本发明涉及城市公共交通系统与信号控制领域，具体涉及一种社会车辆及有轨电车绿波协同控制优化方法。
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。当前研究多关注于制定有轨电车优先控制规则，以在有轨电车优先的过程中尽可能小的影响社会车辆运行但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，在现实中难以完全实现有轨电车的优先权，使得有轨电车运行的准点率难以保障。
为降低对地面交通的干扰，国内外学者研究对有轨电车运营时刻进行优化而不采用优先控制策略。这些方法考虑不同交叉口信号周期时长的影响，通过调整双向各班次有轨电车的发车时刻、路段的行驶速度以及站点停靠时间优化双向有轨电车的运营时间。这些方法往往需要指定较强的假设条件，且难以保证有轨电车运行的准点性。
因此同时提高社会车辆和有轨电车的通行效率是城市交通发展的必要问题。
技术实现要素：
发明目的：为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种社会车辆及有轨电车绿波协同控制优化方法，保障了有轨电车在交叉口连续通行的同时对社会车辆进行绿波控制，提高了有轨电车运行的准点率与地面交通的运行效率。
本发明采用如下技术方案：
本发明所述的社会车辆及有轨电车绿波协同控制优化方法，包括以下步骤：
(1)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干线交通参数；
所述的社会车辆行驶速度参数包括：社会车辆的最大行驶速度、最小行驶速度；
所述有轨电车运行时间和几何参数包括：有轨电车的最大行驶速度、最小行驶速度、有轨电车车长、有轨电车在各个站点的最小停站时间、最大停站时间；
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；
(2)以减少有轨电车二次停车为目标，优化有轨电车站点布设位置；所述有轨电车干线站点均布设在交叉口一侧，即均布设在交叉口上游或下游，且距离交叉口不超过50m；
(3)通过计算有轨电车干线的社会车辆潮汐系数；以最大化得到社会车辆干线双向潮汐系数加权的绿波带宽为目标；
以社会车辆行驶条件约束、有轨电车绿波通过约束为约束条件，构建社会车辆干线绿波信号控制优化模型；
(4)求解以最大化社会车辆干线双向潮汐系数加权的绿波带宽为目标的优化模型，通过目标优化模型确定有轨电车干线交叉口的相位差；
(5)根据步骤(4)中获得的有轨电车干线交叉口的相位差及干线交叉口信号控制方案建立车路协同机制，计算得到有轨电车站点停靠时间。
本发明所述的社会车辆及有轨电车绿波协同控制优化方法，所述步骤(2)中优化有轨电车站点布设位置方法为：
当站点位于有轨电车行进方向交叉口上游50m内时，下行有轨电车可以在站点等待信号灯通行相位，而不需要二次停车，则在进行交叉口信号相位优化时不需要考虑下行有轨电车通行要求。
本发明所述的社会车辆及有轨电车绿波协同控制优化方法，所述步骤(3)中有轨电车干线潮汐系数计算方法为：
根据每个路段上行、下行(本领域中上行、下行用于描述有轨电车行驶方向)的车流量确定各个路段的潮汐系数，根据路段的重要系数对各个路段的潮汐系数进行加权，得到干线潮汐系数；
其中，ki为第i个交叉口至第i 1个交叉口之间路段的潮汐系数；vi,
本发明所述的社会车辆及有轨电车绿波协同控制优化方法，所述步骤(3)中以干线交叉口相位差、社会车辆及有轨电车行程时间为优化对象；优化模型的目标表示为：
其中，b,
本发明所述的社会车辆及有轨电车绿波协同控制优化方法，所述步骤(3)中社会车辆行驶条件约束包含：上下行带宽约束，社会车辆绿波系统基础约束，社会车辆行驶时间约束；
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。
本发明所述的社会车辆及有轨电车绿波协同控制优化方法，所述上下行带宽约束包括：
社会车辆绿波系统基础约束包括：
其中，wi为第i个交叉口上行绿灯时间内，社会车辆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，社会车辆绿波带前侧的绿灯时间；
gi为第i个交叉口干线方向绿灯时间；
θi为第i个交叉口的相位差；
θi 1为第i 1个交叉口的相位差；
ri为第i个交叉口干线方向红灯时间；
ri 1为第i 1个交叉口干线方向红灯时间；
