• ISSN 0258-2724
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一种基于交叉口信号延误的超路径规划方法

杜牧青 鞠姿彦 李大韦

杜牧青, 鞠姿彦, 李大韦. 一种基于交叉口信号延误的超路径规划方法[J]. 西南交通大学学报. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20220387
引用本文: 杜牧青, 鞠姿彦, 李大韦. 一种基于交叉口信号延误的超路径规划方法[J]. 西南交通大学学报. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20220387
DU Muqing, JU Ziyan, LI Dawei. Hyperpath Searching Algorithm Method Based on Signal Delay at Intersections[J]. Journal of Southwest Jiaotong University. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20220387
Citation: DU Muqing, JU Ziyan, LI Dawei. Hyperpath Searching Algorithm Method Based on Signal Delay at Intersections[J]. Journal of Southwest Jiaotong University. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20220387

一种基于交叉口信号延误的超路径规划方法

doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20220387
基金项目: 国家自然科学基金项目(72471083)
详细信息
    作者简介:

    杜牧青(1986—),男,副教授,博士,研究方向为交通运输规划与管理,E-mail:dumqhhu@hhu.edu.cn

  • 中图分类号: U491.2

Hyperpath Searching Algorithm Method Based on Signal Delay at Intersections

  • 摘要:

    城市道路中交叉口信号周期性变化会导致车辆出行的不确定延误,为降低车辆在交叉口处产生的信号延误,以路段旅行时间和交叉口期望延误最小为优化目标,提出一种改进的超路径规划方法. 首先,根据车辆到达交叉口的概率分布函数,推导出车辆在信号交叉口的期望等待时间和转向比例计算公式;其次,引入标号设定算法构建高性能超路径规划方法;最后,将改进的超路径规划方法应用于南京新街口区域的路网,通过最优超路径集合分析证实其适用性. 研究表明:与最短路出行策略相比,车辆遵循基于超路径规划方法的出行策略,在行进过程时从最优超路径集合中选择变换的行驶路线可降低67.1%的交叉口信号延误和22.3%的总旅行时间;此外,超路径出行策略可优化路网中的出行结构,缓解交通拥堵,实现流量均衡.

     

  • 图 1  公交超路径概念示意

    Figure 1.  Concept of hyperpath in public transport

    图 2  道路网络考虑路段延误的最优超路径[15]

    Figure 2.  Optimal hyperpath in the road network with the consideration of delays on road segments[15]

    图 3  交叉口的转向行为

    Figure 3.  Turning movements at intersection

    图 4  ${y_{{r_{X,m}}}}$的分布函数

    Figure 4.  Distribution function of ${y_{{r_{X,m}}}}$

    图 5  不相邻转向的组合(单位:s)

    Figure 5.  Combination of non-adjacent turns (unit:s)

    图 6  相位不相邻${y_X}$的分布函数

    Figure 6.  Distribution function of ${y_X}$

    图 7  交叉口信号配时图(单位:s)

    Figure 7.  Intersection signal timing diagram (unit: s)

    图 8  相邻转向绿灯时间的组合

    Figure 8.  Combination of the green time for adjacent turns

    图 9  相位相邻${y_X}$的分布函数

    Figure 9.  Distribution function of ${y_X}$

    图 10  相邻两相位时间段分割

    Figure 10.  Segmentation of two adjacent phases

    图 11  不相邻两相位时间段分割

    Figure 11.  Segmentation of two non-adjacent phases

    图 12  局部方格网络示意(单位:s)

    Figure 12.  Local grid-type network (unit:s)

    图 13  超路径网络中的标号定义

    Figure 13.  Definitions of labels in the hyperpath network

    图 14  起点38到终点37的最短路径和最优超路径

    Figure 14.  Shortest path and optimal hyperpath from origin 38 to destination 37

    图 15  网络流量分配

    Figure 15.  Traffic distribution in the network

    图 16  进口道(7,9)处转向选择对总旅行时间的影响

    Figure 16.  Total travel time versus the set of turns on entrance (7,9)

