城市道路多交叉口信号协调控制优化研究

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1、维普资讯http://www.cqvip.com第4O卷第3期西安建筑科技大学学报(自然科学版)Vo1．40No．32008年6月J．XianUniv．ofArch．＆Tech．(NaturalScienceEdition)JurL2008城市道路多交叉口信号协调控制优化研究王秋平，谭学龙(1．西安建筑科技大学土木工程学院，陕西西安710055；2．西部建筑科技国家重点实验室(筹)，陕西西安710055)摘要：为进一步解决交通拥堵，以城市道路多个单点信号控制交叉口组成的绿波系统为研究对象，建立一个以干线车辆行程时间最短为目标，各相位有效绿灯时间、饱和度及周期时长为约束条件的非线性函数模型，分

2、别运用遗传算法和遗传退火算法对目标函数进行优化，实现了对绿波系统中各交叉口信号配时的优化设计，并以实例加以论证，结果表明：遗传退火算法更能快速、准确地寻找出全局最优解．关键词：交通控制；绿波系统；信号配时；遗传算法；遗传退火算法中图分类号：U491．51文献标识码：A文章编号：1006—7930(2008)03—0429—06在城市道路网中，交叉口相距很近，各交叉口分别设置单点信号控制时，车辆经常遇到红灯，时停时开，造成行车不畅，使环境污染加重．为使车辆减少在各个交叉口上的停车时间，特别是使干道上的车辆能够畅通行驶，人们把一条干道上一批相邻的信号交叉口连接起来，加以协调控制，就出现了干线交叉

3、口交通信号的协调控制系统，简称线控制，也称绿波系统[．本文以城市道路多个单点信号控制交叉口组成的绿波系统为研究对象，对绿波系统的交叉口信号配时优化进行深入研究．通过对路段和干线机动车流进行协调控制设计，可以有效地减少相交道路车流对干线车流的干扰，在保证相交道路车流行车需求的同时，使干线车流获得最大的通行权．1建立函数模型传统的干道协调控制设计以获取最大绿波宽度为设计目标，目的是为减少车辆通过协调控制范围内各交叉口的总延误，缩短行程时间，使车辆能在最短时间内通过．本文直接以绿波系统的车辆行程时间最短为目标，主要考虑车辆趋于停车线处的平均延误时间和路段间的平均行程时间，建立非线性的目标函数模型．

4、1．1延误交叉口车辆平均延误d主要由两部分组成：一部分是一致性延误d[，即车辆到达率为常数的延误；另一部分是随机延误d[2]，即车辆到达率不一致产生的延误．计算公式分别为：d∑(1)J厶LYg／_J一(2)d—4-d(3)式中：为第i个相位的平均延误时间；为第i个相位的平均一致性延误时间；d为第个相位的平均随机延误时间；c为周期时长(s)；为第i个相位有效绿灯时长(s)；q为第i个相位第个进口道的实际到达交通量(pcu／h)；为第个相位第个进口道的流量比；z为第i个相位第个进口道的饱和度．本文对城市道路多个单点交叉口组成的绿波系统加以研究，其中单点交叉口均以两相位信号控制收稿日期：2007—

5、08—04修改稿日期：2008—05—06基金项目：陕西省自然科学基金资助项目(2007E232)；陕西省教育厅专项基金项目(03JK149)作者简介：王秋平(1962一)，女．陕西城固人，教授，博士，从事交通规划与管理的教学和科研工作维普资讯http://www.cqvip.com430西安建筑科技大学学报(自然科学版)第40卷为例，假定干线方向均为第一相位，相交道路方向均为第二相位，则绿波系统中干线方向的总车均延误时间可表示为：d一∑dk。一。+⋯+?一do+⋯+式中：为绿波系统中干线方向的总车均延误时间；为车辆位于绿波系统起点O(Origin)处的平均延误时间；为车辆位于绿波系统终点D

6、(destination)处的平均延误时间；dk：为第七个交叉口第2相位的车辆平均延误时间．相交道路约束条件可表示为：≤(5)式中：为第k个交叉口的第相位的车辆平均延误时间，d为第k个交叉口的第相位的实际车辆平均延误时间．1．2路段平均行程时间一L∞／(6)式中：z∞为绿波系统起终点间的平均行程时间．L∞为绿波系统起终点间的距离；为绿波系统起终点间的车辆平均行驶速度，取多次观测的平均值．1．3目标函数与约束条件．本文将绿波系统中干线方向的总车均延误时间及平均行程时间之和最小作为目标函数，以实际延误、有效绿灯时间及饱和度为约束条件，建立非线性函数模型．目标函数：mint=~o-+-d=too+

7、2(7)g日=cdL约束lgITliIlgmax0．7≤d≤O．92线控系统最佳配时优化算法目前，城市于道绿波协调控制的方法主要有两种，即图解法和数解法．这两种方法由于考虑的因素过于简单，使得这两种方法在实际运用中遇到很多问题，沿线交叉口间距相等时，比较容易实现，且当信号间车辆行驶时间正好是线控系统周期时长一半的整数倍时，方可获得理想的效果；交叉口间距不等时，信号协调控制较难实现，必须采取试探与折中方法求得信