本发明涉及城市公共交通系统与信号控制领域，具体涉及一种干线有轨电车双向绿波协调控制方法。
背景技术：
有轨电车作为一种轻型轨道交通系统，相比常规公交，其优先权更加显著。但有轨电车的轨道多采用地面敷设形式，在平面交叉口与其他道路车流、行人产生交叉冲突，交通组织更为复杂。
目前有轨电车的控制多采用优先信号控制的方法，通过感应控制为有轨电车调整交叉口相位，从而实现有轨电车在交叉口的连续通行。沈阳有轨电车5号线在部分交叉口采用绝对优先控制方式；上海张江有轨电车采用驾驶员瞭望与人工调节站点停靠时间的方式实现有轨电车在交叉口不停车通行；苏州有轨电车2号线、淮安有轨电车则采用图解法来设置绿波。当前控制方法多关注于制定有轨电车优先控制规则并以有轨电车旅行时间稳定为优化目标，忽略了使用有轨电车信号优先导致相交道路社会车辆延误增大的负面作用。因此，采用此类方法将会对其他社会车辆产生较大影响，尤其在高峰时间段内可能造成地面交通堵塞。
目前常见的交通绿波控制要求干线交叉口的信号周期相同或成倍数关系，但现实中由于干线各个交叉口的交通流量不同，交叉口信号周期很难统一，使得理想化的传统绿波控制不具备适用条件。
因此，保障有轨电车的优先通行权，同时尽可能减少有轨电车优先通行对社会车辆的影响是至关重要的。
技术实现要素：
发明目的：为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种干线有轨电车双向绿波协调控制方法。该方法不需要干线交叉口采用统一的信号周期，通过对有轨电车路段行程时间和各交叉口初始相位差的优化，获得最优的干线信号控制方案，该方案能为干线有轨电车双向绿波提供最佳背景信号控制方案，使有轨电车信号优先导致的交叉口绿灯延长时间总量最小，从而达到提高有轨电车通行效率并减少其对社会车辆影响的目的。
本发明采用如下技术方案：
本发明所述的干线有轨电车双向绿波协调控制方法，包括以下步骤：
步骤(1)、获取有轨电车运行参数、几何参数、有轨电车干线交通参数；
所述有轨电车运行包括：有轨电车的最大行驶速度、最小行驶速度、有轨电车在各个站点的最小停站时间、最大停站时间；
所述有轨电车几何参数为：有轨电车车长；
所述干线交通参数包括：干线相邻交叉口之间距离、交叉口几何尺寸、干线上下行交通流量；
步骤(2)、根据沿线各个交叉口的社会车辆流量以及各个流向的关键流率，使用韦伯斯特配时方法计算交叉口最佳信号周期及各相位的绿信比，根据有轨电车发车间隔调整信号周期，使有轨电车发车间隔为信号周期整倍数；并根据各相位的绿信比确定各相位时长，得到交叉口基本信号控制方案；
步骤(3)、以有轨电车双向绿波为约束条件，构建有轨电车双向绿波信号控制模型；该模型以最小化有轨电车沿线交叉口绿灯延长时间为目标；
步骤(4)、求解以最小化有轨电车沿线交叉口绿灯延长时间为目标的优化模型，确定有轨电车沿线交叉口的信号方案。
本发明所述的干线有轨电车双向绿波信号协调方法，所述步骤(2)中有轨电车沿线交叉口基本信号控制方案通过下式计算得到：
其中，ci为第i个交叉口信号周期，copt，i为使用webster方法计算的第i个交叉口最佳信号周期，gi，k为第i个交叉口第k个相位的绿灯时长，gi，k为第i个交叉口第k个相位的绿信比，t为有轨电车发车间隔，n为正整数，z 为正整数集合。
本发明所述的干线有轨电车双向绿波信号协调方法，所述步骤(3)中以有轨电车沿线交叉口初始相位差、有轨电车行程时间为优化对象；优化有轨电车双向绿波信号控制模型的目标表示为：
min∑iδgi；
其中，δgi为第i个交叉口在有轨电车到达时的延长绿灯时间。
本发明所述的干线有轨电车双向绿波信号协调方法，所述步骤(3)中有轨电车绿波通过约束包含有轨电车绿波系统基础约束，有轨电车通过交叉口时间约束，有轨电车旅行时间约束；
