协同控制优化可逆车道在交叉口群智能车辆基础设施合作系统

文摘

基于智能车辆基础设施合作系统(IVICS),本文首先分析了交叉组的操作特征的实时双向车道下的能力;其次,信号相位序列和信号定时参数的交叉设计,和绿波控制是基于相位差模型而设计的。该计划为交通流在这一节中提供了一个连续的绿灯信号。最后,永乐东路交汇处的无锡,江苏作为一个例子,它优化和控制十字路口的绿色浪潮集团和验证阶段差异模型的有效性的评价指标数量的停止,绿波速度、交通容量和饱和流。结果表明,优化的停止和9.5%的车辆速度优化了5.3%。十字路口的能力和饱和流大为提高。

1。介绍

十字路口的城市道路网络互动。为了实现高效、畅通流动,本文设计一种协同控制优化方法用于实时可逆巷路口组在智能车辆基础设施合作系统(IVICS)。大量的研究国内外已经进行可逆的车道。迈克尔·w·莱文和斯蒂芬·莱文和伊尔(1)提出了一种基于动态可逆细胞逆转模型车道;基于预定的十字路口控制和动态可变车道,它们形成了一个动态可变车道控制使用单一链接作为一个完整的程序。Assi和Ratrout2)确定几何特征影响双左转车道的操作。高尼姆公里Alhajyaseen et al。3]分析了动态车道分配在交叉路径的应用效果,建立了一个模型结合动态车道分组和整个交叉口的信号配时参数优化改善交叉口的容量。Assi和Ratrout2)提出了一个动态可变车道的快速分配方法在十字路口和这种方法可以使用旋转运动的比例当车辆进入路口的入口预测当场最佳车道组。戴伊et al。4]讨论了应用可逆车道的主干道在华盛顿DC,并讨论了固有的限制城市的外部环境和外部利益相关者的操作限制。

程等。5)考虑入站和出站的影响交通路口的协调和建立了一个动态交叉相位差模型。瞿et al。6,7),基于车辆流量的波动理论,建立了交叉口相位差计算模型的装配和耗散排队车辆,考虑到十字路口之间的交互和交通需求和供给之间的关系,并进一步建立了相位差优化模型从六个不同的车辆操作的条件。曹(8]使用流量溢出和绿灯空相位差的约束模型和调整和优化根据相位差的绿色点灯时间两个开车的方向是否相同的十字路口是同步的。娇(9]使用饱和程度的方位变化可逆的开关条件族饱和程度大于0.9,打开方位变化产生建造了一个十字路口交通流的动态预测模型来预测各个方向的汽车交通在未来几周期确定饱和阈值条件是否满足。刘等人。10]实现的优化交叉口信号周期和绿信号比通过建立耗散流量模型的区间左转相位绿灯信号。刘等人。11)构建了一个基于NSGA-II算法的多目标优化模型,使用十字路口的最大容量和车辆的平均延误最小为目标函数来解决信号定时参数优化在可逆的车道。江(12)提出了一种信号在每个时间间隔相序组合的方法基于交通流的十字路口的指标。曾庆红et al。(13)获得的信号配时参数的方案设计在每一个十字路口的时间间隔单位时间间隔。

目前,研究可逆的车道是相对成熟的理论。学者做了大量研究工作的可逆的十字路口的车道变化模型,十字路口的交通特点,和分析的能力,但是可逆的协作控制十字路口的车道组仍需要进一步的研究。具体地说,(1)目前,很少有研究可逆的十字路口的车道组,和大多数的研究对象是单个十字路口或可逆的主要道路的车道,这忽略了十字路口之间的联系;(2)研究的阈值条件属性的变化可逆车道的路口是不够的。目前,大多数研究未能考虑属性的变化的阈值在不同条件下的可逆的航线。

2。实时可逆的特征影响车道交叉路口的交通流组

实时双向车道的设置大大提高十字路口的跨越能力。传统的双向车道,一方面,可逆的车道可以增加相应阶段的能力;另一方面,如果设置不当,它会影响车辆通过路口,减少车辆通过路口的效率,造成安全问题。实时双向车道,基于IVICS改变十字路口的交通流的方向,极大地避免了道路资源的浪费。

能力与饱和流和绿色的信号比,和一般计算使用饱和的产品流和绿色信号比(14]。假设有直车道和左车道的我th相交的十字路口。交叉口群的容量的实时双向车道设置IVICS如下。

的容量我th十字路口:假设,我th的十字路口,有车道属性改变了,表示车道的数量的直线方向的地方我th路口左转改变方向,代表了左转车道的方向我th相交直线方向的变化 。

