本发明涉及交通管理与控制中信号控制领域，具体涉及多周期长度双向干线绿波控制方法。
背景技术：
绿波模型求解算法尽管在绿波带宽约束松弛和协调控制范围方面有一定发展，但是对于信号周期长度少有研究。现有算法要求绿波控制范围内的所有交叉口的信号周期长度为同一值，就其中的单个交叉口而言，协调控制所统一的时长可能并非该交叉口的最佳周期长度。而在绿波控制的概念中，各交叉口的信号周期长度若不相等，但成倍数关系，也可保证绿波周期性出现，实现有效的干线绿波控制。
技术实现要素：
发明目的：本发明通过对双向绿波控制maxband模型的目标函数与约束条件进行修改，使得各交叉口周期长度满足倍数约束，构建多周期长度双向干线绿波模型，进而，生成多周期双向干线绿波控制方案。
技术方案：为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是多周期长度双向干线绿波控制方法，该方法的具体步骤如下：
(1)输入干线交叉口相关信息，包括：干线交叉口数量、各交叉口绿波所在相位的红绿灯时长、交叉口间距、各交叉口排队清空时长数据；
(2)设置多周期干线信号控制限制数据，包括：单位周期时长的上下限、下行绿波带宽相对于上行绿波带宽的权重、交叉口周期时长占单位周期时长的最大倍数、绿波速度及速度变化的上下限；
(3)在双向绿波控制模型的基础上，设置整数变量描述各交叉口周期时长占单位周期时长的倍数关系；重新构造相邻交叉口之间的带宽关系与绿波带传递关系，修改双向绿波控制模型中的带宽约束与整环约束；
(4)定义单位周期长度内绿波带宽，以最大化单位周期内绿波带宽加权和为目标，构建多周期长度双向干线绿波控制模型；
(5)求解多周期长度双向干线绿波控制模型，输出绿波控制参数，获得多周期长度双向干线绿波控制方案，其中绿波控制参数包括：标准周期时长、各交叉口周期长度占标准周期时长的倍数、双向绿波带宽、各路段推荐绿波速度、各交叉口相对相位差。
进一步，步骤(3)中：
带宽约束修改为：
wi b≤ni(1-ri)i＝1,2,...,n
整环约束修改为：
其中，n为交叉口总数，b为上行绿波带宽/周期，
进一步：θi和
进一步，步骤(4)中多周期长度双向干线绿波控制模型具体如下：
目标函数：
约束条件：
wi b≤ni(1-ri)i＝1,2,...,n
其中，b0为单位周期长度内的上行绿波带宽/周期，
进一步，
有益效果：与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下有益的技术效果：
1、本发明提出多周期长度双向干线绿波模型，该模型可实现双向干线绿波控制过程中各交叉口周期长度并不相等，而是满足倍数关系，生成多周期双向干线绿波控制方案；
2、本发明解决了现有算法要求绿波控制范围内的所有交叉口的信号周期长度为同一值，就其中的单个交叉口而言，协调控制所统一的时长可能并非该交叉口的最佳周期长度的问题，提高了绿灯时间利用率及信号控制效果。
附图说明
图1为本发明的多周期长度双向干线绿波控制方法流程图；
图2为双向干线绿波时空图；
图3为多周期长度相邻交叉口绿波时空图；
图4为算例交叉口分布图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的技术方案作进一步的说明。
本发明所述的多周期长度双向干线绿波控制方法，协调控制流程如图1所示，具体包括以下步骤：
(1)输入干线交叉口相关信息，包括：干线交叉口数量、各交叉口绿波所在相位的红绿灯时长、交叉口间距、各交叉口排队清空时长数据。
(2)规定多周期干线信号控制限制数据，包括：单位周期时长的上下限、下行绿波带宽相对于上行绿波带宽的权重、交叉口周期时长占单位周期时长的最大倍数、绿波速度及速度变化的上下限。
(3)在经典双向绿波控制模型的基础上，设置整数变量描述各交叉口周期时长占单位周期时长的倍数关系；重新构造相邻交叉口之间的带宽关系与绿波带传递关系，修改模型中的带宽约束与整环约束。
定义干线内最小周期长度为单位周期长度，ni＝1,2,3…为交叉口i的周期长度相对于单位周期长度的倍数关系。
带宽约束可调整为：
wi b≤ni(1-ri)i＝1,2,...,n(1a)
