CN102364548B - 一种基于间歇性专用车道的公交优先方法 - Google Patents

Abstract

一种基于间歇性专用车道的公交优先方法，及交通运输技术领域，包括路面设置部分和信号控制部分，其中路面设置部分是将道路划分为N个路段，如果有公交车辆行驶在第i个路段，则提示、告知行驶在第i+1路段的社会车辆迅速驶离该路段，同时告知第i-1路段的相邻车道的社会车辆允许进入第i-1路段；信号控制部分是通过公交车辆检测模块的公交车上的电子标签和路侧识别装置对公交车辆的信息进行提取，并传送至信号优先主控模块，分别控制路面指示灯及路侧诱导屏。本发明充分挖掘和利用有限的道路交通资源，在保证公交车辆时间优先和空间优先的前提下，在优先信号的优化中将公交车辆纳入到社会车辆中一起进行信号配时优化和智能过渡。

Description

一种基于间歇性专用车道的公交优先方法

技术领域

本发明涉及交通运输技术领域，具体涉及城市交通管理方法。

背景技术

随着我国社会经济的快速发展、城市化进程的不断加快、城市人口的急剧膨胀，引发了城市汽车保有量与交通需求量的迅猛增长，使得城市道路交通日益拥挤，阻碍城市的可持续发展。而公共交通(简称公交)以其高效率、运量大、人均占有道路面积小等优点，是缓解城市交通拥挤拥堵的有效措施。因此，有必要从“以人为本、效率优先”的角度出发，大力发展公共交通，确定“公交优先”的发展战略。

目前，公交优先从技术实施上可以分为空间优先和时间优先。空间优先是通过在道路上设置公交车专用通道，为公交车辆提供道路优先通行权，使其能够快速地在公交线路内运行。这种优先方法是在原有的道路系统中单独划出一条车道供公交车专门使用，容易使得原本紧张的道路系统无法满足社会车辆(除公交车辆以外的其他车辆)的出行需求，使得社会车辆的交通拥挤现象更加严重。同时，在公交车辆到达率不高的情况下，必然造成公交专用道的道路资源浪费，使得道路交通系统无法发挥最大的效用。而公交优先的另一种技术——时间优先(也称信号优先)是在交叉口为公交车辆提供优先通行权，这种优先方式一般通过在交叉口上游安装公交车辆检测装置，提前检测公交车辆的到达，预计公交车辆到达交叉口停车线的时间，并在这段时间内及时调整信号控制方案，使得当公交车辆到达时能够为其提供优先通行的绿灯信号。然而对于没有设置公交专用道的交叉口，由于道路上有社会车辆的阻滞，预计公交车辆到达的时间往往并不准确，调整后的信号控制方案无法确保公交车辆能够顺利通过交叉口。即使是有公交专用道条件下的信号优先，由于是改变交叉口原来的信号方案，通过绿灯延长、绿灯提前等方式来调整信号控制方案，这种信号优先方式是以延长社会车辆在交叉口的等待时间为代价，必然使得原本拥挤的交叉口更加拥挤。

发明内容

本发明提出了一种基于间歇性专用车道的公交优先方法，从而在道路的空间利用和时间利用上，充分挖掘和利用有限的道路交通资源。

本发明解决技术问题的方案由路面设置部分和信号控制部分组成，其中路面设置部分是信号控制部分的实施前提和条件保障。路面设置部分又分为路段划分模块、路面指示灯模块、路侧诱导屏模块。信号控制部分主要由公交车辆检测模块、信号优先主控模块、路面指示灯控制模块、路侧诱导屏控制模块、优先信号请求模块和优先信号优化模块组成。

主要包括以下步骤：

1)路面设置部分：将道路划分为N个路段，在第1到第N个路段之间，如果有公交车辆行驶在第i个路段，则用路面指示灯及路侧诱导屏提示、告知行驶在第i+1路段的社会车辆迅速驶离该路段，同时第i-1路段的路面指示灯提示相邻车道的社会车辆允许进入第i-1路段。路面设置部分的各组成部分具体设置如下：

