考虑左转汇入的干线协调控制与速度引导优化 (1).pdf
《考虑左转汇入的干线协调控制与速度引导优化 (1).pdf》由会员分享,可在线阅读,更多相关《考虑左转汇入的干线协调控制与速度引导优化 (1).pdf(7页珍藏版)》请在咨信网上搜索。
1、第 40 卷第 9 期2023 年 9 月控 制 理 论 与 应 用Control Theory&ApplicationsVol.40 No.9Sep.2023考考考虑虑虑左左左转转转汇汇汇入入入的的的干干干线线线协协协调调调控控控制制制与与与速速速度度度引引引导导导优优优化化化杨晓芳,李婷瑞(上海理工大学 管理学院,上海 200093)摘要:考虑到相交道路左转汇入车流对干线协调效率的影响,本文以绿波带宽最大为目标提出了干线协调控制下直行车辆及左转汇入车辆的速度引导模型.首先,在干线绿波控制(Maxband)模型的基础上确定干线直行车辆的可通行时间,引导干线直行车辆在绿波时间段内到达交叉口;然
2、后,加入控制左转汇入车辆的通行时间方程,引导左转汇入车辆在不影响干线协调控制的时间内通过交叉口,与干线直行车辆实现时间上的分离;最后,基于VISSIM和MATLAB进行仿真实验,结果表明本文提出的优化模型可以有效提高干线交叉口的通行效率.关键词:智能交通;速度引导;左转汇入;干线协调控制;车联网引用格式:杨晓芳,李婷瑞.考虑左转汇入的干线协调控制与速度引导优化.控制理论与应用,2023,40(9):1595 1601DOI:10.7641/CTA.2022.20025Optimization of arterials coordination control and speed guidanc
3、econsidering the convergence of left-turning vehiclesYANG Xiao-fang,LI Ting-rui(Business School,University of Shanghai for Science and Technology,Shanghai 200093,China)Abstract:Considering the influence of the left-turn merging traffic of the intersecting roads on the efficiency of arterialcoordinat
4、ion,this paper proposes a speed guidance model for straight-line vehicles and left-turn merging vehicles underarterial coordination control with the objective of maximizing the green wave bandwidth.Firstly,the passable time of thetrunk line direct traffic is determined on the basis of the trunk line
5、 green wave control(Maxband)model to guide the trunkline direct traffic to reach the intersection within the green wave time period;then the equation of the passable time forcontrolling the left-turning merging vehicles is added to guide the left-turning merging vehicles to pass the intersectionwith
6、in the time that does not affect the trunk line coordination control and achieve the time separation from the trunk linedirect traffic;finally,simulation experiments based on the VISSIM and MATLAB are conducted,and the results show thatthe optimization model proposed in this paper can effectively im
