CN102280036B - 干线协调控制下快速公交信号优先配时方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种干线协调控制下快速公交信号优先配时方法。所述的干线协调控制下快速公交信号优先配时方法的步骤如下：1.信号机根据快速公交车辆检测器判断是否检测到公交申请，当快速公交车辆检测器检测到公交申请时，预测快速公交车辆到达停车线的时刻t₁；若没有检测到公交申请，结束当前时刻判断；2.当快速公交车辆检测器在协调相位绿灯期间检测到公交申请时，若快速公交车辆在协调相位绿灯期间到达交叉口停车线，则保持原信号配时不变，否则，则进行绿灯延长控制；3.当快速公交车辆检测器在协调相位红灯期间检测到公交申请时，若快速公交车辆在协调相位绿灯期间到达交叉口停车线，则保持原信号配时不变，否则，则进行绿灯提前启亮控制。

Description

干线协调控制下快速公交信号优先配时方法

技术领域

本发明涉及一种属于智能交通管理领域的用于快速公交(BRT)车辆的信号配时方法，更具体地说，本发明涉及一种干线协调控制下的快速公交信号优先配时方法。

背景技术

干线信号协调控制是城市交通控制中一种常见的控制方式，它以社会车流为控制对象，通过设置相位差的方式协调干线车流运行，提高控制效益。而快速公交车辆只是城市交通流中的特殊群体，快速公交信号优先是对城市交通信号控制功能的一种完善和补充。所以二者相比，干线协调控制的优先级别要高于快速公交车辆信号优先。

目前国内外关于公交信号优先方面的研究主要集中在单点优先上，针对不同交通环境建立了丰富多样的控制策略。干线公交优先是在干线信号协调控制基础上，从提高公交车辆运行效率角度对干线信号配时进行优化的一种控制方式，目前国内外的研究还比较少。与单点公交优先相比，干线公交优先在给予公交信号优先时不仅需要考虑公交车辆利益，还需要重点考虑配时参数调整对干线绿波带的影响，因此实现起来更加复杂。在干线协调控制中，通常是按社会车流优化相位差和绿波带宽度，在该条件下，采用绿灯延长、红灯早断等方法实施公交车辆优先则可能破坏干线协调的交通流。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服了现有技术存在的问题，提供了一种干线协调控制下的快速公交优先信号配时方法。

为解决上述技术问题，本发明是采用如下技术方案实现的：所述的干线协调控制下快速公交信号优先配时方法的步骤如下：

1.信号机根据快速公交车辆检测器判断是否检测到公交申请，当快速公交车辆检测器检测到公交申请时，预测快速公交车辆到达停车线的时刻t₁；若没有检测到公交申请，则结束当前时刻判断；

2.当快速公交车辆检测器在协调相位绿灯期间检测到公交申请时，若快速公交车辆在协调相位绿灯期间到达交叉口停车线，即G_(j-1)j≤t₁≤G_jj，则保持原信号配时不变，否则，则进行绿灯延长控制；

3.当快速公交车辆检测器在协调相位红灯期间检测到公交申请时，若快速公交车辆在协调相位绿灯期间到达交叉口停车线，即G_(j-1)j≤t₁≤G_jj，则保持原信号配时不变，否则，则进行绿灯提前启亮控制；

其中：G_(j-1)j为协调相位前一相位绿灯结束时刻，G_jj为协调相位绿灯结束时刻。

技术方案中所述的快速公交车辆到达停车线时刻t₁的计算方式如下：

t₁＝t₀+Δt          (4)

Δt＝L₂/v_b          (5)

式中：t₀-快速公交车辆到达快速公交车辆检测器时刻，单位.秒；

Δt-快速公交车辆从快速公交车辆检测器到停车线行驶时间，单位.秒；

L₂-快速公交车辆检测器到停车线的距离，单位.米；

v_b-快速公交车辆匀速行驶速度，单位.米/秒；由于设置公交专用车道，快速公交车辆状态平稳，按匀速行驶计算。

技术方案中所述的绿灯延长步骤的工作流程如下：

1.判断公交优先所需延长时间

是否大于协调相位最大可延长绿灯时间

若是，即

则保持信号配时不变；否则，即

则确定协调相位绿灯延长时间为公交优先所需延长时间即

2.确定各相位绿灯时间

确定协调相位绿灯延长时间

为公交优先所需延长时间后，需要计算最终运行的配时参数，计算过程如下：

1)协调相位绿灯时间的确定

执行协调相位绿灯延长后，协调相位执行的绿灯时间为本周期基础绿灯时间加上延长绿灯时间：

$G_j^n=g_{0j}^n+g_{y1}^n---\left(11\right)$

式中：

-n周期协调相位绿灯时间，单位.秒；

-n周期协调相位基础绿灯时间，单位.秒；

-n周期协调相位绿灯延长时间，单位.秒。

2)协调相位后面相位绿灯时间的确定

若n周期各相位的可压缩绿灯时间

之和能够满足公交优先所需延长时间，则协调相位后各相位执行压缩后的绿灯时间，即基础绿灯时间减去各相位压缩绿灯时间，各相位压缩绿灯时间按等流量比分配被压缩的总绿灯时间，计算公式如下：

$G_i^n=g_{i0}^n-g_{y1}^n\×\frac{g_{i0}^n}{\underset{i}{\overset{j-1}{\mathrm{\Σ}}}{g}_{i0}^n}---\left(12\right)$

式中：

-n周期非协调相位绿灯时间，单位.秒；

-n周期非协调相位基础绿灯时间，单位.秒；

-n周期协调相位绿灯延长时间，单位.秒；

否则，则协调相位后各相位执行压缩后的绿灯时间，即基础绿灯时间减去各相位压缩绿灯时间，各相位压缩绿灯时间为n周期各相位的可压缩绿灯时间

之和乘以各相位基础绿灯时间占总基础绿灯时间的比例：

$G_i^n=g_{i0}^n-g_{\mathrm{ki}}^n\×\frac{g_{i0}^n}{\underset{i}{\overset{j-1}{\mathrm{\Σ}}}{g}_{i0}^n}---\left(13\right)$