    图 17  进口道(19,20)转向选择对总旅行时间的影响

    Figure 17.  Total travel time versus the set of turns on entrance (19,20)

    表  1  信号配时变化对超路径集合元素的影响

    Table  1.   Influence of signal timing on hyperpath set

    序号 交叉口 周期/s 相位 1 /s 相位 2 /s 相位 3 /s 路径 1
    时间 /s
    路径 2
    时间 /s
    组合
    期望 /s
    最优超
    路径
    1A110405020131.4149.3121.6A—B—C, A—D—C
    C8060200
    2A150802050202.6127.1130.1A—D—C
    C12030900
    3A47121520124.4138.8125.1A—B—C
    C11095150
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    表  2  参数定义

    Table  2.   Notations

    符号 含义
    $ G(N,A) $  有向网络图,其中N、A分别为网络中的节点集合、路段集合
    ${\varGamma ^ - }(i)$ 流入节点$i$的路段集合
    ${\varGamma ^ + }(i)$ 流出节点$i$的路段集合
    j 节点 i 的下游节点标号
    k 节点 j 的下游节点标号
    s 终点
    r 起点
    ${m_k}$ 转向节点 k 的转向行为
    H 超路径的路段集合
    ${M_{i,j}}$ 进口道$(i,j)$处,属于超路径的转向行为集合
    $u_{i,j}$ 进口道$(i,j)$到终点的期望旅行时间
    $ p\{ (j,k)|i\} $  由节点 i 转向路段$ j—k $时,节点$ j$被选择的概率
    $ p\{ k|j\} $ 由节点 j 转向节点 k 时,节点 k 被选择的概率
    $ {P_{ {i,j} }} $ 在节点i处,路段$ i—j $被选择的概率
    $c_{i,j}$ 路段$ i—j $的旅行时间
    $ \xi_{i,j,m_k} $ 从节点 i 经过节点 j 转向节点 k 的期望延误时间
    $ w_{i,j} $ 进口道为$ \left(i,j\right) $时,在节点 j 处的组合延误期望值
    注:$\displaystyle \sum\nolimits_{(i,j) \in {\varGamma ^ + }(i)} {P_{{i,j} }} = 1 $.
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    表  3  路径选择概率

    Table  3.   Path choice probability

    路径 路径走行路段 路径被选择
    概率
    路径 1 38—7—9—10—14—17—18—
    19—20—44—22—26—32—37
    0.45
    路径 2 38—7—9—13—16—17—18—
    19—20—44—22—26—32—37
    0.55
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    表  4  两种路径出行策略对比

    Table  4.   Comparison between two routing strategies

    出行策略 路径 总旅行时间/s 总旅行时间降低率/% 总延误时间/s 总延误时间降低率/%
    最短路 路径 1 1 010.0 317.0
    超路径 路径 1 或路径 2 784.8 22.3 104.2 67.1
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    表  5  进口道(7,9)的相关参数

    Table  5.   Related parameters of entrance (7,9)

    下游路段 转向行为 距终点的总旅行时间/s 路段旅行时间/s 延误时间/s 选择概率/% 组合延误时间/s 组合总旅行时间/s
    9—10 左转 555.3 79.0 22.1 45 8.5 655.2
    9—13 直行 582.3 52.0 19.2 55
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    表  6  进口道(19,20)的相关参数

    Table  6.   Related parameters of entrance (19,20)

    下游路段 转向行为 距终点的总旅行时间/s 路段旅行时间/s 延误时间/s 选择概率/% 组合延误时间/s 组合总旅行时间/s
    20—21 直转 283.6 13.0 31.1 13.8 0 307.6
    20—44 右转 255.3 40.0 0 86.2
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出版历程
  • 收稿日期:  2022-05-30
  • 修回日期:  2022-09-20
  • 网络出版日期:  2024-10-29

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