1基于車道優(yōu)化的交叉口單點(diǎn)信號(hào)配時(shí)

1、Lane-based optimization of signal timings for isolated junctions基于車道優(yōu)化的交叉口單點(diǎn)信號(hào)配時(shí) 任歡學(xué)號(hào)：123448811.引言2.符號(hào)和術(shù)語3.約束條件4.信號(hào)配時(shí)優(yōu)化5.數(shù)值案例6.結(jié)論3目錄1.傳統(tǒng)的交叉口定時(shí)信號(hào)配時(shí)2.基于車道優(yōu)化的交叉口信號(hào)配時(shí)2.1傳統(tǒng)方法的局限性2.2基于車道優(yōu)化的交叉口信號(hào)配時(shí)原理2.3基于車道優(yōu)化的交叉口信號(hào)配時(shí)約束條件2.4基于車道優(yōu)化的交叉口信號(hào)配時(shí)優(yōu)化3. 基于車道優(yōu)化的信號(hào)配時(shí)的優(yōu)缺點(diǎn)兩種通常方法：基于階段的方法：將信號(hào)周期分成幾個(gè)獨(dú)立階段，在每個(gè)階段中根據(jù)進(jìn)口道流量比分配綠燈時(shí)間。

2、基于車道組的方法：直接考慮每組交通流擁有通行權(quán)的時(shí)間域。 以上方法假定交叉口布局（包括車道標(biāo)線）是一個(gè)外在的輸入變量?；谲嚨罉?biāo)線，通常先把幾個(gè)車道分組到交通流中，不考慮交通條件，然后利用基于階段或基于車道組法來進(jìn)行信號(hào)配時(shí)。但是，現(xiàn)實(shí)當(dāng)中，交通流不會(huì)按照車道標(biāo)線那樣以相同形式分布，特別是在不平衡的交通分布下。 另一方面，車道標(biāo)線設(shè)計(jì)作為信號(hào)配時(shí)的先決條件。車輛交通和行人分開考慮也會(huì)得不到最優(yōu)解。 本論文提出了一個(gè)基于車道的將車道標(biāo)線和信號(hào)配時(shí)結(jié)合考慮的優(yōu)化計(jì)算方法。車輛交通和行人考慮在一致框架里，目標(biāo)分別是是通行能力最大和信號(hào)周期最短。 二項(xiàng)混合整數(shù)線性規(guī)劃問題，可以通過標(biāo)準(zhǔn)分支定界算法求解

3、。引言目標(biāo)函數(shù) 常用三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)：通行能力最大化、信號(hào)周期最短，延誤最小化 本文分別建立求解了通行能力最大化和信號(hào)周期最短方程 關(guān)于沒有計(jì)算延誤最小化的解釋：非線性目標(biāo)函數(shù)混合整數(shù)問題不好求解。經(jīng)驗(yàn)表明，通行能力最大化可以得到滿意的較小延誤。信號(hào)配時(shí)優(yōu)化 傳統(tǒng)的定時(shí)信號(hào)配時(shí)流程圖：車道渠化確定信號(hào)相位估算飽和流量確定設(shè)計(jì)交通量Y0.9計(jì)算最佳周期C0滿足最短綠燈時(shí)間計(jì)算延誤滿足服務(wù)水平畫出信號(hào)配時(shí)圖是是是否否否6應(yīng)盡量采用實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，無法取得實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)時(shí)，用估算的方法Y:組成周期的全部信號(hào)相位的各個(gè)最大流量比yi 之和。 Ls:啟動(dòng)損失時(shí)間；A:黃燈時(shí)間；I：綠燈間隔時(shí)間；LP:行人過街道長(zhǎng)度；Vp

4、: 行人過街步速；I：綠燈間隔時(shí)間；7目錄1.傳統(tǒng)的交叉口定時(shí)信號(hào)配時(shí)2.基于車道優(yōu)化的交叉口信號(hào)配時(shí)2.1傳統(tǒng)方法的局限性2.2基于車道優(yōu)化的交叉口信號(hào)配時(shí)理論基礎(chǔ)和方法2.3基于車道優(yōu)化的交叉口信號(hào)配時(shí)限制條件2.4 基于車道優(yōu)化的交叉口信號(hào)配時(shí)優(yōu)化3. 基于車道優(yōu)化的信號(hào)配時(shí)的優(yōu)缺點(diǎn)82.1傳統(tǒng)方法的局限性：把車道渠化（車道功能劃分）作為一個(gè)信號(hào)配時(shí)的外生變量，用車道來劃分交通流，而沒有考慮到實(shí)際的交通情況。kerbsideoffside一般，工程師把這兩條車道當(dāng)做一個(gè)交通流，但是在左轉(zhuǎn)量很大的情況下，會(huì)迫使直行車在offside車道上行駛，kerbside就成為左轉(zhuǎn)專用道。此時(shí)，ker