左撇子阶段和饱和流的能力我th路口如下: 在哪里左相的能力吗我设置双向车道后th交集;左手的饱和流阶段吗我设置双向车道后th交集;是左手相位的有效绿灯时间的吗我设置变量设置后th交集;信号的时间吗我th十字路口后设置可变车道。

直通式阶段和饱和流的能力我th路口如下: 在哪里直通式阶段的能力吗我设置可变车道后th交集;是直通的饱和流阶段设置可变车道后我th交集;是直接相位的有效绿灯时间设置可变车道后我th的十字路口。因此,的能力我th路口设置可变车道后 。

交叉口群的能力

3所示。协同优化的实时双向车道和十字路口的信号

传统的信号相位方案未能考虑到实时交通流的变化。固定信号相序导致非高峰时间交通资源的浪费和高峰时段交通拥堵。一般可逆车道信号相位方案只改变相序的一个固定的时间,这对减轻潮汐交通拥堵有一定的影响,但是很难在拥堵在其他时候发挥有效的作用。IVICS考虑的实时双向车道交通流的实时运行状态和执行实时协作控制十字路口交通流的改善交通流的效率。

3.1。信号相位序列设计

信号相位通常具有以下形式(15):(1)对称的释放;也就是说,两个驾驶方向的车辆同步同步十字路口直走,然后左转,这是最常见的信号相位;(2)广泛发布;即两个驾驶方向的车辆在十字路口交错,直走,然后左转。一个方向直走,而另一个方向停止等待,然后将它结束后传递;(3)重叠释放;某一阶段是直,然后下一个阶段是直,然后左转。这些阶段的数据所示1- - - - - -3,分别。

3.2。信号定时参数设计

低饱和度下的十字路口,韦伯斯特的最佳信号周期模型 主要是用来计算信号周期(7),是信号周期,是信号的总损失时间周期,然后呢是关键阶段的总和车道流量比;也就是说, 。设置实时动态可逆的车道后,连续流动比率和左方向会改变,所以我们需要做出一些改变的最佳信号周期模型,具体如下。

流动比率的变化后左转相位的实时动态可逆巷IVICS中实现 在哪里左转的车辆到达率阶段的单一的十字路口,代表了左转的饱和流阶段的交叉实现可逆巷后,和代表了饱和流前的十字路口左转相位的实时实现可逆的车道。

在IVICS实现实时动态可逆的车道后,直通阶段的流动比率 在哪里左转的车辆到达率阶段的一个十字路口,代表左转的饱和流阶段的交叉实现可逆巷后,和代表了饱和流前的十字路口左转相位的实时实现可逆的车道。

由于关键阶段仍是直接和左转后设置可逆巷,l价值依然存在。然后,最佳信号周期的计算公式后的十字路口设置实时动态可逆的车道IVICS下

在这个时候,十字路口的关键阶段是直接和左转阶段的总和:

设置实时双向车道后,左转相位的有效绿灯时间和直接的阶段,分别如下:左转相位的有效绿灯时间 和直接相位的有效绿灯时间 。

高饱和度的十字路口下,最佳信号周期计算公式 是用来计算信号的时期。有效绿灯时间的计算公式是类似于低饱和。

3.3。协同优化交叉口时空资源的集团

建立的时空资源的协同优化模型下的交叉口群IVICS是改善交叉口群的传递能力。提高十字路口集团通过能力的关键在于关键路径;通过给“绿色浪潮”信号,沉重的交通流方向,车辆的方向交通拥挤可以连续绿灯信号,通过十字路口的道路上没有障碍。传统的绿色浪潮合作控制方法主要是一个图形化的方法。这种方法很难获得一个双向绿波方案,由此产生的绿波带宽比较窄,绿波速度相对较低,很难满足要求的设计速度主要交通线。本文通过建立实现绿波控制十字路口之间的相位差的计算模型在主线上。

瞿et al。6]分析了车辆流量波动的理论从运动学的角度,得到了波速为停车和起动波的传播方程。波速公式,分别

在这里,停车波的速度,起始波速度,是最初的车辆的行驶速度,是车辆的行驶速度队列消散后,是阻塞密度(密度的交通太密集的正常驱动),是最初的进展,是车辆队列后进展消散。可以看出从交通流的轨迹图最长队列长度的位置是停车的位置满足起始波浪潮。