(1)路段划分模块：将两相邻交叉口之间的道路在最右侧划出一条专供公交车行驶的公交专用道，按公交车行驶方向，将公交专用道划分成N个路段，每个路段分隔处用带颜色的分隔线进行标记，路段编号从1到N，路段长度用L_i表示，i∈[1，N]。为保证公交车辆到达i路段前，社会车辆有足够的时间驶离i路段，L_i必须满足：

$L_i>\max \{V_{\mathrm{car}}{t}_a+\frac{V_{\mathrm{car}}^2}{2\left|a\right|}+d_i{V}_{\mathrm{bus}}(t_a+V_{\mathrm{car}}/|a\left|\right)+d\}$

其中：V_car、V_bus分别为路段上社会车辆、公交车辆的平均行车速度，m/s；t_a为社会车辆驾驶员见到提示离开指定路段的指示标识到采取行动所经历的反应时间；a为社会车辆离开指定路段制动车辆的加速度；d为两车之间的安全距离。

(2)路面指示灯模块：在公交专用道的左侧边界线上，以分隔线为起止点，沿线每隔S米在边界线上嵌入三色LED指示灯，LED灯外框与路面齐平，并具备一定的抗压性。LED指示灯能够显示带

标记的红色指示标识、带

标记的黄色闪烁指示标识和带

标记的绿色指示标识。分别表示社会车辆不能进入公交专用道、社会车辆必须快速离开公交专用道、公交车辆可以进入公交专用道。

(3)路侧诱导屏模块：从第1到第N个路段，在公交专用道的右侧，每个路段分隔线的正上方安装小型的LED诱导屏。LED诱导屏能够显示带

标记的红色公交车专用图标，表示路段为公交车专用车道，告知车辆不能进入；显示带

标记的黄色闪烁公交专用图标，表示路段即将成为公交车专用车道，告知社会车辆迅速离开；显示带

标记的绿色小汽车图标，表示允许社会车辆可以使用公交专用车道，告知社会车辆可以进入。

2)信号控制部分：感知即将到达公交专用道的公交车辆，根据公交车辆所处的位置，分别对公交专用道不同路段上的路面指示灯、路侧诱导屏的显示状态、显示信息进行控制；同时在交叉口信号配时优化时，将公交车辆的到达率以及公交车辆的运行状态(正点、晚点、准时等)纳入到交叉口信号配时优化中，实现自适应公交信号优先，减少公交信号优先对其他社会车辆的影响。信号控制部分的各组成模块的工作步骤如下：

(1)公交车辆检测模块：公交车辆检测模块由公交车上的电子标签和路侧识别装置两部分组成。电子标签携带公交车辆、运行线路等基本信息(如车辆编号、公交线路编号、车辆类型等)。路侧识别装置在一定的距离范围内能够对电子标签携带的信息进行自动感知和提取。路侧识别装置分别设置在公交专用道的上游入口处和下游停车线处，如图3所示，标记为RSU_up和RSU_down。当公交车辆经过上一个交叉口停车线的RSU_down时，RSU_down对电子标签的信息进行有效性验证，并根据公交车的线路信息，判断公交车前进的方向(直行、左转、右转)，并将公交车即将到达信息WR_bus通过无线网络或光纤网络传送给公交车前进方向下游交叉口信号机中的信号优先主控模块。当公交车辆通过交叉口上游入口处RSU_up位置时，RSU_up对电子标签的信息进行有效性验证后，记录公交车到达的时刻T，并将公交车已经到达信息IR_bus通过无线网络或光纤传送给当前交叉口信号机中的信号优先主控模块。

(2)信号优先主控模块：当接收到WR_bus信息后，信号优先主控模块马上触发各控制模块，让各控制模块处于就绪状态。并将启亮公交专用道第1分隔路段的RG₁(bus)的指令信息发送给路面指示灯控制模块和路侧诱导屏控制模块。当接收到IR_bus信息后，信号优先主控模块提取公交车辆信息、公交线路信息，触发优先信号请求模块和优先信号优化模块，同时分析当前公交车辆到达的时刻T_now与上一辆公交车到达的时刻T_prior的时间间隔是否满足：

