城市路网交通控制子区动态划分方法

摘要

本发明公开了一种城市路网交通控制子区动态划分方法，步骤如下：1.交通控制计算机初始化；2.判断当前时刻是否已经到达t

说明书

技术领域

本发明涉及一种城市交通控制方法，更确切地说，本发明涉及一种城市路 网交通控制子区动态划分方法。

背景技术

城市路网由成百上千个不同类型的信号交叉口组成，交通信号控制系统为 了提高其稳定性和控制效益，需要将路网划分成多个不同形态的区域，每个区 域就是一个交通控制子区，它由多个联系紧密的相邻信号交叉口组成。

为了提高交通控制系统的自适应水平，交通控制子区划分方法需要具备动 态性、准确性和快速性等三个特征。然而现有的交通控制子区划分方法还存在 以下几点不足：

1.交通控制子区划分方法与交通控制系统理论体系相脱离，大多只针对中 饱和状态的信号交叉口，忽略了处于其他状态的信号交叉口和无信号交叉口；

2.交通控制子区划分指标缺乏理论依据，交通控制子区划分指标只分析相 邻两个信号交叉口之间的相关性，未涉及多个相邻信号交叉口，而且无法科学 确定划分指标阈值；

3.交通控制子区划分方法缺乏系统性，划分目标单一，而且划分之后不再 进行调整，难以适应交通状态的变化。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服了现有的交通控制子区划分方法存在缺 乏系统性，划分目标单一，而且划分之后不再进行调整，难以适应交通状态变 化的问题，提供了一种城市路网交通控制子区动态划分方法。

为解决上述技术问题，本发明是采用如下技术方案实现的：所述的城市路 网交通控制子区动态划分方法步骤如下：

1.交通控制计算机初始化；

2.判断当前时刻是否已经到达t_a而未到达t_b？如果是，代表路网交通状态处 于低峰，不必进行交通控制子区划分；t_a为夜间低峰开始时刻，t_b为夜间低峰结 束时刻，由交通工程师确定t_a为22:00点,t_b为6:00点；

3.如果不是已经到达t_a而未到达t_b，判断当前时刻是否是t_b？如果当前时刻 恰好到达t_b，进行交通控制子区初始划分;

4.如果当前时刻不是t_b，判断当前时刻距上次交通控制子区划分是否已经过 去T_k分钟？如果是，进行交通控制子区动态调整,T_k代表交通控制子区划分方 案的动态调整时间间隔，计算公式如下：

T_κ＝N₂·t_s

式中：N₂.正整数，N₂的取值与路网交通状态存在密切关系，当路网交通 为高峰状态时，N₂等于1；当路网为平峰或者低峰状态时，N₂等于2;

t_s.信号控制系统配时方案优化的时间间隔，单位.分钟；t_s由信号 控制系统自身特性决定，取值为5～15分钟;

5.如果当前时刻不是t_b，且当前时刻距上次交通控制子区划分没过去T_k分 钟，维持交通控制子区方案不变。

技术方案中所述的交通控制计算机初始化是指：

1）交叉口检测器布设

在每个信号交叉口每个进口道停车线后40m位置处布设一个感应线圈检测 器，并通过电缆将感应线圈检测器与交通信号机相连接，以5分钟为统计间隔， 获取该进口道过去5分钟的到达的车辆数。

2）预测各个进口道交通流量

以5分钟为统计间隔，设第n个统计间隔内第i个信号交叉口第j条进口 道经过感应线圈检测器的车辆数为那么第n+1个统计间隔内该进口道的预 测交通流率等于：

${\hat{q}}_{\mathrm{ij}}^{n+1}=\frac{(Q_{\mathrm{ij}}^{n-2}+Q_{\mathrm{ij}}^{n-1}+Q_{\mathrm{ij}}^n)\times 12}{3},$单位.pcu

式中：第n-1个统计间隔内第i个信号交叉口第j条进口道经过感应 线圈检测器的车辆数，单位.pcu；第n-2个统计间隔内第i个信号交叉口 第j条进口道经过感应线圈检测器的车辆数，单位.pcu。

3）采用测距工具人工采集路网内各相邻信号交叉口之间的距离。

4）人工采集各信号交叉口相位相序与相位绿灯损失时间。

5）人工采集各信号交叉口每条进口道的饱和流率。

6）计算所有信号交叉口执行单点控制时的最佳配时方案：

计算第i个信号交叉口执行单点信号控制时的最佳周期时长，采用下述公 式：

$T_i=\frac{1.5L_i+5}{1-A_i}$

式中：T_i.第i个信号交叉口执行单点控制时的最佳周期时长，单位.s；

L_i.第i个信号交叉口各个相位总绿灯损失时间之和，单位.s；

A_i.第i个信号交叉口各个相位对应的关键车道的流量比之和；

其中：

$L_i=\underset{k=1}{\overset{K}{\Sigma }}{l}_{\mathrm{ik}}$

式中：K.第i个信号交叉口的相位数；

l_ik.第i个信号交叉口相位k的绿灯损失时间，单位，s；

$A_i=\underset{k=1}{\overset{K}{\Sigma }}{a}_{\mathrm{ik}}=\underset{k=1}{\overset{K}{\Sigma }}\frac{{\hat{q}}_{\mathrm{ik}}}{S_{\mathrm{ik}}}$