下一周期协调相位绿灯起始时刻为：

$G_{\mathrm{jq}}^{n+1}=G_{\mathrm{jq}0}^{n+1}+(g_{y1}^n-\underset{i}{\mathrm{\Σ}}{g}_{\mathrm{ki}}^n)---\left(14\right)$

式中：

-n+1周期协调相位绿灯起始时刻，单位.秒；

-n+1周期协调相位绿灯计算起始时刻，单位.秒。

技术方案中所述的公交优先所需延长时间

与协调相位最大可延长绿灯时间

的计算方法如下：

1.公交优先所需延长时间

的确定

公交优先所需延长时间

为快速公交车辆到达停车线时刻t₁与协调相位绿灯结束时刻

之差：

$g_{\mathrm{xy}1}^n=t_1-G_{\mathrm{jj}}^n---\left(6\right)$

式中：

-n周期公交优先所需延长时间，单位.秒；

-n周期协调相位绿灯结束时刻，单位.秒；

2.协调相位最大可延长绿灯时间

的确定

$g_m^n=\underset{i}{\mathrm{\Σ}}{g}_{\mathrm{ki}}^n+g_{\mathrm{tj}}^n---\left(7\right)$

式中：

-n周期协调相位最大可延长绿灯时间，单位.秒；

-n周期相位i的可压缩绿灯时间，单位.秒；

-n+1周期所能提供的绿灯时间，单位.秒；

a.n周期相位i的可压缩绿灯时间

的确定

n周期相位i的可压缩绿灯时间

为基础绿灯时间

减去计算公式为：

$g_{\mathrm{ki}}^n=g_{0i}^n-g_{\mathrm{ci}}^n---\left(8\right)$

式中：

-n周期相位i基础绿灯时间，单位.秒，为未执行公交优先时所采用的相位绿灯时间；

-n周期相位i临界绿灯时间，单位.秒。即在交叉口信号配时中，各非协调相位饱和度为0.9时计算得到的绿灯时间；

b.n+1周期可提供的绿灯时间

的确定

n+1周期协调相位所能提供的绿灯时间不仅包括n+1周期协调相位前面相位的可压缩绿灯时间之和，还包括协调相位可提供的绿灯时间；

为保证每两个周期时长总和不变，n-1周期和n周期分别实行不同程度的公交优先：

a)n-1周期无协调相位绿灯时间延长，n+1周期可提供的绿灯时间的确定不仅要考虑协调相位的可压缩绿灯时间，还需考虑n+1周期协调相位绿波带下限时刻与协调相位绿灯启亮时刻之差，从而确保协调相位绿波带不被破坏：

$g_{\mathrm{tj}}^n=\min (\underset{i=1}{\overset{j-1}{\mathrm{\Σ}}}{g}_{\mathrm{ki}}^n+g_{\mathrm{kj}}^n,\underset{i=1}{\overset{j-1}{\mathrm{\Σ}}}{g}_{\mathrm{ki}}^n+G_{\mathrm{jq}}^{n+1}-G_{\mathrm{jm}1}^{n+1})---\left(9\right)$

式中：-n+1周期协调相位绿灯启亮时刻，单位.秒；

-n+1周期协调相位绿波带下限时刻，单位.秒，

b)n-1周期有协调相位绿灯时间延长，则：

$g_{\mathrm{tj}}^n=0.$

技术方案中所述的绿灯提前启亮步骤的工作流程如下：

1.判断公交优先所需提前启亮时间

是否大于协调相位最大可提前启亮绿灯时间

若是，则假定快速公交车辆优先时间为

即

若不是，则假定快速公交车辆优先时间为所需提前启亮时间

即

2.根据步骤1假定的快速公交车辆优先时间，判断协调相位绿灯结束时间是否破坏协调相位绿波带，若是，即

则确定快速公交车辆优先时间为不破坏绿波带所能提供的最大绿灯时间，即

若不是，则确定快速公交车辆优先时间为步骤1)所假定的时间

其中，

表示n周期协调相位绿灯结束时刻；

3.确定各相位绿灯时间。

技术方案中所述的公交优先所需提前启亮时间

与协调相位最大可提前启亮绿灯时间

的计算方法如下：

1.公交优先所需提前启亮时间

的确定

公交优先所需提前启亮时间

为协调相位绿灯开始时刻

与快速公交车辆到达停车线时刻t₁之差：

$g_{\mathrm{xy}2}^n=G_{\mathrm{jq}}^n-t_1---\left(15\right)$

式中：

-n周期公交优先所需提前启亮时间，单位.秒；

-n周期协调相位绿灯开始时刻，单位.秒；

2.协调相位最大可提前启亮绿灯时间

的确定

协调相位最大可提前启亮绿灯时间为协调相位前面相位所能提供的可提前启亮时间之和，分以下两种情况计算：

a.快速公交车辆到达交叉口停车线时刻为第i相位绿灯，且已经超过i相位的临界绿灯时间

相位所能提供的绿灯时间为i相位剩余绿灯时间和从i+1相位至协调相位前一相位(j-1相位)可压缩绿灯时间之和，则最大可提前启亮绿灯时间公式为：

$g_m^n=G_{\mathrm{ij}}^n-t_1+\underset{i+1}{\overset{j-1}{\mathrm{\Σ}}}{g}_{\mathrm{ki}}^n---\left(16\right)$

式中：

-n周期协调相位最大可提前启亮绿灯时间，单位.秒；

-n周期当前相位绿灯结束时刻，单位.秒；

-n周期相位i可压缩绿灯时间，单位.秒；

b.快速公交车辆到达交叉口停车线时刻为第i相位，且未超过i相位临界绿灯时间

相位所能提供的绿灯时间为从i相位至协调相位前一相位(j-1相位)可压缩绿灯时间之和，则最大可提前启亮绿灯时间公式为：

$g_m^n=\underset{i}{\overset{j-1}{\mathrm{\Σ}}}{g}_{\mathrm{ki}}^n---\left(17\right)$

