考虑有轨电车效率的干线分段绿波协调优化模型

doi:10.12141/j.issn.1000-565X.220111

华南理工大学学报(自然科学版) ›› 2023, Vol. 51 ›› Issue (1): 95-105.doi: 10.12141/j.issn.1000-565X.220111

所属专题： 2023年交通运输工程

考虑有轨电车效率的干线分段绿波协调优化模型

王昊谢凝

东南大学江苏省城市智能交通重点实验室/现代城市交通技术协同创新中心/交通学院，江苏南京 211189

收稿日期:2022-03-07 出版日期:2023-01-25 发布日期:2023-01-02
通信作者: 王昊（1980-），男，博士，教授，博士生导师，主要从事交通控制与交通流理论研究。 E-mail:haowang@seu.edu.cn
作者简介:王昊（1980-），男，博士，教授，博士生导师，主要从事交通控制与交通流理论研究。
基金资助:
国家重点研发计划项目(2019YFB1600200);江苏省重点研发计划-产业前瞻与核心技术类项目(BE2020110)

Coordinated Optimization Model of Arterial Segmented Green Waves Considering the Efficiency of Tram Operation

WANG Hao XIE Ning

Jiangsu Key Laboratory of Urban ITS/Jiangsu Province Collaborative Innovation Center of Modern Urban Traffic Technologies/School of Transportation，Southeast University，Nanjing 211189，Jiangsu，China

Received:2022-03-07 Online:2023-01-25 Published:2023-01-02
Contact: 王昊（1980-），男，博士，教授，博士生导师，主要从事交通控制与交通流理论研究。 E-mail:haowang@seu.edu.cn
About author:王昊（1980-），男，博士，教授，博士生导师，主要从事交通控制与交通流理论研究。
Supported by:
the National Key Research and Development Plan(2019YFB1600200);the Jiangsu Province Key Research and Development Plan ? Industry Foresight and Core Technology Project(BE2020110)

摘要/Abstract

摘要：

为提升干线交通运行效率并减少有轨电车交叉口停车次数，建立了干线分段绿波协调优化模型，来实现有轨电车与社会车辆的多模式交通协调控制。首先，确定干线各交叉口的信号周期，根据信号周期对交叉口进行聚类，并协调交叉口信号周期与有轨电车发车间隔之间的关系，分类讨论站点位置对有轨电车绿波协调的影响；然后，针对社会车辆分段绿波系统和有轨电车全线绿波系统分别建立约束条件，避免有轨电车在交叉口处停车，并以社会车辆可变绿波带宽最大为优化目标建立混合整数线性规划模型，来对有轨电车和社会车辆多模式干线绿波系统进行协调优化；最后，以南京市有轨电车麒麟线为例对模型进行对比分析。算例结果表明：文中提出的模型协调优化了干线分段绿波内部及带间的信号控制方案，实现了有轨电车在交叉口的优先控制和社会车辆通行效益的兼顾。VISSIM仿真结果显示：与现行的信号控制方案相比，采用文中模型可使各交叉口车辆延误降低20.89%~35.24%；与仅考虑社会车辆的MULTIBAND模型相比，文中提出的模型减少了6.94%的人均延误，提高了交叉口的总体运行效率。

关键词: 城市交通, 信号协调, 分段绿波, 有轨电车, 发车间隔

Abstract:

In order to improve the traffic efficiency and reduce the stops of tram in intersections, this paper proposes a coordinated signal control optimized method to realize the multimodal segmented green wave control of tram and general traffic. First of all, the signal cycle of each intersection along the arterial is determined. Based on the cycle length, the intersections are clustered and coordinated with the tram departure interval, and the influence of the station location on the tram green wave coordination is discussed. Secondly, constraints are established for general traffic green wave system and tram green wave system to avoid the tram stopping at the intersection. A mixed integer linear planning model is established based on the goal of optimizing the maximum variable green wave bandwidth of general traffic, so as to coordinate and optimize the multi-mode trunk green wave system of trams and general traffic. Finally, a comparative analysis is carried out by using the Nanjing Qilin tram line as a case study. The results indicate that this model can optimize the signal control scheme of arterial segmented green wave which guarantees the passive priority of tram in intersections and running efficiency of general traffic. VISSIM simulation results indicate that, as compared the current signal control scheme, the proposed model can reduce the vehicle delay of each intersection by 20.89%~35.24%; and that, as compared with the MULTIBAND model, this model reduced the delay of person by 6.94%, which improves the overall operation efficiency of the intersection.

