基于路口和路段入口综合控制的应急疏散交通控制算法

( 1. Beijing Key Labo ratory of Traffic Engineering , Beijing U niversity of Technology , Beijing 100124 , China ; 2. Beijing Energy Co nservatio n and Enviro nmental Protection Center , Beijing 100029 , China ; 3. Depart ment of Civil and Environment Engineering , U niversity of Cincinnati , Cincinnati 4522120071 , Ohio , U SA)
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交 通 运 输 工 程 学 报
2009 年
口 i 到下一交叉口 j 之间的行程时间 ( s) ; Qi 为在 k 时刻内路段起始路口 i 的疏散交通需求 ( pcu ・s - 1 ) ;
第9卷 第3期 2009 年 6 月
交 通 运 输 工 程 学 报 Journal of Traffic and Transportation Engineering
Vol1 9 No1 3 J un. 2009
文章编号 :167121637 (2009) 0320108204
基于路口和路段入口综合控制的 应急疏散交通控制算法
胡 红1 ,2 ,刘小明1 ,魏 恒3 ,杨孝宽1
(11 北京工业大学 北京市交通工程重点实验室 ,北京 100124 ; 21 北京节能环保中心 ,北京 100029 ; 31 辛辛那提大学 土木与环境工程系 ,俄亥俄州 辛辛那提 4522120071)
摘 要 : 为了制定安全高效的应急疏散预案 ,分析了 SCOO T 和 BO T TL EN EC K 算法的适应性 ,提 出一种基于路口和路段入口综合控制的优化算法 。新算法利用 SCOO T 算法对路口进行信号协调 控制 ,利用 BO T TL EN EC K 算法对路段入口交通进行汇入控制 , 并通过严格控制延误目标将两种 算法进行优化整合 ,确保主要疏散方向上的优先通行权 ,同时减少汇入交通对疏散车辆的干扰和延 误 ,从而最大限度挖掘路网在应急状态下的疏散通行能力 。仿真结果表明 : 在应急疏散交通条件下 采用优化算法 ,能够将疏散车辆平均行程时间缩短近 60 % ,平均速度提高约 1. 5 倍 , 因此 , 提高了 应急疏散效率 ,算法可行 。 关键词 : 交通控制 ; 应急疏散 ; 优化算法 ; 通行能力 中图分类号 : U491. 54 文献标志码 :A
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2 IATC 算法
2控制系统中 , 目标控制函数的建立往往 随预期控制目标的不同而不同 。在正常交通环境 下 ,动态交通控制的目标是路网全局延误的最小化 。 在应急交通疏散骨干路网中 , 控制目标的优化是保 证疏散干道向疏散区域外出口主要方向的延误最小 化 ,同时对该方向路段入口的社会交通量进行合流 控制 ,以避免次要交通流对疏散方向交通流的干扰 , 防止路段拥堵 。因此 , 在目标函数的构建上要同时 对路口和路段入口的交通流进行控制 , 模型通过协 调优化路口信号控制延误和路段入口控制延误来实 现 ,则任意一条疏散干道 M 的延误 D M 和路网的整 体延误 D T 分别为
M M
min D M = min D T =
i =1 N
∑
( Ti Q i + Di ) +
M
m =1
∑D
m M
( 1) ( 2)
k =1
∑∑
i =1
( Ti Q i + Di ) +
m =1
∑D
m
式中 : D M 为疏散干道路段 M 的延误 ( pcu) ; D T 为疏 散路网的整体延误 ( pcu ) ; Ti 为从路段 M 的起始路
Traff ic control algorithm of emergency evacuation based on harmonizing intersection signal control and arterial access management
HU Ho ng1 ,2 , L IU Xiao2ming1 , W EI Heng3 , YAN G Xiao2kuan1
1 IATC 算法的引出
干道交通信号协调控制系统也称线控制 ,就是把 一条主要干道上一批相邻的交通信号灯联动起来 ,进 行协调控制 ,以提高整个干道的通行能力。Papageor2 giou 等最早提出干道线控制的理念 ,并尝试将高速公 路匝道控制 、 实时交通监控 、 路线导向和信号控制进 行整合 ,并且在随后的研究中进一步深化和改进了 线控制技术 。但是 ,这些研究都只是停留在对既 有不同交通控制技术简单合成的层面上 , 没有对干 道交通控制系统进行深入综合和优化 [ 3 ] 。 交通控制技术的发展进一步促使线控制系统向 区域化 、 非线性 、 无差别优化过程的初始面控制技术 发展 ,在这个层面上 ,Chang 等首次提出了动态优化 控制模型 [ 4 ] 。但是这个模型没有采用信号控制的自 适应技术 ,无法在动态优化过程中通过行程时间控 制改善交通流 。 交通信号响应协调控制和干道交通 控制策略的有机结合对于优化干道交通流 、 自动适 应动态交通环境下的交通量实时增加 、 减少延误有 重要意义 。如果交通控制协调方案不能及时地对交
