考虑BRT优先的全感应式协调信号自主控制方法

摘要

在人工智能助力传统行业实现跨越式升级的时代，智能交通产品的核心技术开始由全自动化阶段转入智能化阶段。遗憾的是，城市干道沿线短间距交叉口的协调信号控制技术仍处于半自动化阶段，主要表现为交通工程师与信号控制系统分工协作，交通工程师不同程度地参与交通需求的采集和分析以及信号配时的生成和调整。 为了实现协调信号控制技术的全自动化、打开向智能化协调信号控制技术升级的通道，提出一种全感应式协调信号自主控制方法。面向保护左转的四路交叉口，在协调相位和非协调相位的每条进口车道的停止线上游40米处安装1组检测器，感知机动车的通行需求。构建控制中心和信号机的两级控制体系。每天凌晨的某一时刻至深夜的某一时刻，控制中心以连续N个信号周期作为1个步距，采用二次指数平滑法预测各个交叉口的协调相位和非协调相位在下一步距的期望基础绿灯时间；以按需分配基础绿信比时间、精准达成基础相位差为目标，生成各个交叉口在下一步距的背景协调信号配时方案并下发至信号机。信号机根据背景方案生成允许绿灯切断时段和强制绿灯切断时刻；每秒运行1次感应控制逻辑；以服务连续的机动车通行需求为目标，动态调整协调相位和非协调相位的绿灯时间；每个步距的第N个信号周期，向控制中心上传生成新的背景方案所需的数据；收到新的背景方案后，完成新旧背景方案的过渡。 快速公交（Bus Rapid Transit,BRT）是一种中等运量的城市公共交通系统。对于设置了路中型BRT专用道的城市干道，在全感应式协调信号自主控制方法的基础上，以加快BRT车辆的运行速度为目标，提出一种BRT优先控制逻辑。利用1个BRT相位独立控制BRT车辆；在专用道沿线安装3类检测器，感知BRT车辆的到达时刻；定义绿灯延长请求、绿灯早启请求、相位插入请求的触发条件；遵循纵向平等原则，压缩非协调相位的绿灯时间，为BRT相位提供额外的绿灯时间。 机动车检测器故障导致的实时检测数据缺失是全感应式协调信号自主控制方法投入实际应用时面临的巨大挑战。为了最大限度地降低检测器故障对全感应式协调信号自主控制方法造成的破坏作用，提出一种故障应急处理策略。将检测器故障划分为2个等级，利用历史检测数据和信号配时数据，为每个故障等级制定切实可行的应对措施。 典型城市干道的VISSIM仿真实验结果显示，在较高的交通需求水平下，全感应式协调信号自主控制方法产生的系统车均延误优于定时式协调信号控制；启用BRT优先控制逻辑后，在中等和较高的交通需求水平下，BRT车辆的运行速度显著提升，协调方向社会车辆的行程时间变化较小，系统车均延误有所增加；4种机动车检测器故障场景下，故障应急处理策略能够避免全感应式协调信号自主控制方法的性能发生显著恶化。

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