有轨电车绿波系统基础约束包括：
其中，θi为第i个交叉口的初始相位差；
θi 1为第i 1个交叉口的初始相位差；
ri为第i个交叉口有轨电车通行方向红灯时间；
ri 1为第i 1个交叉口有轨电车通行方向红灯时间；
ci为第i个交叉口信号周期；
ci 1为第i 1个交叉口信号周期；
wi为第i个交叉口上行绿灯时间内有轨电车绿波带前侧的绿灯时间；wi 1为第i 1个交叉口上行绿灯时间内有轨电车绿波带前侧的绿灯时间
ti，tram为有轨电车在第i至i 1个交叉口之间的上行行程时间；
mi为表示上行方向运行过程中相邻交叉口相差周期数的整数；
madd，i为表示有轨电车上行运行过程中到达第i个交叉口周期数的不大于
madd，i 1为表示有轨电车上行运行过程中到达第i 1个交叉口周期数的不大于
有轨电车通过交叉口时间约束包括：
其中，gtram，i，min为有轨电车通过第i个交叉口的最小时间；
gi为第i个交叉口有轨电车通过相位绿灯时长；
有轨电车旅行时间约束包括：
其中，ti，tram，min为有轨电车在第i至i 1个交叉口之间的最小行程时间，ti，tram，max为有轨电车在第i至i 1个交叉口之间的最大行程时间。
有益效果
本发明提供的干线有轨电车双向绿波协调控制方法，获取社会车辆行驶速度参数、有轨电车运行时间参数、几何参数和有轨电车沿线线交通参数；考虑了干线不同交叉口信号周期不统一的现实情况，根据实际车流量计算交叉口信号周期并协调为有轨电车发车时间间隔的因子；通过调整交叉口信号初始相位差以及有轨电车停站时间、运行速度，实现有轨电车双向绿波控制；最小化因有轨电车信号优先导致的干线交叉口绿灯延长总量，实现有轨电车连续通过交叉口，并减少有轨电车优先控制对社会车辆的影响，提升交通系统的运行效率。
附图说明
图1为本发明实施例的方法流程图。
图2为本发明实施例中有轨电车绿波图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细阐述，本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
如图1所示，本发明实施例公开的一种干线有轨电车双向绿波协调控制方法，首先获取有轨电车运行时间参数、几何参数和有轨电车干线交通参数；然后计算有轨电车沿线交叉口基本信号控制方案；通过调整交叉口信号初始相位差、有轨电车行程时间最小化有轨电车沿线交叉口绿灯延长时间；最后求解目标函数确定有轨电车沿线交叉口信号方案。该方法实现有轨电车可以连续通过交叉口，从而保证有轨电车到达站点的准点率，并减少有轨电车优先控制对社会车辆的影响，提升交通系统的运行效率。
本发明实施例公开的一种干线有轨电车双向绿波信号协调方法，具体包括以下步骤：
步骤1、获取有轨电车运行时间参数、几何参数和有轨电车沿线交通参数。即：获取交叉口及干线交通流量情况。
需调查获取的有轨电车运行时间包括有轨电车的最大行驶速度vi，tram，max、最小行驶速度vi，tram，min、有轨电车在各个站点的最小停站时间tj，tram，min和最大停站时间tj，tram，max；有轨电车几何参数为有轨电车车长l；干线交通参数包括干线相邻交叉口之间距离li、交叉口几何尺寸和干线上下行交通流量
步骤2、协调有轨电车发车间隔计算有轨电车沿线交叉口基本信号控制方案。
根据沿线各个交叉口的社会车辆流量以及各个流向的关键流率，使用webster方法计算交叉口最佳信号周期及各相位的绿信比，根据有轨电车发车间隔调整信号周期为发车间隔的因子，并根据绿信比确定各个相位时长，得到交叉口基本信号控制方案。
