一種最大化多路徑干道號(hào)志續(xù)進(jìn)帶寬方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及交通規(guī)劃領(lǐng)域，尤其設(shè)及一種最大化多路徑干道號(hào)志續(xù)進(jìn)帶寬方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 現(xiàn)今人類的生活與交通運(yùn)輸系統(tǒng)可謂是密不可分，而運(yùn)輸系統(tǒng)中又屬道路運(yùn)輸最 與百姓日常生活息息相關(guān)，而道路運(yùn)輸中許多的十字路口與交叉路口在都市路網(wǎng)為最重要 的環(huán)節(jié);其中，由于來自不同方向的車流會(huì)匯集在路口進(jìn)行穿越路口、并入其他車流或分出 其他車流等行為，而當(dāng)中一定會(huì)產(chǎn)生潛在沖突點(diǎn)，造成交通遲滯或堵塞，為了消除路網(wǎng)中的 沖突，W提升運(yùn)行效率，并增進(jìn)道路的使用容量，交通工程專業(yè)人員常通過號(hào)志系統(tǒng)交互更 替的方式進(jìn)行路權(quán)與時(shí)間的分配，來達(dá)到W規(guī)則管制并引導(dǎo)不同方向車流依序行進(jìn)，W達(dá) 到提升行車安全和緩解車流量的目的。
[0003] 而近年來隨著科技與微電子技術(shù)的迅速發(fā)展，交通號(hào)志控制的策略已由原本的脫 機(jī)運(yùn)算發(fā)展為對(duì)長與短時(shí)段的彈性應(yīng)變、觸動(dòng)時(shí)相，W及動(dòng)態(tài)查表等，運(yùn)些方法大多可在相 當(dāng)程度上滿足交通隨時(shí)間變化的需求特性，然而相對(duì)的設(shè)施成本也不低。而運(yùn)些交通號(hào)志 的控制器更是由原本只能儲(chǔ)存少數(shù)時(shí)制的機(jī)電式系統(tǒng)，發(fā)展為可儲(chǔ)存多種時(shí)制，可依照道 路交通需求來調(diào)整時(shí)制的微電腦系統(tǒng)控制器，最近更基于信息科技與因特網(wǎng)的進(jìn)步，使號(hào) 志控制系統(tǒng)本身即可W大量收集路網(wǎng)偵測的交通資料，并儲(chǔ)存或分類處理W進(jìn)行動(dòng)態(tài)運(yùn) 算，發(fā)展出實(shí)時(shí)偵測實(shí)時(shí)控制的控制策略來應(yīng)對(duì)路口需求的迅速變化。
[0004] 通常車流續(xù)進(jìn)問題所針對(duì)的主要疏導(dǎo)路徑除了聯(lián)絡(luò)兩流量產(chǎn)生源或吸引源的城 內(nèi)干道雙向外，近年來已常見于銜接兩比鄰都會(huì)區(qū)的城際運(yùn)輸走廊兩端的交流道，其中W 由高快速公路經(jīng)菱形交流道轉(zhuǎn)入聯(lián)絡(luò)干道的車流最多，當(dāng)干道或通勤走廊沿線相鄰重要路 口數(shù)愈多，競爭有限通行路權(quán)的高流量轉(zhuǎn)向路徑或者動(dòng)線亦愈多，因而常導(dǎo)致干道回堵車 隊(duì)、浪費(fèi)容量、降低服務(wù)水平等沖擊。
[0005] 由W上敘述可見，隨著都市經(jīng)濟(jì)發(fā)展與車輛急速成長，號(hào)志控制系統(tǒng)是否能發(fā)揮 其功能，常取決于時(shí)制設(shè)計(jì)的良莽，時(shí)制計(jì)劃中包含時(shí)相順序、每一時(shí)相黃燈與全紅時(shí)段的 規(guī)劃、周期長度的決定，W及各時(shí)相有效綠燈之分配等，當(dāng)中環(huán)環(huán)相扣，若其中任何一者設(shè) 計(jì)不良，就可能導(dǎo)致道路擁塞，甚至路網(wǎng)擁痕，增加大量社會(huì)成本。