式中：a_ik.第i个信号交叉口相位k的流量比；

第i个信号交叉口相位k对应关键车道的预测流率，单位.pcu/h；

S_ik.第i个信号交叉口相位k对应关键车道的饱和流率，单位.pcu/h；

计算第i个信号交叉口执行单点控制时各相位的绿灯时间，采用下述公式：

$g_{\mathrm{ik}}=(T_i-L_i)\times \frac{a_{\mathrm{ik}}}{A_i}$

式中：g_ik.第i个信号交叉口相位k的绿灯时间，单位.s。

7）对路网内的所有交叉口进行编号

设路网内信号交叉口、无信号交叉口的总数为N₁，那么采用阿拉伯数字1、 2、3、…N₁对所有交叉口进行编号。

技术方案中所述的交通控制子区初始划分是指：

1）判别路网内是否有信号交叉口尚未划入确定交通控制子区，如果有，进 入下一步骤2），否则进入下面的步骤10）。

2）建立临时交通控制子区

临时交通控制子区用来暂时存放满足划入同一交通控制子区条件的信号交 叉口，当临时交通控制子区无法向外扩张时，临时交通控制子区转为确定交通 控制子区；在划分过程中路网内的信号交叉口分为两类，第一类为已经划入确 定交通控制子区或者临时交通控制子区的信号交叉口，简称为“确定信号交叉 口”；第二类为尚未划入确定交通控制子区或者临时交通控制子区的信号交叉 口，简称为“非确定信号交叉口”。

3）确定关键交叉口并划入临时交通控制子区

（1）以周期时长最大为原则，将路网内“非确定信号交叉口”中周期时长 最大的信号交叉口设为关键交叉口。

（2）将关键交叉口划入临时交通控制子区。

4）关键交叉口状态判别

（1）计算路网内各个信号交叉口的饱和度，设第b个信号交叉口为关键交 叉口，其饱和度x_b采用如下公式计算：

$x_b=\frac{A_b}{(T_b-L_b)/T_b}$

式中：A_b.交叉口b的总流量比；T_h.交叉口b的周期时长，单位.s；L_b.交 叉口b的各个相位绿灯总损失时间之和，单位.s。

（2）当时，关键交叉口处于低饱和状态，K为关 键交叉口的相位数；当时，关键交叉口处于中饱和状 态；当0.9＜x_i≤1.0时，关键交叉口处于准饱和状态；当x_i＞1.0时，关键交叉口处 于过饱和交叉口。

（3）如果关键交叉口处于中饱和状态，进入下一步骤5）否则进入下面的 步骤6）。

5）判别临时交通控制子区是否存在未标记为“已搜索”的相邻信号交叉口， 如果存在信号交叉口与临时交通控制子区相邻且这些信号交叉口未标记为“已 搜索”，那么进入下面的步骤7，否则进入下面的步骤9）。

6）关键交叉口不是处于中饱和状态，那么关键交叉口与周围所有相邻交叉 口的关联度为0，进入下面的步骤9）。

7）关键交叉口处于中饱和状态，临时交通控制子区与其相邻信号交叉口的 综合关联度计算包括以下步骤：

如果临时交通控制子区内只有关键交叉口b，那么按照下式计算与相邻交叉 口c的综合关联度CI：

CI＝CI_b,c(T_D)+C_I,c(L_c)+CI_b,c(P_q)-2

其中：CI_b,c(T_D).关键交叉口b与相邻交叉口c的周期时长关联度；CI_b,c(L_c). 关键交叉口b与相邻交叉口c的交叉口间距关联度；CI_b,c(P_q).关键交叉口b与 相邻交叉口c的协调相位路径流量关联度；

（1）关键交叉口b与相邻交叉口c的周期时长关联度CI_b,c(T_D)的计算：

CI_b,c(T_D)＝α₁×T_D+1.0

T_D为关键交叉口b与相邻交叉口c周期时长的差异比例，计算公式为：

$T_D=\frac{\max (T_b,T_c)-\min (T_b,T_c)}{\max (T_b,T_c)}$

α₁为权重系数，当关键交叉口b与相邻交叉口c执行双向协调控制时等于：

α₁＝14.916-53.963×x_b+4.831×λ_b+36.281×A_b

式中：A_b.关键交叉口b的总流量比；x_b.关键交叉口b的饱和度；λ_b.关键 交叉口b的协调相位的流量比，设相位k为协调相位，λ_b等于：

${\lambda }_b=\frac{g_{\mathrm{bk}}}{T_b}$

式中：g_bk.关键交叉口b协调相位的绿灯时间，单位.s。

当关键交叉口b与相邻交叉口c执行单向协调控制时：

α₁＝17.14+24.14×λ_b-13.1×log(T_b)-6.4×A_b

（2）关键交叉口b与相邻交叉口c的交叉口间距关联度的计算：

交叉口间距关联度和关键交叉口b与相邻交叉口c的距离L有关； 归一化距离的计算公式为：

当大于1.0时，当小于等于1.0时，等于：

α₂为权重系数，当关键交叉口b与相邻交叉口c执行单向协调控制时等于：

${\alpha }_2=2.6-0.08\times {\bar{A}}_b+1.9\times {\lambda }_b-0.14\times \log \left(T_b\right)-1.1\times A_b-3.4\times x_b$

