CN101593419A - 一种具有公交优先的城市路网交通流智能协调控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有公交优先的城市路网交通流智能协调控制方法，每个路口设置一个网络型的多相位智能信号控制机，智能信号控制机由本地路口信号控制模块、相邻路口信息处理模块、通信模块、本地车辆信息处理模块、社会车辆检测模块、公交车辆检测与定位模块6个主要部分组成。智能信号控制机核心部分为本地路口信号控制模块，由三个子模块组成：公交优先模块、绿灯观察模块和相位切换模块，每个模块都采用模糊决策方法。本发明通过相邻路口智能信号控制机的信息交换和协调，实现整个城市路网交通流的协调和公交优先通行，在时变和大流量交通环境中，本发明的控制效果明显优于传统的单路口车辆感应控制方法。

Description

一种具有公交优先的城市路网交通流智能协调控制方法

技术领域

本发明涉及自动控制技术领域中的交通控制方法，具体地说涉及一种具有公交优先的城市路网交通流智能协调控制方法。

背景技术

大中城市的道路交通网络通常包含成百上千个路口，如此庞大复杂的交通网络必须通过有序的交通信号来控制车辆通行。多路口的交通网络存在路口之间交通流的相互影响，仅考虑单路口的通行问题无法使整个网络达到最佳的通行状态。在复杂的时变交通环境下，提高路口之间交通信号的协调以增加整个路网的通行能力是路网交通信号控制的关键。近年来，国内外许多专家和学者致力于开发新的交通信号控制技术，人工智能是新的研究方向之一，这是因为人工智能在复杂系统的定性建模和控制上富有成效。然而，当前基于人工智能的交通控制研究大多数集中在简单的交通环境中，如单路口控制和城市干线控制，而一些路网协调控制算法，由于计算复杂，实时性差，很难在在实际中应用。

公共交通作为一种社会群体型交通，具有人均占用道路面积少、运量大、效率高等优点，是城市交通的首选方式。借鉴国内外解决城市交通问题的经验，在交通信号控制中实施公交优先是解决城市交通问题的有效方法之一。国内外对公交优先的规划、控制和管理已作了大量研究，取得了一定的成果，但研究范围大多集中在单路口的公交专用道设置和公交优先控制模式上，对公交优先与路网协调控制的结合缺乏深入研究。本发明在当前无法有效降低社会车辆使用率的前提下，研究将公交优先技术与路网协调技术结合起来，既减少公交车辆的平均行程时间，又尽可能减少其它社会车辆的延误，具有重要意义。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种具有公交优先的城市路网交通流智能协调控制方法。它通过相邻路口智能信号控制机的信息交互和协调，实现整个路网交通流的协调和公交优先通行。

具有公交优先的城市路网交通流智能协调控制方法是：在每个路口设置一个智能信号控制机，通过相邻路口智能信号控制机之间的协调达到交通网络优化控制与公交优先的目的；所述的智能信号控制机至少包括下列模块：

1)本地路口信号控制模块：根据本地车辆达到信息和相邻路口车辆排队、公交车辆到达和当前绿灯相位的信息，经过智能决策，确定当前本地路口各个信号相位的信号灯颜色；

2)相邻路口信息处理模块：实时收集相邻路口智能信号控制机发送过来的当前该路口绿灯相位和车辆排队信息，结合由本地车辆到达信息，按照预设的原则随时更新从相邻路口驶向本地路口的车队信息；

