面向交通流向的区域协调控制方法.pdf

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1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201911282350.0 (22)申请日 2019.12.13 (71)申请人 连云港杰瑞电子有限公司 地址 222000 江苏省连云港市海州区圣湖 路18号 (72)发明人 程添亮项俊平张新军丁海龙 钟欣许森杜云霞石磊杨权 李云青 (74)专利代理机构 连云港润知专利代理事务所 32255 代理人 刘喜莲 (51)Int.Cl. G08G 1/081(2006.01) (54)发明名称 一种面向交通流向的区域协调控制方法 (57)摘要 本发明是一种面向交通流向的区域协调控 。

2、制方法， 属智能交通控制领域， 解决在城市交通 信号控制优化过程中遇到的交通流绿波协调问 题。 该方法以构建TF-BAND模型为核心， 可变协调 相位包括直行相位， 左转相位和右转相位， 可以 配置交通流上各交叉口的协调相位。 方法首先确 定待优化路网中的所有交叉口， 配置所有交叉口 的东西南北方向的路网信息和方案信息； 其次添 加所有目标交通流， 配置各交通流上的所有交叉 口和协调相位； 最后配置优化模式和系统参数。 构建TF-BAND模型用分支定界法进行编程与求 解。 本发明方法易实现， 方便集成， 计算效率高， 在协调相位可配置的条件下进行多交通流的区 域绿波协调。 权利要求书5页 说明。

3、书13页 附图1页 CN 111081041 A 2020.04.28 CN 111081041 A 1.一种面向交通流向的区域协调控制方法， 其特征在于： 该方法在进行区域协调优化时， 对于路网包含的所有交通流， 在其上各交叉口协调相 位按需进行绿波控制； 通过构建TF-BAND模型， 实现城市交通信号控制优化过程中的交通流 绿波协调； 交通流中的协调相位包括直行相位、 左转相位和右转相位， 实现交通流上各交叉 口的协调相位的配置； 其步骤如下： 首先： 确定待优化路网中的所有交叉口， 配置所有交叉口的东西南北方向的路网信息 和方案信息； 其次： 添加所有目标交通流， 配置各交通流上的所有交。

4、叉口和协调相位； 最后： 配置优化模式和系统参数； 构建TF-BAND模型是混合整数线性规划模型， 用分支定界法作为TF-BAND模型的求解 器， 进行交通流的绿波控制。 2.如权利要求1所述的面向交通流向的区域协调控制方法， 其特征在于： 交通流上的协 调都为双向协调， 或者通过配置路段的控制方式为无协调来实现单向协调。 3.如权利要求1所述的面向交通流向的区域协调控制方法， 其特征在于： 该方法需要输入路网结构、 所有交叉口的路段参数和所有交叉口的基础配时方案； 路网结构包括所有交叉口的编号、 交叉口名、 交叉口东西南北4个方向的相邻交叉口编 号、 东西南北4个方向的路段距离； 路段参数包。

5、括东西南北方向左转、 直行、 右转共12个相位的控制方式， 东西南北方向的 带宽上下限、 东西南北方向路段的速度上下限和东西南北方向的清空时间； 控制方式可选 的控制方式为绿波协调和无协调； 基础配时方案包括东西南北方向左转、 直行、 右转共12个相位的绿灯时间、 黄灯时间和 全红时间； 可以按照阶段表或者双环结构配置每个交叉口的配时方案。 4.如权利要求1所述的面向交通流向的区域协调控制方法， 其特征在于： 该方法需要输 入配置路段距离阈值和优化模式； 在相序优化模式下， 由TF-BAND 模型智能选择交叉口的 最优相序； 在非相序优化模式下， 相序依照基础方案的相序。 5.如权利要求1所述。

6、的面向交通流向的区域协调控制方法， 其特征在于： 在分支定界法 对TF-BAND求解完毕后， 根据模型输出， 获取每个交叉口的周期、 相位差、 新的配时方案、 所 属交通流编号和子区编号； 根据每个交叉口的周期、 相位差和新的配时方案， 推导所有交通 流的带宽、 推荐运行速度； 提供获取交叉口参数： 包括周期、 相位差、 新的配时方案、 所属交 通流编号和子区编号， 以及交通流参数： 包括交叉口编号、 交叉口名、 路段距离、 路段旅行时 间、 路段推荐速度和路段带宽的程序接口， 以供其他程序调用。 6.如权利要求1所述的面向交通流向的区域协调控制方法， 其特征在于： 根据TF-BAND 模型的。