式中：

-n周期协调相位最大可提前启亮绿灯时间，单位.秒；

-n周期相位i可压缩绿灯时间，单位.秒。

技术方案中所述的协调相位绿波带的上下限确定方法如下：

1.确定n周期协调相位绿灯时间中点时刻，计算公式如下：

$G_{\mathrm{jm}}^n=\underset{i=1}{\overset{j-1}{\mathrm{\Σ}}}{G}_i^n+\frac{G_j^n}{2}+(n-1)C---\left(18\right)$

式中：

-n周期协调相位绿波带中点时刻，单位.秒；

2.根据n周期协调绿波带宽度计算协调相位绿波带起止时刻

$G_{\mathrm{jm}1}^n=G_{\mathrm{jm}}^n-\frac{w}{2}---\left(19\right)$

$G_{\mathrm{jm}2}^n=G_{\mathrm{jm}}^n+\frac{w}{2}---\left(20\right)$

w＝min(w_p，w_O)                                (21)

式中：-n周期协调相位绿波带下限时刻，单位.秒；

-n周期协调相位绿波带上限时刻，单位.秒；

w-协调相位绿波带的带宽度，秒，即协调正向绿波带和反向绿波的最小值；

w_p-为正向绿波带宽度，单位.秒；

w_O-反向绿波带宽度，单位.秒；

n周期协调相位绿灯结束时刻

可以通过信号机的记录得到。

技术方案中所述的确定各相位绿灯时间步骤如下：

1.协调相位前面相位绿灯时间的确定

协调相位前面相位绿灯时间为基础绿灯时间减去各相位压缩绿灯时间，各相位压缩绿灯时间为协调相位提前时间乘以各相位基础绿灯时间占总基础绿灯时间的比例，由于提前启亮时间的确定已符合绿波带上下限的约束，因此计算公式如下：

$G_i^n=g_{i0}^n-g_{y2}^n\×\frac{g_{i0}^n}{\underset{i}{\overset{j-1}{\mathrm{\Σ}}}{g}_{i0}^n}---\left(22\right)$

式中：

-n周期非协调相位绿灯时间，单位.秒；

-n周期非协调相位基础绿灯时间，单位.秒；

-n周期协调相位绿灯提前启亮时间，单位.秒；

2.协调相位绿灯时间保持不变；

3.下一周期各相位基础绿灯时间的确定

当n周期执行提前启亮时，n+1周期协调相位绿灯时间不变，其他相位执行基础绿灯时间加上n周期各相位压缩绿灯时间，计算公式为：

$G_i^n=g_{i0}^n-g_{y2}^n\×\frac{g_{i0}^n}{\underset{i}{\overset{j-1}{\mathrm{\Σ}}}{g}_{i0}^n}---\left(23\right)$

式中：

-n周期非协调相位绿灯时间，单位.秒；

-n周期非协调相位基础绿灯时间，单位.秒；

-n周期协调相位绿灯提前启亮时间，单位.秒。

与现有技术相比本发明的有益效果是：

1.本发明所述的干线协调控制下快速公交信号优先配时方法在不破坏干线绿波带的条件下，实现了干线本发明所述的信号优先控制，采用绿灯延长和绿灯提前启亮等两种方式为快速公交车辆提供优先信号；

2.本发明所述的干线协调控制下快速公交信号优先配时方法可以降低快速公交车辆在干线协调控制下各交叉口处的延误，提高快速公交车辆的运行效率，降低快速公交车辆乘客的出行成本；

3.本发明所述的干线协调控制下快速公交信号优先配时方法针对干线协调控制的特点和快速公交车辆的特性提出了一种双层优化模型，是对城市交通信号控制功能的一种完善和补充。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的说明：

图1是本发明所述的干线协调控制下快速公交信号优先配时方法中快速公交车辆检测器与社会车辆检测器布设示意框图；

图2是本发明所述的干线协调控制下快速公交信号优先配时方法的流程框图；

图3是本发明所述的干线协调控制下快速公交信号优先配时方法中的绿灯延长步骤的流程框图；

图4是本发明所述的干线协调控制下快速公交信号优先配时方法的协调相位最大可延长绿灯时间的示意框图；

图5是本发明所述的干线协调控制下快速公交信号优先配时方法中的绿灯提前启亮步骤的流程框图；

图6是本发明所述的干线协调控制下快速公交信号优先配时方法的协调相位最大提前启亮时间示意框图；

图中：L₁.社会车辆检测器到交叉口停车线的距离，L₂.快速公交车辆检测器到停车线的距离，L₃.检测器长度，L₄.检测器宽度，周期相位i的可压缩绿灯时间，

周期协调相位绿灯启亮时刻，周期协调相位绿波带下限时刻，i.周期内的相位，j.周期内的公交相位，周期相位i+2的可压缩绿灯时间

周期相位i+3的可压缩绿灯时间。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作详细的描述：

本发明提出了一种干线快速公交车辆信号优先的两层优化方法，上层为干线协调控制，下层为快速公交车辆优先控制。在干线协调层面，以检测器检测到的社会车辆流量数据优化公共周期、绿信比和相位差；在快速公交车辆优先层面，以协调相位绿波带上下限作为配时参数调整的约束条件，在不破坏协调相位绿波带的情况下采用绿灯延长或者提前启亮的方式为快速公交车辆提供信号优先；建立了快速公交车辆优先控制流程，确定了关键参数的计算方法。

一.布设检测器安装识别卡

1.布设社会车辆检测器

参阅图1，在干线各交叉口停车线前L₁米处布设社会车辆检测器，采集各交叉口的社会车辆流量信息，L₁为社会车辆检测器到交叉口停车线的距离，单位为米，一般取值为30～50米；

2.布设快速公交车辆检测器

在干线公交专用车道各交叉口停车线前L₂米处布设快速公交车辆检测器，以采集快速公交车辆流量信息，L₂为快速公交车辆检测器到交叉口停车线的距离，单位为米，为保证信号机顺利处理本周期快速公交车辆请求，建议L₂取值在60米～150米之间。L₃为快速公交车辆检测器长度，单位为米，建议L₃取2米；L₄为快速公交车辆检测器宽度，单位为米，取值与快速公交车辆检测器长度L₃相同。