3)通信模块：按照预设的通信语言和规则通过网络与相邻路口智能信号控制机交换当前车辆排队与绿灯相位信息；

4)本地车辆信息处理模块：随时将获得的原始车辆信息加工成为与信号配时决策直接相关的数据；

5)社会车辆检测模块：实时检测路段上社会车辆的通行信息；

6)公交车辆检测与定位模块：实时检测路段上公交车辆的通行信息。

所述的本地路口信号控制模块至少包括下列子模块：

a)公交优先模块：根据当前绿灯相位下公交车辆的到达情况和下一个待放行的红灯相位下公交车辆排队等候情况，来决定哪一个相位下的公交车辆优先放行；

b)绿灯观察模块：根据当前路口绿灯相位和相邻的下游路口的交通情况，来决定停止当前绿灯相位还是继续当前绿灯相位；

c)相位切换模块：根据公交优先模块的输出和绿灯观察模块的输出，来衡量是否将放行相位切换到由下一个待放行的红灯相位。

所述的公交优先模块：

公交优先模块输出一个叫优先权P的变量，P表示当前绿灯相位下的公交车辆相对于下一个待放行的红灯相位下公交车辆优先通行的需求；

公交优先模块是一个两输入单输出模糊决策模块，输入包括：CWT和NWT，CWT表示当前绿灯相位所控制的所有路段进路中距离路口最近的行进中的公交车到达路口停止线所需的时间，其语言值为：Z、S、M、L，如果该路段进路同时有多辆公交车在行进中，则取所需时间最小的公交车，NWT为下一个待放行的红灯相位所控制的所有路段进路中排队等候通行的公交车目前总累计等候时间，其语言值为：Z、VS、S、M、L、VL，如果该相位同时有多辆公交车排队等候，则取所有公交车的累计等候时间之和，输出为优先权P，其语言值为：NB、NM、NS、Z、PS、PM、PB，如果优先权取值为正，则表示当前绿灯相位所控制的路段进路上行进中的公交车要优先通行，其值越大则该公交车到达路口时间越短，也就是优先权越大；如果优先权取值为负，则表示下一个待放行的红灯相位所控制的路段进路中排队等候的公交车要优先通行，其值越小表示该相位下公交车等候时间越久，优先权越大；

公交优先模块模糊规则的基本规则是：P反比于CWT和NWT，也就是说，如果当前绿灯相位所控制的路段进路有公交车很快就要达到路口，或下一个待放行的红灯相位所控制的路段进路公交车排队等候的时间很短，则优先权为正大，应该适当延长当前相位的绿灯时间让行进中的公交车不停车地通过路口。

所述的绿灯观察模块：

绿灯观察模块输出一个叫停止度SD的变量，SD表示停止当前绿灯相位放行的可能性；

绿灯观察模块以Rate和FNCar作为模糊输入，Rate表示当前绿灯相位车队有效占用绿灯增加时间比，其语言值：VL、L、H、VH，设t为当前放行相位已执行的绿灯时间，t_elem为相位基本绿灯时间，在该相位绿灯信号开始前确定，使该相位下排队等候的车辆能一次性通过路口，t₁和t₂为当前相位下某一进路最靠近路口的车队中首车和尾车按当前的行车速度分别达到路口停止线的时间，t_min和t_max为相位的固定的最小和最大绿灯时间，其中t_min是为了使车辆和行人安全地通过路口，t_init为相位初始绿灯时间，其值等于max(t_min，t_elem)；t_add为当前相位下某一进路所需追加的绿灯时间，当t＝t_init后，智能信号控制机分别计算t₁和t₂，按照累计绿灯时间不大于t_max和最大限度保证车队不停车通过路口原则，计算每个车道的预计增加绿灯时间t_add，如果t₂+t＞t_max，则t_add＝t_max-t，否则t_add＝t₂，各车道的车队有效占用绿灯增加时间比r为r＝(t_add-t₁)/t_add，从各车道的r中选取最大值r_max作为Rate。Rate越小，表示绿灯延长时间效率越低，则当前相位绿灯延长的可能性越小，FNCar为与当前绿灯相位所影响的相邻路口间的车辆数，它反映相邻路口间的耦合，其语言值为：F、M、V，输出是当前绿灯相位的停止度SD，用来衡量是否该停止当前该车道的放行，其语言值：N，M，Y；

绿灯观察模块模糊规则的基本规则是：如果当前绿灯相位有效占用绿灯增加时间比较小，或相邻路口间的车辆数较多，那么应该停止当前绿灯相位的放行。

所述的相位切换模块：

相位切换模块的输入分别是公交优先模块的输出P和绿灯观察模块的输出SD，输出是相位切换权SR，用来衡量是否该将放行相位切换到由下一个待放行的红灯相位，其语言值：N和Y，如果清晰化后的切换度大于某一设定的阀值，那么智能信号控制机就切换当前的绿灯相位到下一个待放行的红灯相位；