ti,*a，，为社会车辆在第i至i 1个交叉口之间的上行行程时间；
τi,为第i个交叉口上行排队车辆清空时间；
τi 1为第i 1个交叉口上行排队车辆清空时间；
c为交叉口信号周期；
mi为表示相邻第i个交叉口相差周期数的整数；
社会车辆行驶时间约束包括：
其中，ti,car,min为社会车辆在第i至i 1个交叉口之间的最小行程时间，ti,car,max为社会车辆在第i至i 1个交叉口之间的最大行程时间；
所述有轨电车绿波系统基础约束包括：
其中，wi,tram为第i个交叉口绿灯时间内，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,tram为表示相邻交叉口相差周期数的整数；
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。
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。
本发明所述的社会车辆及有轨电车绿波协同控制优化方法，所述步骤(5)中有轨电车站点停靠时间计算方法为：根据干线交叉口信号控制方案建立车路协同机制；
建立车路协同机制：当下行有轨电车到达位于有轨电车行进方向交叉口上游50m内的站点时，若交叉口信号相位不允许有轨电车通过交叉口，则下行有轨电车在站台内延长停站时间至有轨电车通行方向绿灯启亮；
所述的交叉口信号相位不允许有轨电车通过交叉口的情况包括：有轨电车通行相位为红灯和有轨电车通行相位的剩余绿灯时长小于有轨电车通过交叉口的最小时间；
所述的下行有轨电车在站台内延长停站时间为车站点停靠时间，该车站点停靠时间通过相位差相互制约。
有益效果：
本发明提供社会车辆及有轨电车绿波协同控制优化方法，通过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干线交通参数；以减少有轨电车二次停车为目标，优化有轨电车站点布设位置；计算有轨电车干线潮汐系数并通过调节干线各交叉口相位差以及社会车辆和有轨电车行驶时间最大化社会车辆干线双向潮汐系数加权的绿波带宽，求解出有轨电车干线交叉口的相位差。
基于优化后的干线交叉口信号控制方案建立车路协同机制，计算有轨电车站点停靠时间。该方法利用站点布设位置协调干线交叉口信号方案，实现干线社会车辆的绿波控制并避免有轨电车在交叉口的二次停车，保障地面交通的运行效率与有轨电车运行的准点率。
附图说明
图1为本发明实施例的方法流程图。
图2为本发明实施例中示例的路段社会车辆及有轨电车绿波图；
图中t为时间，x为位置。
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社会车辆及有轨电车绿波协同控制优化方法，首先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干线交通参数并计算有轨电车干线潮汐系数；然后以减少有轨电车二次停车为目标，优化有轨电车站点布设位置；接着通过调节干线各交叉口相位差以及社会车辆和有轨电车行驶时间最大化社会车辆干线双向潮汐系数加权的绿波带宽，求解出有轨电车干线交叉口的相位差。基于优化后的干线交叉口信号控制方案建立车路协同机制，计算有轨电车站点停靠时间。该方法利用站点布设位置协调干线交叉口信号方案，实现干线社会车辆的绿波控制并避免有轨电车在交叉口的二次停车，保障地面交通的运行效率与有轨电车运行的准点率。
本发明实施例公开的一种社会车辆及有轨电车绿波控制优化方法，具体包括以下步骤：
步骤1、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干线交通参数，计算有轨电车干线潮汐系数。
需调查获取的社会车辆行驶速度参数包括社会车辆的最大行驶速度vi，car，max和最小行驶速度vi,car,min；有轨电车运行时间和几何参数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、有轨电车车长l、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；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vi,