T_now-T_prior≥H_bus

H_bus为公交车的最小车头时距。

如果满足，信号优先主控模块向路面指示灯控制模块和路侧诱导屏控制模块发送公交车辆到达公交专用道第1分隔路段的IRG₁(bus)信息，估计公交车辆到达公交专用道各个分隔路段的时间：

$t_i=\frac{{\mathrm{\Σ}}_{i=1}^{i-1}{L}_j}{V_{\mathrm{bus}}},i\∈(1,N]$

并分别在{T_now+t₂，T_now+t₃，…，T_now+t_N}时刻，分别向路面指示灯控制模块和路侧诱导屏控制模块发送公交车辆到达公交专用道第i分隔路段的IRG_i(bus)信息。

如果不满足，则表示当前进入的公交车与前一辆公交车相距的距离不超过分隔路段的长度，在进行间歇性专用道路面指示灯和路侧诱导屏控制时，将先后两辆者合并在一起进行专用道时空组织控制。

同时，信号优先主控模块需要把当前进入专用道的公交车辆的属性信息和线路信息ID(T，bus)传送给优先信号请求模块。

信号优先主控模块还负责响应优先信号请求模块和优先信号优化模块的服务请求，从交叉口信号机中获取交叉口当前各进口方向的相位绿灯运行状态及相位相序信息GP_now和交叉口各进口方向社会车辆的到达率及配时方案信息CV_plan。

(3)路面指示灯控制模块：路面指示灯控制模块主要根据公交车辆所处的位置，对公交专用道左侧的嵌入式路面指示灯进行控制。当路面指示灯控制模块接收到信号优先主控模块发送过来的RG₁(bus)信号指令时，路面指示灯控制模块将公交专用道第1分隔路段左侧的路面指示灯调整为带

标记的黄色闪烁信号，提醒社会车辆驾驶员迅速离开该路段。当路面指示灯控制模块接收到信号优先主控模块发送过来的IRG_i(bus)信号指令时，路面指示灯控制模块将公交专用道第i分隔路段左侧的路面指示灯调整为带

标记的红色信号，提醒社会车辆驾驶员不能驶入该路段；将将公交专用道第i-1分隔路段左侧的路面指示灯调整为带

标记的绿色信号，提醒社会车辆驾驶员可以进入该路段；将公交专用道第i+1分隔路段左侧的路面指示灯调整为带

标记的黄色闪烁信号，提醒社会车辆驾驶员迅速离开该路段。

(4)路侧诱导屏控制模块：路侧诱导屏控制模块同样是根据公交车辆所处的位置，对公交专用道右侧分隔线正上方的小型LED诱导屏显示的信息进行控制。当路侧诱导屏控制模块接收到信号优先主控模块发送过来的RG₁(bus)信号指令时，路侧诱导屏控制模块将公交专用道第1分隔路段LED诱导屏显示的信息调整为带

标记的黄色闪烁公交专用图标，表示公交车辆即将到达，社会车辆迅速离开该路段。当路侧诱导屏控制模块接收到信号优先主控模块发送过来的IRG_i(bus)信号指令时，路侧诱导屏控制模块将公交专用道第i分隔路段LED诱导屏显示的信息调整为带

标记的红色公交车专用图标，表示该路段为公交车辆专用道，社会车辆不准进入；将将公交专用道第i-1分隔路段LED诱导屏显示的信息调整为带

标记的绿色小汽车图标，表示该路段为社会车辆开放，运行社会车辆进入该路段；将公交专用道第i+1分隔路段LED诱导屏显示的信息调整为带

标记的黄色闪烁公交专用图标，表示该路段公交车辆即将到达，提醒社会车辆迅速离开。

(5)优先信号请求模块：当有公交车经过RSU_up时，信号优先主控模块都将该公交车辆的属性信号和线路信息ID(T，bus)传送给优先信号请求模块。优先信号请求模块开始估计公交车辆到达交叉口停车线的时间：