3.安装识别卡

为了能够准确地识别出快速公交车辆，在快速公交车辆底盘上安装特殊识别卡，该卡包含快速公交车辆线路信息，当快速公交车辆经过快速公交车辆检测器时，识别卡与快速公交车辆检测器之间通信，将检测的快速公交车辆信息传至信号机。

二.根据干线上各交叉口的流量信息，利用信号配时参数优化模型对干线协调控制参数进行优化，确定干线协调控制下各交叉口的公共周期、绿信比、相位差；

在干线协调层面，优化公共周期，绿信比和相位差，作为下一层控制的基础。干线配时参数优化包括公共周期、绿信比和相位差的优化。

1.公共周期优化

采用韦伯斯特方法计算各交叉口的周期长度，并选出最大周期作为协调控制连线的公共周期。

$c_i=\frac{1.5L+5}{1-Y}---\left(1\right)$

C＝max(c_i)                         (2)

式中：c_i-交叉口i周期时长，单位.秒；

L-交叉口总绿灯损失时间，单位.秒；

Y-交叉口总流量比，等于各个关键相位流量比之和；

C-干线协调时子区内各交叉口执行的公共周期，单位.秒。

2.绿信比优化

在协调控制中，为增大干线绿波带的宽度，经常将非协调相位绿灯时间压缩至饱和度0.9对应的绿灯时间，然后将富余绿灯时间(非协调相位按等饱和度原则分配对应的绿灯时间减去饱和度压缩至0.9对应的绿灯时间)全部分配给协调相位。而在公交优先控制中，快速公交车辆需要的是恰当的绿灯时间，而非较多的绿灯时间，信号机通过延长其绿灯或者压缩其他相位的绿灯为到达的快速公交车辆提供适时的优先，尽量避免其停车。在公交相位必定存在红灯的情况下，为了保证信号机能有较多的富余调整量，本发明仍采用等饱和度原则为交叉口各相位分配绿灯时间，即将富余绿灯时间“暂留”至非协调相位，作为公交优先的机动时间，当协调相位有快速公交车辆到达时，信号机根据实际交通状况决定是否挪用该富余时间。因此：

$g_i=\frac{y_i}{Y}(C-L)---\left(3\right)$

式中：g_i-相位i绿灯时间，单位.秒；y_i-相位i关键流量比。

3.相位差优化

采用数解法优化相位差，并确定绿波带宽度。数解法是确定线控系统相位差的一种常见方法，它通过寻找使得系统中各实际信号与理想信号之间的最大挪移量最小来获得最优相位差控制方案。由于行程时间预测不是本专利的重点，这里不再赘述。

三.快速公交车辆优先信号协调控制方法

1.快速公交车辆优先信号协调控制方法

参阅图2，设有公交专用进口道的干线交叉口只考虑给予协调相位到达的快速公交车辆信号优先。设干线交叉口i有k个相位，协调相位为第j相位，其中：1≤j≤k。

1)信号机根据快速公交车辆检测器判断是否检测到公交申请，当快速公交车辆检测器检测到公交申请时，预测快速公交车辆到达停车线时刻t₁；若没有检测到公交申请，则结束当前时刻判断。

t₁计算方式如下：

t₁＝t₀+Δt                      (4)

Δt＝L₂/v_b                      (5)

式中：t₁-快速公交车辆到达停车线时刻，单位.秒；

t₀-快速公交车辆到达快速公交车辆检测器时刻，单位.秒；

Δt-快速公交车辆从快速公交车辆检测器到停车线行驶时间，单位.秒；

L₂-快速公交车辆检测器到停车线的距离，单位.米；

v_b-快速公交车辆匀速行驶速度，单位.米/秒；由于设置公交专用车道，快速公交车辆状态较为平稳，按匀速行驶计算。

2)当快速公交车辆检测器在协调相位绿灯期间检测到公交申请时，若快速公交车辆在协调相位绿灯期间到达交叉口停车线，即G_(j-1)j≤t₁≤G_jj，则保持原信号配时不变(结束当前判断)，否则，则进行绿灯延长控制；

3)当快速公交车辆检测器在协调相位红灯期间检测到公交申请时，若快速公交车辆在协调相位绿灯期间到达交叉口停车线，即G_(j-1)j≤t₁≤G_jj，则保持原信号配时不变(结束当前判断)，否则，则进行绿灯提前启亮控制。

这里，G_(j-1)j为协调相位前一相位绿灯结束时刻，G_jj为协调相位绿灯结束时刻。

由图中可以看出，本发明所述的干线协调控制下快速公交信号优先配时方法的核心是采用绿灯延长步骤和绿灯提前启亮步骤，下面对绿灯延长步骤和绿灯提前启亮步骤作详细介绍。

2.绿灯延长

参阅图3，绿灯延长步骤的工作流程如下：

1)判断公交优先所需延长时间是否大于协调相位最大可延长绿灯时间

若是，即

则保持信号配时不变；否则，即则确定协调相位绿灯延长时间

为公交优先所需延长时间

即

参阅图4，各参数的计算方法如下：

(1)公交优先所需延长时间

的确定

公交优先所需延长时间

为快速公交车辆到达停车线时刻t₁与协调相位绿灯结束时刻

之差：

$g_{\mathrm{xy}1}^n=t_1^n-G_{\mathrm{jj}}^n---\left(6\right)$

式中：

-n周期公交优先所需延长时间，单位.秒；

-n周期协调相位绿灯结束时刻，单位.秒。

(2)协调相位最大可延长绿灯时间

的确定

干线公交优先控制的关键是在不破坏绿波带的条件下，为快速公交车辆提供尽可能多的优先机会。当本周期协调相位需要绿灯延长时，绿波带上下限时刻已经运行完毕，相位绿灯延长可能破坏下周期绿波带的上下限。因此，在保证后续各相位饱和度不超过0.9且不影响下周期绿波带启亮及结束时刻的前提下，所有富余绿灯时间均可用于本次绿灯延长。公交协调相位的最大可延长绿灯时间