相位切换模块模糊规则的基本规则是：如果当前绿灯相位中有公交车或有行进中的社会车队很快就要到达路口停止线，那么继续延长放行当前绿灯相位。

所述的本地路口信号控制模块的决策过程至少包括下列步骤：

d)当本相位由红灯变为绿灯时，根据本相位所控制的车道车辆排队情况，以单车道最大排队车辆数位参考值，再根据车辆启动、加速、跟车等经验数据，确定本相位的基础绿灯时间t_elem，然后结合本相位的最小绿灯时间t_min，计算本相位的初始绿灯时间t_init，因此初始绿灯时间既能使排队车辆能顺利通过路口，又确保非机动车和行人安全通过路口；

e)当前绿灯相位的绿灯时间累计达到或超过初始绿灯时间时，判断当前相位所控制的路段进路中是否有正在消散的车队或正在通过路口的公交车辆，如果有则将当前相位绿灯时间延长2秒并重复步骤e)，否则经入信号配时决策的步骤f)；

f)根据相邻路口信息处理模块和本地车辆信息处理模块提供的信息，进行智能决策，确定是否进行相位切换，如果决策结果为相位切换，则进入步骤g)，如果决策过程为延长当前绿灯时间，继续延长绿灯时间t_extend-t，设当前绿灯相位控制路段进路上行进中的公交车辆按照现在的速度到达路口停止线为t_Bus，绿灯观察模块确定的车道最大预计增加绿灯时间t′_add，则t_extend＝min(t+max(t_Bus，t′_add)，t_max)，当绿灯延长时间运行完毕后，进入步骤g)；

g)通行权切换给下一个待放行的红灯相位，并返回步骤d)。

本发明同时综合考虑当前路口行进中的公交车辆到达路口时间和排队等候公交车辆的延误时间，在不降低路口绿灯时间使用效率的前提下实现了公交优先通行。在当前无法有效降低私家车使用率的形势下，将公交优先技术与路网协调技术结合起来，既减少公交车辆的平均行程时间，又尽可能不增加其它社会车辆的延误，是解决城市交通拥堵问题的一种有效的方法。

附图说明

图1为城市路网中路口间车队状态示意图；

图2为车辆检测器安装示意图；

图3为交叉口实现公交优先机制的示意图；

图4为智能信号控制机结构图。

具体实施方式

具有公交优先的城市路网交通流智能协调控制方法是：在每个路口设置一个智能信号控制机，通过相邻路口智能信号控制机之间的协调达到交通网络优化控制与公交优先的目的；所述的智能信号控制机至少包括下列模块：

1)本地路口信号控制模块：根据本地车辆达到信息和相邻路口车辆排队、公交车辆到达和当前绿灯相位的信息，经过智能决策，确定当前本地路口各个信号相位的信号灯颜色；

2)相邻路口信息处理模块：实时收集相邻路口智能信号控制机发送过来的当前该路口绿灯相位和车辆排队信息，结合由本地车辆到达信息，按照预设的原则随时更新从相邻路口驶向本地路口的车队信息；

3)通信模块：按照预设的通信语言和规则通过网络与相邻路口智能信号控制机交换当前车辆排队与绿灯相位信息；

4)本地车辆信息处理模块：随时将获得的原始车辆信息加工成为与信号配时决策直接相关的数据；

5)社会车辆检测模块：实时检测路段上社会车辆的通行信息；

6)公交车辆检测与定位模块：实时检测路段上公交车辆的通行信息。

所述的本地路口信号控制模块至少包括下列子模块：

a)公交优先模块：根据当前绿灯相位下公交车辆的到达情况和下一个待放行的红灯相位下公交车辆排队等候情况，来决定哪一个相位下的公交车辆优先放行；

b)绿灯观察模块：根据当前路口绿灯相位和相邻的下游路口的交通情况，来决定停止当前绿灯相位还是继续当前绿灯相位；

c)相位切换模块：根据公交优先模块的输出和绿灯观察模块的输出，来衡量是否将放行相位切换到由下一个待放行的红灯相位。

所述的公交优先模块：

公交优先模块输出一个叫优先权P的变量，P表示当前绿灯相位下的公交车辆相对于下一个待放行的红灯相位下公交车辆优先通行的需求；

公交优先模块是一个两输入单输出模糊决策模块，输入包括：CWT和NWT，CWT表示当前绿灯相位所控制的所有路段进路中距离路口最近的行进中的公交车到达路口停止线所需的时间，其语言值为：Z、S、M、L，如果该路段进路同时有多辆公交车在行进中，则取所需时间最小的公交车，NWT为下一个待放行的红灯相位所控制的所有路段进路中排队等候通行的公交车目前总累计等候时间，其语言值为：Z、VS、S、M、L、VL，如果该相位同时有多辆公交车排队等候，则取所有公交车的累计等候时间之和，输出为优先权P，其语言值为：NB、NM、NS、Z、PS、PM、PB，如果优先权取值为正，则表示当前绿灯相位所控制的路段进路上行进中的公交车要优先通行，其值越大则该公交车到达路口时间越短，也就是优先权越大；如果优先权取值为负，则表示下一个待放行的红灯相位所控制的路段进路中排队等候的公交车要优先通行，其值越小表示该相位下公交车等候时间越久，优先权越大；