$t_{\mathrm{bar}}=\frac{L}{V_{\mathrm{bus}}}+(\frac{1}{\mathrm{\μ}-\mathrm{\λ}}-\mathrm{\θ})\·\frac{\mathrm{\λ}}{\mathrm{\μ}}+\mathrm{\θ}$

其中：t_bar为公交车从RSU_up位置到达交叉口停车线所需的时间；L为两交叉口之间的距离；μ为两交叉口间公交站点的服务能力；λ为该公交站点公交车的到达率；θ为公交车最小停靠时间。

同时，优先信号请求模块向信号优先主控模块请求获取当前交叉口信号相位绿灯运行状态及相位相序信息GP_now，信号优先主控模块从交叉口信号机中获取到GP_now信息后，将GP_now信息传送给优先信号请求模块，优先信号请求模块开始估计公交车辆通过交叉口的时间：

首先通过t_bar mod C(C为交叉口信号周期时长)判断公交车到达交叉口时，公交车通行方向的信号灯状态。

当通行方向上的信号灯为绿灯时，公交车进入交叉口所需的时间为：

$t_{\mathrm{sig}}$

$=\left\{\begin{array}{cc}n{\stackrel{\&OverBar;}{H}}_{\mathrm{bus}},& n{\stackrel{\&OverBar;}{H}}_{\mathrm{bus}}<(\mathrm{GL}(t,\mathrm{bus})-\mathrm{GL}(t,\mathrm{pass}))\\ C+n{\stackrel{\&OverBar;}{H}}_{\mathrm{bus}}-(\mathrm{GL}(t,\mathrm{bus})-\mathrm{GL}(t,\mathrm{pass})),& n{\stackrel{\&OverBar;}{H}}_{\mathrm{bus}}\&GreaterEqual;(\mathrm{GL}(t,\mathrm{bus})-\mathrm{GL}(t,\mathrm{pass}))\end{array}\right.$

其中，n为公交车到达停车线附近时，等待通过交叉口的公交车辆数；

为绿灯期间公交车辆排队通过交叉口的时间间隔；GL(t，bus)为公交车通行方向相位绿灯时长；GL(t，pass)为公交车到达交叉口停车线附近等待通行时已经过去的相位绿灯时间。

当通行方向上的信号灯为红灯时，公交车进入交叉口所需的时间为：

$t_{\mathrm{sig}}=\mathrm{RL}(t,\mathrm{bus})-\mathrm{RL}(t,\mathrm{pass})+n{\stackrel{\&OverBar;}{H}}_{\mathrm{bus}}$

其中，t_sig为公交车辆通过交叉口停车线的时间；RL(t，bus)为公交车通行方向相位红灯时长；RL(t，pass)为公交车到达交叉口停车线附近等待通行时已经过去的红灯时间。

最后估计公交车辆到达下一个公交站点所需的时间：

$t_{\mathrm{next}}=\frac{\mathrm{\&delta;}\&CenterDot;W+L_{\mathrm{sta}}}{V_{\mathrm{bus}}}$

其中，t_next为公交车辆通过停车线到达下一个公交站点的时间；W为交叉口宽度；δ为交叉口宽度的调整系数；L_sta从交叉口出口到达下一个公交站点的距离。

优先信号请求模块获取公交车辆到达下一个公交站点的运行时刻表T_time，估算公交车辆到达下一个公交站点的时刻T_at＝T_now+t_bar+t_sig+t_next，通过对T_time和T_at进行对比，来判断公交车辆到达下一个站点的状态(准时、提前、晚点等)。如果D_bus＝T_at-T_time＞D_apt(D_bus为公交车延误时间；D_apt可接受公交车最大延误时间)，则优先信号请求模块向优先信号优化模块提交对公交车辆进行信号优先处理的请求信息TSP_ask。

