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考虑动态车速的双周期干线信号协调控制多目标优化

张靖思 李振龙 邢冠仰

张靖思, 李振龙, 邢冠仰. 考虑动态车速的双周期干线信号协调控制多目标优化[J]. 交通信息与安全, 2021, 39(3): 60-67. doi: 10.3963/j.jssn.1674-4861.2021.03.008
引用本文: 张靖思, 李振龙, 邢冠仰. 考虑动态车速的双周期干线信号协调控制多目标优化[J]. 交通信息与安全, 2021, 39(3): 60-67. doi: 10.3963/j.jssn.1674-4861.2021.03.008
ZHANG Jingsi, LI Zhenlong, XING Guanyang. Multi-Objective Optimization for Coordinated Control of Double-cycling Arterial Signals Considering Dynamic Vehicle Speeds[J]. Journal of Transport Information and Safety, 2021, 39(3): 60-67. doi: 10.3963/j.jssn.1674-4861.2021.03.008
Citation: ZHANG Jingsi, LI Zhenlong, XING Guanyang. Multi-Objective Optimization for Coordinated Control of Double-cycling Arterial Signals Considering Dynamic Vehicle Speeds[J]. Journal of Transport Information and Safety, 2021, 39(3): 60-67. doi: 10.3963/j.jssn.1674-4861.2021.03.008

考虑动态车速的双周期干线信号协调控制多目标优化

doi: 10.3963/j.jssn.1674-4861.2021.03.008
基金项目: 

北京市交通行业科技项目 2020-kjc-02-180

详细信息
    作者简介:

    张靖思(1993—),硕士研究生.研究方向:交通控制.E-mail:zhangjingsi6514@163.com

    通讯作者:

    李振龙(1976—),博士,副教授.研究方向:智能交通.E-mail:lzl@bjut.edu.cn

  • 中图分类号: U491.54

Multi-Objective Optimization for Coordinated Control of Double-cycling Arterial Signals Considering Dynamic Vehicle Speeds

  • 摘要: 干线协调控制通常以干线方向通行效率最大为目标,导致一些小型交叉口次路方向延误较大。针对该问题,基于车路协同环境,研究了车速引导下的双周期干线多目标优化方法。针对上游交叉口饱和交通流与非饱和交通流2种情况,提出了考虑排队消散和相位差的动态车速引导模型。以干线延误、通行能力、停车次数,双周期交叉口次路方向延误为优化目标,构建了车速引导下的双周期干线多目标优化模型,采用遗传算法对模型进行求解。基于COM接口,采用Python和Vissim搭建车路协同仿真环境,以北京市两广路的3个路口为例进行仿真验证。对比了本文模型与原配时方案、无车速引导下双周期干线多目标优化模型的效果,结果表明,本文模型相比于原配时方案和无车速引导下多目标优化模型,干线平均延误分别减少19.6%,8.3%,通行能力分别提升5.6%,8.4%,平均停车次数分别减少11.2%,24.2%,双周期交叉口次路方向平均延误分别减少33.9%,5.8%,表明本文模型将速度引导与多目标优化相结合,提高了双周期干线的通行效率,降低了双周期交叉口次路方向的延误,达到了干线和双周期交叉口共同优化的目的。

     

  • 图  1  干线上下行协调车流时距图

    Figure  1.  Time interval for both directions

    图  2  广安门内大街某路段示意图

    Figure  2.  Section of the Guanganmen Inner Street

    图  3  模型优化与仿真流程图

    Figure  3.  Flow of speed guidance

    表  1  交叉口现状信号配时方案及平峰流量数据

    Table  1.   Original signal timing schemes and off-peak time volume of intersections

    交叉口 相位 绿灯时间/s 黄灯时间/s 全红时间/s 周期/s 流量/pcu
    东(南)进口 西(北)进口
    1牛街 东西直行 89 4 2 218 814 686
    东西左转 31 4 2 87 90
    南北直行 43 4 2 445 432
    南北左转 31 4 2 156 103
    2教子
    胡同
    东西直行 100 4 2 218 816 766
    东西左转 37 4 2 203 112
    南北直左 63 4 2 340 308
    3菜市口 东西直行 85 4 2 218 712 807
    东西左转 33 4 2 235 124
    南北直行 45 4 2 479 545
    南北左转 31 4 2 231 114
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    表  2  信号配时参数取值范围

    Table  2.   Range of signal-timing parameters

    参数 取值范围
    周期/s 120≤C≤190 60≤Cm≤95
    绿灯时间/s 40≤g11(g31)≤70 20≤g21≤36
    11≤g22≤20
    20≤g23≤30
    20≤g12(g32)≤32
    28≤g13(g33)≤45
    20≤g14(g34)≤31
    相位差/s 0≤Offset12Cm 0≤Offset23C
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    表  3  各交叉口优化后的配时方案

    Table  3.   Optimized signal timing schemes for each intersection

    交叉口 相位 无车速引导的双周期干线多目标优化模型结果 车速引导下的双周期干线多目标优化模型结果
    绿灯时间/s 相位差/s 绿灯时间/s 相位差/s
    1牛街 东西直行 74 Offset12=31
    Offset23=63
    49 Offset12=29
    Offset23=64
    东西左转 25 28
    南北直行 38 38
    南北左转 29 27
    2教子胡同 东西直行 33 24
    东西左转 18 18
    南北直左 26 23
    东西直行 73 48
    3菜市口 东西左转 31 29
    南北直行 35 38
    南北左转 27 27
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    表  4  各方案仿真结果

    Table  4.   Simulation results of each scheme

    方案 干线车均延误/(s/pcu) 干线通行能力/(pcu/h) 干线平均停车次数/(次/pcu) 双周期交叉口次路方向车均延误/(s/pcu)
    原配时方案 277.13 1 582.00 6.49 61.49
    无车速引导下双周期多目标优化 242.86 1 542.00 7.60 43.13
    本文优化方案 222.71 1 671.00 5.76 37.06
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    表  5  优化结果对比

    Table  5.   Comparison of the optimization results

    结果对比 变化率/%
    干线车均延误 干线通行能力 干线平均停车次数 双周期交叉口次路方向车均延误
    本文相对于原方案 -19.6 5.6 -11.2 -33.9
    本文相对于无车速引导方案 -8.3 8.4 -24.2 -5.8
    无车速引导方案相对于原方案 -12.4 -2.5 17.1 -29.9
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