其中，n为交叉口总数，如图2所示，
如图3所示，交叉口i 1的周期长度为交叉口i的两倍，a点和c点标注位置分别为交叉口i处上行与下行红灯时间中点，b点为上行绿波在交叉口i 1处的起始位置，d点为下行绿波在交叉口i 1处的结束位置。ab为a点与b点之间的水平距离，cd为c点与d点之间的水平距离，因此有：
其中m'i和
其中，δi为交叉口i处上下行红灯中点的偏移时长/周期。对式(2a)、(2b)和(2c)进行初等变换，结果如下式所示：
绿波速度相关约束不受信号周期长度影响，因此保留maxband经典模型中的绿波速度约束不变。
(4)定义单位周期长度内绿波带宽，以最大化单位周期内绿波带宽加权和为目标，构建多周期长度双向干线绿波控制模型。
定义单位周期长度内的绿波带宽概念，对上述绿波效益进行描述，即单位周期长度内的绿波带宽
(5)求解多周期长度双向干线绿波控制模型，输出相关控制参数，包括：标准周期时长、各交叉口周期长度占标准周期时长的倍数、双向绿波带宽、各路段推荐绿波速度、各交叉口相对相位差，获得多周期长度双向干线绿波控制方案。
多周期长度双向干线绿波控制模型的完整描述如下：
目标函数为：
约束条件为：
wi b≤ni(1-ri)i＝1,2,...,n(1a)
其中b,
模型约束条件均为混合整数线性约束，目标函数为非线性方程，该问题属于非线性整数规划问题，可用bnb求解器进行优化求解。以四个交叉口过程的干线为例(如图3)，对方法进行演算，输入数据如表1和表2所示。
表1交叉口流量表(pcu/h)
表2交叉口东西向红绿灯配时(标准周期)
在多周期长度双向绿波控制模型应用过程中，ni可以根据实际周期长度需求进行限制，为防止模型的求解结果出现周期长度过大的情况，规定本发明的算例中3≥ni≥1。通过bnb求解器依次对maxband经典模型和本文所提出的多周期长度双向绿波控制模型进行求解，求解结果如表3所示，表中优化结果即为模型最终的目标函数值。
表3模型求解结果
求得标准周期长度为40s，交叉口1-4的周期长度分别为标准周期长度的2倍、2倍、3倍、2倍，上下行绿波带宽分别为1.50和1.46个周期，且干线内所有交叉口周期长度在控制在80～130s之间，周期长度合理。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。
1.多周期长度双向干线绿波控制方法，其特征在于，该方法的具体步骤如下：
(1)输入干线交叉口相关信息，包括：干线交叉口数量、各交叉口绿波所在相位的红绿灯时长、交叉口间距、各交叉口排队清空时长数据；
(2)设置多周期干线信号控制限制数据，包括：单位周期时长的上下限、下行绿波带宽相对于上行绿波带宽的权重、交叉口周期时长占单位周期时长的最大倍数、绿波速度及速度变化的上下限；
(3)在双向绿波控制模型的基础上，设置整数变量描述各交叉口周期时长占单位周期时长的倍数关系；重新构造相邻交叉口之间的带宽关系与绿波带传递关系，修改双向绿波控制模型中的带宽约束与整环约束；
(4)定义单位周期长度内绿波带宽，以最大化单位周期内绿波带宽加权和为目标，构建多周期长度双向干线绿波控制模型；
(5)求解多周期长度双向干线绿波控制模型，输出绿波控制参数，获得多周期长度双向干线绿波控制方案，其中绿波控制参数包括：标准周期时长、各交叉口周期长度占标准周期时长的倍数、双向绿波带宽、各路段推荐绿波速度、各交叉口相对相位差。
2.根据权利要求1所述的多周期长度双向干线绿波控制方法，其特征在于，步骤(3)中：
带宽约束修改为：
wi b≤ni(1-ri)i＝1,2,...,n
整环约束修改为：
其中，n为交叉口总数，b为上行绿波带宽/周期，
3.根据权利要求2所述的多周期长度双向干线绿波控制方法，其特征在于，θi和
4.根据权利要求2所述的多周期长度双向干线绿波控制方法，其特征在于，步骤(4)中多周期长度双向干线绿波控制模型具体如下：
目标函数：
约束条件：
wi b≤ni(1-ri)i＝1,2,...,n
其中，b0为单位周期长度内的上行绿波带宽/周期，
5.根据权利要求4所述的多周期长度双向干线绿波控制方法，其特征在于，
