华咨交通科技:智慧交通之信号灯配时优化如何开展

日期: 2021-01-26

      华咨交通科技:智慧交通之信号灯配时优化如何开展

      摘要:交通信号灯配时优化单位如何选择?第三方专业交通技术服务单位哪个更专业,技术单位如何服务智慧交通?专业城市交通技术信号灯配时优化是智慧交通在交通控制方面的一个重要方向,按照优化的对象,可分为单交叉口信号灯配时优化、干线信号灯配时优化、区域内信号灯配时优化;按照优化内容,可分为信号灯相位及相序优化、信号灯各相位绿信比优化、信号灯周期优化、相位差优化(干线或区域优化)。信号灯配时优化的整体目的为提升交通运行效率,即在保证满足交通需求的基础上,通过优化交通控制环节,节省出行时间成、较少出行排放等。信号灯配时优化是除交通数据预测外,能将当前交通数据进行进一步应用的数据分析方向,且和各地交通管理部门需求有着较好的切合,因此也是各涉及交通方向的互联网公司积极尝试的领域(如阿里、滴滴等)。单交叉口信号配时优化:基于单一交叉口的配时优化,因不考虑周边信控路口的影响,仅需针对自身路口的交通流特性进行优化即可。一般单一交叉口的信号灯配时优化以最小化车辆旅行时间延误[非高峰时段]、最大化通行量[高峰时段]或最小化排队长度[高峰时段]为目标,也可以以多个优化目标加权作为优化目标,或同时进行多目标优化。按照控制方式不同,可分为定时控制、感应控制、自适应控制及智能控制。定时控制即控制信号灯运行固定的配时方案;感应控制首先根据预设的相位绿灯最短时间进行绿灯操作,而后根据感应到的前端传感器状态来决定是否继续延长绿灯时间(多次延长不能超过预设的最大值),操作较为简单,但成本高,适应性差,不做过多介绍;自适应控制,即根据检测到交通流状态,对信号配时进行调整,按照自适应程度不同,可分为多方案切换自适应控制和实时自适应控制,多方案切换的自适应控制根据不同的交通状态预先计算多组信号灯配时方案,而后根据实时监测到的交通流状态来判定下一周期运行哪组方案,实时自适应控制则根据实时监测到的交通流状态,重新计算最新的交通信号灯配时方案,而后在下一周期运行,实际运行过程中,由于过于频繁切换信号灯配时存在一定负面影响,因此信号配时切换频率会有预设的限制。以下重点介绍定时控制(既可以离线计算得出的信号灯配时固定方案),为对不同交通流状态计算合适的固定配时方案,需先根据交通流参数完成时段上的聚类来区分高峰时段/平峰时段等,以针对不同交通流状态时段进行固定配时方案的生成。单交叉口信号定时配时优化的重要目标之一,即降低车辆通过交叉口的旅行时间延误(或美国提出的控制延误,控制延误主要是指由信号控制导致的车辆加减速、停车造成的旅行时间延误),因此需对旅行时间延误进行建模。车辆延误模型:精确延误模型-稳态模型,通过将车辆达到和车辆离开过程视为服从特定分布的随机过程来完成车辆延误建模,如: 将车辆到达视为二项分布(即特定时刻是否有车辆到达),车辆离开视为均匀分布;将车辆到达视为泊松分布,车辆离开视为一般分布等。其公式推导过程较为严谨,但其延误模型所描述的场景较为理想化,与现实交通运行情况存在偏差。近似延误模型-稳态模型:韦伯斯特定时交叉口延误,其中C为周期时间(s), [公式] 为绿信比(有效绿灯时间/信号灯周期), [公式] 为机动车道流量比, [公式] 为进口机动车道实际流量(veh/h); [公式] 为进口道饱和流量公式中第一项为均衡相位延误,在将长时间到达率视为恒定值的假设下进行计算;第二项为随机相位延误,在将短时间内的到达视为服从泊松分布的假设下进行计算;第三项为随机修正项,通过车流模拟实验得出。