7、计算结果， 将交叉口自动划分到不同的子区中。 7.如权利要求1所述的面向交通流向的区域协调控制方法， 其特征在于： 当路段距离大 于了设定的路段距离阈值时， 该路段不参与协调计算控制。 8.如权利要求1所述的面向交通流向的区域协调控制方法， 其特征在于： 其具体步骤如 下： 步骤1： 输入路网中的所有交叉口， 配置所有交叉口的交叉口编号、 交叉口名、 周期上下 限； 配置交叉口东西南北4个方向的相邻交叉口编号、 东西南北4个方向的路段距离； 配置所 权利要求书 1/5 页 2 CN 111081041 A 2 有交叉口东西南北方向左转、 直行、 右转共12个相位的控制方式， 可选的控制方式为绿。

8、波协 调和无协调； 配置所有交叉口东西南北方向的带宽上下限和东西南北方向路段的速度上下 限； 配置所有交叉口的配时方案， 按照阶段表或者双环结构配置每个交叉口的配时方案， 配 时方案应包括东西南北方向左转、 直行、 右转共12个相位的绿灯时间、 黄灯时间和全红时 间； ： 配置所有交叉口东西南北方向的清空时间； 配置路段距离阈值和优化模式， 优化模式 包含相序优化和非相序优化； 步骤2： 配置所有交通流集合Z， ZZ1,Z2,Zy (1) 其中Zi表示第i股待优化交通流； Zi由交通流两股单向交通流构成： ZiZi,1,Zi,2|Sm (2) Zi,j表示Zi的第j股单向交通流； Zi,jPm。

9、 (3) Sm表示交通流Zi,1经过的交叉口的序列， Pm表示单向交通流上交叉口的协调相位序列； Sms1,s2,sm,Pmpi,pi+1,pi+m-1 (4) si表示第i个交叉口， pi表示交叉口的相位号； 相位号定义如表1所示： 表1相位号定义 方向 左转 直行 右转 向西 p11p12p13 向东 p16p17p18 向北 p6p7p8 向南 p1p2p3 步骤3： 构建TF-BAND模型； 假设协调控制区域构成一张连通图， 设定右转相位放行时间等于同方向左转相位放行 时间加上对向直行相位放行时间； 模型中所有变量定义如下： E： Z中的无向边的个数； V： 交叉口个数； Zi,1(Z。

10、i,2)上的第j条路段的带宽； Zi,1(Zi,2)上的第j个交叉口的清空时间； 绿波协调时， Zi,1(Zi,2)上的第j个交叉口相位干预变量； Ci： 交叉口i的周期； zi： 交叉口i的频率； STi,j： Zi上的第j个交叉口在Zi,1方向上的协调相位红灯起点； Zi， 1(Zi， 2)上的第j个交叉口和第j+1个交叉口间的相位差； Mi： 循环整数变量； Ni： 循环整数变量； Zi,1(Zi,2)上的第j个路段的旅行时间； 在南北/东西方向上， 确定交叉口i左转相序的0/1变量； 权利要求书 2/5 页 3 CN 111081041 A 3 i： 确定交叉口i的南北相位与东西相位在。

11、双环模型中的前后顺序， 为0/1变量； i,j： Zi,1和Zi,2上交叉口j协调相位红灯中点差值； 交叉口k所处2股单向交通流Zi， 1和Zj， 1上协调相位的红灯起点差值； gi： 相位pi的绿信比； gsp： 相位p的绿灯起始时间/Ci rp： 相位p的红灯时间/Ci； Ci,1/Ci,2： 交叉口i的周期上下限； 交叉口i在Zj,1(Zj,2)方向上的速度上下限； 交叉口i在Zj,1(Zj,2)方向上的协调相位带宽上下限； di,j： 第i股交通流上第j个路段的距离； 的带宽权重； 确定Zi,1(Zi,2)上的第j个路段为绿波协调或者无协调； 与p相关的上行(下行)左转/直行/右转相位。

12、； 模型以最大带宽为优化目标， 最大带宽为所有带宽结合带宽权重计算： 绿波协调时的时距： 绿波协调时， 干预变量为Zi,1(Zi,2)上第j个交叉口的红灯 右侧到绿波带左侧的时间； 相位差为Zi,1(Zi,2)上第j+1(j)个交叉口的协调相位红 灯中点时间与第j(j+1)个交叉口的协调相位红灯中点间的差值； i,j为Zi,1上交叉口j协调 相位红灯中点时刻与Zi,2上交叉口j协调相位红灯中点时刻的差值； 绿波协调时的时距见公 式(6)-(24)： 0i,j1 (12) ST1,10 (15) -10Mk10,MkZ (17) 权利要求书 3/5 页 4 CN 111081041 A 4 -1。