式中：关键交叉口b协调相位的流量比，等于协调相位对应的关键车道 的预测流量与该车道饱和流率的比值；

当关键交叉口b与相邻交叉口c执行双向协调控制时，关键交叉口b与相 邻交叉口c的交叉口间距关联度公式为分段线性函数；

首先计算ceil为取整函数，如将5.1、5.8等含 小数的数值全部取整为6；V为车流在路段上的平均行驶速度，单位.m/s；N₃代 表函数的分段个数；

计算第n段函数的起点坐标值，x_n、y_n分别代表横、纵坐标，其中：0≤n≤N₄；

$x_n=n·\frac{1}{4}{T}_c·V/\mathrm{1500,0}\le n\le N_3$

对于第n段函数，与关键交叉口b与相邻交叉口c的交叉口间距关联度 的关系式：

$\left(\begin{array}{c}{\alpha }_2=\frac{y_n-y_{n-1}}{x_n-x_{n-1}}\\ {\beta }_2=(y_{n-1}-\frac{y_n-y_{n-1}}{x_n-x_{n-1}}\times x_{n-1})\end{array}\right)$

（3）关键交叉口b与相邻交叉口c的协调相位路径流量关联度CI_b,c(P_q)的 计算：

设相位k为协调相位，关键交叉口b至相邻交叉口c方向关键交叉口b协 调相位对应关键车道的到达流量等于q_bk，而根据历史数据获得当关键交叉口b 饱和度小于等于0.9时关键交叉口b协调相位到达的流量最大值为q_bkmax，那 么q_bk与q_bkmax的差异比例等于：

$P_q^1=\frac{q_{\mathrm{bk}\max }-q_{\mathrm{bk}}}{q_{\mathrm{bk}\max }}$

同理，相邻交叉口c至关键交叉口b方向相邻交叉口c协调相位对应关键 车道的到达流量等于q_ck，而根据历史数据获得当相邻交叉口c饱和度小于等于 0.9时其协调相位到达的流量最大值为q_ckmax，那么q_ck与q_ckmx的差异比例等于：

$P_q^2=\frac{q_{\mathrm{ck}\max }-q_{\mathrm{ck}}}{q_{\mathrm{ck}\max }}$

当关键交叉口b与相邻交叉口c执行双向协调控制时，P_q等于：

$P_q=\frac{P_q^1+P_q^2}{2}$

关键交叉口b与相邻交叉口c之间的路径流量关联度CI(P_q)计算公式为：

CI_b,c(P_q)＝α₃·P_q+1.0

α₃为权重系数；当关键交叉口b与相邻交叉口c执行由关键交叉口b至相 邻交叉口c方向的单向协调控制时，P_q等于其中：

${\alpha }_3=0.88-3.88·{\bar{A}}_b+0.81·{\lambda }_c-1.46·x_b-0.75·\log \left(T_b\right)-0.14·A_b$

当关键交叉口b与相邻交叉口c执行双向协调控制时：

α₃＝ln(5.946-2.664·log(T_b)+0.140·A_u-0.049·λ_b)

A_u为关键交叉口非协调相位的流量比之和，计算公式为：A_u＝A-A_c。

如果存在信号交叉口与临时交通控制子区相邻，且此时临时交通控制子区内 的信号交叉口数量大于1，按照下式分别计算临时交通控制子区与其相邻信号交 叉口的综合关联度CI：

$\mathrm{CI}=\mathrm{CI}\left(n\right)·\{1-\underset{c=2}{\overset{n}{\Sigma }}[3-({\mathrm{CI}}_{b,c}\left(T_D\right)+{\mathrm{CI}}_{b,c}\left(L_c\right)+C{I}_{b,c}\left(P_q\right))\left]\right\},$c≠b

式中：CI(n).交叉口数量关联度，n.临时交通控制子区内的交叉口数量；c. 临时交通控制子区的相邻信号交叉口；

CI(n)＝α₄·ln(n)+b₄

当n等于2时，CI(n)等于1，那么截距b₄＝1.0-α₄×ln(2)；

中括号中的3-(CI_b,c(T_D)+CI_b,c(L_c)+CI_b，c(P_q))代表由于相邻交叉口c加入临时 交通控制子区导致的临时交通控制子区内交叉口综合关联度的退化程度。

8）对比临时交通控制子区与各个相邻交叉口的关联度

设临时交通控制子区与相邻交叉口c的关联度最大且该关联度大于0，如果 相邻交叉口c为“非确定信号交叉口”，那么将相邻交叉口c划入临时交通控制 子区，将相邻交叉口c标记为“已搜索”，进入交通控制子区初始划分步骤的步 骤5）；如果相邻交叉口c为“确定信号交叉口”且满足以下三个条件之一，那 么相邻交叉口c不能划入临时交通控制子区，将相邻交叉口c标记为“已搜索”， 进入交通控制子区初始划分步骤的步骤5），判别路网内是否有信号交叉口尚未 划入确定交通控制子区；

（1）相邻交叉口c是确定交通控制子区E的关键交叉口。

（2）确定交通控制子区E目前只包含两个信号交叉口。

（3）相邻交叉口c与临时交通控制子区形成闭环路网，即从临时交通控制 子区中一个交叉口即“初始交叉口”出发，不重复地经过临时交通控制子区中 的其他路段和信号交叉口可以回到初始交叉口。