7、prove the traffic efficiency of the arterial intersection.Key words:intelligent transportation;speed guidance;left turn;line coordination control;connected vehicleCitation:YANG Xiaofang,LI Tingrui.Optimization of arterials coordination control and speed guidance consideringthe convergence of left-tu
8、rning vehicles.Control Theory&Applications,2023,40(9):1595 16011引引引言言言城市干线是城市道路网络的动脉,承担了大量的城市交通,提升干线协调控制的效率对缓解城市交通拥堵具有重要意义.但是传统的干线协调在实际运用当中会受到道路条件的影响,协调效率低于理想状态,单从交叉口的信号控制缓解交通拥堵存在一定的局限性1.随着互联网及无线通信技术的发展,使用新的智能技术来改变交通拥堵成为未来交通发展的趋势,在此基础上开展车辆主动控制和道路交叉口的协同控制成为研究热点之一.Abu-Lebdeh2研究了智能交通设施用于信号控制的可行性.目前交叉口信
9、号控制与速度引导的集成研究可分为被动控制与主动控制.被动控制的交叉口信号控制方案不变,如Yang等3以减少车辆停车次数为目标,在干线信号协调控制的基础上提出了车辆的速度引导模型,该模型中干线交叉口的信号控制方案不变,以最优车速为研究对象,但没有考虑车辆排队及多车协同问题;Tang等4以跟驰车队为对象,以最少油耗为目标进行多交叉口的速度诱导;Yang等5考虑单交叉口车辆排队,引导车辆在排队消散时到达交叉收稿日期:20220110;录用日期:20220811.通信作者.E-mail:tingrui ;Tel.:+86 15821720694.本文责任编委:贾英民.国家自然科学基金项目(513084
10、09),上海市浦江人才计划项目(15PJC075)资助.Supported by the National Natural Science Foundation of China(51308409)and the Shanghai Pujiang Talent Plan Project(15PJC075).1596控 制 理 论 与 应 用第 40 卷口以减少车辆的停车次数及等待时间;He等6考虑干线交叉口车辆排队,提出了多阶段车速控制模型;Niu和Sun7对绿灯速度引导和生态速度引导进行介绍,通过比较两种引导模型,发现司机更倾向于生态速度引导驾驶;Liu等1提出基于互联网环境下车辆的单车引导
11、及多车协同引导算法;徐丽萍和邓明君8综合考虑引导场景划分、车辆跟驰、车队识别等问题提出不同场景下车辆速度引导模型;李鹏凯等910分别给出单交叉口单车速度引导模型和多车协同引导模型;Ta-jalli和Hajbabaie11以减少车辆行程时间、速度方差和停车次数为目标,提出动态速度的非线性数学模型.上述研究对车辆进行速度引导,但信号灯方案不变,仍存在一些不足.主动控制是在被动控制的基础上对车流数据进行分析,实时调整信号方案,实现信号交叉口和车辆速度引导的协同控制,Chen和Sun12针对交叉口间距和不同的交通特性对干线信号协调控制的影响设计了基于于滚动时域法的动态引导策略;Ye等13提出一种基于V
