区域交通协调控制新技术

7、协调控制下的单交叉口配时优化
全局 最优 单点 最优
协调控制下的 单点优化
7、协调控制下的单交叉口配时优化
基于群决策协调控制理论的单交叉口配时优化
单交叉 口决策 体1
决策体目标 延误最小 停车最少 排队最短 通行能力最大
单交叉 口决策 体N
区域决 策体
单交叉 口决策 体2
……
7、协调控制下的单交叉口配时优化
停车延误协调控制模型
情形一：行驶车队 在一个以红灯启亮为起 始的信号周期之内到达 行驶车队到达下游 交叉口进口道的时刻 （相邻交叉口相位差） 将对平均延误时间dLA 产生一定影响，但却不 会影响到平均过剩滞留 车辆数NS与平均停车 次数hLA的大小。
饱和状态下车辆到达-驶离曲线（情形一）
4、饱和状态下的协调控制
1、自由流状态 2、畅行流状态 3、饱和流状态
道路数据采集 4、同步流状态 交通模式分析与识别 5、堵塞状态 状态转变
交通系统相态辨识及演化预测
技术路线
广州某路段交通相态分布及转变
技术流程
区域交通协调控制策略
逐级协调， 逐级协调，兼容并包 逐级协调是指按照优先级从高到低对逐条干道进行协调； 兼容并包是指将协调级低的单交叉口囊括到相近的区域。 疏畅堵点， 疏畅堵点，优先公交 以疏导区域内瓶径交叉口、拥堵交叉口的交通为主 对区域内的公交经过交叉口实施优先信号控制 动态感知， 动态感知，主动控制 依靠先进的交通信息采集技术，动态感知交通信息； 根据交通状态变化趋势，提前执行主动控制方案，避免发生交通阻塞
边界主动控制模型
n
车辆数 A*(t) 路网最大 容量 A(t) 到达曲线 L*(t)
u
u
L(t) 离去曲线 时间
t
该模型基于预测的交通量，合理控制进入路网的流量， 有效避免路 网在交通需求远大于供给能力时发生排队溢出甚至死锁，最大化路网通 行能力，降低路网总延误及停车次数，变被动控制为主动控制。
技术流程
重大技术支持
国家863计划项目
“交通控制协调交互技术” （2006～2008）
国家自然科学基金项目
“基于群决策理论的交通区域协调控制理论与方法研究” （2009～2011） “基于群体动力学的交叉口群协调控制理论与方法研究” （2012～2015）
教育部高校博士点基金
“协调控制子区划分理论与配时优化方法的研究与应用”（2009～2011）
区域交通协调控制新技术
华南理工大学智能交通系统与物流技术研究所所长 徐建闽 教授 2011年 2011年9月
演讲大纲
城市交通问题及原因分析 区域交通协调控制系统关键技术 一种区域交通协调控制新技术 康安达系统应用案例
城市交通面临的问题
交通拥挤
交通污染
城市交通面临的一系列问题
安全隐患
城市阴霾
“交通拥堵”这个现代“城市病”的最典型症候已经在中国各大 城市显现，并在向二、三线城市蔓延。 据统计，全国667个城市中， 约有三分之二的城市交通在高峰时段出现拥堵。
4、饱和状态下的协调控制
潮汐流下的红绿波协调控制模型
距 离
t gdj1
O ji + K ji ⋅ C
Oij + Kij ⋅ C
t gdj 2
tuj1 tuj 2
Ij b
di
主干道上行绿灯 主干道下行绿灯
主干道双向红灯
Ii
பைடு நூலகம்tui1 tui 2
trdi1
tij
trdi 2
t ji
时间
基于流量均分与交通管控的策略，利用绿波协调控制中的时距 分析方法，建立了混合整数线性规划模型，该模型能够针对潮汐流 分别实施红波控制和绿波控制；通过调整目标函数中的红波权重因 子，能够满足不同的交通控制需求，以适应不同的交通状况。
以第i个交叉口的 第j个进口的第k类 车道（i，j，k）为 例，行驶车队在下 游交叉口进口道（i， j，k）的基准阻滞 停车延误分析。
qS(i,j,k) tFG(i,j,k) T0 T2 红灯
N(i,j,k)
(a) 车队头车受阻且延误呈三角形
(b) 车队非头车受阻且延误呈三角形
车 辆 数 dE(i,j,k) q(i,j,k) qS(i,j,k) tFG(i,j,k) T0 T2 红灯 绿灯 T1 红灯 绿灯 时间 N(i,j,k) hE(i,j,k)