的计算方法如图4所示。

$g_m^n=\underset{i}{\mathrm{\Σ}}{g}_{\mathrm{ki}}^n+g_{\mathrm{tj}}^n---\left(7\right)$

式中：

-n周期协调相位最大可延长绿灯时间，单位.秒；

-n周期相位i的可压缩绿灯时间，单位.秒；

-n+1周期所能提供的绿灯时间，单位.秒。

a.n周期相位i的可压缩绿灯时间

的确定

n周期相位i的可压缩绿灯时间

为基础绿灯时间

减去

计算公式为：

$g_{\mathrm{ki}}^n=g_{0i}^n-g_{\mathrm{ci}}^n---\left(8\right)$

式中：

-n周期相位i基础绿灯时间，单位.秒，为未执行公交优先时所采用的相位绿灯时间；

-n周期相位i临界绿灯时间，单位.秒。即在交叉口信号配时中，各非协调相位饱和度为0.9时计算得到的绿灯时间。

b.n+1周期可提供的绿灯时间

的确定

n+1周期协调相位所能提供的绿灯时间

不仅包括n+1周期协调相位前面相位的可压缩绿灯时间之和，还包括协调相位可提供的绿灯时间。

为保证每两个周期时长总和不变，n-1周期和n周期分别实行不同程度的公交优先。若n-1周期无协调相位绿灯延长，则n周期快速公交车辆将获得较大程度的优先，协调相位最大可延长时间不仅包含本周期非协调相位可压缩绿灯时间，还包括n+1周期可提供的绿灯时间；若n-1周期有协调相位绿灯延长，则n周期快速公交车辆将获得有限程度的优先，即协调相位最大可延长时间只包含本周期非协调相位可压缩绿灯时间。

根据n-1周期有无协调相位绿灯延长可以分为以下两种情况：

其一，n-1周期无协调相位绿灯时间延长，n+1周期可提供的绿灯时间的确定不仅要考虑协调相位的可压缩绿灯时间，还需考虑n+1周期协调相位绿波带下限时刻与协调相位绿灯启亮时刻之差，从而确保协调相位绿波带不被破坏：

$g_{\mathrm{tj}}^n=\min (\underset{i=1}{\overset{j-1}{\mathrm{\Σ}}}{g}_{\mathrm{ki}}^n+g_{\mathrm{kj}}^n,\underset{i=1}{\overset{j-1}{\mathrm{\Σ}}}{g}_{\mathrm{ki}}^n+G_{\mathrm{jq}}^{n+1}-G_{\mathrm{jm}1}^{n+1})---\left(9\right)$

式中：

-n+1周期协调相位绿灯启亮时刻，单位.秒；

-n+1周期协调相位绿波带下限时刻，单位.秒，具体计算公式见公式(18)。

其二，n-1周期有协调相位绿灯时间延长，则：

$g_{\mathrm{tj}}^n=0---\left(10\right)$

2)确定各相位绿灯时间

确定协调相位绿灯延长时间

为公交优先所需延长时间后，需要计算最终运行的配时参数，计算过程如下：

(1)协调相位绿灯时间的确定

执行协调相位绿灯延长后，协调相位执行的绿灯时间为本周期基础绿灯时间加上延长绿灯时间：

$G_j^n=g_{0j}^n+g_{y1}^n---\left(11\right)$

式中：

-n周期协调相位绿灯时间，单位.秒；

-n周期协调相位基础绿灯时间，单位.秒；

-n周期协调相位绿灯延长时间，单位.秒。

(2)协调相位后面相位绿灯时间的确定

若n周期各相位的可压缩绿灯时间

之和能够满足公交优先所需延长时间，则协调相位后各相位执行压缩后的绿灯时间，即基础绿灯时间减去各相位压缩绿灯时间，各相位压缩绿灯时间按等流量比分配被压缩的总绿灯时间。计算公式如下：

$G_i^n=g_{i0}^n-g_{y1}^n\×\frac{g_{i0}^n}{\underset{i}{\overset{j-1}{\mathrm{\Σ}}}{g}_{i0}^n}---\left(12\right)$

式中：-n周期非协调相位绿灯时间，单位.秒；

-n周期非协调相位基础绿灯时间，单位.秒；

-n周期协调相位绿灯延长时间，单位.秒。

否则，则协调相位后各相位执行压缩后的绿灯时间，即基础绿灯时间减去各相位压缩绿灯时间，各相位压缩绿灯时间为n周期各相位的可压缩绿灯时间之和乘以各相位基础绿灯时间占总基础绿灯时间的比例：

$G_i^n=g_{i0}^n-g_{\mathrm{ki}}^n\×\frac{g_{i0}^n}{\underset{i}{\overset{j-1}{\mathrm{\Σ}}}{g}_{i0}^n}---\left(13\right)$

下一周期协调相位绿灯起始时刻为：

$G_{\mathrm{jq}}^{n+1}=G_{\mathrm{jq}0}^{n+1}+(g_{y1}^n-\underset{i}{\mathrm{\Σ}}{g}_{\mathrm{ki}}^n)---\left(14\right)$

式中：

-n+1周期协调相位绿灯起始时刻，单位.秒；

-n+1周期协调相位绿灯计算起始时刻，单位.秒。

3.绿灯提前启亮

参阅图5，绿灯提前启亮步骤的工作流程如下：

进入绿灯提前启亮步骤后，根据协调相位最大可提前启亮绿灯时间是否满足公交优先所需提前启亮时间分别给公交优先时间以假定值，若快速公交车辆提前启亮后破坏了协调相位绿波带，则确定公交优先时间为未破坏绿波带情况下的最大提前启亮时间，否则，分别按上述假定确定公交优先时间。具体步骤如下：