12、2X(vehicle-to-everything)的绿波最优速度引导系统及最优速度的计算方法;梅朝辉14以车队进行速度引导,实现速度引导与干线协调控制的协同控制;王东磊15在研究传统绿波引导速度模型的基础上建立模糊引导策略,给出了VISSIM速度引导策略的VB程序;吴伟等16建立了速度与相位差的优化模型;荆彬彬等17针对干线车辆周期性停车提出了协调控制方法;龙科军等18提出一种干线信号协调控制与车辆速度主动引导的集成优化方法,可以同时优化信号配时参数和车辆引导速度;蒋贤才等19根据车辆进入路段时间确定下游交叉口信号控制方案,以形成饱和车队为目标制定了速度诱导策略.前人研究中,将速度引导与干线信
13、号协调相结合,解决了传统干线协调控制无法克服车辆到达具有随机性与波动性的问题,但是考虑相交道路转向汇入车流对干线协调影响的研究较少.在转向车流较多的交叉口,如果缺少对转向汇入车辆进行控制,干线协调的效率将受到影响.常玉林等20考虑了左转相位时间的早断和滞后,但缺少了对左转车辆速度引导控制的内容.为达到主干路直行车辆和相交道路左转车辆的双重效益,本文基于结合干线协调控制对干线车流及相交道路左转汇入车流进行速度引导,提升绿波时段内主干线车流的通过效率,以及相交道路左转汇入车流的通过效率,进而将节省的干线直行相位时间用于左转汇入车流,使汇入的车流进入绿波协调控制系统,以提升交叉口的整体效益.2研研研
14、究究究对对对象象象及及及速速速度度度引引引导导导策策策略略略研究对象为干线直行车流(图1(a)中实线表示)及相交道路左转汇入车流(图1(a)中虚线表示),两股车流在下游交叉口均直行通过交叉口,当相交道路左转汇入车流较多时会影响干线直行车流的通行时间.为保证两股车流的双重效益对下游交叉口的直行相位时间进行合理的分配,引导干线直行车流在左转汇入车流通过后的绿灯时间内到达交叉口.如图1(b)所示,G1为用于左转汇入车流的时间,G2为用于干线直行车流的时间.考虑左转汇入的干线协调控制下速度引导策略,其基本原理是通过车辆和信号交叉口之间的信息交互,对车辆采用合适的引导以提高干线协调控制的效率.?G1G2
15、?1(a)干线交叉口示意图?G1G2(b)绿灯时间分配示意图图 1 研究干线交叉口Fig.1 Diagram of the studied arterial intersections干线直行车流的通行时间以干线绿波带宽为基础,根据车流条件确定初始绿波带宽,引导干线直行车流在绿波时间段内到达交叉口.红灯结束至绿波带宽左侧时间i为用于相交道路左转汇入车流可用的初始通行时间.当左转汇入干线的车辆较多时,如果i较小,汇入干线直行的车流无法在绿灯期间通过下游交叉口,导致车流的排队,进而影响干线直行车流的通行效益.此时确定i的取值,引导左转汇入干线的车流在该时段通过交叉口,继而不停车通过下游交叉口,提升
16、绿波时段内车流的通行效率.具体的控制流程如图2所示.3优优优化化化模模模型型型本文将在干线绿波协调控制的基础上加入速度引导,在最大化绿波带宽的基础上减少车辆停车次数,实现干线直行车辆和相交道路左转汇入车辆的协同优化.为简化问题,做出如下假设:1)车辆严格服从车速引导策略;2)不考虑公交车、非机动车和行人的影响;第 9 期杨晓芳等:考虑左转汇入的干线协调控制与速度引导优化15973)假设车辆在进入引导区域之前已完成换道行为,之后不再换道.?1?,?0?确定初始绿波带宽?图 2 速度引导策略流程Fig.2 Speed guidance flow chart3.1绿绿绿波波波带带带宽宽宽模模模型型型
17、提升干线直行车流及相交道路左转汇入车流的通行效率,需要在保证干线车流不被影响或影响较小的条件下,确定下游交叉口两股车流的通行时间G1和G2.干线直行车流的通行时间G2的确定以绿波带宽为基础,绿波协调控制时空图如图3所示,确定初始绿波带宽,引导干线直行车流在绿波时间段内到达交叉口.?1?1?,?1?,?1?,?1?1?/s?,?1?1O?/m图 3 绿波协调控制时空图Fig.3 Space-time diagram of green wave coordination control图3中:bi,bi分别为交叉口i上行、下行方向的绿波带宽;ri,ri+1分别为交叉口i,i+1协调相位红灯时长;w