13、0Nk10,NkZ (18) 1/Ci,1z1/Ci,2 (19) di,j/fi,j*zkti,jdi,j/ei,j*zk (22) 左转相位模式基于双环结构， 选择最优左转相位模式需要添加i,j的等式约束； 由于 TF-BAND的协调相位可变， 交叉口交通流Zi,1和Zi,2上的协调相位并不一定位于双环隔离的 同一边， 需要同时引入和 k才能构造i,j的等式约束， 用px(py)表示sk在 Zi,1(Zi,2)上的协调相位； 定义px(py)的红灯中点时刻到该相位左侧隔离的差值为X(Y)， 定义南北方向放行时长 为 sn， 东西方向放行时长为 eW， Sn+ eW1； 根据Px,Py的相位。

14、和变量 k， i,j的计算包含6种 情况： 左转相位模式中： X和Y是和相关的函数， 因为X和Y都是从本方向的左 侧隔离开始计算， 因此X和Y的公式统一表示为公式(25)： 添加和 k的0-1整数约束： i,10,1 (26) i,20,1 (28) k0,1 (30) 权利要求书 4/5 页 5 CN 111081041 A 5 为了进行多干线区域协调， 需要添加px和py红灯起点差值等式约束； 定义sk上的两股交 通流为Zx和Zy， Zx,1(Zy,1)上的协调相位为px(py)， px(py)的红灯中点时刻到该相位左侧隔离 的差值为X(Y)， 根据px,py的相位和变量 k， 的计算包含。

15、6种情况： X和Y是和相关的函数， X和Y都是从本方向的左侧隔离开始计算， X和Y 的公式统一表示为公式(32)： 由公式(6)-(32)作为约束条件， 公式(5)作为目标函数， 构成了混合整数线性规划模 型； 步骤4： 使用分支定界法求解TF-BAND模型， 获得所有交叉口的配时方案、 所有交通流上 路段间的协调带宽和推荐速度和交叉口所属的交通流编号和子区编号。 权利要求书 5/5 页 6 CN 111081041 A 6 一种面向交通流向的区域协调控制方法 技术领域 0001 本发明属于智能交通控制领域， 具体涉及一种面向交通流向的区域协调控制 方 法。 背景技术 0002 在城市交通信号。

16、控制领域， 当交通流非饱和时， 为保证行车通畅、 减少停车 次数 和通行时间， 经常采用绿波带控制模式。 在绿波带的控制模式下， 所有交叉 口采用公共周 期， 在合适的相位差下， 通行车队可以一路绿灯地通过其道路控制 区域。 为了计算绿波控 制所需参数， 人们提出了各种解决方案。 0003 早在上世纪60年代， 就有学者对如何优化干线绿波进行了系统的研究， 一 类为 Little等人提出的以最大化带宽为目标的研究， 另一类为Hillier等人提出的 最小化延 误、 停车次数为目标的研究。 Little等人在1981年提出了干线双向绿波 的设计方案， 建立 了混合整数线性规划模型-MAXBAND。

17、模型， 该模型以最大化 带宽乘以权重的和作为优化目 标， 自动选择最优周期和设计速度， 在给定的左转 相位模式中选择一个最优的超前滞后模 式， 添加了交通流清空时间， 能够解决干 线或者三角形网络下的绿波协调问题。 Chang等人 在1988年提出了 MAXBAND-86模型， 该模型对MAXBAND模型进行了扩展， 能够解决在多干 线 闭合网络中左转相序的最优化问题。 0004 MAXBAND和MAXBAND-86的优化模型中不考虑路段的实际交通流量和 通行能力， 因 此不能保证优化结果是最优的， 为了解决这个问题， Gartner等人 在1990年提出了 MULTIBAND模型， 模型在M。

18、AXBAND的基础上进行了扩展， 为每个路段添加了的带宽变量， 且 带宽的权重因子与路段特征相关， 实验表明 MULTIBAND的优化结果远优于MAXBAND。 0005 Stamatiadis与Gartner在1996年提出了MULTIBAND-96模型， 该模型在 MULTIBAND 模型的基础上进行了扩展， 优化了所有的信号控制变量， 包括相 位时间、 相位差、 周期和相 序， 保证了干线的变带宽协调。 相比于单一干线优化 的MULTIBAND模型， MULTIBAND-96解决 了网络中的干线协调问题， 如果结 合以延误为优化目标的模型(例如TRANSYT)还能够优化 相序。 Chau。

19、dhary和 Messer在1993年开发了名为 “PASSER-IV” 的干线协调优化程序， 该程序 同样 基于MAXBAND模型， 利用启发式算法进行求解， 解决了多干线有环网络的交 通信号配 时优化问题。 常云涛等人在2003年提出了基于遗传算法的城市干道协 调控制相位差优化 设计方法， 对城市干道协调控制中交通流在协调控制系统内各 交叉口的 “驶离-到达” 模式 进行了分析， 能更准确地反映实际的交通运行情况 和控制效果。 0006 近年来， 一些学者对干线协调优化的研究取得了不同程度的进展。 在2006 年， Cheng等人提出了一种干线协调控制并行算法， 通过博弈论虚拟模型进行反 。