Abstract : In order to establish an efficient p redetermined plan of emergency evacuatio n , t he adaptabilities of SCOO T and BO T TL EN EC K algorit hms were analyzed , and an optimal algorit hm was p ropo sed based o n t he integrating co nt rol of signal inter sectio ns and arterial accesses. New algorit hm co nt rolled signal intersectio ns wit h SCOO T algorit hm , and co nt rolled entering t raffic at arterial accesses wit h BO T TL EN EC K algorit hm. In order to insure t he ro uting p riorit y of main evacuatio n directio n , t he t wo algo rit hms were optimized and integrated by co nt rolling target delay st rictly , meanwhile , t he interference and delay of entering t raffic were decreased , and t he road net evacuatio n capacit y under emergency state was excavated mo stly. Simulatio n result indicates t hat wit h t he optimal algorit hm under emergency evacuatio n , t he average t ravel time of vehicle is sho rten by abo ut 60 % , and average speed is increased by abo ut 1. 5 times. So t he efficiency of emergency evacuatio n is imp roved , and t he algorit hm is feasible. 6 figs , 10 ref s. Key words : t raffic co nt rol ; emergency evacuatio n ; optimizatio n algorit hm ; t raffic capacit y Author resume : HU Hong (19712) , female , engineer , PhD , + 86210267396090 , huhong @ emails. bjut. edu. cn.
收稿日期 :2008212228 基金项目 “ : 十五” 国家科技攻关计划项目 (2005BA41B11) ; 国家自然科学基金项目 (50578003) 作者简介 : 胡 红 (19712) ,女 ,湖北十堰人 ,北京节能环保中心工程师 ,工学博士 ,从事交通规划管理与交通节能研究 。
第 3 期 胡 红 ,等 : 基于路口和路段入口综合控制的应急疏散交通控制算法
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0 引 言
应急疏散交通流不同于常态交通流的最显著特 征是短时交通量剧增 ,交通流具备单一方向性 ,应急 交通控制的关键是保持疏散骨干路网上的交通畅 通 ,从而缩短疏散时间 ,提高疏散效率 。进行应急疏 散交通控制 ,不仅要根据路口的疏散车辆与社会车 辆的分布和流向合理设置信号周期和配时 , 以疏导 疏散车辆为主分配道路通行权 , 同时还要对主要疏 散路段上的合流交通量进行必要的控制 , 特别是要 减少不必要的社会交通汇入疏散车流而对疏散干道 交通产生的干扰和延误 , 从而最大限度地挖掘干道 疏散路网的通行能力 。 本研究结合应急疏散交通流的特征 , 将目前常 用的 两 种 交 通 控 制 算 法 SCOO T 和 BO T TL E2 N EC K 进行优化整合 , 得到一种适用于城市应急疏 散的交 通 控 制 综 合 算 法 IA TC ( Integrated Algo2 rit hm of Traffic Co nt rol ) 。IA TC 算法对疏散干道 路口交通信号响应协调控制和干道路段入口控制进 行优化整合 ,将主要的通行优先权赋予疏散骨干通 道 ,根据通行能力优化骨干路段中部的合流交通 ,同 时在路口优化非主要疏散方向的交通流及相应的延 误 ,从而使得路口和路段的疏散交通流在全程都同 时得到协调控制 ,保证疏散交通的畅通和平稳 。