18、i,wi+1分别为交叉口i,i+1上行方向红灯结束至绿波带开始时刻边缘之间的时间间隔;wi,wi+1分别为交叉口i,i+1下行方向绿波带右侧边缘至绿灯结束时刻之间的时间间隔;ti,i+1,ti,i+1分别为交叉口i至i+1和交叉口i+1至i路段上的行程时间;i,i+1为上行方向交叉口i至i+1以红灯中点为标准定义的相位差;i,i+1为下行方向交叉口i+1至i以红灯中点为标准定义的相位差.本文以红灯中点为标准定义相位差,可建立以下等式约束:i,i+1+wi+1+0.5ri+1=ti,i+1+wi+0.5ri,(1)i,i+1+wi+1+0.5ri+1=ti,i+1+wi+0.5ri,(2)i,i
19、+1+i,i+1=mi,i+1C,(3)式中:C为公共周期时长(s);mi,i+1为交叉口i和i+1的相位差方程式系数,取正整数.wi,wi,wi+1,wi+1既要满足相交道路左转车辆进入主干路通过下个交叉口的清空时间,又要满足有效绿灯时间约束:i6wi6gi bi,(4)i6wi6gi bi,(5)i+16wi+16gi+1 bi,(6)i+16wi+16gi+1 bi,(7)式中:i,i+1分别为上行方向交叉口i 1,i相交道路左转车辆进入主干路通过交叉口i,i+1的时间(s);i,i+1分别为下行方向交叉口i,i+1相交道路左转车辆进入主干路通过交叉口i 1,i的时间;gi,gi+1分别
20、为交叉口i,i+1协调相位的有效绿灯时间(s).3.2速速速度度度引引引导导导模模模型型型速度引导是根据当前车辆位置和交叉口信号灯状态,采取不同的加速、匀速或减速行驶策略,使得车辆在最佳时刻到达交叉口的方式.3.2.1直直直行行行车车车辆辆辆速速速度度度引引引导导导模模模型型型车辆的引导策略与车辆进入引导区域时信号灯的状态有关,如图4所示,左至右3条虚线分别代表车辆减速、保持原速、加速通过交叉口的3种情形.对于干线直行车辆,采取的引导原理为:引导车辆加速或减速行驶,使得车辆在绿波时间段内到达第1个交叉口,后以绿波速度不停车通过下一交叉口,以减少车辆的停车次数和停车时间.具体引导策略如下:1)车
21、辆在tc ta时刻进入引导区域时,车辆以最大速度无法在绿灯期间通过交叉口i,此时引导车辆减速行驶至绿波开始时刻,继而以绿波速度通过下一个交叉口.此时引导模型公式为v(i,j)=L0Tigt(2)+wi t,(8)ta=Tigt+wiL0Vfree+ta tcCq1ih,(9)tc=Tigt+wi+biL0Vmax,(10)1598控 制 理 论 与 应 用第 40 卷式中:v(i,j)表示交叉口i协调车辆j的引导速度;L0为直行车辆引导距离;t为车辆进入引导区域时刻;Tigt为图2所示交叉口i直行方向绿灯开始时刻,Tigt(2)为交叉口i下一周期直行绿灯开始时刻;q1i为交叉口i每个车道直行的
22、车流量;tc为直行车辆需减速行驶的开始时刻,也是车辆需加速行驶的结束时刻;ta为直行车辆需减速行驶的结束时刻,也是车辆按自由流速行驶的开始时刻;Vfree为自由流行驶速度,Vmax为道路允许最大行驶速度.2)车辆在ta tb时刻进入引导区域时,车辆保持原速可以在绿波时段内通过交叉口,此时无需引导,v(i,j)=Vfree,(11)tb=Tigt+wi+biL0Vfree,(12)式中tb为车辆按自由流速行驶的结束时刻,也是车辆需加速行驶的开始时刻.3)车辆tb tc时刻进入引导区域时,车辆需加速在绿波时间结束之前通过交叉口,此时引导公式为v(i,j)=L0Tigt+wi+bi t.(13)?V
23、maxVmin?/m?1?0?0?1?o?a?a?b?c?gt?gt?gl(2)(2)(2)?1gl?1gt?1?1gt?1gl?/s图 4 直行车辆车速引导示意图Fig.4 Space-time diagram of straight vehicle guidance3.2.2左左左转转转汇汇汇入入入车车车辆辆辆速速速度度度引引引导导导模模模型型型当相交道路左转汇入车流较多时,左转汇入车辆在下个交叉口会占用主干路直行车辆的绿灯时间.为保证主干路直行车辆的通行时间,需要对相交道路左转交通量进行控制.如图5所示,通过缩短一定左转车辆的通过时间T来达到控制左转车辆的目的.用于上游交叉口左转车辆汇入