20、复计算调整来 寻求一种较优的干线协调控制方案。 在2013年， H.Hu提出了一个 以数据驱动的干线相位差 优化模型， 模型依赖高精归档交通信号数据解决信号协 调和交叉口排队长度不确定问题。 在2015年， C.Zhang等人提出了非对称的 MULTIBAND干线协调模型(AM-BAND)， 放宽了 MULTIBAND中对称性传播 带的要求， 与MULTIBAND模型相比， AM-BAND灵活性更强， 能更加有 说明书 1/13 页 7 CN 111081041 A 7 效的 利用每个方向的绿灯时间。 0007 经典的干线绿波模型MAXBAND、 MULTIBAND、 AM-BAND解决了干线。

21、 绿波参数的计算 问题， 但都只考虑同一干线上的交通流， 即以该干线的直行相位 作为协调相位。 如果关注 的交通流跨越不同的干线， 即交通流出现了转向， 那么 左转和右转相位也会作为协调相位 出现， 此时经典绿波模型失效。 在可变协调相 位的情况下， 为了优化协调效果， 考虑相序优 化和多交通流的区域协调， 由于目 标交通流上各交叉口协调相位可能不是同一相位， 即南 北和东西方向的相序都需 要进行优化， 更增加了问题的复杂度。 发明内容 0008 本发明的目的是针对现有技术的问题， 提出一种面向交通流向的区域协调控 制 方法， 该方法易实现， 方便集成， 计算效率高， 在协调相位可配置 的条件。

22、下进行多交通流的 区域绿波协调。 0009 本发明所要解决的技术问题是通过以下的技术方案来实现的。 本发明是一种 面 向交通流向的区域协调控制方法， 其特点是： 0010 该方法在进行区域协调优化时， 对于路网包含的所有交通流， 在其上各交叉 口协 调相位按需进行绿波控制； 通过构建TF-BAND(Traffic flow based Multiband) 模型， 实 现城市交通信号控制优化过程中的交通流绿波协调； 交通流中的协调相 位包括直行相位、 左转相位和右转相位， 实现交通流上各交叉口的协调相位的配 置； 其步骤如下： 0011 首先： 确定待优化路网中的所有交叉口， 配置所有交叉口的。

23、东西 南北方向的路网 信息和方案信息； 0012 其次： 添加所有目标交通流， 配置各交通流上的所有交叉口和协 调相位； 0013 最后： 配置优化模式和系统参数； 0014 构建TF-BAND模型是混合整数线性规划模型， 用分支定界法作为 TF-BAND模型的 求解器， 进行交通流的绿波控制。 0015 本发明所述的面向交通流向的区域协调控制方法， 其进一步优选的技术方案 是： 交通流上的协调都为双向协调， 或者通过配置路段的控制方式为无协调来实 现单向协调。 0016 本发明所述的面向交通流向的区域协调控制方法， 其进一步优选的技术方案 是： 该方法需要输入路网结构、 所有交叉口的路段参数。

24、和所有交叉口的基础配时 方案； 0017 路网结构包括所有交叉口的编号、 交叉口名、 交叉口东西南北4个方向的相 邻交 叉口编号、 东西南北4个方向的路段距离； 0018 路段参数包括东西南北方向左转、 直行、 右转共12个相位的控制方式， 东 西南北 方向的带宽上下限、 东西南北方向路段的速度上下限和东西南北方向的清 空时间； 控制方 式可选的控制方式为绿波协调和无协调； 0019 基础配时方案包括东西南北方向左转、 直行、 右转共12个相位的绿灯时间、 黄灯 时间和全红时间； 可以按照阶段表或者双环结构配置每个交叉口的配时方案。 0020 本发明所述的面向交通流向的区域协调控制方法， 其进。

25、一步优选的技术方案 是： 该方法需要输入配置路段距离阈值和优化模式； 在相序优化模式下， 由 TF-BAND模型智能 选择交叉口的最优相序； 在非相序优化模式下， 相序依照基 础方案的相序。 0021 本发明所述的面向交通流向的区域协调控制方法， 其进一步优选的技术方案 是： 说明书 2/13 页 8 CN 111081041 A 8 在分支定界法对TF-BAND求解完毕后， 根据模型输出， 获取每个交叉口的 周期、 相位差、 新 的配时方案、 所属交通流编号和子区编号； 根据每个交叉口的 周期、 相位差和新的配时方 案， 推导所有交通流的带宽、 推荐运行速度； 提供获 取交叉口参数： 包括周。