1)判断公交优先所需提前启亮时间

是否大于协调相位最大可提前启亮绿灯时间若是，则假定快速公交车辆优先时间为即若不是，则假定快速公交车辆优先时间为所需提前启亮时间

即

(1)公交优先所需提前启亮时间

的确定

公交优先所需提前启亮时间

为协调相位绿灯开始时刻

与快速公交车辆到达停车线时刻t₁之差：

$g_{\mathrm{xy}2}^n=G_{\mathrm{jq}}^n-t_1---\left(15\right)$

式中：

-n周期公交优先所需提前启亮时间，单位.秒；

-n周期协调相位绿灯开始时刻，单位.秒。

(2)协调相位最大可提前启亮绿灯时间

的确定

协调相位最大可提前启亮绿灯时间

为协调相位前面相位所能提供的可提前启亮时间之和，如图6所示。

分以下两种情况计算：

a.快速公交车辆到达交叉口停车线时刻为第i相位绿灯，且已经超过i相位的临界绿灯时间

相位所能提供的绿灯时间为i相位剩余绿灯时间和从i+1相位至协调相位前一相位(j-1相位)可压缩绿灯时间之和，则最大可提前启亮绿灯时间公式为：

$g_m^n=G_{\mathrm{ij}}^n-t_1+\underset{i+1}{\overset{j-1}{\mathrm{\Σ}}}{g}_{\mathrm{ki}}^n---\left(16\right)$

式中：

-n周期协调相位最大可提前启亮绿灯时间，单位.秒；

-n周期当前相位绿灯结束时刻，单位.秒；

-n周期相位i可压缩绿灯时间，单位.秒，具体计算方法见公式(7)。

b.快速公交车辆到达交叉口停车线时刻为第i相位，且未超过i相位临界绿灯时间

相位所能提供的绿灯时间为从i相位至协调相位前一相位(j-1相位)可压缩绿灯时间之和，则最大可提前启亮绿灯时间公式为：

$g_m^n=\underset{i}{\overset{j-1}{\mathrm{\Σ}}}{g}_{\mathrm{ki}}^n---\left(17\right)$

式中：

-n周期协调相位最大可提前启亮绿灯时间，单位.秒；

-n周期相位i可压缩绿灯时间，单位.秒，具体计算方法见公式(7)。

2)根据步骤1)假定的快速公交车辆优先时间，判断协调相位绿灯结束时间是否破坏协调相位绿波带，若是，即

则确定快速公交车辆优先时间为不破坏绿波带所能提供的最大绿灯时间，即若不是，则确定快速公交车辆优先时间为步骤1)所假定的时间

其中，

表示n周期协调相位绿灯结束时间。

协调相位绿波带上下限的确定方法如下：

(1)确定n周期协调相位绿灯时间中点时刻，计算公式如下：

$G_{\mathrm{jm}}^b=\underset{i=1}{\overset{j-1}{\mathrm{\Σ}}}{G}_i^n+\frac{G_j^n}{2}+(n-1)C---\left(18\right)$

式中：

-n周期协调相位绿波带中点时刻，单位.秒；

(2)根据n周期协调绿波带宽度计算协调相位绿波带起止时刻

$G_{\mathrm{jm}1}^n=G_{\mathrm{jm}}^n-\frac{w}{2}---\left(19\right)$

$G_{\mathrm{jm}2}^n=G_{\mathrm{jm}}^n+\frac{w}{2}--\left(20\right)$

w＝min(w_p，w_O)                                 (21)

式中：

-n周期协调相位绿波带下限时刻，单位.秒；

-n周期协调相位绿波带上限时刻，单位.秒；

w-协调相位绿波带的带宽度，秒，即协调正向绿波带和反向绿波的最小值；

w_p-为正向绿波带宽度，单位.秒；

w_O-反向绿波带宽度，单位.秒。

n周期协调相位绿灯结束时刻

可以通过信号机的记录得到。

3)确定各相位绿灯时间

(1)协调相位前面相位绿灯时间的确定

协调相位前面相位绿灯时间为基础绿灯时间减去各相位压缩绿灯时间，各相位压缩绿灯时间为协调相位提前时间乘以各相位基础绿灯时间占总基础绿灯时间的比例。由于提前启亮时间的确定已符合绿波带上下限的约束，因此计算公式如下：

$G_i^n=g_{i0}^n-g_{y2}^n\×\frac{g_{i0}^n}{\underset{i}{\overset{j-1}{\mathrm{\Σ}}}{g}_{i0}^n}---\left(22\right)$

式中：

-n周期非协调相位绿灯时间，单位.秒；

-n周期非协调相位基础绿灯时间，单位.秒；

-n周期协调相位绿灯提前启亮时间，单位.秒。

(2)协调相位绿灯时间保持不变。

(3)下一周期各相位基础绿灯时间的确定

当n周期执行提前启亮时，n+1周期协调相位绿灯时间不变，其他相位执行基础绿灯时间加上n周期各相位压缩绿灯时间，计算公式为：

$G_i^n=g_{i0}^n-g_{y2}^n\×\frac{g_{i0}^n}{\underset{i}{\overset{j-1}{\mathrm{\Σ}}}{g}_{i0}^n}---\left(23\right)$

式中：

-n周期非协调相位绿灯时间，单位.秒；

-n周期非协调相位基础绿灯时间，单位.秒；

-n周期协调相位绿灯提前启亮时间，单位.秒。

Claims (6)

1.一种干线协调控制下快速公交信号优先配时方法，其特征在于，所述的干线协调控制下快速公交信号优先配时方法的步骤如下：

1）信号机根据快速公交车辆检测器判断是否检测到公交申请，当快速公交车辆检测器检测到公交申请时，预测快速公交车辆到达停车线的时刻t₁；若没有检测到公交申请，则结束当前时刻判断；

2）当快速公交车辆检测器在协调相位绿灯期间检测到公交申请时，若快速公交车辆在协调相位绿灯期间到达交叉口停车线，即G_(j-1)j≤t₁≤G_jj，则保持原信号配时不变，否则，则进行绿灯延长控制：