[0006] 而號(hào)志時(shí)制優(yōu)化的方法根據(jù)其需求有許多相關(guān)研究，包括獨(dú)立路口號(hào)志設(shè)計(jì)、干 道續(xù)進(jìn)問題、路網(wǎng)車流量指派等等方式。
[0007] 歷來的定時(shí)號(hào)志控制系統(tǒng)有兩大類目標(biāo):最大化續(xù)進(jìn)帶寬和最小化延誤;其中，最 大化續(xù)進(jìn)帶寬的優(yōu)點(diǎn)是需要信息較少，基本需求只有道路幾何、旅行速率、綠燈比，亦較符 合大眾運(yùn)行要求，很多駕駛者期望道路號(hào)志續(xù)進(jìn)，并W此為運(yùn)行質(zhì)量的測度，很多研究（如 Wagner ,Gerlough與Bernes, 1969)和實(shí)務(wù)經(jīng)驗(yàn)顯示帶寬系統(tǒng)具有相當(dāng)?shù)默F(xiàn)場實(shí)證效果，續(xù) 進(jìn)帶寬研究中著名者為MAXBAND化ittle,Kelton,and Gadner,1966&1981)，采用混合整數(shù) 規(guī)劃法，可解全局最佳時(shí)差、分時(shí)、周期長度、續(xù)進(jìn)速率、左轉(zhuǎn)時(shí)相順序，W及干道雙向帶寬 權(quán)重等問題，所謂的續(xù)進(jìn)帶寬是指車隊(duì)持續(xù)行進(jìn)時(shí)所見的綠燈窗口時(shí)間。之后此模式又被 改良應(yīng)用到相鄰多干道路網(wǎng)（化ang等人，1988)，由于美國聯(lián)邦公路局自1980年代起就積極 在許多都會(huì)區(qū)推動(dòng)交通號(hào)志系統(tǒng)優(yōu)化計(jì)劃，TRANSYT模式引進(jìn)與改良、SIGOP模式等發(fā)展遂 應(yīng)運(yùn)而生，在現(xiàn)今迅速疏散或順楊干道尖峰車流的要求下，即使TRANSYT-7F在降低道路擁 擠與旅行時(shí)間上有不錯(cuò)的效果，但許多交通管理者對(duì)模式目標(biāo)函數(shù)處理主干道直通交通的 能力仍嫌不足，因此有加入號(hào)志續(xù)進(jìn)策略的必要，而近期延伸Little續(xù)進(jìn)帶寬模式并同樣 W最大化續(xù)進(jìn)帶寬為號(hào)志時(shí)制求解目標(biāo)的研究包含有:Gao(2008)、Peifeng(201 IKXianyu (2012)^及化〇旨(2014)等人的研究。
[0008] 另外，關(guān)于最小化延誤/停等數(shù)/其他負(fù)效用等等的研究，諸如化llier(1966)、 SIG0P(Traffic Research Co;rp.1966)、TRANSYT(Robertson,1969)、MITRAP(Gartner, Little與GalDbay ,1975)、SIGOP-II(Liebertson與Woo ,1976)等等，Gao與Tian(2008)更認(rèn)為 求算號(hào)志時(shí)制最佳解應(yīng)考慮OD (Or i g i n-De S t inat i on)的車流型態(tài)，他們的仿真結(jié)果顯示不 同OD型態(tài)在相同號(hào)志控制的時(shí)制下，將產(chǎn)生不同的績效，而在所有測試方案中，利用最大帶 寬解方法的績效都比最小延誤解方法為佳，在高干道交通量下尤甚。