公交优先模块模糊规则的基本规则是：P反比于CWT和NWT，也就是说，如果当前绿灯相位所控制的路段进路有公交车很快就要达到路口，或下一个待放行的红灯相位所控制的路段进路公交车排队等候的时间很短，则优先权为正大，应该适当延长当前相位的绿灯时间让行进中的公交车不停车地通过路口。

所述的绿灯观察模块：

绿灯观察模块输出一个叫停止度SD的变量，SD表示停止当前绿灯相位放行的可能性；

绿灯观察模块以Rate和FNCar作为模糊输入，Rate表示当前绿灯相位车队有效占用绿灯增加时间比，其语言值：VL、L、H、VH，设t为当前放行相位已执行的绿灯时间，t_elem为相位基本绿灯时间，在该相位绿灯信号开始前确定，使该相位下排队等候的车辆能一次性通过路口，t₁和t₂为当前相位下某一进路最靠近路口的车队中首车和尾车按当前的行车速度分别达到路口停止线的时间，t_min和t_max为相位的固定的最小和最大绿灯时间，其中t_min是为了使车辆和行人安全地通过路口，t_init为相位初始绿灯时间，其值等于max(t_min，t_elem)；t_add为当前相位下某一进路所需追加的绿灯时间，当t＝t_init后，智能信号控制机分别计算t₁和t₂，按照累计绿灯时间不大于t_max和最大限度保证车队不停车通过路口原则，计算每个车道的预计增加绿灯时间t_add，如果t₂+t＞t_max，则t_add＝t_max-t，否则t_add＝t₂，各车道的车队有效占用绿灯增加时间比r为r＝(t_add-t₁)/t_add，从各车道的r中选取最大值r_max作为Rate。Rate越小，表示绿灯延长时间效率越低，则当前相位绿灯延长的可能性越小，FNCar为与当前绿灯相位所影响的相邻路口间的车辆数，它反映相邻路口间的耦合，其语言值为：F、M、V，输出是当前绿灯相位的停止度SD，用来衡量是否该停止当前该车道的放行，其语言值：N，M，Y；

绿灯观察模块模糊规则的基本规则是：如果当前绿灯相位有效占用绿灯增加时间比较小，或相邻路口间的车辆数较多，那么应该停止当前绿灯相位的放行。

所述的相位切换模块：

相位切换模块的输入分别是公交优先模块的输出P和绿灯观察模块的输出SD，输出是相位切换权SR，用来衡量是否该将放行相位切换到由下一个待放行的红灯相位，其语言值：N和Y，如果清晰化后的切换度大于某一设定的阀值，那么智能信号控制机就切换当前的绿灯相位到下一个待放行的红灯相位；

相位切换模块模糊规则的基本规则是：如果当前绿灯相位中有公交车或有行进中的社会车队很快就要到达路口停止线，那么继续延长放行当前绿灯相位。

所述的本地路口信号控制模块的决策过程至少包括下列步骤：

d)当本相位由红灯变为绿灯时，根据本相位所控制的车道车辆排队情况，以单车道最大排队车辆数位参考值，再根据车辆启动、加速、跟车等经验数据，确定本相位的基础绿灯时间t_elem，然后结合本相位的最小绿灯时间t_min，计算本相位的初始绿灯时间t_init，因此初始绿灯时间既能使排队车辆能顺利通过路口，又确保非机动车和行人安全通过路口；

e)当前绿灯相位的绿灯时间累计达到或超过初始绿灯时间时，判断当前相位所控制的路段进路中是否有正在消散的车队或正在通过路口的公交车辆，如果有则将当前相位绿灯时间延长2秒并重复步骤e)，否则经入信号配时决策的步骤f)；