Key words: urban traffic, signal coordination, segmented green wave, tram, departure interval

中图分类号:

U482.1

王昊, 谢凝. 考虑有轨电车效率的干线分段绿波协调优化模型[J]. 华南理工大学学报(自然科学版), 2023, 51(1): 95-105.

WANG Hao, XIE Ning . Coordinated Optimization Model of Arterial Segmented Green Waves Considering the Efficiency of Tram Operation[J]. Journal of South China University of Technology(Natural Science Edition), 2023, 51(1): 95-105.

图/表 15

图1

表1

模型变量"

变量类别	变量符号	变量含义
社会车辆绿波系统相关变量	$k i$	第 $i$ 个交叉口至第 $i + 1$ 个交叉口间的不平衡系数
	$b i (b ˉ i)$	上行（下行）方向的绿波带宽（单位：s）
	$w i (w ˉ i)$	第 $i$ 个交叉口上行（下行）绿灯时间内，社会车辆绿波带前侧（后侧）的绿灯时间（单位：s）
	$t i, c a r (t ˉ i, c a r)$	社会车辆在第 $i$ 至 $i + 1$ 个交叉口之间的上行（下行）行程时间（单位：s）
	$t i, c a r, m i n (t i, c a r, m a x)$	社会车辆在第 $i$ 至 $i + 1$ 个交叉口之间的最小（最大）行程时间（单位：s）
有轨电车绿波系统相关变量	$w i, t r a m (w ˉ i, t r a m)$	第 $i$ 个交叉口上行（下行）绿灯时间内，有轨电车绿波带前侧（后侧）的绿灯时间（单位：s）
	$t i, t r a m (t ˉ i, t r a m)$	有轨电车在第 $i$ 至 $i + 1$ 个交叉口之间的上行（下行）行程时间（单位：s）
	$t i, t r a m, m i n (t i, t r a m, m a x)$	有轨电车在第 $i$ 至 $i + 1$ 个交叉口之间的最小（最大）行程时间（单位：s）
	$t i, j, s t a t i o n$	第 $i$ 个交叉口和第 $i + 1$ 个交叉口间第 $j$ 个站点的停站时间（单位：s）
	$v t r a m$	有轨电车路段行驶速度（单位：km/h）
交叉口参数	$C i$	第 $i$ 个交叉口的信号周期时长（单位：s）
	$g i$	第 $i$ 个交叉口的绿波方向绿灯时间（单位：s）
	$g t r a m, i, m i n$	第 $i$ 个交叉口的有轨电车最小通过时间，其中包括有轨电车绿波带宽与清空时间（单位：s）
	$b t r a m$	有轨电车绿波带宽（单位：s）
	$θ i$	第 $i$ 个交叉口的初始相位差（单位：s）
	$r i$	第 $i$ 个交叉口的绿波方向红灯时间（单位：s）
	$τ i (τ ˉ i)$	第 $i$ 个交叉口的上行（下行）排队车辆清空时间（单位：s）
	$u c, i$	0-1变量，表示第 $i$ 个交叉口与第 $i + 1$ 个交叉口之间的绿波是否打断
	$u l, i (u ˉ l, i)$	0-1变量，表示有轨电车上行（下行）方向在第 $i$ 个交叉口是否有近端式站点

表1

图2

图3

图4

表2

表3

表4

表5

图5

表6

表7

图6

表8

表9

参考文献 14

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交叉口名称	北进口流量			东进口流量			南进口流量			西进口流量
交叉口名称	左	直	右	左	直	右	左	直	右	左	直	右
启迪大街	12	96	180	24	300	60	9	180	7	288	504	5
天兴路	24	288	—	72	—	36	—	672	120	—	—	—
南湾营街	36	276	60	84	264	72	36	240	6	60	264	60
天胜路	—	179	53	—	—	—	43	137	—	158	—	48
天麒路	60	264	—	12	—	60	—	144	60	—	—	—
北湾营街	12	84	36	36	72	12	48	348	84	108	84	108