[0009] 檢視過去在干道號(hào)志續(xù)進(jìn)的問題上，多數(shù)都在求解干道單向或雙向車流的續(xù)進(jìn)問 題，若W路徑的觀點(diǎn)來看則是兩股不相互影響的車流的續(xù)進(jìn)議題，因此亟需發(fā)展一套有能 力處理交通路網(wǎng)多路徑重迭與沖突的交通號(hào)志控制模式。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0010] 本發(fā)明實(shí)施例提供一種最大化多路徑干道號(hào)志續(xù)進(jìn)帶寬方法，旨在使車隊(duì)沿干道 行進(jìn)時(shí)，能照預(yù)定速度行進(jìn)多個(gè)路口，降低停等紅燈的時(shí)間，W提高干道車流的續(xù)進(jìn)效率。
[0011] 本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例提供的最大化多路徑干道號(hào)志續(xù)進(jìn)帶寬方法，包括：
[0012] 針對(duì)行經(jīng)一干道的多條路徑建立一目標(biāo)式，該目標(biāo)式用于最大化該干道的續(xù)進(jìn)帶 寬；
[0013] 該干道與多條道路分別相交產(chǎn)生多個(gè)路口，根據(jù)該干道與各路口的號(hào)志時(shí)相、各 路徑的走向W及各路口之間的距離，建立多個(gè)續(xù)進(jìn)帶寬長度限制式，各續(xù)進(jìn)帶寬長度限制 式用于依據(jù)各該路口的號(hào)志時(shí)相限制各路徑的續(xù)進(jìn)帶寬長度；
[0014] 根據(jù)各路徑于該干道與各路口上的正向或反向相對(duì)關(guān)系建立多個(gè)路徑時(shí)差恒等 式，各路徑時(shí)差恒等式用于限制各路徑于各路口之間所容許的續(xù)進(jìn)帶寬；
[0015] 依據(jù)各路徑間的相互沖突建立多個(gè)沖突路徑綠燈時(shí)間限制式，各沖突路徑綠燈時(shí) 間限制式用于依據(jù)各路口的綠燈時(shí)相限制在各路口中同向的各路徑的續(xù)進(jìn)帶寬總和；W及
[0016] 根據(jù)所述續(xù)進(jìn)帶寬長度限制式、所述路徑時(shí)差恒等式W及所述沖突路徑綠燈時(shí)間 限制式，并W混合整數(shù)規(guī)劃計(jì)算求解該目標(biāo)式，該目標(biāo)式用于控制該干道上的號(hào)志W(wǎng)最大 化該干道上的續(xù)進(jìn)帶寬。
[0017] 本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例提供的最大化多路徑干道號(hào)志續(xù)進(jìn)帶寬方法，包括W下步 驟:首先，需要依據(jù)需規(guī)劃的交通路徑，找出各個(gè)路口所有的號(hào)志時(shí)相模式(亦即不同的燈 號(hào)），W及各時(shí)相的時(shí)相時(shí)間，再將其可能出現(xiàn)的車流路徑依照需求納入考慮，W規(guī)劃干道 上交通路徑的最大綠燈續(xù)進(jìn)帶寬時(shí)間。
[0018] 步驟一，建立目標(biāo)式:根據(jù)設(shè)定的路徑帶寬變量與權(quán)重參數(shù)，建立模式的目標(biāo)式， W取得最大的路徑帶寬總和Max Z;該目標(biāo)式為：
[0020] 其中，P表示路徑總數(shù)，P表示P條路徑中的任一路徑，kp表示路徑P的權(quán)重參數(shù)，bp表 示路徑P的續(xù)進(jìn)帶寬。
[0021] 另外，在本發(fā)明實(shí)施例的描述中路口編號(hào)為i、路徑編號(hào)為P、時(shí)相編號(hào)為m，并需要 根據(jù)一周期設(shè)定一種單位時(shí)間。
[0022] 步驟二，建立續(xù)進(jìn)帶寬長度限制式:在各路口的綠燈時(shí)間通常W時(shí)相長度表示，路 口有I個(gè)(各個(gè)路口稱路口 i)，因?yàn)榻?jīng)過一路口 i的路徑P可能橫跨路口 i的多個(gè)綠燈時(shí)相，且 路徑P的續(xù)進(jìn)帶寬長度不可超過該路徑經(jīng)過該路口所能行駛的最大綠燈時(shí)間及各相鄰兩