9）将临时交通控制子区转为确定交通控制子区，删除“已搜索”交叉口的 标记，进入交通控制子区初始划分流程的步骤1）。

10）交通控制子区初始划分结束。

技术方案中所述的交通控制子区动态调整是指：

1）计算路网内所有信号交叉口的饱和度。

2）判断路网内第f个交通控制子区的关键交叉口状态等级是否发生变化；

孤立信号交叉口自身成为孤立交通控制子区，设路网内交通控制子区个数 为N₄，对于第f个交通控制子区，1≤f≤N₄，其关键交叉口h之前饱和度等于x_h， 此时变为x＇_h，判断关键交叉口h的状态等级是否发生变化，如果发生改变，进 入下一步骤3），否则进入交通控制子区动态调整流程的步骤4）。

3）将第f个交通控制子区解散，交通控制子区内的信号交叉口全部变为孤 立交通控制子区，进入交通控制子区动态调整流程的步骤6），即判断路网中是 否存在未标记为“已搜索”的交通控制子区。

4）判断第f个交通控制子区的关键交叉口是否发生变化，如果变化，进入 交通控制子区动态调整流程的步骤3），否则进入交通控制子区动态调整流程的 步骤6）。

5）将第f个交通控制子区标记为“已搜索”。

6）判断路网中是否存在未标记为“已搜索”的交通控制子区，如果有，将 f值加1，进入交通控制子区动态调整流程的步骤2）；否则删除所有交通控制子 区的“已搜索”标记，进入交通控制子区动态调整流程的步骤7）。

7）比较路网内各个未标记交通控制子区关键交叉口的饱和度，并进行排序， 设未标记的第f个交通控制子区的关键交叉口饱和度最大。

8）计算第f个交通控制子区中各个信号交叉口与关键交叉口的综合关联度 CI。

9）判断第f个交通控制子区中是否存在信号交叉口与关键交叉口的综合关 联度小于0，如果没有，进入交通控制子区动态调整流程的步骤15），否则进入 交通控制子区动态调整流程的步骤10）。

10）与第f个交通控制子区中关键交叉口的综合关联度小于0的信号交叉口 为m。

11）将第f个交通控制子区中信号交叉口m与关键交叉口相连的路径上存 在的信号交叉口全部删除，其中包含信号交叉口m，变为孤立交通控制子区； 第f个交通控制子区包括5个信号交叉口，其中第2个信号交叉口为关键交叉口， 第4个信号交叉口与第2个信号交叉口的综合关联度小于0，那么将第4个信号 交叉口以及通过第4个信号交叉口与第2个信号交叉口相连的第5个信号交叉 口全部从第f个交通控制子区中删除，并将第4个和第5个信号交叉口变为孤立 交通控制子区。

12）将第f个交通控制子区标记。

13）路网中是否有尚未标记的交通控制子区，如果没有，进入下一步骤， 否则进入交通控制子区动态调整流程中的步骤7），即比较路网内各个未标记交 通控制子区关键交叉口的饱和度。

14）删除所有交通控制子区的标记，所有孤立信号交叉口作为孤立交通控 制子区，将路网内所有交通控制子区设为非确定交通控制子区。

15）判断路网内是否存在非确定交通控制子区，如果存在，进入下一步骤， 否则进入交通控制子区动态调整流程中的步骤23），即交通控制子区动态调整结 束。

16）比较所有非确定交通控制子区的关键交叉口的饱和度大小 设交通控制子区E的关键交叉口饱和度最大。

17）判断交通控制子区E的关键交叉口的交通状态等级

如果关键交叉口不是中饱和状态的信号交叉口，那么将交通控制子区E转 为确定交通控制子区，进入交通控制子区动态调整流程中的步骤15），即判断路 网内是否存在非确定交通控制子区；否则进入下一步骤。

18）判断交通控制子区E是否有相邻且未标记的信号交叉口，如果有，进 入下一步骤，否则将交通控制子区E转为确定交通控制子区，进入交通控制子 区动态调整流程中的步骤15），即判断路网内是否存在非确定交通控制子区。

19）计算交通控制子区E与其相邻且未标记的信号交叉口的综合关联度CI。

20）判断是否有相邻信号交叉口与交通控制子区E的综合关联度大于0，如 果有，进入下一步骤，否则将交通控制子区E转为确定交通控制子区，进入交 通控制子区动态调整流程中的步骤15），即判断路网内是否存在非确定交通控制 子区。

21）设信号交叉口r与交通控制子区E的关联度最大，判断信号交叉口r 是否与交通控制子区E形成闭环，如果形成闭环，那么对信号交叉口r进行标记， 返回交通控制子区动态调整流程中的步骤18），即判断交通控制子区E是否有相 邻且未标记的信号交叉口；否则进入下一步骤。

22）判断信号交叉口r所在交通控制子区的交叉口数目或者信号交叉口r 是否为孤立子区，如果信号交叉口r所在子区的交叉口数目等于2或者信号交叉 口r为非孤立子区的关键交叉口，那么对信号交叉口r进行标记，返回交通控制 子区动态调整流程中的步骤18），即判断交通控制子区E是否有相邻且未标记的 信号交叉口；否则将信号交叉口r划入交通控制子区E中，返回交通控制子区动 态调整流程中的步骤18），即判断交通控制子区E是否有相邻且未标记的信号交 叉口。

23）交通控制子区动态调整结束。

与现有技术相比本发明的有益效果是：

1.本发明所述的城市路网交通控制子区动态划分方法提出了表达相邻交信 号叉口相关性的综合关联度指标，可以计算相邻信号交叉口、多个信号交叉口 之间的相关程度，而且随交通状态变化而变化，提高了交通控制系统的自适应 水平。