交叉口名称	时间/s
交叉口名称	周期	相位1	相位2	相位3	相位4
启迪大街	104	29	23	33	19
天兴路	94	48	18	28
南湾营街	125	43	20	43	19
天胜路	114	46	20	20	28
天麒路	100	16	44	40
北湾营街	100	13	33	17	37

路段编号	有轨电车时间下限	有轨电车时间上限	社会车辆时间下限	社会车辆时间上限
1	83.90	147.80	73.02	85.20
2	70.22	120.44	57.39	66.96
3	146.70	248.40	116.22	135.60
4	34.11	68.22	38.98	45.48
5	52.00	79.00	30.85	36.00

交叉口名称	信号周期	绿灯时长	相位差	上行绿波带宽	下行绿波带宽
启迪大街	105	33	0	24.7	21.3
天兴路	105	54	12
南湾营街	117	40	37	35.4	34.6
天胜路	117	47	5	43.7	39.3
天麒路	117	51	8	34.8	36.1
北湾营街	117	43	9

交叉口名称	信号周期	绿灯时长	相位差	上行绿波带宽	下行绿波带宽
启迪大街	113	36	0	29	31
天兴路	113	58	74	31	32
南湾营街	113	39	29	35	31
天胜路	113	45	43	35	38
天麒路	113	49	81	34	37
北湾营街	113	42	9

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Coordinated Optimization Model of Arterial Segmented Green Waves Considering the Efficiency of Tram Operation

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站点		不同交叉口的社会车辆延误/s
站点		启迪大街	天兴路	南湾营街	天胜路	天麒路	北湾营街
北进口	左	4.36	9.65	5.98		20.36	6.39
	直	8.36	31.58	20.39	12.41	15.98	8.56
	右	0.89		2.49	1.06		1.01
东进口	左	7.04	10.95	15.39		13.89	11.36
	直	18.65		25.76			14.65
	右	1.95	1.06	0.92		0.7	0.45
南进口	左	2.59		7.36	8.12		10.37
	直	9.83	39.95	20.56	12.36	10.99	16.73
	右	0.45	2.01	0.26		0.97	1.56
西进口	左	18.63		16.59	9.57		11.23
	直	17.26		30.56			10.56
	右	0.09		0.95	1.15		0.95

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站点		不同交叉口的社会车辆延误/s
站点		启迪大街	天兴路	南湾营街	天胜路	天麒路	北湾营街
北进口	左	8.76	12.93	9.65		29.32	9.62
	直	16.53	43.38	30.13	17.73	17.88	7.83
	右	1.36		2.54	0.98		1.12
东进口	左	9.26	10.34	17.89		15.32	16.21
	直	25.63		35.78			15.26
	右	2.06	0.86	2.1		0.99	0.32
南进口	左	5.12		10.23	11.35		16.78
	直	17.15	51.23	29.56	15.23	14.62	21.87
	右	0.56	2.06	0.16		1.11	1.98
西进口	左	24.78		23.83	16.52		13.27
	直	27.89		41.62			12.35
	右	0.09		1.57	1.26		1.95

站点		不同交叉口的社会车辆延误/s
站点		启迪大街	天兴路	南湾营街	天胜路	天麒路	北湾营街
北进口	左	4.52	12.23	5.63		18.52	5.92
	直	9.26	31.62	18.26	9.34	10.26	7.03
	右	0.84		2.15	0.76		1.23
东进口	左	7.62	11.36	14.63		14.52	11.23
	直	20.35		22.35			15.62
	右	1.86	0.86	0.79		0.78	0.56
南进口	左	2.43		5.63	8.45		10.01
	直	11.56	38.05	18.26	8.56	9.56	13.26
	右	0.42	1.99	0.35		1.32	2.01
西进口	左	20.35		16.25	6.32		11.26
	直	18.26		23.97			9.99
	右	0.08		0.92	1.21		1.05