步骤2、以减少有轨电车二次停车为目标，优化有轨电车站点布设位置。有轨电车干线站点均布设在交叉口一侧，即均布设在交叉口上游或下游，且距离交叉口不超过50m。本实施例以站点均布设在交叉口上游为例进行说明，均布设在下游的情况与此对称。在此布设条件下，下行有轨电车可以在站点等待信号灯通行相位，而不需要二次停车，则在进行交叉口信号相位优化时不需要考虑下行有轨电车通行要求。在步骤5中计算下行有轨电车站点停靠时间。
步骤3、计算有轨电车干线潮汐系数，构建以最大化社会车辆干线双向潮汐系数加权的绿波带宽为目标的优化模型，调节干线各交叉口相位差以及社会车辆和有轨电车行驶时间实现社会车辆干线双向潮汐系数加权的绿波带宽最大化。
根据每个路段上下行的车流量确定各个路段的潮汐系数，根据路段的重要系数对各个路段的潮汐系数进行加权，得到干线潮汐系数。
其中，ki为第i个交叉口至第i 1个交叉口之间路段的潮汐系数；vi,
所述优化模型的约束包含社会车辆行驶条件约束和有轨电车绿波通过约束，其中社会车辆行驶条件约束包括上下行带宽约束，社会车辆绿波系统基础约束，社会车辆行驶时间约束；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，社会车辆干线双向潮汐系数加权的绿波带宽表示为：
其中，b,
描述社会车辆上下行带宽的约束要求车流量较大方向的带宽更大，表示为：
描述社会车辆绿波系统的基础约束对绿波位置位于绿灯时间内以及相邻交叉口之间相位时间关系进行约束，表示为：
其中，wi,
描述社会车辆行驶时间约束要求社会车辆在路段上的行驶速度不超过限制的最大速度且不小于规定的最小速度，因而对社会车辆在路段上的形式时间产生约束，表示为：
其中，ti,car,min为社会车辆在第i至i 1个交叉口之间的最小行程时间，ti,car,max为社会车辆在第i至i 1个交叉口之间的最大行程时间。
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，wi,tram为第i个交叉口绿灯时间内，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,tram为表示相邻交叉口相差周期数的整数。
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、求解以最大化社会车辆干线双向潮汐系数加权的绿波带宽为目标的优化模型，确定有轨电车干线交叉口的相位差及社会车辆、有轨电车各路段上的旅行时间。
步骤5、根据干线交叉口信号控制方案建立车路协同机制，计算有轨电车站点停靠时间。基于优化后的干线交叉口信号控制方案，建立车路协同机制，当下行有轨电车到达位于有轨电车行进方向交叉口上游50m内的站点时，若交叉口信号相位不允许有轨电车通过交叉口，则下行有轨电车在站台内延长停站时间至有轨电车通行方向绿灯启亮。所述的交叉口信号相位不允许有轨电车通过交叉口的情况包括有轨电车通行相位为红灯和有轨电车通行相位的剩余绿灯时长小于有轨电车通过交叉口的最小时间。
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，本发明提供一种社会车辆及有轨电车绿波控制优化装置，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社会车辆及有轨电车绿波控制优化方法。
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、社会车辆及有轨电车运行时间参数如下表1所示。设计路段潮汐系数为0.7，有轨电车发车间隔为1050秒，交叉口信号周期为105秒。
表1设计路段交通参数、社会车辆及有轨电车运行时间参数
(2)有轨电车站点布设位置
有轨电车行进方向交叉口上游50m内均布设有有轨电车站台，站台采用路中式布设方式，上下行有轨电车共用同一站台。
(3)有轨电车干线潮汐系数计算
表2潮汐系数计算
注：上表中，
(4)有轨电车干线信号控制方案确定
在潮汐系数为0.7的情况下各交叉口相位相位差调整及社会车辆和上行有轨电车行驶时间，上下行带宽分别为37秒、27秒。
表3优化结果(单位：s)
(5)下行有轨电车站点停靠时间计算
根据上述干线信号控制方案，当下行有轨电车在交叉口遇到不可通行相位时将延长停站时间，以避免在交叉口的二次停车并观察交叉口交通状况，得到下行有轨电车停站时间如下。
表4下行有轨电车运行时间(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。