停车延误协调控制模型
情形二：行驶车队 跨越一个以红灯启亮为 起始的信号周期到达 行驶车队到达下游 交叉口进口道的时刻 （相邻交叉口相位差） 将对平均过剩滞留车辆 数NS、平均停车次数 hLA、以及平均延误时 间dLA均产生一定影响。
饱和状态下车辆到达-驶离曲线情形二
技术流程
4、饱和状态下的协调控制
北京、天津、上海和重庆等城市谋划“十二五”发展时，均把 “不堵车”列为具体目标。
城市交通问题原因分析
演讲大纲
城市交通问题及原因分析 区域交通协调控制系统技术体系 一种区域交通协调控制新技术 康安达系统应用案例
研究背景
传统交通信号控制系统缺陷
交通控制子区方面：传统的控制系统中，子区划分很难做到实时动态划 分，如广州使用的SCATS采用的是半动态的子区划分方式，SCOOT采用 的是静态分区控制。 交通控制参数优化方面：传统的控制系统受到模型精度等因素的限制， 很选取到最优的交通控制参数，如采用预案设置方式的SCATS系统只能 根据当前交通流状态投票选用一组之前设定好的控制参数，无法很好的 适应实时变化的交通流。 相序及放行方式方面：传统的控制系统多针对路口对称放行方式进行协 调控制，对于进口单独放行方式很难实现协调。 交通状态适应性方面：传统的控制系统如SCATS、SCOOT多适用于未饱 和的交通状态，当交通状态达到近饱和的时候控制效果将急剧恶化。 技术开放性方面：对于国外交通控制系统如SCATS系统，其厂商对其技 术进行封锁，很难根据当地的实际情况对其控制系统进行优化改造。
……
技术流程
1、交通流检测及预测 交通流时空演化分析与交通态势预测
研究城市路网交通流时空分布规律 分析城市路段与交叉口、交叉口群之间的相互影响 规律 掌握突发事件对交通流的动态影响演化规律 实现交通流态势预测 实现交通控制策略的实施效果预测
1、交通流检测及预测 交通流时空演化分析与交通态势预测
dE(i,j,k) qS(i,j,k) tRL(i,j,k) T0 绿灯 T3 T1 红灯 绿灯 红灯 N(i,j,k)
hE(i,j,k)
q(i,j,k)
时间 绿灯
(e) 车队头车受阻且延误呈梯形
(f) 车队非头车受阻且延误呈梯形加三角形
未饱和状态下车辆到达-驶离曲线
技术流程
4、饱和状态下的协调控制
tS ( j → i )
该设计方法能够适用于各种放行方式下的干道交叉口群绿波协 调控制，可以获得所有的最佳公共信号周期解、以及相应的最佳相 序组合与相位差精确解。
技术流程
3、未饱和状态下的协调控制
停车延误协调控制模型
车 辆 数 dE(i,j,k) q(i,j,k) hE(i,j,k) q(i,j,k) qS(i,j,k) tRL(i,j,k) T1 绿灯 红灯 绿灯 时间 绿灯 T0T3 红灯 T1 绿灯 红灯 绿灯 时间 N(i,j,k) 车 辆 数 dE(i,j,k) hE(i,j,k)
国家发明专利《一种动态划分交通 控制子区的方法》 软件著作权《交通协调控制子区 动态划分软件》
技术流程
3、未饱和状态下的协调控制
进口对称放行方式下的双向绿波协调控制模型
∆sIP1
该设计方法为传统的绿波协调控制方法，利用干道协调控制中 的时距图 ，优化选取各交叉口的信号相序组合，确定干道交叉口的 最佳公共信号周期与相位差取值。
技术流程
5、面向公交优先的区域协调控制
公交信号优先与绿波控制协调的自适应控制模型
基于分层递阶控制技术建立了考虑公交优先协调的区域协调控制模型， 实现了公交信号优先控制及其与绿波控制的协调，在实现公交优先的同时， 保障了绿波控制的有效性。
技术流程
6、信号控制评价体系及评估方法
信号控制评价方法
仿真评价 根据采集得到的交通基础数据，利用交通软件仿真得到评价数据； 利用仿真软件具有经济性、可拓展性、可控制性和快速真实性等优 点。 跟车法调查 调查人员随车实际做记录得到各评价指标 浮动车调查 浮动车在其行驶过程中定期记录的车辆位置，方向和速度信息，得 到浮动车所经过道路的车辆行驶速度以及道路的行车旅行时间等交 通拥堵信息。