(6)优先信号优化模块：在需要为公交车辆提供优先信号时，将社会车辆和公交车辆一起纳入到实时优化模型中，负责为交通信号机提供公交信号优先控制策略和信号配时优化控制方案，在为公交车辆提供优先信号的同时，降低公交车辆优先对其他社会车辆的影响，具体过程如下：

当优先信号优化模块接收到优先信号请求模块发送过来的TSP_ask请求信息，优先信号优化模块立即向信号优先主控模块请求从交叉口信号机获取交叉口各进口方向社会车辆的到达率及配时方案信息CV_plan。获取到CV_plan信息后，优先信号优化模块首先判断：

$(t_{\mathrm{bar}}+n{\stackrel{\&OverBar;}{H}}_{\mathrm{bus}})\mathrm{div}C=0$

$(t_{\mathrm{bar}}+n{\stackrel{\&OverBar;}{H}}_{\mathrm{bus}})<C-C_{\mathrm{pass}}$

其中，C_pass为当前信号周期已经过的周期时长

如果以上两个条件均满足，则在当前信号周期采用绿灯延长、绿灯提前、相位插入、相位倒转等优先策略为公交车辆提供信号优先，具体采用哪种优先策略以公交车辆到达停车线时间与公交车通行相位绿灯时间之差的大小进行选择

当 $T_{\mathrm{now}}+t_{\mathrm{bar}}+n{\stackrel{\&OverBar;}{H}}_{\mathrm{bus}}-\mathrm{GL}(t,\mathrm{end})\&le;G_{\mathrm{extend}}$ 时，采用绿灯延长；

当 $\mathrm{GL}(t,\mathrm{start})-(T_{\mathrm{now}}+t_{\mathrm{bar}}+n{\stackrel{\&OverBar;}{H}}_{\mathrm{bus}})\&le;G_{\mathrm{early}}$ 时，采用绿灯提前；

当 $\mathrm{GL}(t,\mathrm{start})-(T_{\mathrm{now}}+t_{\mathrm{bar}}+n{\stackrel{\&OverBar;}{H}}_{\mathrm{bus}})={\mathrm{\&Sigma;}}_{i=p}^p{\mathrm{GP}}_i\&PlusMinus;\mathrm{\&psi;}$ 时，采用相位倒转；

当 $T_{\mathrm{now}}+t_{\mathrm{bar}}+n{\stackrel{\&OverBar;}{H}}_{\mathrm{bus}}-\mathrm{GL}(t,\mathrm{end})>G_{\mathrm{extend}}$ 或 $T_{\mathrm{now}}+t_{\mathrm{bar}}+n{\stackrel{\&OverBar;}{H}}_{\mathrm{bus}}-\mathrm{GL}(t,\mathrm{end})>G_{\mathrm{extend}}$ 时，采用相位插入

其中，GL(t，start)、GL(t，end)分别为公交车通行方向的相位绿灯时间开始时刻和结束时刻；G_extend、G_early分别为公交优先最大允许延长绿灯时间和提前绿灯时间；GP_i为非公交通行方向的相位绿灯时间；ψ为相位倒转的允许偏差范围。

如果 $(t_{\mathrm{bar}}+n{\stackrel{\&OverBar;}{H}}_{\mathrm{bus}})\mathrm{div}C=0$ 或 $(t_{\mathrm{bar}}+n{\stackrel{\&OverBar;}{H}}_{\mathrm{bus}})<C-C_{\mathrm{pass}}$ 的条件不满足，即公交车将在下一个运行周期通过交叉口。优先信号优化模块启动自适应公交信号优先优化模型，具体流程为：

优先信号优化模块获取各个进口方向各通行方向的交通流量way∈{E，W，S，N}，dir∈{D，L，R}(E，W，S，N分别代表东进口、西进口、南进口、北进口；D，L，R分别代表直行、左转、右转)，并根据交叉口的相位组合，计算各通行相位的需求强度：