26、期、 相位差、 新的 配时方案、 所属交通流编号和子区编号， 以及交通流参数： 包括交叉口编号、 交叉口名、 路 段距离、 路段旅行时间、 路段 推荐速度和路段带宽的程序接口， 以供其他程序调用。 0022 本发明所述的面向交通流向的区域协调控制方法， 其进一步优选的技术方案 是： 根据TF-BAND模型的计算结果， 将交叉口自动划分到不同的子区中。 0023 本发明所述的面向交通流向的区域协调控制方法， 其进一步优选的技术方案 是： 当路段距离大于了设定的路段距离阈值时， 该路段不参与协调计算控制。 0024 本发明所述的面向交通流向的区域协调控制方法， 其进一步优选的技术方案 是： 其具体。

27、步骤如下： 0025 步骤1： 输入路网中的所有交叉口， 配置所有交叉口的交叉口编号、 交叉口 名、 周 期上下限； 配置交叉口东西南北4个方向的相邻交叉口编号、 东西南北4 个方向的路段距 离； 配置所有交叉口东西南北方向左转、 直行、 右转共12个相 位的控制方式， 可选的控制方 式为绿波协调和无协调； 配置所有交叉口东西南北 方向的带宽上下限和东西南北方向路 段的速度上下限； 配置所有交叉口的配时方 案， 按照阶段表或者双环结构配置每个交叉口 的配时方案， 配时方案应包括东西 南北方向左转、 直行、 右转共12个相位的绿灯时间、 黄灯 时间和全红时间； ： 配 置所有交叉口东西南北方向的。

28、清空时间； 配置路段距离阈值和优化 模式， 优化模 式包含相序优化和非相序优化； 0026 步骤2： 配置所有交通流集合Z， 0027 ZZ1,Z2,Zy (1) 0028 其中Zi表示第i股待优化交通流； Zi由交通流两股单向交通流构成： 0029 ZiZi,1,Zi,2|Sm (2) 0030 Zi,j表示Zi的第j股单向交通流； 0031 Zi,jPm (3) 0032 Sm表示交通流Zi,1经过的交叉口的序列， Pm表示单向交通流上交叉口的协调 相位 序列； 0033 Sms1,s2,sm,Pmpi,pi+1,pi+m-1 (4) 0034 si表示第i个交叉口， pi表示交叉口的相位。

29、号； 相位号定义如表1所示： 0035 表1相位号定义 0036 方向 左转 直行 右转 向西 p11p12p13 向东 p16p17p18 向北 p6p7p8 向南 p1p2p3 0037 步骤3： 构建TF-BAND模型； 0038 假设协调控制区域构成一张连通图， 设定右转相位放行时间等于同方向左转 相 位放行时间加上对向直行相位放行时间； 模型中所有变量定义如下： 0039 E： Z中的无向边的个数； 说明书 3/13 页 9 CN 111081041 A 9 0040 V： 交叉口个数； 0041Zi,1(Zi,2)上的第j条路段的带宽； 0042Zi,1(Zi,2)上的第j个交叉口。

30、的清空时间； 0043绿波协调时， Zi,1(Zi,2)上的第j个交叉口相位干预变量； 0044 Ci： 交叉口i的周期； 0045 zi： 交叉口i的频率； 0046 STi,j： Zi上的第j个交叉口在Zi,1方向上的协调相位红灯起点； 0047Zi,1(Zi,2)上的第j个交叉口和第j+1个交叉口间的相位差； 0048 Mi： 循环整数变量； 0049 Ni： 循环整数变量； 0050Zi,1(Zi,2)上的第j个路段的旅行时间； 0051在南北/东西方向上， 确定交叉口i左转相序的0/1变量； 0052 i： 确定交叉口i的南北相位与东西相位在双环模型中的前后顺序， 为0/1变 量； 。

31、0053 i,j： Zi,1和Zi,2上交叉口j协调相位红灯中点差值； 0054交叉口k所处2股单向交通流Zi,1和Zj,1上协调相位的红灯起点差值； 0055 gi： 相位pi的绿信比； 0056 gsp： 相位p的绿灯起始时间/Ci 0057 rp： 相位p的红灯时间/Ci； 0058 Ci,1/Ci,2： 交叉口i的周期上下限； 0059交叉口i在Zj,1(Zj,2)方向上的速度上下限； 0060交叉口i在Zj,1(Zj,2)方向上的协调相位带宽上下限； 0061 di,j： 第i股交通流上第j个路段的距离； 0062的带宽权重； 0063确定Zi,1(Zi,2)上的第j个路段为绿波协调。