其中，ci为第i个交叉口信号周期，copt，i为使用webster方法计算的第i个交叉口最佳信号周期，gi，k为第i个交叉口第k个相位的绿灯时长，gi，k为第i个交叉口第k个相位的绿信比，t为有轨电车发车间隔，n为正整数。
步骤3、构建以最小化有轨电车沿线交叉口绿灯延长时间为目标的优化模型，调节有轨电车沿线交叉口初始相位差以及有轨电车旅行时间实现有轨电车沿线交叉口绿灯延长时间最小。
优化模型的约束为有轨电车绿波通过约束，包含有轨电车绿波系统基础约束，有轨电车通过交叉口时间约束，有轨电车旅行时间约束。
具体地，有轨电车沿线交叉口绿灯延长时间表示为：
其中，δgi为第i个交叉口在有轨电车到达时的延长绿灯时间；
描述有轨电车绿波系统基础约束为上行有轨电车在相邻交叉口之间行驶时间与相位差的时间关系，表示为：
其中，θi为第i个交叉口的初始相位差；θi 1为第i 1个交叉口的初始相位差；
ri为第i个交叉口有轨电车通行方向红灯时间；ri 1为第i 1个交叉口有轨电车通行方向红灯时间；
wi为第i个交叉口上行绿灯时间内有轨电车绿波带前侧的绿灯时间；wi 1为第i 1个交叉口上行绿灯时间内有轨电车绿波带前侧的绿灯时间
ci为第i个交叉口信号周期；
ci 1为第i 1个交叉口信号周期；
ti，tram为有轨电车在第i至i 1个交叉口之间的上行行程时间；
mi为表示上行方向运行过程中相邻交叉口相差周期数的整数；
madd，i为表示有轨电车上行运行过程中到达第i个交叉口周期数的不大于
madd，i 1为表示有轨电车上行运行过程中到达第i 1个交叉口周期数的不大于
描述有轨电车通过交叉口时间的约束要求有轨电车到达交叉口时剩余绿灯时间必须满足有轨电车通过交叉口的时间限制，表示为：
其中，gtram，i，min为有轨电车通过第i个交叉口的最小时间。
描述有轨电车旅行时间约束对有轨电车在交叉口之间的行驶时间和停站时间做出限制，表示为：
其中，ti，tram，min为有轨电车在第i至i 1个交叉口之间的最小行程时间，ti，tram，max为有轨电车在第i至i 1个交叉口之间的最大行程时间。
步骤4、求解以最小化有轨电车沿线交叉口绿灯延长时间为目标的优化模型，确定有轨电车沿线交叉口的相位差及有轨电车各路段上的旅行时间，确定有轨电车沿线交叉口的信号控制方案。
该优化模型为混合整数线形规划模型，可以利用matlab中intlinprog函数进行求解。
基于相同的发明构思，本发明提供一种干线有轨电车双向绿波协调控制装置，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述计算机程序被加载至处理器时实现所述的干线有轨电车双向绿波信号协调优化方法。
下面结合一个具体算例对本发明实施例的方法做进一步说明：
(1)设计路段概况
设计路段交通参数、有轨电车运行时间参数如下表1所示。有轨电车发车间隔为1050秒。
表1设计路段交通参数、有轨电车运行时间参数(单位：s)
(2)有轨电车沿线交叉口信号控制基本方案计算
根据webster方法计算得到交叉口最优信号周期、绿信比及调整后的信号周期、有轨电车通行方向绿灯时长如表2所示。
表2有轨电车沿线交叉口信号控制基本方案
(3)有轨电车沿线信号控制优化方案
调整有轨电车沿线交叉口相位差、有轨电车行程时间得到有轨电车沿线交叉口信号控制方案及有轨电车路段旅行时间，如表3、表4所示。在该实施例中，在有轨电车旅行时间稳定的前提下，交叉口2需要在下行有轨电车到达周期延长绿灯时间，延长时间为10秒；交叉口4需要在上行有轨电车到达周期延长绿灯时间2秒。
表3有轨电车运行时间优化结果(单位：s)
表4信号控制方案优化结果(单位：s)
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
本文用于企业家、创业者技术爱好者查询，结果仅供参考。