3.3.1。相位差的计算

让之间的距离我1日的十字路口,我集团和th交叉的路口i-1th路口之间的旅行速度和我th交叉路口组;然后为车辆所需的时间通过这两个十字路口 。汽车的数量在队列中可以计算: 在哪里的交通密度jth阶段的我th的十字路口,队列的长度( ,代表连续阶段; ,代表左转相位)。在十字路口交通流的排队时间之和排队时间和排队消散时间形成。排队车辆消耗时间 ,在哪里十字路口的容量,排队形成时间是第一汽车开始排队时间和发送停车波从停止行向后以下车辆,直到重新启动并发送起始波落后。十字路口之间的相位差我1、十字路口我是

3.3.2。相位差的优化模型

IVICS相位差的优化模型主要是使车辆以不同速度通过沿途所有的十字路口没有排队和停车场。如果车速低于目标速度,智能车辆设施指南,以增加其速度的速度通过十字路口。如果车速高于目标速度,那么导游减少车辆速度的速度通过十字路口没有排队。根据相位差的定义16)之间的相位差是区别红色和绿色灯上游和下游的十字路口。因此,相位差的优化主要从绿色或红色的灯光之间的上游和下游的交叉点上。根据绿色浪潮合作控制的三种方法,有三个主要方法打开信号灯之间的十字路口:上游和下游之间的信号灯路口在同时,相反,和混合。相位差优化公式中的三个案例导出同样的,所以相位差优化主要是讨论的情况下,十字路口的信号是同步的。

当上游和下游交叉口的信号灯是同步的,同时上游和下游交叉口的信号灯红色,下游交叉口的交通流从停车行开始形成一个队列和形式上游交叉口的停车波通过。与此同时,上游交叉口变成红灯,导致交通中断,车辆无法通过。因此,当停车波的队列,队列长度最长,保持一段时间。车辆轨迹如图4。让从探测器的距离下游交叉口;让最大排队长度;时停车波传递探测器;是时候开始波传播到探测器;是当车辆队列的最后旅行到探测器当车辆流消散;是探测器的距离交通队列的尾部;此刻,形成最大排队长度;停车波的速度是由于当车辆到达停车场停车行;波的速度开始排队车辆启动时从停车行;是车辆的速度排队消散;波的速度开始下一个周期;是红灯的时候打开的nth周期;此刻,绿色灯打开吗nth周期;当红灯的吗n+ 1-th周期打开。

假设车辆排队的时候尾巴的交通流转移到下游交叉口的停车行 ;然后两种情况可能发生当车辆在队列的尾部达到停线。第一个是 ;也就是说,车辆可以通过线在红灯前停车打开下一个周期,然后所有排队的车辆可以通过十字路口。第二个病例是 。如果排队车辆不能完全穿过十字路口,一个二级队列或链队列将形成,和队列长度 。

它可以看到从排队的时间间隔 和 因此计算 并获得

此外,当车辆在交通流的队列通过停车的车道线

链队列或二级队列的长度

为了防止排队的交通流量溢出现象,下游交叉口的信号灯需要保留一段时间的车辆排队消散。因此,可能会有两种极端情况。第一,上游的交通路口穿过十字路口时,交通灯的十字路口变绿;开车时没有发生不排队的队列在下游路口。在这种情况下,当上游流量的队列,停车波和波开始在满足下游十字路口;此时相位差需要满足:在上游路口交通通过下游交叉口时不排队;也就是说,

第二种情况是,当在上游路口交通到达下游十字路口停线时,队列的末尾的车辆在下游交叉口通过线停车。此时,相位差需要满足:在上游路口交通只是穿过在下游路口停线;也就是说,

我们可以知道

IVICS下,因此,当上游交叉口的交通流量通过绿灯信号可以通过下游的十字路口没有停止,相位差需要见面

它可以从绿色浪潮合作控制的三种方法,有三个主要方法打开信号灯之间的十字路口。相位差的优化公式的推导是相同类似的三种情况下,相反,和混合交互的信号灯之间的上游和下游的交叉点上。相位差优化公式的推导过程相反的省略和混合交互。对面的路口信号控制时车辆轨迹图所示5时,车辆轨迹交叉路口信号控制和显示在图6。