32、或者无协调； 0064与p相关的上行(下行)左转/直行/右转相位； 0065 模型以最大带宽为优化目标， 最大带宽为所有带宽结合带宽权重计算： 0066 0067绿波协调时的时距： 绿波协调时， 干预变量为Zi,1(Zi,2)上第j个交叉 口 的红灯右侧到绿波带左侧的时间； 相位差为Zi,1(Zi,2)上第j+1(j)个交 叉口的协 调相位红灯中点时间与第j(j+1)个交叉口的协调相位红灯中点间的差 值； i,j为Zi,1上交 叉口j协调相位红灯中点时刻与Zi,2上交叉口j协调相位红灯中点 时刻的差值； 绿波协调时 的时距见公式(6)-(24)： 0068 说明书 4/13 页 10 CN 1。

33、11081041 A 10 0069 0070 0071 0072 0073 0074 0i,j1 (12) 0075 0076 0077 ST1,10 (15) 0078 0079 -10Mk10,MkZ (17) 0080 -10Nk10,NkZ (18) 0081 1/Ci,1z1/Ci,2 (19) 0082 0083 0084 di,j/fi,j*zkti,jdi,j/ei,j*zk (22) 0085 0086 左转相位模式基于双环结构， 选择最优左转相位模式需要添加i,j的等式约 束； 由于TF-BAND的协调相位可变， 交叉口交通流Zi,1和Zi,2上的协调相位并不 一定位于双。

34、环隔 离的同一边， 需要同时引入和 k才能构造i,j的等式约束， 用px(py)表示 sk在Zi,1(Zi,2)上的协调相位； 0087 定义px(py)的红灯中点时刻到该相位左侧隔离的差值为X(Y)， 定义南北方向 放行 时长为 sn， 东西方向放行时长为 ew， sn+ ew1； 根据px,py的相位和 变量 k， i,j的计算包 含6种情况： 0088 0089左转相位模式中： X和Y是和相关的函数， 因为X和Y都是 从本方 向的左侧隔离开始计算， 因此X和Y的公式统一表示为公式(25)： 说明书 5/13 页 11 CN 111081041 A 11 0090 0091添加和 k的0-。

35、1整数约束： 0092 i,10,1 (26) 0093 0094 i,20,1 (28) 0095 0096 k0,1 (30) 0097 为了进行多干线区域协调， 需要添加px和py红灯起点差值等式约束； 定义sk上的两 股交通流为Zx和Zy， Zx,1(Zy,1)上的协调相位为px(py)， px(py)的红灯中点 时刻到该相位左侧 隔离的差值为X(Y)， 根据px,py的相位和变量 k， 的计算包 含6种情况： 0098 0099X和Y是和相关的函数， X和Y都是从本方向的左侧隔离开 始计 算， X和Y的公式统一表示为公式(32)： 0100 说明书 6/13 页 12 CN 1110。

36、81041 A 12 0101 由公式(6)-(32)作为约束条件， 公式(5)作为目标函数， 构成了混合 整数线性规 划模型。 0102 步骤4： 使用分支定界法求解TF-BAND模型， 获得所有交叉口的配时方案、 所有交 通流上路段间的协调带宽和推荐速度和交叉口所属的交通流编号和子区 编号。 0103 关于本发明方法中的名词解释： 0104 TF-BAND： 面向交通流向的区域协调模型。 0105 交通流： 交通流是指汽车在道路上连续行驶形成的车流。 0106 绿波协调： 在指定的交通线路上， 当规定好路段的车速后， 把该 车流所经过的协 调相位的相位差做相应的调整， 且统一所有交叉口的 。

37、周期， 这样一来， 以确保该车流到达 每个交叉口时， 正好遇到 “绿灯” 。 0107 区域协调： 保证区域内的所有交通流都能够进行协调。 0108 周期： 所有交通信号相位显示一周所需的时间之和。 0109 绿信比： 绿灯时间除以周期。 0110 相位： 在一个信号周期内同时获取通行权的一组交通流。 0111 阶段： 交叉口通行权在一个周期内的每一次更迭。 0112 相位差： 这里指的是绝对相位差， 在联动信号中选定一个标准交 叉口， 规定该交 叉口的相位差为零， 其他交叉口相对于此交叉口的相 位差。 0113 协调相位： 相位差应用到的相位。 0114 双环结构： 源于NEMA所制定的交通。