（1）判断公交优先所需延长时间

是否大于协调相位最大可延长绿灯时间

若是，即

则保持信号配时不变；否则，即则确定协调相位绿灯延长时间

为公交优先所需延长时间

即

（2）确定各相位绿灯时间

确定协调相位绿灯延长时间

为公交优先所需延长时间后，需要计算最终运行的配时参数，计算过程如下：

a.协调相位绿灯时间的确定

执行协调相位绿灯延长后，协调相位执行的绿灯时间为本周期基础绿灯时间加上延长绿灯时间：

$G_j^n=g_{0j}^n+g_{y1}^n---\left(11\right)$

式中：

—n周期协调相位绿灯时间，单位.秒；

—n周期协调相位基础绿灯时间，单位.秒；

—n周期协调相位绿灯延长时间，单位.秒；

b.协调相位后面相位绿灯时间的确定

若n周期各相位的可压缩绿灯时间

之和能够满足公交优先所需延长时间，则协调相位后各相位执行压缩后的绿灯时间，即基础绿灯时间减去各相位压缩绿灯时间，各相位压缩绿灯时间按等流量比分配被压缩的总绿灯时间，计算公式如下：

$G_i^n=g_{i0}^n-g_{y1}^n\×\frac{g_{i0}^n}{\underset{i}{\overset{j-1}{\mathrm{\Σ}}}{g}_{i0}^n}---\left(12\right)$

式中：

—n周期非协调相位绿灯时间，单位.秒；

—n周期非协调相位基础绿灯时间，单位.秒；

—n周期协调相位绿灯延长时间，单位.秒；

否则，则协调相位后各相位执行压缩后的绿灯时间，即基础绿灯时间减去各相位压缩绿灯时间，各相位压缩绿灯时间为n周期各相位的可压缩绿灯时间

之和乘以各相位基础绿灯时间占总基础绿灯时间的比例：

$G_i^n=g_{i0}^n-g_{\mathrm{ki}}^n\×\frac{g_{i0}^n}{\underset{i}{\overset{j-1}{\mathrm{\Σ}}}{g}_{i0}^n}---\left(13\right)$

下一周期协调相位绿灯起始时刻为：

$G_{\mathrm{jq}}^{n+1}=G_{\mathrm{jq}0}^{n+1}+(g_{y1}^n-\underset{i}{\mathrm{\Σ}}{g}_{\mathrm{ki}}^n)---\left(14\right)$

式中：

—n+1周期协调相位绿灯起始时刻，单位.秒；

—n+1周期协调相位绿灯计算起始时刻，单位.秒；

3）当快速公交车辆检测器在协调相位红灯期间检测到公交申请时，若快速公交车辆在协调相位绿灯期间到达交叉口停车线，即G_(j-1)j≤t₁≤G_jj，则保持原信号配时不变，否则，则进行绿灯提前启亮控制：

（1）判断公交优先所需提前启亮时间

是否大于协调相位最大可提前启亮绿灯时间

若是，则假定快速公交车辆优先时间为即若不是，则假定快速公交车辆优先时间为所需提前启亮时间

即

（2）根据步骤（1）假定的快速公交车辆优先时间，判断协调相位绿灯结束时间是否破坏协调相位绿波带，若是，即则确定快速公交车辆优先时间为不破坏绿波带所能提供的最大绿灯时间，即

若不是，则确定快速公交车辆优先时间为步骤（1）所假定的时间其中，表示n周期协调相位绿灯结束时刻，

表示n周期协调相位绿波带上限时刻，秒；

（3）确定各相位绿灯时间；

其中：G_(j-1)j为协调相位前一相位绿灯结束时刻，G_jj为协调相位绿灯结束时刻。

2.按照权利要求1所述的干线协调控制下快速公交信号优先配时方法，其特征在于，所述的快速公交车辆到达停车线时刻t₁的计算方式如下：

t₁＝t₀+Δt  （4）

Δt＝L₂/v_b  （5）

式中：t₀—快速公交车辆到达快速公交车辆检测器时刻，单位.秒；

Δt—快速公交车辆从快速公交车辆检测器到停车线行驶时间，单位.秒；

L₂—快速公交车辆检测器到停车线的距离，单位.米；

v_b—快速公交车辆匀速行驶速度，单位.米/秒；由于设置公交专用车道，快速公交车辆状态平稳，按匀速行驶计算。

3.按照权利要求1所述的干线协调控制下快速公交信号优先配时方法，其特征在于，所述的公交优先所需延长时间与协调相位最大可延长绿灯时间

的计算方法如下：

1）公交优先所需延长时间

的确定

公交优先所需延长时间

为快速公交车辆到达停车线时刻t₁与协调相位绿灯结束时刻之差：

$g_{\mathrm{xy}1}^n=t_1-G_{\mathrm{jj}}^n---\left(6\right)$

式中：

—n周期公交优先所需延长时间，单位.秒；

—n周期协调相位绿灯结束时刻，单位.秒；

2）协调相位最大可延长绿灯时间

的确定

$g_m^n=\underset{i}{\mathrm{\Σ}}{g}_{\mathrm{ki}}^n+g_{\mathrm{tj}}^n---\left(7\right)$

式中：

—n周期协调相位最大可延长绿灯时间，单位.秒；

—n周期相位i的可压缩绿灯时间，单位.秒；

—n+1周期所能提供的绿灯时间，单位.秒；

a.n周期相位i的可压缩绿灯时间的确定

n周期相位i的可压缩绿灯时间

为基础绿灯时间

减去

计算公式为：

$g_{\mathrm{ki}}^n=g_{0i}^n-g_{\mathrm{ci}}^n---\left(8\right)$

式中：

—n周期相位i基础绿灯时间，单位.秒，为未执行公交优先时所采用的相位绿灯时间；

—n周期相位i临界绿灯时间，单位.秒，即在交叉口信号配时中，各非协调相位饱和度为0.9时计算得到的绿灯时间；

b.n+1周期可提供的绿灯时间

的确定

n+1周期协调相位所能提供的绿灯时间

不仅包括n+1周期协调相位前面相位的可压缩绿灯时间之和，还包括协调相位可提供的绿灯时间；

为保证每两个周期时长总和不变，n-1周期和n周期分别实行不同程度的公交优先：

a）n-1周期无协调相位绿灯时间延长，n+1周期可提供的绿灯时间的确定不仅要考虑协调相位的可压缩绿灯时间，还需考虑n+1周期协调相位绿波带下限时刻与协调相位绿灯启亮时刻之差，从而确保协调相位绿波带不被破坏：

