中文标题：基于灯组的考虑信控交叉口混合交通流安全性的信号配时优化

作者：Fen Wang, Keshuang Tang*, Keping Li, Zhigang Liu, Lin Zhu.

已见刊于：Journal of Advanced Transportation.

https://doi.org/10.1155/2019/2747569

关键词：混合交通流、交通冲突、非线性规划、非支配排序遗传算法

传统的统一相位结构的基于阶段的信号控制方法已在我国的信号交叉口得到了广泛的应用。然而，这种方法不能有效地处理流量不平衡的混合交通流。此外，这种信号控制方法也导致了许多安全问题，如(a)右转机动车与直行自行车之间的交通冲突，(b)自行车间隔失效导致的相位变化的交通冲突。因此，本文的目标是提出一种基于灯组的考虑交叉口安全与延误的混合交通流信号优化模型。

该模型以绿灯间隔期间的交通冲突为基础进行安全性评价，并将其纳入信号配时过程中。目前业界可用的主要安全评估方法包括事故分析(AA, Accident Analysis)和交通冲突技术(TCT, Traffic Conflict Technique)。AA方法通过使用事故数据作为安全的直接衡量标准来评估安全。TCT方法通过冲突机会和严重程度来评估安全，这些冲突机会和严重程度由某些指标表示，如后侵占时间(PET, Post Encroachment Time)和碰撞时间(TTC, Time To Collision)。由于事故数据通常是不可用的，所以TCT更适合于信号配时阶段。本文提出了一种估计冲突发生概率的概率方法，并提出了一种结合后侵占时间和动能的新型安全指标来衡量冲突严重程度。交通冲突可以用以下三个参数表示：(a)灯组中最后一个清空车辆的超过概率；(b)运动群中第一辆进入车辆的存在概率；(c)交通冲突严重程度。

图1 典型四肢信号交叉口的信号灯组

然后，本文采用《公路通行能力手册2010》中的人均延误计算方法，将优化目标定为交通冲突和延误最小，并将多目标优化问题化为非线性规划，并采用非支配排序遗传算法进行求解。

图2 基于NSGA-II求解算法的流程图

对于提出的方法，选取上海市典型的四肢交叉口（曹安公路—嘉松路交叉口）作为研究对象，通过MATLAB的数值模拟进行模型的适用性和性能评估，结果如图3所示。

图3 收敛趋势和算法的帕累托前沿

图3(a)展示了多目标优化过程中安全延误域的所有评估结果。图3(b)给出了属于帕累托边界的多目标优化的解决方案，有效地证明了两个目标之间的权衡。通过采用代表这些解决方案的任何信号配时计划，交通信号工程师可以提高安全性（通过减少交通冲突的强度），而不损害当前信号配时计划的效率（延误）。

结果表明，该模型可以为研究人员和从业者同时优化交通安全和信号规划效率提供一个有效的工具。它还克服了大多数传统模型在优化过程中无法量化安全性的缺点。