38、控制指标， 通过将每股车流 分别单独设置一个 相位， 然后根据车流的冲突、 非冲突情况进行相位 间的相互组合。 0115 相序： 相位间的放行顺序。 0116 相序优化： 可以在双环结构的4种相序中选择最优的放行相序。 0117 分支定界法： 是一种求解整数规划问题的最常用算法。 这种方法 不但可以求解纯 整数规划， 还可以求解混合整数规划问题。 分支定界 法是一种搜索与迭代的方法， 选择不 同的分支变量和子问题进行分支。 0118 与现有技术相比： 本发明方法具有以下有益效果： 本发明方法易 实现， 方便集成， 计算效率高， 能够解决现有技术不能解决的问题， 即在协调相位可配置的条件下进行多。

39、交 通流的区域绿波协调。 可应用 到智能交通信号控制系统中， 也可部署于云端提供区域协调 服务。 附图说明 0119 图1为本发明的绿波协调时距图； 0120 图2为本发明的双环4种左转相序图。 具体实施方式 0121 下面结合附图对本发明的实施方式做详细说明： 本实施例在以本发明技术方 案 为前提下进行实施， 给出了详细的实施方式和过程， 但本发明的保护范围不限 于下属的实 施例。 0122 实施例1， 面向交通流向的区域协调控制方法： 说明书 7/13 页 13 CN 111081041 A 13 0123 该方法在进行区域协调优化时， 对于路网包含的所有交通流， 在其上各交叉 口协 调相。

40、位按需进行绿波控制； 通过构建TF-BAND(Traffic flow based Multiband) 模型， 实 现城市交通信号控制优化过程中的交通流绿波协调； 交通流中的协调相 位包括直行相位、 左转相位和右转相位， 实现交通流上各交叉口的协调相位的配 置； 其步骤如下： 0124 首先： 确定待优化路网中的所有交叉口， 配置所有交叉口的东西 南北方向的路网 信息和方案信息； 0125 其次： 添加所有目标交通流， 配置各交通流上的所有交叉口和协 调相位； 0126 最后： 配置优化模式和系统参数； 0127 构建TF-BAND模型是混合整数线性规划模型， 用分支定界法作为 TF-BAN。

41、D模型的 求解器， 进行交通流的绿波控制。 0128 交通流上的协调都为双向协调， 或者通过配置路段的控制方式为无协调来实 现 单向协调。 0129 该方法需要输入配置路段距离阈值和优化模式； 在相序优化模式下， 由 TF-BAND 模型智能选择交叉口的最优相序； 在非相序优化模式下， 相序依照基 础方案的相序。 0130 在分支定界法对TF-BAND求解完毕后， 根据模型输出， 获取每个交叉口的 周期、 相 位差、 新的配时方案、 所属交通流编号和子区编号； 根据每个交叉口的 周期、 相位差和新的 配时方案， 推导所有交通流的带宽、 推荐运行速度； 提供获 取交叉口参数： 包括周期、 相位 。

42、差、 新的配时方案、 所属交通流编号和子区编号， 以及交通流参数： 包括交叉口编号、 交叉 口名、 路段距离、 路段旅行时间、 路段 推荐速度和路段带宽的程序接口， 以供其他程序调 用。 0131 根据TF-BAND模型的计算结果， 将交叉口自动划分到不同的子区中。 当路 段距离 大于了设定的路段距离阈值时， 该路段不参与协调计算控制。 0132 实施例2， 面向交通流向的区域协调控制方法， 其具体步骤如下： 0133 步骤1： 输入路网中的所有交叉口， 配置所有交叉口的交叉口编号、 交叉口 名、 周 期上下限。 0134 步骤2： 配置交叉口东西南北4个方向的相邻交叉口编号、 东西南北4个方。

43、 向的路 段距离。 0135 步骤3： 配置所有交叉口东西南北方向左转、 直行、 右转共12个相位的控 制方式， 可选的控制方式为绿波协调和无协调。 0136 步骤:4： 配置所有交叉口东西南北方向的带宽上下限(秒)和东西南北方向 路段 的速度上下限(千米/小时)。 0137 步骤5： 配置所有交叉口的配时方案， 可以按照阶段表或者双环结构配置每 个交 叉口的配时方案， 配时方案应包括东西南北方向左转、 直行、 右转共12个 相位的绿灯时间 (秒)、 黄灯时间(秒)和全红时间(秒)。 0138 步骤6： 配置所有交叉口东西南北方向的清空时间(秒)。 0139 步骤7： 配置路段距离阈值和优化模。

44、式， 优化模式包含相序优化和非相序优 化。 0140 步骤8： 配置所有交通流集合Z， 交通流的定义如下。 0141 ZZ1,Z2,Zy (1) 0142 其中Zi表示第i股待优化交通流。 Zi由交通流两股单向交通流构成： 说明书 8/13 页 14 CN 111081041 A 14 0143 ZiZi,1,Zi,2|Sm (2) 0144 Zi,j表示Zi的第j股单向交通流。 0145 Zi,jPm (3) 0146 Sm表示交通流Zi,1经过的交叉口的序列， Pm表示单向交通流上交叉口的协调 相位 序列。 0147 Sms1,s2,sm,Pmpi,pi+1,pi+m-1 (4) 0148。