f)根据相邻路口信息处理模块和本地车辆信息处理模块提供的信息，进行智能决策，确定是否进行相位切换，如果决策结果为相位切换，则进入步骤g)，如果决策过程为延长当前绿灯时间，继续延长绿灯时间t_extend-t，设当前绿灯相位控制路段进路上行进中的公交车辆按照现在的速度到达路口停止线为t_Bus，绿灯观察模块确定的车道最大预计增加绿灯时间t′_add，则t_extend＝min(t+max(t_Bus，t′_add)，t_max)，当绿灯延长时间运行完毕后，进入步骤g)；

g)通行权切换给下一个待放行的红灯相位，并返回步骤d)。

如图1所示，车道内的车队可分为3类：正在消散的车队、行驶在途中的车队和正在形成的车队。在本地路口A，当前绿灯相位所控制的车道中1号车正在通过路口停止线进入路口A内，该车和紧随其后的2号与3号车所形成的车队属于正在消散的车队；在路口B，7、8、9号车正在向路口A行驶，其中7号车已进入路段，8号与9号车还在路口B中，这3辆车所构成的车队属于正在形成的车队；中间5、6、7号车是在路口B的前一次绿灯时间中通过路口B进入路段的，该车队属于行驶在途中的车队。

如图2所示，交通信息对智能信号控制机的实时控制效果起着至关重要的作用。本发明假定每个交叉口的每条进口道上都安装有两个感应线圈检测器，一个安装在靠近停止线后，另外一个安装在车道上游停止线一定的距离后。每个检测器应能计算出经过的车辆数。公交车辆检测器采用射频形式，发射装置安装在公交车上，接收装置放置在路边，如果两相邻交叉口间有公交车站，接受装置则在车站下游处，否则就在两相邻交叉口的正中间。

如图3所示，公交优先包括空间优先和时间优先。公交专用道和公交优先等候区从空间上实现公交优先，具有公交优先的智能交通控制策略能够从时间上保证公交优先。公交专用道由公交车辆专用，社会车辆不允许进入。当前相位为红灯时，社会车辆在停车线后排队，不允许进入公交优先等候区，而此时公交车辆可以从右转车道进入公交专用等候区，右转车辆可以自由通过交叉口。当左转提示信号开始时，排队的公交车辆进入左转待驶区。左转预信号开始后，等候的社会车辆进入公交优先等候区，并排在公交车辆的后面。左转信号开始后，公交车辆与社会车辆依次通过交叉口。直行时公交优先的模式与左转时类似。通常情况下，预信号和提示信号同时启动。

如图4所示，按照分布式控制原则，本发明在每个路口设置一个智能信号控制机，通过相邻路口智能信号控制机之间的协调达到交通网络控制优化的目的。智能信号控制机由本地路口信号控制模块、相邻路口信息处理模块、通信模块、本地车辆信息处理模块、社会车辆检测模块、公交车辆检测与定位模块6个主要部分组成。

本地路口信号控制模块根据本地车辆信息处理模块提供的路段车辆达到信息和经过相邻路口信息处理模块处理过的相邻路口车辆排队、公交车辆达到和当前绿灯相位的信息，经过智能决策，确定当前本地路口各个信号相位的信号灯颜色，与此同时，经过通信模块向相邻路口的智能信号控制机发送本地路口当前绿灯相位和车辆通过信息。相邻路口信息处理模块实时收集相邻路口智能信号控制机发送过来的当前该路口绿灯相位和车辆排队信息，结合由本地车辆信息处理模块发送来的路段车辆到达信息，按照预设的原则随时更新从相邻路口驶向本地路口的车队信息，并实时将这些车队信息提供给本地路口信号控制模块。通信模块按照预设的通信语言和规则通过网络与相邻路口智能信号控制机交换当前车辆排队与绿灯相位信息。本地车辆信息处理模块随时将从社会车辆检测模块和公交车辆检测与定位模块获得的原始车辆信息加工成为与信号配时决策直接相关的数据，并将这些数据提供给本地路口信号控制模块和相邻路口信息处理模块。公交车辆检测与定位模块和社会车辆检测模块分别实时检测路段上公交车辆和其他社会车辆的通行信息并提供给本地车辆信息处理模块进一步处理。