24、的直行绿灯时间i+1需满足Tigt Tigl Tni+1,(14)式中:Tigt为交叉口i图示左转方向绿灯开始时刻,Tigl为交叉口i+1图示直行方向绿灯开始时刻,Tigt Tigl即交叉口i相交道路左转的绿灯时长;n为清空时间i+1的决定因子,为干线中直行的车道数量.相交道路左转汇入的车流在通过交叉口后进行换道,继续直行的车流量均分给各直行车道.对于左转汇入车辆采取的引导原理为,引导车辆加速或减速行驶,使得车辆在确定的左转相位时间段内通过第1个交叉口,后引导车辆在绿灯时间内通过下游交叉口,以减少车辆的停车次数和停车时间.具体引导策略如下.引导策略:1)车辆在t3 t1时刻进入引导区域时,车辆
25、需减速,使得行驶至交叉口i时左转绿灯刚好启动.此时引导公式为v(i,j)=d0Tigl t,(15)t1=Tigld0Vfree+t1 t3Cq2ih,(16)t3=Tigt T d0Vmax,(17)式中:Tigl为图3所示交叉口i左转方向绿灯开始时刻;d0为左转车辆引导距离;q2i为交叉口i左转汇入直行的车流量.2)车辆在t1 t2时刻进入引导区域时,车辆按照自由流速度通过交叉口;v(i,j)=Vfree,(18)t2=Tigt T d0Vfree.(19)3)车辆在t2 t3时刻进入引导区域时,车辆需加速通过.此时引导公式为v(i,j)=d0Tigt T t.(20)车辆通过交叉口i后,
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 考虑左转汇入的干线协调控制与速度引导优化 1 考虑 左转 汇入 干线 协调 控制 速度 引导 优化
1、咨信平台为文档C2C交易模式,即用户上传的文档直接被用户下载,收益归上传人(含作者)所有;本站仅是提供信息存储空间和展示预览,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对上载内容不做任何修改或编辑。所展示的作品文档包括内容和图片全部来源于网络用户和作者上传投稿,我们不确定上传用户享有完全著作权,根据《信息网络传播权保护条例》,如果侵犯了您的版权、权益或隐私,请联系我们,核实后会尽快下架及时删除,并可随时和客服了解处理情况,尊重保护知识产权我们共同努力。
2、文档的总页数、文档格式和文档大小以系统显示为准(内容中显示的页数不一定正确),网站客服只以系统显示的页数、文件格式、文档大小作为仲裁依据,个别因单元格分列造成显示页码不一将协商解决,平台无法对文档的真实性、完整性、权威性、准确性、专业性及其观点立场做任何保证或承诺,下载前须认真查看,确认无误后再购买,务必慎重购买;若有违法违纪将进行移交司法处理,若涉侵权平台将进行基本处罚并下架。
3、本站所有内容均由用户上传,付费前请自行鉴别,如您付费,意味着您已接受本站规则且自行承担风险,本站不进行额外附加服务,虚拟产品一经售出概不退款(未进行购买下载可退充值款),文档一经付费(服务费)、不意味着购买了该文档的版权,仅供个人/单位学习、研究之用,不得用于商业用途,未经授权,严禁复制、发行、汇编、翻译或者网络传播等,侵权必究。
4、如你看到网页展示的文档有www.zixin.com.cn水印,是因预览和防盗链等技术需要对页面进行转换压缩成图而已,我们并不对上传的文档进行任何编辑或修改,文档下载后都不会有水印标识(原文档上传前个别存留的除外),下载后原文更清晰;试题试卷类文档,如果标题没有明确说明有答案则都视为没有答案,请知晓;PPT和DOC文档可被视为“模板”,允许上传人保留章节、目录结构的情况下删减部份的内容;PDF文档不管是原文档转换或图片扫描而得,本站不作要求视为允许,下载前自行私信或留言给上传者【自信****多点】。
5、本文档所展示的图片、画像、字体、音乐的版权可能需版权方额外授权,请谨慎使用;网站提供的党政主题相关内容(国旗、国徽、党徽--等)目的在于配合国家政策宣传,仅限个人学习分享使用,禁止用于任何广告和商用目的。
6、文档遇到问题,请及时私信或留言给本站上传会员【自信****多点】,需本站解决可联系【 微信客服】、【 QQ客服】,若有其他问题请点击或扫码反馈【 服务填表】;文档侵犯商业秘密、侵犯著作权、侵犯人身权等,请点击“【 版权申诉】”(推荐),意见反馈和侵权处理邮箱:1219186828@qq.com;也可以拔打客服电话:4008-655-100;投诉/维权电话:4009-655-100。