定数延误模型-瞬态模型:利用积分描述特定时段内的车辆到达数目,同时利用积分描述特定时段内的车辆离开数目,对排队过程进行建模,进而得到延误时间。优点:有效解决了饱和率接近并大于1情况下,以上延误模型的误差;缺点:未考虑随机延误。过渡函数延误模型:稳态模型在饱和度小于1时,对旅行时间延误有较好的拟合效果;定数延误模型在饱和度接近1或大于1时有较好的效果。因此为了充分利用两者的优势,提出了过渡函数延误模型。一般延误模型选用,在饱和率较小时,可选用韦伯斯特延误模型,在饱和率较大时,可选用过渡函数延误模型。配时优化方法:配时优化分为传统优化及现代优化方法两种(分类划分并不严谨)。针对单点信号灯配时优化,首先要根据路口渠化设计相关信号灯相位,而后要设立配时边界:设置各相位最短绿灯时间,以保证行人可以正常通过(行人过街预估速度为1.2/s),进一步通过叠加绿灯损失时间,可得到最短信号灯周期;根据冲突点计算最短绿灯间隔或路口清空时间,以避免两方向车辆存在碰撞可能;根据实际情况设立最长信号灯周期,以避免司机等待过程造成其他问题(投诉等)(一般为150s-180s)。传统优化方法:定时配时设计:)信号灯周期计算:针对定时配时设计,最常用的信号灯周期计算法方式有:韦伯斯特最佳信号周期、阿克塞立克最佳信号周期、HCM信号灯周期。韦伯斯特最佳信号周期:伯斯特最佳信号周期以车辆总延误时间最小为标准,通过多次简化后,得到其中L表示信号灯周期的总损失时间(包括有各绿灯时间的前损失、后损失及相位全红时间等),Y表示各关键相位关键车道的车流量比之和。阿克塞立克最佳信号周期阿克塞立克最佳信号周期以 车辆总延误时间+停车率 最小为标准,得到其中K为停车补偿系数,K=-0.3表示各关键相位平均排队最小,K=0.4时表示燃油消耗最小。HCM信号灯周期根据美国道路通行能力手册周期设置为其中Y_0表示所有关键相位各最大流量比(设计交通流量/设计饱和流率)之和,其中设计交通量通过数据统计高峰时段15分钟内通行车辆数目得到。该信号周期要求Y_0<0.9。该周期类似最短信号灯周期。相序分配:相序分配以安全性(车辆不产生冲突)为主要原则。现代优化方法:基于仿真的配时优化、基于遗传算法的配时优化、基于粒子群算法的配时优化、基于博弈的配时优化、基于模糊推理的配时优化等。交叉口评价指标:叉口运行评价指标一般包括有:延误时间,即车辆通过交叉口所多耗费的时间;饱和度,即进口道进入流量/饱和流量;停车次数/停车率,即车辆通过该交叉口的停车次数或停车占比;排队长度,即停车线前车辆排队总长度。通行能力,即单位时间内通过特定位置的车辆数目。干线协调信号配时优化线协调控制按照控制方式分为:定时协调控制、感应协调控制或自适应协调控制。定时协调控制,主要通过调整干线前后的信号灯相位间的相位差完成绿波带控制,其设计思想一般为主干道绿波带宽最大化或主干道交通性能最优化;感应协调控制,主要通过布设传感器对交通流量进行检测,根据检测值完成从预先设置的多组配时方案中选择其中一组作为信号灯配时方案进行执行;或重新计算信号灯配时方案 过程。自适应协调控制通过连续检测交通系统状态,对道路中运行的交通流进行预估,并给出实时控制方案。按照干线协调控制所兼顾的车流方向数目,分为双向绿波控制、单向绿波控制。华咨交通科技:智慧交通之信号灯配时优化如何开展。

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