45、 si表示第i个交叉口， pi表示交叉口的相位号。 本文中的相位号定义如表1所示。 0149 0150 表2相位号定义 0151 方向 左转 直行 右转 向西 p11p12p13 向东 p16p17p18 向北 p6p7p8 向南 p1p2p3 0152 步骤9： 构建TF-BAND模型， 假设协调控制区域构成一张连通图， 设定右 转相位放 行时间等于同方向左转相位放行时间加上对向直行相位放行时间。 模型 中所有变量定义 如下。 0153 E： Z中的无向边的个数； 0154 V： 交叉口个数； 0155Zi,1(Zi,2)上的第j条路段的带宽； 0156Zi,1(Zi,2)上的第j个交叉口的。

46、清空时间； 0157绿波协调时， Zi,1(Zi,2)上的第j个交叉口相位干预变量； 0158 Ci： 交叉口i的周期； 0159 zi： 交叉口i的频率； 0160 STi,j： Zi上的第j个交叉口在Zi,1方向上的协调相位红灯起点； 0161Zi,1(Zi,2)上的第j个交叉口和第j+1个交叉口间的相位差； 0162 Mi： 循环整数变量； 0163 Ni： 循环整数变量； 0164Zi,1(Zi,2)上的第j个路段的旅行时间； 0165在南北/东西方向上， 确定交叉口i左转相序的0/1变量； 0166 i： 确定交叉口i的南北相位与东西相位在双环模型中的前后顺序， 为0/1变 量； 0。

47、167 i,j： Zi,1和Zi,2上交叉口j协调相位红灯中点差值； 0168交叉口k所处2股单向交通流Zi,1和Zj,1上协调相位的红灯起点差值； 0169 gi： 相位pi的绿信比； 0170 gsp： 相位p的绿灯起始时间/Ci 0171 rp： 相位p的红灯时间/Ci； 0172 Ci,1/Ci,2： 交叉口i的周期上下限； 说明书 9/13 页 15 CN 111081041 A 15 0173交叉口i在Zj,1(Zj,2)方向上的速度上下限； 0174交叉口i在Zj,1(Zj,2)方向上的协调相位带宽上下限； 0175 di,j： 第i股交通流上第j个路段的距离； 0176的带宽权。

48、重； 0177确定Zi,1(Zi,2)上的第j个路段为绿波协调或者无协调； 0178与p相关的上行(下行)左转/直行/右转相位； 0179 模型以最大带宽为优化目标， 最大带宽为所有带宽结合带宽权重计算： 0180 0181绿波协调时的时距图如图1所示。 绿波协调时， 干预变量为Zi,1(Zi,2) 上 第j个交叉口的红灯右侧到绿波带左侧的时间； 相位差为Zi,1(Zi,2)上第 j+1(j)个 交叉口的协调相位红灯中点时间与第j(j+1)个交叉口的协调相位红 灯中点间的差值； i,j为Zi,1上交叉口j协调相位红灯中点时刻与Zi,2上交叉口j协调 相位红灯中点时刻的差 值。 由图1可总结出公。

49、式(6)-(24)。 0182 0183 0184 0185 0186 0187 0188 0i,j1 (12) 0189 0190 0191 ST1,10 (15) 0192 0193 -10Mk10,MkZ (17) 0194 -10Nk10,NkZ (18) 0195 1/Ci,1z1/Ci,2 (19) 0196 0197 0198 0199 说明书 10/13 页 16 CN 111081041 A 16 0200 本文的左转相位模式基于双环结构， 选择最优左转相位模式需要添加i,j的 等 式约束； 由于TF-BAND的协调相位可变， 交叉口交通流Zi,1和Zi,2上的协调相 位并不。

50、一定位 于双环隔离的同一边， 需要同时引入和 k才能构 造i,j的等式约束， 用 px(py)表示sk在Zi,1(Zi,2)上的协调相位。 0201 定义px(py)的红灯中点时刻到该相位左侧隔离的差值为X(Y)， 定义南北方向 放行 时长为 sn， 东西方向放行时长为 ew， 显然 sn+ ew1。 根据px,py的相 位和变量 k， i,j的计 算包含6种情况， 总结这6种情况可得公式(24)。 0202 0203本文的左转相位模式如图2所示。 X和Y是和相关的函数， 因为X 和Y都是从本方向的左侧隔离开始计算， 因此X和Y的公式可以统一表示， 即公式(25)： 0204 0205添加和 。