2.本发明所述的城市路网交通控制子区动态划分方法根据路网交通状态的 变化特征，将交通控制子区划分方式分为初始划分与动态调整两类，确定了每 种划分方式的启动条件、结束条件以及动态调整间隔，能够实现交通控制子区 的自动划分。

3.本发明所述的城市路网交通控制子区动态划分方法从控制系统整体角度 出发，建立了交通控制子区初始划分与动态调整流程，考虑了路网内不同类型 与不同状态级别的信号交叉口，使交通控制子区划分具有更强的系统性。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的说明：

图1是本发明所述的城市路网交通控制子区动态划分方法中信号交叉口进 口道感应线圈检测器布设位置示意图；

图2是本发明所述的城市路网交通控制子区动态划分方法的划分总体流程 框图；

图3是本发明所述的城市路网交通控制子区动态划分方法中的交通控制子 区初始划分流程框图；

图4-a是本发明所述的城市路网交通控制子区动态划分方法中的交通控制 子区动态调整流程框图的上半部分；

图4-b是本发明所述的城市路网交通控制子区动态划分方法中的交通控制 子区动态调整流程框图的下半部分；

图5是本发明所述的城市路网交通控制子区动态划分方法中包括5个信号 交叉口的交通控制子区f的形态图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作详细的描述：

参阅图2，本发明所述的城市路网交通控制子区动态划分方法根据路网交通 状态的变化将路网交通控制子区划分方式分为初始划分与动态调整两种。由计 算机自动选择所要执行的划分方式，并进行交通控制子区划分。本发明所述的 城市路网交通控制子区动态划分方法包括以下步骤：

1.交通控制计算机初始化。

2.判断当前时刻是否已经到达t_a而未到达t_b？如果是，代表路网交通状态处 于低峰，不必进行交通控制子区划分；t_a为夜间低峰开始时刻，t_b为夜间低峰结 束时刻，由交通工程师确定，建议分别定为t_a为22:00点与t_b为6:00点。

3.如果不是已经到达t_a而未到达t_b，判断当前时刻是否是t_b？如果当前时刻 恰好到达t_b，进行交通控制子区初始划分。

4.如果当前时刻不是t_b，判断当前时刻距上次交通控制子区划分是否已经过 去T_κ分钟？如果是，进行交通控制子区动态调整。T_κ代表交通控制子区划分方 案的动态调整时间间隔，计算公式如下：

T_κ＝N₂·t_s

式中：N₂-正整数，N₂的取值与路网交通状态存在密切关系，当路网交 通为高峰状态时，N₂等于1；当路网为平峰或者低峰状态时，N₂等于2。

t_s-信号控制系统配时方案优化的时间间隔，单位.分钟；t_s由信 号控制系统自身特性决定，一般取值为5～15分钟。

5.如果当前时刻不是t_b，且当前时刻距上次交通控制子区划分没过去T_κ分 钟，维持交通控制子区方案不变。

所述的交通控制计算机初始化的步骤如下：

1.交叉口检测器布设

参阅图1，在每个信号交叉口每个进口道停车线后40m位置处布设一个感 应线圈检测器，并通过电缆将感应线圈检测器与交通信号机相连接，以5分钟 为统计间隔，获取该进口道过去5分钟的到达的车辆数。

2.预测各个进口道交通流量

以5分钟为统计间隔，设第n个统计间隔内第i个信号交叉口第j条进口 道经过感应线圈检测器的车辆数为那么第n+1个统计间隔内该进口道的预 测交通流率（单位.pcu/h）等于：

${\hat{q}}_{\mathrm{ij}}^{n+1}=\frac{(Q_{\mathrm{ij}}^{n-2}+Q_{\mathrm{ij}}^{n-1}+Q_{\mathrm{ij}}^n)\times 12}{3}$

式中：为第n-1个统计间隔内第i个信号交叉口第j条进口道经过感应 线圈检测器的车辆数，单位.pcu；为第n-2个统计间隔内第i个信号交叉口 第j条进口道经过感应线圈检测器的车辆数，单位.pcu。

3.采用测距工具人工采集路网内各相邻信号交叉口之间的距离。

4.人工采集各信号交叉口相位相序与相位绿灯损失时间。

5.人工采集各信号交叉口每条进口道的饱和流率。

6.计算所有信号交叉口执行单点控制时的最佳配时方案：

计算第i个信号交叉口执行单点信号控制时的最佳周期时长，采用下述公 式：

$T_i=\frac{1.5L_i+5}{1-A_i}$

式中：T_i—第i个信号交叉口执行单点控制时的最佳周期时长，单位.s；

L_i-第i个信号交叉口各个相位总绿灯损失时间之和，单位.s；

A_i—第i个信号交叉口各个相位对应的关键车道的流量比之和。

其中：

$L_i=\underset{k=1}{\overset{K}{\Sigma }}{l}_{\mathrm{ik}}$

式中：K-第i个信号交叉口的相位数；

l_ik-第i个信号交叉口相位k的绿灯损失时间，单位，s；

$A_i=\underset{k=1}{\overset{K}{\Sigma }}{a}_{\mathrm{ik}}=\underset{k=1}{\overset{K}{\Sigma }}\frac{{\hat{q}}_{\mathrm{ik}}}{S_{\mathrm{ik}}}$