本地路口信号控制模块包括三个子模块：公交优先模块，绿灯观察模块和相位切换模块，智能信号控制机能根据实际交通状态动态改变信号周期和绿信比。

1.公交优先模块

公交优先模块根据当前绿灯相位下公交车辆的到达情况和下一个待放行的红灯相位下公交车辆排队等候情况，来决定哪一个相位下的公交车辆该优先放行。它输出一个叫优先权P(Priority)的变量，P表示当前绿灯相位下的公交车辆相对于下一个待放行的红灯相位下公交车辆优先通行的需求。

公交优先模块是一个两输入单输出模糊决策模块，输入包括：CWT和NWT，CWT表示当前绿灯相位所控制的所有路段进路中距离路口最近的行进中的公交车到达路口停止线所需的时间，其语言值为：Z(零)、S(短)、M(中)、L(长)。如果该路段进路同时有多辆公交车在行进中，则取所需时间最小的公交车。NWT为下一个待放行的红灯相位所控制的所有路段进路中排队等候通行的公交车目前总累计等候时间，其语言值为：Z(零)、VS(很短)、S(短)、M(中)、L(长)、VL(很长)。如果该相位同时有多辆公交车排队等候，则取所有公交车的累计等候时间之和。输出为P，表示优先权，其语言值为：NB(负大)、NM(负中)、NS(负小)、Z(零)、PS(正小)、PM(正中)、PB(正大)。如果优先权取值为正，则表示当前绿灯相位所控制的路段进路上行进中的公交车要优先通行，其值越大则该公交车到达路口时间越短，也就是优先权越大；如果优先权取值为负，则表示下一个待放行的红灯相位所控制的路段进路中排队等候的公交车要优先通行，其值越小表示该相位下公交车等候时间越久，优先权越大。

公交优先模块的模糊规则是这样的：P反比于CWT和NWT，也就是说，如果当前绿灯相位所控制的路段进路有公交车很快就要达到路口，或下一个待放行的红灯相位所控制的路段进路公交车排队等候的时间很短，则优先权为正大，应该适当延长当前相位的绿灯时间让行进中的公交车不停车地通过路口。公交优先模块有17条模糊规则，表1列举了部分规则。

表1公交优先模块的部分规则

2.绿灯观察模块

绿灯观察模块根据当前路口绿灯相位和相邻的下游路口的交通情况，来决定是停止当前绿灯相位还是继续当前绿灯相位。它输出一个叫停止度SD(StopDegree)的变量，SD表示停止当前绿灯相位放行的可能性。

绿灯观察模块以Rate和FNCar作为模糊输入。Rate表示当前绿灯相位车队有效占用绿灯增加时间比，其语言值：VL(很低)、L(低)、H(高)、VH(很高)。设t为当前放行相位已执行的绿灯时间；t_elem为相位基本绿灯时间，在该相位绿灯信号开始前确定，使该相位下排队等候的车辆能一次性通过路口；t₁和t₂为当前相位下某一进路最靠近路口的车队中首车和尾车按当前的行车速度分别达到路口停止线的时间；t_min和t_max为相位的固定的最小和最大绿灯时间，其中t_min是为了保证若干辆汽车和行人等安全地通过路口；t_init为相位初始绿灯时间，其值等于max(t_min，t_elem)；t_add为当前相位下某一进路所需追加的绿灯时间。当t＝ti_nit后，智能信号控制机分别计算t₁和t₂，按照累计绿灯时间不大于t_max和最大限度保证车队不停车通过路口原则，计算每个车道的预计增加绿灯时间t_add。如果t₂+t＞t_max，则t_add＝t_max-t，否则t_add＝t₂。各车道的车队有效占用绿灯增加时间比r为r＝(t_add-t₁)/t_add，从各车道的r中选取最大值r_max作为Rate。Rate越小，表示绿灯延长时间效率越低，则当前相位绿灯延长的可能性越小。FNCar为与当前绿灯相位所影响的相邻路口间的车辆数，它反映相邻路口间的耦合，其语言值为：F(少)、M(中)、V(多)。输出是当前绿灯相位的停止度SD，用来衡量是否该停止当前该车道的放行，其语言值：N(否)，M(可能)，Y(是)。

需要着重强调的是Rate的模糊划分对于路口交通信号控制效果具有及其重要的影响，必须确保路口信号绿灯时间的利用率维持在合理水平之上。绿灯观察模块的模糊规则是这样的：如果当前绿灯相位有效占用绿灯增加时间比较小，或相邻路口间的车辆数较多，那么应该停止当前绿灯相位的放行。绿灯观察模块有27条模糊规则，表2列举了部分规则。