$g_{\mathrm{tj}}^n=\min (\underset{i=1}{\overset{j-1}{\mathrm{\Σ}}}{g}_{\mathrm{ki}}^n+g_{\mathrm{kj}}^n,\underset{i=1}{\overset{j-1}{\mathrm{\Σ}}}{g}_{\mathrm{ki}}^n+G_{\mathrm{jq}}^{n+1}-G_{\mathrm{jm}1}^{n+1})---\left(9\right)$

式中：

—n+1周期协调相位绿灯启亮时刻，单位.秒；

—n+1周期协调相位绿波带下限时刻，单位.秒，

b）n-1周期有协调相位绿灯时间延长，则：

$g_{\mathrm{tj}}^n=0.$

4.按照权利要求1所述的干线协调控制下快速公交信号优先配时方法，其特征在于，所述的公交优先所需提前启亮时间

与协调相位最大可提前启亮绿灯时间

的计算方法如下：

1）公交优先所需提前启亮时间

的确定

公交优先所需提前启亮时间

为协调相位绿灯开始时刻

与快速公交车辆到达停车线时刻t₁之差：

$g_{\mathrm{xy}2}^n=G_{\mathrm{jq}}^n-t_1---\left(15\right)$

式中：

—n周期公交优先所需提前启亮时间，单位.秒；

—n周期协调相位绿灯开始时刻，单位.秒；

2）协调相位最大可提前启亮绿灯时间

的确定

协调相位最大可提前启亮绿灯时间

为协调相位前面相位所能提供的可提前启亮时间之和，分以下两种情况计算：

a.快速公交车辆到达交叉口停车线时刻为第i相位绿灯，且已经超过i相位的临界绿灯时间

相位所能提供的绿灯时间为i相位剩余绿灯时间和从i+1相位至协调相位前一相位可压缩绿灯时间之和，所述的协调相位前一相位即为j-1相位，则最大可提前启亮绿灯时间公式为：

$g_m^n=G_{\mathrm{ij}}^n-t_1+\underset{i+1}{\overset{j-1}{\mathrm{\Σ}}}{g}_{\mathrm{ki}}^n---\left(16\right)$

式中：

—n周期协调相位最大可提前启亮绿灯时间，单位.秒；

—n周期当前相位绿灯结束时刻，单位.秒；

—n周期相位i可压缩绿灯时间，单位.秒；

b.快速公交车辆到达交叉口停车线时刻为第i相位，且未超过i相位临界绿灯时间

相位所能提供的绿灯时间为从i相位至协调相位前一相位可压缩绿灯时间之和，所述的协调相位前一相位即为j-1相位，则最大可提前启亮绿灯时间公式为：

$g_m^n=\underset{i}{\overset{j-1}{\mathrm{\Σ}}}{g}_{\mathrm{ki}}^n---\left(17\right)$

式中：

—n周期协调相位最大可提前启亮绿灯时间，单位.秒；

—n周期相位i可压缩绿灯时间，单位.秒。

5.按照权利要求1所述的干线协调控制下快速公交信号优先配时方法，其特征在于，所述的协调相位绿波带的上下限确定方法如下：

1）确定n周期协调相位绿灯时间中点时刻，计算公式如下：

$G_{\mathrm{jm}}^n=\underset{i=1}{\overset{j-1}{\mathrm{\Σ}}}{G}_i^n+\frac{G_j^n}{2}+(n-1)C---\left(18\right)$

式中：

—n周期协调相位绿波带中点时刻，单位.秒；

—n周期协调相位绿灯时间，单位.秒；

2）根据n周期协调绿波带宽度计算协调相位绿波带起止时刻

$G_{\mathrm{jm}1}^n=G_{\mathrm{jm}}^n-\frac{w}{2}---\left(19\right)$

$G_{\mathrm{jm}2}^n=G_{\mathrm{jm}}^n+\frac{w}{2}---\left(20\right)$

w＝min(w_p,w_O)  （21）

式中：

—n周期协调相位绿波带下限时刻，单位.秒；

—n周期协调相位绿波带上限时刻，单位.秒；

w—协调相位绿波带的带宽度，秒，即协调正向绿波带和反向绿波带的最小值；

w_p—为正向绿波带宽度，单位.秒；

w_O—反向绿波带宽度，单位.秒；

n周期协调相位绿灯结束时刻

可以通过信号机的记录得到。

6.按照权利要求1所述的干线协调控制下快速公交信号优先配时方法，其特征在于，所述的确定各相位绿灯时间步骤如下：

1）协调相位前面相位绿灯时间的确定

协调相位前面相位绿灯时间为基础绿灯时间减去各相位压缩绿灯时间，各相位压缩绿灯时间为协调相位提前时间乘以各相位基础绿灯时间占总基础绿灯时间的比例，由于提前启亮时间的确定已符合绿波带上下限的约束，因此计算公式如下：

$G_i^n=g_{i0}^n-g_{y2}^n\×\frac{g_{i0}^n}{\underset{i}{\overset{j-1}{\mathrm{\Σ}}}{g}_{i0}^n}---\left(22\right)$

式中：

—n周期非协调相位绿灯时间，单位.秒；

—n周期非协调相位基础绿灯时间，单位.秒；

—n周期协调相位绿灯提前启亮时间，单位.秒；

2）协调相位绿灯时间保持不变

3）下一周期各相位基础绿灯时间的确定

当n周期执行提前启亮时，n+1周期协调相位绿灯时间不变，其他相位执行基础绿灯时间加上n周期各相位压缩绿灯时间，计算公式为：

$G_i^n=g_{i0}^n-g_{y2}^n\×\frac{g_{i0}^n}{\underset{i}{\overset{j-1}{\mathrm{\Σ}}}{g}_{i0}^n}---\left(23\right)$

式中：

—n周期非协调相位绿灯时间，单位.秒；

—n周期非协调相位基础绿灯时间，单位.秒；

—n周期协调相位绿灯提前启亮时间，单位.秒。

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