5、bside的飽和度遠(yuǎn)大于offside，如果把他們作為一個(gè)交通流考慮，車道的通行能力是高估的。9理論基礎(chǔ)：排隊(duì)論交通流分配基于排隊(duì)論指的是：在服務(wù)相同的情況下，車輛會(huì)按照最小的排隊(duì)長(zhǎng)度進(jìn)行排隊(duì)，最后導(dǎo)致各個(gè)排隊(duì)長(zhǎng)度的相同（文中認(rèn)為任何一對(duì)毗鄰的車道，有相同允許行為的情況下，飽和度都是一樣的原因。）計(jì)算方法：Binary-Mix-Integer- Linear- Programms（BMILP）：二元混合整數(shù)線性程序Brand-and-bound routine: 分支定界，以迂回的方式，來列舉數(shù)據(jù)范圍、數(shù)據(jù)區(qū)間，找出數(shù)據(jù)界限的方法。branch是指當(dāng)一段區(qū)間不確定界限，就分割區(qū)間，並迂回下去。

6、bound是指當(dāng)一段區(qū)間確定了界限，并停止迂回。10首先，定義了一系列的符號(hào)和術(shù)語。each arm consisting of Li approaching lanes and Ei exit lanes 。 an isolated junction with NT traffic arms and NP pedestrian crossings 約束條件：(1)Flow conservation 流量保持(2)Minimum permitted movement on a lane 一條車道上的最小移動(dòng)量(3)Maximum permitted movements at the exit

7、出口的最大允許移動(dòng)量(4)Prohibited movement 限制移動(dòng)(5)Permitted movements across adjacent lanes 毗鄰車道之間的換道(6)Cycle length 周期長(zhǎng)度(7)Lane signal settings 車道信號(hào)設(shè)置(8)Start of green 綠燈開始(9)Duration of green 綠燈時(shí)長(zhǎng)(10)Order of signal displays 信號(hào)燈色的順序(11)Clearance time 清空時(shí)間 (12)Flow factor 流量因素(13)Maximum acceptable degree of

8、 saturation 最大可接受飽和度(14)Other signal group constraints 其他信號(hào)組限制 1112符號(hào)和術(shù)語交叉口分支數(shù)：NT ，人行橫道數(shù)： NP ，移動(dòng) u（i，j, k） , 清空時(shí)間：u,v, 二元變量：i,j,k , 流量分配：qi,j,k , 綠燈開始時(shí)刻：i,j , 綠燈時(shí)間：i,j , 車道綠燈開始時(shí)刻：i,k ，車道綠燈時(shí)間： i,kri,j,k：轉(zhuǎn)彎軌跡半徑 ， fi,j,k： 流量比例轉(zhuǎn)彎車道飽和流量計(jì)算式：14二元變量連續(xù)變量控制變量i,j,k=1表示允許lane k 從arm i到arm j 的活動(dòng)；i,j,k=0反之。15通行能力

9、最大通行能力一般受信號(hào)周期的影響，在一定范圍內(nèi)，周期時(shí)長(zhǎng)越長(zhǎng)，通行能力越大，但車輛延誤和油耗等也隨之增長(zhǎng)。（e.g文中通行能力最大時(shí)都選擇了最長(zhǎng)的周期時(shí)間：120s）周期最短周期最短會(huì)使信號(hào)的總損失時(shí)間增大延誤最小延誤最小化因?yàn)槭欠蔷€性的所以不能用mix-integer解決，一個(gè)可能解決的方法是用分段的直線來逼近曲線。文中最后去掉了延誤最小的指標(biāo)。文中信號(hào)設(shè)置最優(yōu)化的三種標(biāo)準(zhǔn)一般評(píng)價(jià)交通效益的指標(biāo)：通行能力、飽和度、行程時(shí)間、延誤、停車次數(shù)、停車率、排隊(duì)長(zhǎng)度等。16目錄1.傳統(tǒng)的交叉口定時(shí)信號(hào)配時(shí)2.基于車道優(yōu)化的交叉口信號(hào)配時(shí)2.1傳統(tǒng)方法的局限性2.2基于車道優(yōu)化的交叉口信號(hào)配時(shí)理論基礎(chǔ)和

10、方法2.2基于車道優(yōu)化的交叉口信號(hào)配時(shí)限制條件2.3 基于車道優(yōu)化的交叉口信號(hào)配時(shí)優(yōu)化2.4舉例分析3. 基于車道優(yōu)化的信號(hào)配時(shí)的優(yōu)缺點(diǎn)主要優(yōu)勢(shì)：不用事先對(duì)車道進(jìn)行分組 當(dāng)相鄰車道有相同允許移動(dòng)時(shí)，自動(dòng)歸類為一組；當(dāng)相同的流量系數(shù)不適合于相鄰車道時(shí)，調(diào)整車道標(biāo)線，消除相同允許移動(dòng)，將它們歸類到不同的交通流。結(jié)論18基于車道優(yōu)化的信號(hào)配時(shí)的優(yōu)缺點(diǎn)：1.將車道劃分納入到信號(hào)配時(shí)系統(tǒng)中，更好的適應(yīng)了交通的情況。2.在統(tǒng)一的框架下同時(shí)考慮了交通流以及行人的運(yùn)動(dòng)。3.與電腦計(jì)算的結(jié)合比較好4.定義了一系列的變量，評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，形成了自己完整的體系優(yōu)點(diǎn)：19缺點(diǎn)：1.計(jì)算方法BMILP是線性的，算法存在局限性2.評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)通行能力最大及周期長(zhǎng)度最小