智慧交通中绿波协调

1.  绿波协调基本介绍

道路相交的路口通常需要信号灯来分配道路的使用权，以单个路口为对象进行配时控制，成为单路口信号灯控制，进一步地，一条道路上可能有多个交叉口，如图一所示，若以多路口为研究对象，考虑车辆在多个路口可以不停车通过，这就是多路口的绿波协调。路口之间的协调，最重要的就是协调相位的绿灯启亮时间差，也就是相位差。进一步地，绿波协调可以分为单向协调和双向协调，下面对这两种协调方式作简单地介绍。

图1.多路口示意图

2．单向协调

单向协调是指只考虑沿道路的某个方向进行协调，比如南向北的方向。直观上，单向协调比较好理解，其相位差也比较好计算，如下式所示：

offset = L/v

其中L表示路口之间的道路长度，v是车辆的行驶速度。上面的计算公式没有考虑路口车辆的排队长度，如果有排队长度，还是按照上式来设置相位差，则上游路口的车辆会“撞上”下游排队车辆的车尾，导致协调失效。这时，若上游车辆还是想不停车通过下游路口，那么久首先需要下游路口清空排队长度，那么相位差的设置就变为：

offset=L/v - tau

其中，tau是下游路口清空排队车辆的时间。

3.双向协调

图2. 双向绿波协调示意图

双向协调是指通过设定一个相位差，让道路的两个行进方向上都有绿波协调效果，如图3所示。求解双向协调相位差的方法相对来说比较复杂，比较经典的有图解法、数解法以及数学规划方法，其中图解法和数解法是比较经典的算法，是基于同步式和交互式协调的算法，利用这两种算法有比较强的前提条件，例如交叉口的相位必须采用对放相位等。利用数学规划来求解双向绿波相位差的方法，比较经典的有MAXBAND方法、Multi-band方法等，这些方法都以最大绿波带宽为优化目标，这些方法被业界广泛采用，可以根据实际情况对原始的规划模型进行修改与拓展，灵活性高。下面是MAXBAND方法的具体数学规划模型，是一个MILP模型。