表2绿灯观察模块的部分规则

3.相位切换模块

相位切换模块的输入分别是公交优先模块的输出P和绿灯观察模块的输出SD。输出是相位切换权SR(Switch Right)，用来衡量是否该将放行相位切换到由下一个待放行的红灯相位，其语言值：N(否)和Y(是)，如果清晰化后的切换度大于某一设定的阀值，那么智能信号控制机就切换当前的绿灯相位到下一个待放行的红灯相位。

相位切换模块有17条规则，表3列举了部分规则。其基本思想是：如果当前绿灯相位中有公交车，或有行进中的社会车队很快就要达到路口停止线，那么继续延长放行当前绿灯相位。

表3相位切换模块的部分规则

Claims (6)

1.一种具有公交优先的城市路网交通流智能协调控制方法，其特征在于：在每个路口设置一个智能信号控制机，通过相邻路口智能信号控制机之间的协调达到交通网络优化控制与公交优先的目的；所述的智能信号控制机至少包括下列模块：

1)本地路口信号控制模块：根据本地车辆达到信息和相邻路口车辆排队、公交车辆到达和当前绿灯相位的信息，经过智能决策，确定当前本地路口各个信号相位的信号灯颜色；

2)相邻路口信息处理模块：实时收集相邻路口智能信号控制机发送过来的当前该路口绿灯相位和车辆排队信息，结合由本地车辆到达信息，按照预设的原则随时更新从相邻路口驶向本地路口的车队信息；

3)通信模块：按照预设的通信语言和规则通过网络与相邻路口智能信号控制机交换当前车辆排队与绿灯相位信息；

4)本地车辆信息处理模块：随时将获得的原始车辆信息加工成为与信号配时决策直接相关的数据；

5)社会车辆检测模块：实时检测路段上社会车辆的通行信息；

6)公交车辆检测与定位模块：实时检测路段上公交车辆的通行信息。

2.如权利要求1所述的一种具有公交优先的城市路网交通流智能协调控制方法，其特征在于所述的本地路口信号控制模块至少包括下列子模块：

a)公交优先模块：根据当前绿灯相位下公交车辆的到达情况和下一个待放行的红灯相位下公交车辆排队等候情况，来决定哪一个相位下的公交车辆优先放行；

b)绿灯观察模块：根据当前路口绿灯相位和相邻的下游路口的交通情况，来决定停止当前绿灯相位还是继续当前绿灯相位；

c)相位切换模块：根据公交优先模块的输出和绿灯观察模块的输出，来衡量是否将放行相位切换到由下一个待放行的红灯相位。

3.如权利要求2所述的一种具有公交优先的城市路网交通流智能协调控制方法，其特征在于所述的公交优先模块：

公交优先模块输出一个叫优先权P的变量，P表示当前绿灯相位下的公交车辆相对于下一个待放行的红灯相位下公交车辆优先通行的需求；

公交优先模块是一个两输入单输出模糊决策模块，输入包括：CWT和NWT，CWT表示当前绿灯相位所控制的所有路段进路中距离路口最近的行进中的公交车到达路口停止线所需的时间，其语言值为：Z、S、M、L，如果该路段进路同时有多辆公交车在行进中，则取所需时间最小的公交车，NWT为下一个待放行的红灯相位所控制的所有路段进路中排队等候通行的公交车目前总累计等候时间，其语言值为：Z、VS、S、M、L、VL，如果该相位同时有多辆公交车排队等候，则取所有公交车的累计等候时间之和，输出为优先权P，其语言值为：NB、NM、NS、Z、PS、PM、PB，如果优先权取值为正，则表示当前绿灯相位所控制的路段进路上行进中的公交车要优先通行，其值越大则该公交车到达路口时间越短，也就是优先权越大；如果优先权取值为负，则表示下一个待放行的红灯相位所控制的路段进路中排队等候的公交车要优先通行，其值越小表示该相位下公交车等候时间越久，优先权越大；

公交优先模块模糊规则的基本规则是：P反比于CWT和NWT，也就是说，如果当前绿灯相位所控制的路段进路有公交车很快就要达到路口，或下一个待放行的红灯相位所控制的路段进路公交车排队等候的时间很短，则优先权为正大，应该适当延长当前相位的绿灯时间让行进中的公交车不停车地通过路口。

