述步骤4中，选取双向绿波带宽之和数学期望最大的备选方案，作为最佳的面向行驶速度区间的干道绿波协调控制方案。
10.根据权利要求1所述的面向行驶速度区间的干道绿波协调控制方法，其特征在于，包括以下步骤 Al、绘制最佳绿波协调控制方案的绿波带时距图； Α2、计算行驶速度区间内不同速度所对应的绿波带宽度，绘制行驶速度与绿波带宽之间的关系曲线。
全文摘要
本发明公开了一种面向行驶速度区间的干道绿波协调控制方法，其包括以下步骤采集干道上行驶车辆的速度样本；设定行驶速度的正常变化区间；设定绿波协调控制平均设计车速；生成干道绿波协调控制备选方案；根据行驶速度样本分布评价备选方案；选取最佳干道绿波协调控制方案；绘制绿波带时距图与行驶速度-绿波带宽曲线。本发明给出的干道绿波协调控制方法可以最大限度地满足一定行驶速度区间内的车队绿波协调控制需求，尽量使得行驶速度区间内的车队车辆能够处于干道绿波带宽之内，具有提高了干道绿波协调控制方案的适应性与鲁棒性等优点。
文档编号G08G1/081GK103021193SQ20121047676
公开日2013年4月3日 申请日期2012年11月21日 优先权日2012年11月21日
发明者卢凯, 杨兴, 徐建闽 申请人:华南理工大学