3.4。实时动态可逆的车道交叉组织的控制流

属性变化的实时双向车道是由检测交通量在每个阶段入口车道的探测器设置在每一个十字路口。如果交通十字路口不饱和的阶段,这意味着左转阶段或直接的阶段还有一阶段可用的车道,更拥挤;如果在某一阶段的十字路口的交通已经达到饱和,然后十字路口信号定时参数设计需要优化。具体流程如下(见图7):(1)获取实时交通流量和排队长度数据通过检测器实时可逆巷路口。(2)控制中心的信息分析和处理这些原始数据获取等关键数据流比率。(3)确定的相饱和度实时可逆巷路口和确定交叉状态是否高或低饱和度。(4)替代阈值条件条件是否将改变开关的实时双向车道是满意的。如果满意,车道的数量和时间打开实时双向车道改变决心;否则,保持了原始的信号配时方案。(5)相位差优化实现绿波控制。

4所示。案例研究

在无锡市永安东路,江苏省为研究对象,选择的十字路口是Tongyang路的十字路口和永乐东路,Tangnan路和永乐东路,杏园中间道路和永乐东路。永乐东路(Tongyang杏园中间道路路段)是一个双向六车道的道路。信号相位序列和信号的定时参数交叉表所示1。能力和饱和流如表所示2和3。永乐东路的交集正在协同控制,和绿波控制的目的是提高运营效率的永乐东路路口。优化信号相位序列和信号定时参数如表所示4。

Tongyang路的十字路口,永乐东路交叉引用,然后计算交叉口的相位差Tangnan道路和永乐东路和杏园中间道路的交叉点和永乐东路参考交叉形成绿波交通。Tongyang路的十字路口之间的相位差和永乐东路作为参考的十字路口是零;Tangnan路交叉口的相位差和永乐东路相对于Tongyang道路和永乐东路的十字路口是38.2秒。中间杏园路交叉口的相位差和永乐东Tongyang道路和永乐东路的十字路口是52.8秒。绿波控制图如图8。从图可以看出8绿波带宽是36年代,它可以计算出绿波的平均速度为37.9公里/小时。

评价指标的影响实现绿波控制站的数量,绿波带宽,绿色浪潮车辆速度、容量和饱和流。绿波控制的有效性验证的评价指标的计算比较,永乐东路之前和之后实现绿波控制。见表5- - - - - -7相关指标的比较之前和之后的优化。

从表可以看出5的信号配时参数优化后,永乐东路路口,停的数量,在十字路口,已经在一定程度上减少,平均减少9.5%。从图8,我们可以看到绿波带宽是36和绿波速度为37.9公里/小时,和自由流动速度在永乐东路36公里/小时,这意味着,通过实现绿波控制,速度指数能优化5.3%。表6和7和图9后表明,实现绿波控制和优化信号时间参数和相序上的三个十字路口永乐东路动脉,十字路口的入口处通行能力已大大提高,但从比较表1和7可以看出,某些阶段的十字路口的能力没有明显改善;例如,直通的通行能力的提高和左转阶段Tongyang十字路口的道路和永乐东路是不明显,和交通容量的直通Tangnan路交叉路口左转相位和永乐东路没有明显改善。从数据可以看出10- - - - - -12和表8在十字路口左转相饱和度流Tongyang路和永乐东路Tangnan路的交叉路口,永乐东路有显著提高。左转相位和右转相饱和度流杏园路口的中间道路和永乐东路已显著提高。

5。结论

摘要城市道路交叉口群作为研究对象,IVICS是用于分析的能力下的交叉口群实时双向车道设置后确定能力的计算模型实时IVICS可逆的车道。基于实时可逆巷,十字路口的信号相位序列和信号时间组设计,和绿波控制方案是基于相位差为主线设计模型。它建造了一个十字路口之间的相位差协同优化模型并讨论了信号定时参数设计和信号相序设计在低和高饱和状态。通过绿色浪潮的案例研究方案设计的永乐东路,无锡的城市,江苏省,绿波控制的有效性基于相位差模型验证了使用停止,绿波速度、容量和饱和流作为评价指标。结果表明,停止优化9.5%的数量,车辆速度提高了5.3%,和交叉能力和饱和交通已经大大提高。

数据可用性

使用的数据来支持本研究的结果包括在本文中。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

作者的贡献

莉娜毛泽东和Guiliang周设计和写论文;飞机所戴,姚明Liu和Pengsen胡锦涛进行了模型和收集交通数据;只要戴秉国和徐包分析仿真结果。

确认

这项研究得到了江苏省重点实验室开放基金的交通和运输安全(淮阴理工学院)(TTS2020-05和TTS2020-09),江苏省Enterprise-University-Research研究所合作项目(BY2020005),江苏省研究生创新项目(KYLX15_0148),中国国家自然科学基金(61573098和61573098),江苏大学自然科学重大基础工程(15 kja580001)和江苏省自然科学基金,中国(BK20171426)。

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