式中：α_ik-第i个信号交叉口相位k的流量比；

-第i个信号交叉口相位k对应关键车道的预测流率，单 位.pcu/h；

S_ik—第i个信号交叉口相位k对应关键车道的饱和流率，单 位.pcu/h；

计算第i个信号交叉口执行单点控制时各相位的绿灯时间，采用下述公式：

$g_{\mathrm{ik}}=(T_i-L_i)\times \frac{a_{\mathrm{ik}}}{A_i}$

式中：g_ik—第i个信号交叉口相位k的绿灯时间，单位.s。

7.对路网内的所有交叉口进行编号

设路网内信号交叉口、无信号交叉口（包括环岛）的总数为N₁，那么采用 阿拉伯数字1、2、3、…N₁对所有交叉口进行编号。

所述的交通控制子区初始划分的步骤如下：

1.判别路网内是否有信号交叉口尚未划入确定交通控制子区，如果有，进 入下一步骤2，否则进入下面的步骤10，确定交通控制子区与步骤2中的临时 交通控制子区相对应，它们分别表示划分已经结束和正在进行划分的交通控制 子区类型。

2.建立临时交通控制子区

临时交通控制子区用来暂时存放满足划入同一交通控制子区条件的信号交 叉口，当临时交通控制子区无法向外扩张时，临时交通控制子区转为确定交通 控制子区。所以在划分过程中路网内的信号交叉口分为两类，第一类为已经划 入确定交通控制子区或者临时交通控制子区的信号交叉口，简称为“确定信号 交叉口”；第二类为尚未划入确定交通控制子区或者临时交通控制子区的信号交 叉口，简称为“非确定信号交叉口”。

3.确定关键交叉口并划入临时交通控制子区

1）以周期时长最大为原则，将路网内“非确定信号交叉口”中周期时长最 大的信号交叉口设为关键交叉口；

2）将关键交叉口划入临时交通控制子区。

4.关键交叉口状态判别

1）计算路网内各个信号交叉口的饱和度，设第b个信号交叉口为关键交叉 口，其饱和度x_b采用如下公式计算：

$x_b=\frac{A_b}{(T_b-L_b)/T_b}$

式中：A_b.交叉口b的总流量比；T_b.交叉口b的周期时长，单位.s；L_b.交 叉口b的各个相位绿灯总损失时间之和，单位.s。

2）当时，关键交叉口处于低饱和状态，K为关键 交叉口的相位数；当时，关键交叉口处于中饱和状态； 当0.9＜x_i≤1.0时，关键交叉口处于准饱和状态；当x_i＞1.0时，关键交叉口处于过 饱和交叉口。

3）如果关键交叉口处于中饱和状态，进入下一步骤5否则进入下面的步骤 6。

5.判别临时交通控制子区是否存在未标记为“已搜索”的相邻信号交叉口， 如果存在信号交叉口与临时交通控制子区相邻且这些信号交叉口未标记为“已 搜索”，那么进入下面的步骤7，否则进入下面的步骤9。

6.关键交叉口不是处于中饱和状态，那么关键交叉口与周围所有相邻交叉 口的关联度为0，进入下面的步骤9。

7.关键交叉口处于中饱和状态，临时交通控制子区与其相邻信号交叉口的 综合关联度计算包括以下步骤：

如果临时交通控制子区内只有关键交叉口b，那么按照下式计算与相邻交叉 口c的综合关联度CI：

CI＝CI_b,c(T_D)+CI_b,c(L_c)+CI_b,c(P_q)-2

其中：CI_b,c(T_D)为关键交叉口b与相邻交叉口c的周期时长关联度；CI_b,c(L_c) 为关键交叉口b与相邻交叉口c的交叉口间距关联度；CI_b,c(P_q)为关键交叉口b 与相邻交叉口c的协调相位路径流量关联度。