DTNS——相邻交叉口分离阈值； DTNC——相邻交叉口合并阈值； DTMS——多交叉口分离阈值； Ai——第i个控制子区所含交叉口集合； NTS——控制子区总数； FNS——控制子区总数计算函数； DTA——控制区域总关联度； KP——控制子区数量权重系数； PI——子区划分方案评价指标。
子区动态划分软件界面
技术流程
2、控制子区动态划分
交叉口关联性分析
相邻交叉口关联度——一个对相邻交叉口之间关联性进行定量化描
述的交通参量，它将综合反映相邻交叉口之间的路段交通运行状况与信 号控制需求差异对相邻交叉口关联性的客观影响。
多交叉口组合关联度——一个对一组关联交叉口之间总关联性进行
定量化描述的交通参量，它将综合反映多个相连交叉口之间的路段交通 运行状况与信号控制需求差异对多交叉口总关联性的客观影响。
2、控制子区动态划分
控制子区划分模型及流程
I x , I y ∈ {I1 , I 2 ,L , I n } R(I x , I y ) ∈ {R1 , R2 ,L , Rm } R(I x , I y ) = 0 D(I x ,I y ) ≤ DTNS R = 1 D(I x ,I y ) ≥ DTNC (I x , I y ) DAi > DTMS N TS = FNS (R1 R2 L Rm ) N TS DTA = ∑ DAi i =1 PI = − N K P + D TS TA max{PI }
动态协调控制模型
以协调方向的通行 能力最大化为目标 延误最小 以排队管理为控制 策略 以感应控制为方式
φi ,i +1 (m)
g i +1 (m)
β i ,i +1 (m)
g i ( m)
8、交通信号控制系统
结构框架设计
动态分层式区域交通信号控制结构 动态分层式区域交通信号控制结构
{ 分层式——实时性强可靠性高
交叉口信号控制机 交叉口信号控制机 无线传输 动态子区划分 计算服务器 n号动态子区 协调控制服务器 子区边界协调 控制服务器
动态性——控制结构智能优化
子区动态划分 （技术支撑） 交叉口优化重组 结构框架实时调整 无线传输技术 （实现保障） 组网灵活方便 可扩展性强
3、未饱和状态下的协调控制
进口单独放行方式下的双向绿波协调控制模型
sIN = 1 C ⋅ vGW 2 sIN = 1 C ⋅ vGW 2
该设计方法能使交叉口间距取值具有更大的选取空间，更适合 于对交叉口间距不齐的多个干道交叉口进行绿波协调控制。
国家发明专利《一种进口单独放行方式下的干 道双向绿波协调控制方法》
车 辆 数 dE(i,j,k) hE(i,j,k)
q(i,j,k) tRL(i,j,k) T0 绿灯 T3 红灯
qS(i,j,k) N(i,j,k) T1 绿灯 红灯 绿灯
时间
(c) 车队头车受阻且延误呈梯形加三角形 车 辆 数
(d) 车队非头车受阻且延误呈梯形
车 辆 数 dE(i,j,k) q(i,j,k) qS(i,j,k) tFG(i,j,k) T0 红灯 T2 T1 绿灯 红灯 绿灯 时间 N(i,j,k) hE(i,j,k)
3、未饱和状态下的协调控制
进口混合放行方式下的双向绿波协调控制模型
O( j →i ) + K ( j →i ) ⋅ C
O(i → j ) + K (i → j ) ⋅ C
∆tIj1
∆tIj 2
∆tOj1
∆tOj 2
单独放行
对称放行
单独放行
∆tOi1 ∆tOi 2
∆t tS(i→ j ) Ii1
∆tIi 2
广东省工业科技攻关计划项目
“交通区域协调群决策控制系统的研究与应用”（2008～2010） “基于视频检测的关联交叉口群智能控制系统的研究及实现” （2005～2008）
区域交通协调控制技术体系
1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8.
交通流检测及预测 控制子区动态划分 未饱和状态下的子区协调控制 饱和状态下的子区协调控制 面向公交优先的区域协调控制 信号控制评价体系及评估方法 协调控制下的单交叉口信号配时 交通信号控制系统