4.如权利2所述的一种具有公交优先的城市路网交通流智能协调控制方法，其特征在于所述的绿灯观察模块：

绿灯观察模块输出一个叫停止度SD的变量，SD表示停止当前绿灯相位放行的可能性；

绿灯观察模块以Rate和FNCar作为模糊输入，Rate表示当前绿灯相位车队有效占用绿灯增加时间比，其语言值：VL、L、H、VH，设t为当前放行相位已执行的绿灯时间，t_elem为相位基本绿灯时间，在该相位绿灯信号开始前确定，使该相位下排队等候的车辆能一次性通过路口，t₁和t₂为当前相位下某一进路最靠近路口的车队中首车和尾车按当前的行车速度分别达到路口停止线的时间，t_min和t_max为相位的固定的最小和最大绿灯时间，其中t_min是为了使车辆和行人安全地通过路口，t_init为相位初始绿灯时间，其值等于max(t_min，t_elem)；t_add为当前相位下某一进路所需追加的绿灯时间，当t＝t_init后，智能信号控制机分别计算t₁和t₂，按照累计绿灯时间不大于t_max和最大限度保证车队不停车通过路口原则，计算每个车道的预计增加绿灯时间t_add，如果t₂+t＞t_max，则t_add＝t_max-t，否则t_add＝t₂，各车道的车队有效占用绿灯增加时间比r为r＝(t_add-t₁)/t_add，从各车道的r中选取最大值r_max作为Rate。Rate越小，表示绿灯延长时间效率越低，则当前相位绿灯延长的可能性越小，FNCar为与当前绿灯相位所影响的相邻路口间的车辆数，它反映相邻路口间的耦合，其语言值为：F、M、V，输出是当前绿灯相位的停止度SD，用来衡量是否该停止当前该车道的放行，其语言值：N，M，Y；

绿灯观察模块模糊规则的基本规则是：如果当前绿灯相位有效占用绿灯增加时间比较小，或相邻路口间的车辆数较多，那么应该停止当前绿灯相位的放行。

5.如权利2所述的一种具有公交优先的城市路网交通流智能协调控制方法，其特征在于所述的相位切换模块：

相位切换模块的输入分别是公交优先模块的输出P和绿灯观察模块的输出SD，输出是相位切换权SR，用来衡量是否该将放行相位切换到由下一个待放行的红灯相位，其语言值：N和Y，如果清晰化后的切换度大于某一设定的阀值，那么智能信号控制机就切换当前的绿灯相位到下一个待放行的红灯相位；

相位切换模块模糊规则的基本规则是：如果当前绿灯相位中有公交车或有行进中的社会车队很快就要到达路口停止线，那么继续延长放行当前绿灯相位。

6.如权利要求2所述的一种具有公交优先的城市路网交通流智能协调控制方法，其特征在于所述的本地路口信号控制模块的决策过程至少包括下列步骤：

d)当本相位由红灯变为绿灯时，根据本相位所控制的车道车辆排队情况，以单车道最大排队车辆数位参考值，再根据车辆启动、加速、跟车等经验数据，确定本相位的基础绿灯时间t_elem，然后结合本相位的最小绿灯时间t_min，计算本相位的初始绿灯时间t_init，因此初始绿灯时间既能使排队车辆能顺利通过路口，又确保非机动车和行人安全通过路口；

e)当前绿灯相位的绿灯时间累计达到或超过初始绿灯时间时，判断当前相位所控制的路段进路中是否有正在消散的车队或正在通过路口的公交车辆，如果有则将当前相位绿灯时间延长2秒并重复步骤e)，否则经入信号配时决策的步骤f)；

f)根据相邻路口信息处理模块和本地车辆信息处理模块提供的信息，进行智能决策，确定是否进行相位切换，如果决策结果为相位切换，则进入步骤g)，如果决策过程为延长当前绿灯时间，继续延长绿灯时间t_extend-t，设当前绿灯相位控制路段进路上行进中的公交车辆按照现在的速度到达路口停止线为t_Bus，绿灯观察模块确定的车道最大预计增加绿灯时间t′_add，则t_extend＝min(t+max(t_Bus，t′_add)，t_max)，当绿灯延长时间运行完毕后，进入步骤g)；

g)通行权切换给下一个待放行的红灯相位，并返回步骤d)。

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