1）关键交叉口b与相邻交叉口c的周期时长关联度CI_b,c(T_D)的计算：

CI_b,c(T_D)＝α₁×T_D+1.0

T_D为关键交叉口b与相邻交叉口c周期时长的差异比例，计算公式为：

$T_D=\frac{\max (T_b,T_c)-\min (T_b,T_c)}{\max (T_b,T_c)}$

α₁为权重系数，当关键交叉口b与相邻交叉口c执行双向协调控制时等于：

α₁＝14.916-53.963×x_b+4.831×λ_b+36.281×A_b

式中：A_b为关键交叉口b的总流量比；x_b为关键交叉口b的饱和度；λ_b为 关键交叉口b的协调相位的流量比，设相位k为协调相位，λ_b等于：

${\lambda }_b=\frac{g_{\mathrm{bk}}}{T_b}$

式中：g_bk为关键交叉口b协调相位的绿灯时间，单位.s。

当关键交叉口b与相邻交叉口c执行单向协调控制时：

α₁＝17.14+24.14×λ_b-13.1×log(T_b)-6.4×A_b

2）关键交叉口b与相邻交叉口c的交叉口间距关联度的计算：

交叉口间距关联度和关键交叉口b与相邻交叉口c的距离L有关； 归一化距离的计算公式为：

当大于1.0时，当小于等于1.0时，等于：

α₂为权重系数，当关键交叉口b与相邻交叉口c执行单向协调控制时等于：

式中：为关键交叉口b协调相位的流量比，等于协调相位对应的关键车 道的预测流量与该车道饱和流率的比值。

当关键交叉口b与相邻交叉口c执行双向协调控制时，关键交叉口b与相 邻交叉口c的交叉口间距关联度公式为分段线性函数。

首先计算ceil为取整函数，如将5.1、5.8等含 小数的数值全部取整为6；V为车流在路段上的平均行驶速度，单位.m/s；N₃代 表函数的分段个数。

计算第n段函数的起点坐标值，x_n、y_n分别代表横、纵坐标，其中：0≤n≤N₄。

$x_n=n·\frac{1}{4}{T}_c·V/\mathrm{1500,0}\le n\le N_3$

对于第n段函数，与关键交叉口b与相邻交叉口c的交叉口间距关联度 的关系式：

$\left(\begin{array}{c}{\alpha }_2=\frac{y_n-y_{n-1}}{x_n-x_{n-1}}\\ {\beta }_2=(y_{n-1}-\frac{y_n-y_{n-1}}{x_n-x_{n-1}}\times x_{n-1})\end{array}\right)$

3）关键交叉口b与相邻交叉口c的协调相位路径流量关联度CI_b,c(P_q)的计 算：

设相位k为协调相位，关键交叉口b至相邻交叉口c方向关键交叉口b协 调相位对应关键车道的到达流量等于q_bk，而根据历史数据获得当关键交叉口b 饱和度小于等于0.9时关键交叉口b协调相位到达的流量最大值为q_bkmax，那 么q_bk与q_bkmax的差异比例等于：

$P_q^1=\frac{q_{\mathrm{bk}\max }-q_{\mathrm{bk}}}{q_{\mathrm{bk}\max }}$

同理，相邻交叉口c至关键交叉口b方向相邻交叉口c协调相位对应关键 车道的到达流量等于q_ck，而根据历史数据获得当相邻交叉口c饱和度小于等于 0.9时其协调相位到达的流量最大值为q_ckmax，那么q_ck与q_ckmax的差异比例等于：

$P_q^2=\frac{q_{\mathrm{ck}\max }-q_{\mathrm{ck}}}{q_{\mathrm{ck}\max }}$

当关键交叉口b与相邻交叉口c执行双向协调控制时，P_q等于：

$P_q=\frac{P_q^1+P_q^2}{2}$

关键交叉口b与相邻交叉口c之间的路径流量关联度CI(P_q)计算公式为：

CI_b,c(P_q)＝α₃·P_q+1.0

α₃为权重系数；当关键交叉口b与相邻交叉口c执行由关键交叉口b至相 邻交叉口c方向的单向协调控制时，P_q等于其中：

${\alpha }_3=0.88-3.88·{\bar{A}}_b+0.81·{\lambda }_c-1.46·x_b-0.75·\log \left(T_b\right)-0.14·A_b$

当关键交叉口b与相邻交叉口c执行双向协调控制时：

α₃＝ln(5.946-2.664·log(T_b)+0.140·A_u-0.049·λ_b)

A_u为关键交叉口非协调相位的流量比之和，计算公式为：A_u＝A-A_c。

如果存在信号交叉口与临时交通控制子区相邻，且此时临时交通控制子区内 的信号交叉口数量大于1，按照下式分别计算临时交通控制子区与其相邻信号交 叉口的综合关联度CI：

$\mathrm{CI}=\mathrm{CI}\left(n\right)·\{1-\underset{c=2}{\overset{n}{\Sigma }}[3-({\mathrm{CI}}_{b,c}\left(T_D\right)+{\mathrm{CI}}_{b,c}\left(L_c\right)+C{I}_{b,c}\left(P_q\right))\left]\right\},$c≠b

式中：CI(n)为交叉口数量关联度，n为临时交通控制子区内的交叉口数量； c为临时交通控制子区的相邻信号交叉口。

CI(n)＝α₄·ln(n)+b₄

当n等于2时，CI(n)等于1，那么截距b₄＝1.0-α₄×ln(2)；

中括号中的3-(CI_b,c(T_D)+CI_b,c(L_c)+CI_b，c(P_q))代表由于相邻交叉口c加入临时 交通控制子区导致的临时交通控制子区内交叉口综合关联度的退化程度。

8.对比临时交通控制子区与各个相邻交叉口的关联度

设临时交通控制子区与相邻交叉口c的关联度最大且该关联度大于0，如果 相邻交叉口c为“非确定信号交叉口”，那么将相邻交叉口c划入临时交通控制 子区，将相邻交叉口c标记为“已搜索”，进入交通控制子区初始划分流程的步 骤5，即判别临时交通控制子区是否存在未标记为“已搜索”的相邻信号交叉口； 如果相邻交叉口c为“确定信号交叉口”且满足以下三个条件之一，那么相邻 交叉口c不能划入临时交通控制子区，将相邻交叉口c标记为“已搜索”，进入 交通控制子区初始划分流程的步骤5即判别临时交通控制子区是否存在未标记 为“已搜索”的相邻信号交叉口，判别路网内是否有信号交叉口尚未划入确定 交通控制子区；

1）相邻交叉口c是确定交通控制子区E的关键交叉口；

2）确定交通控制子区E目前只包含两个信号交叉口；

3）相邻交叉口c与临时交通控制子区形成闭环路网，即从临时交通控制子 区中一个交叉口（即“初始交叉口”）出发，不重复地经过临时交通控制子区中 的其他路段和信号交叉口可以回到初始交叉口。

9.将临时交通控制子区转为确定交通控制子区，删除“已搜索”交叉口的 标记，进入交通控制子区初始划分流程的步骤1，即判别路网内是否有信号交叉 口尚未划入确定交通控制子区。

