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

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

Abstract

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

CLC Number:

U482.1

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.

Figures/Tables 15

Fig.1

Table 1

Variables of the model"

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

Table 1

Fig.2

Fig.3

Fig.4

Table 2

Table 3

Table 4

Table 5

Fig.5

Table 6

Table 7

Fig.6

Table 8

Table 9

References 14

1	MORGAN J T， LITTLE J D C ．Synchronizing traffic signals for maximal bandwidth［J］．Operations Research，1964，12（6）：896-912．
2	LITTLE J D C ．The synchronization of traffic signals by mixed-integer linear programming［J］．Operations Research，1966，14（4）：568-594．
3	LITTLE J D C， KELSON M D， GARTNER N H ．MAXBAND： a program for setting signals on arteries and triangular networks［J］．Transportation Research Record Journal of the Transportation Research Board，1981，795：40-46．
4	GARTNER N H， ASSMANN S F， LASAGA F，et al ．MULTIBAND — a variable-bandwidth arterial progression scheme［J］．Transportation Research Record Journal of the Transportation Research Board，1990，1287：212-222．
5	GARTNER N H， ASSMANN S F， LASAGA F，et al ．A multiband approach to arterial traffic signal optimization［J］．Transportation Research Part B-Methodological，1991，25（1）：55-74．
6	STAMATIADIS C， GARTNER N H ．MULTIBAND-96： a program for variable-bandwidth progression optimization of multiarterial traffic networks［J］．Transportation Research Record，1996，1554（1）：9-17．
7	GARTNER N H， STAMATIADIS C ．Progression optimization in large scale urban traffic network： a heuristic decomposition approach［M］．CEDERA，ed．Transportation and Traffic Theory．［S.l．］：Pergamon，1999：645-661．
8	戴光远．城市干线公交绿波优化控制方法及关键技术研究［D］．南京：东南大学，2016．
9	JEONG Y， KIM Y ．Tram signal priority strategy using bandwidth model［C］∥Proceedings of the 19th ITS World Congress．Vienna：［s.n.］，2012．
10	JEONG Y， KIM Y ．Tram passive signal priority strategy based on the MAXBAND model［J］．KSCE Journal of Civil Engineering，2014，18（5）：1518-1527．
11	王昊，李昌泽．考虑转向有轨电车线路的干线绿波优化［J］．交通运输工程学报，2020，20（1）：204-214．
	WANG Hao， LI Changze ．Optimization of arterial green-wave considering turning tram lines［J］．Journal of Traffic and Transportation Engineering，2020，20（1）：204-214．
12	孙国鼎．复线有轨电车干线交通信号协调控制方法［D］．南京：东南大学，2020．
13	陈之惟．考虑有轨电车的干线绿波设计［D］．南京：东南大学，2018．
14	杜建坤．基于多路径优化的有轨电车信号协调控制方法［D］．南京：东南大学，2019.

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