10.交通控制子区初始划分结束。

所述的交通控制子区动态调整的步骤如下：

1.计算路网内所有信号交叉口的饱和度；

2.判断路网内第f个交通控制子区的关键交叉口状态等级是否发生变化；

孤立信号交叉口自身成为孤立交通控制子区。设路网内交通控制子区个数 为N₄，那么对于第f个交通控制子区（1≤f≤N₄），其关键交叉口h之前饱和度 等于x_h，此时变为x＇_h。判断关键交叉口h的状态等级是否发生变化，比如由过 饱和变为中饱和、由低饱和变为中饱和等。如果发生改变，进入下一步骤3，否 则进入交通控制子区动态调整流程的步骤4，即判断第f个交通控制子区的关键 交叉口是否发生变化；

3.将第f个交通控制子区解散，交通控制子区内的信号交叉口全部变为孤立 交通控制子区，进入交通控制子区动态调整流程的步骤6，即判断路网中是否存 在未标记为“已搜索”的交通控制子区；

4.判断第f个交通控制子区的关键交叉口是否发生变化，如果变化，进入交 通控制子区动态调整流程的步骤3，否则进入交通控制子区动态调整流程的步骤 6；

5.将第f个交通控制子区标记为“已搜索”；

6.判断路网中是否存在未标记为“已搜索”的交通控制子区，如果有，将f 值加1，进入交通控制子区动态调整流程的步骤2；否则删除所有交通控制子区 的“已搜索”标记，进入交通控制子区动态调整流程的步骤7；

7.比较路网内各个未标记交通控制子区关键交叉口的饱和度，并进行排序， 设未标记的第f个交通控制子区的关键交叉口饱和度最大；

8.计算第f个交通控制子区中各个信号交叉口与关键交叉口的综合关联度 CI；

9.判断第f个交通控制子区中是否存在信号交叉口与关键交叉口的综合关 联度小于0，如果没有，进入交通控制子区动态调整流程的步骤15，否则进入 交通控制子区动态调整流程的步骤10；

10.与第f个交通控制子区中关键交叉口的综合关联度小于0的信号交叉口 为m；

11.将第f个交通控制子区中信号交叉口m与关键交叉口相连的路径上存在 的信号交叉口（包含信号交叉口m）全部删除，变为孤立交通控制子区；参阅 图5，第f个交通控制子区包括5个信号交叉口，其中第2个信号交叉口为关键 交叉口，第4个信号交叉口与第2个信号交叉口的综合关联度小于0，那么将第 4个信号交叉口以及通过第4个信号交叉口与第2个信号交叉口相连的第5个信 号交叉口全部从第f个交通控制子区中删除，并将第4个和第5个信号交叉口变 为孤立交通控制子区；

12.将第f个交通控制子区标记；

13.路网中是否有尚未标记的交通控制子区，如果没有，进入下一步骤，否 则进入交通控制子区动态调整流程中的步骤7，即比较路网内各个未标记交通控 制子区关键交叉口的饱和度；

14.删除所有交通控制子区的标记，所有孤立信号交叉口作为孤立交通控制 子区，将路网内所有交通控制子区设为非确定交通控制子区；

15.判断路网内是否存在非确定交通控制子区，如果存在，进入下一步骤， 否则进入交通控制子区动态调整流程中的步骤23，即交通控制子区动态调整结 束；

16.比较所有非确定交通控制子区的关键交叉口的饱和度大小

设交通控制子区E的关键交叉口饱和度最大；

17.判断交通控制子区E的关键交叉口的交通状态等级

如果关键交叉口不是中饱和状态的信号交叉口，那么将交通控制子区E转 为确定交通控制子区，进入交通控制子区动态调整流程中的步骤15，即判断路 网内是否存在非确定交通控制子区；否则进入下一步骤；

18.判断交通控制子区E是否有相邻且未标记的信号交叉口，如果有，进入 下一步骤，否则将交通控制子区E转为确定交通控制子区，进入交通控制子区 动态调整流程中的步骤15，即判断路网内是否存在非确定交通控制子区；

19.计算交通控制子区E与其相邻且未标记的信号交叉口的综合关联度CI； 

20.判断是否有相邻信号交叉口与交通控制子区E的综合关联度大于0，如 果有，进入下一步骤，否则将交通控制子区E转为确定交通控制子区，进入交 通控制子区动态调整流程中的步骤15，即判断路网内是否存在非确定交通控制 子区；

21.设信号交叉口r与交通控制子区E的关联度最大，判断信号交叉口r是 否与交通控制子区E形成闭环，如果形成闭环，那么对信号交叉口r进行标记， 返回交通控制子区动态调整流程的步骤18，即判断交通控制子区E是否有相邻 且未标记的信号交叉口；否则进入下一步骤；

22.判断信号交叉口r所在交通控制子区的交叉口数目或者信号交叉口r是 否为孤立子区，如果信号交叉口r所在子区的交叉口数目等于2或者信号交叉口 r为非孤立子区的关键交叉口，那么对信号交叉口r进行标记，返回交通控制子 区动态调整流程的步骤18，即判断交通控制子区E是否有相邻且未标记的信号 交叉口；否则将信号交叉口r划入交通控制子区E中，返回交通控制子区动态调 整流程的步骤18，即判断交通控制子区E是否有相邻且未标记的信号交叉口；

23.交通控制子区动态调整结束。