$R_e^p=\max \{\frac{q_{\mathrm{way}}^{\mathrm{dir}}}{\mathrm{Sat}},{\left(\frac{q_{\mathrm{way}}^{\mathrm{dir}}}{\mathrm{Sat}}\right)}^{\&prime;}\}$

对于有公交车辆通行的相位，调整需求强度为：

$R_e^p=\max \{\frac{q_{\mathrm{way}}^{\mathrm{dir}}}{\mathrm{Sat}},{\left(\frac{q_{\mathrm{way}}^{\mathrm{dir}}}{\mathrm{Sat}}\right)}^{\&prime;}\}+\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\&Sigma;}}}{\mathrm{\&phi;}}_i\left(D_{\mathrm{bus}}\right)$

其中，Sat为进口方向通行相位的通行能力；φ_i(D_bus)为关于公交车延误时间的正相关函数，D_bus值越大，φ(D_bus)越高。

对各进口方向各通行方向进行相位组合，以需求强度大小为依据，对交叉口的相位相序进行排序，并以将公交车辆延误降低到许可范围内并尽可能小以及对社会车辆的影响最小化优化目标，对交叉口信号配时方案进行优化：

minPI＝α(t)·Δd+β(t)·ΔT

$s.t.\left\{\begin{array}{c}\mathrm{\&Delta;d}=d_{\mathrm{car}}-d_{\mathrm{per}}\\ \mathrm{\&Delta;T}=|T_{\mathrm{at}}-T_{\mathrm{time}}|\\ D_{\mathrm{bus}}\&le;D_{\mathrm{apt}}\\ C_{\min }<C<C_{\max }\\ {\mathrm{GL}}_{\min }<\mathrm{GL}<{\mathrm{GL}}_{\max }\end{array}\right.$

其中，α(t)，β(t)分别为车均-人均延误偏离程度Δd和公交延误偏离程度ΔT的指标权重；d_car，d_per分别为交叉口车均延误和交叉口人均延误；C_min，C_max为交叉口最小信号周期时长和最大信号周期时长；GL_min，GL_max为各通行相位的最小相位绿灯时间和最大相位绿灯时间。优化得到各通行相位的绿灯时间和通行顺序，并将优化方案OPT_sig通过信号优先主控模块传送给交叉口信号机执行，从而实现自适应公交信号优先。

本发明提出了一种基于间歇性专用车道的公交优先方法，在道路的空间利用和时间利用上，充分挖掘和利用有限的道路交通资源，在保证公交车辆时间优先和空间优先的前提下，在优先信号的优化中将公交车辆纳入到社会车辆中一起进行信号配时优化和智能过渡，实现自适应公交信号优先，最大限度降低实施优先信号对社会车辆的影响。

附图说明

图1公交优先信号控制模块组成图；

图2信号控制部分的控制过程图。

具体实施方式

本发明所述的一种基于间歇性专用车道的公交优先方法由路面设置、信号控制两大组成部分，分别由路段划分、路面指示灯、路侧诱导屏、公交车辆检测、信号优先主控、路面指示灯控制、路侧诱导屏控制、优先信号请求、优先信号优化等九个模块组成。其工作的具体流程为：

1)在公交车辆经过的线路中，将每两个相邻交叉之间道路的最右侧划出一条专供公交车行驶的公交专用道，并用彩色沥青路面铺就以便于显示区别。所有经过这条道路的公交车均在这条专用道上行驶。从公交车进入专用道的位置到公交车驶离专用道的位置，将公交车专用道划分从N个分隔路段，分隔路段的编号按公交车辆行驶方向从1至N，每个路段分隔处用带颜色的分隔线进行标记。为保证公交车辆到达第i路段前，社会车辆有足够的时间驶离第i路段，每个分隔路段的长度L_i必须满足：

$L_i>\max \{V_{\mathrm{car}}{t}_a+\frac{V_{\mathrm{car}}^2}{2\left|a\right|}+d_i{V}_{\mathrm{bus}}(t_a+V_{\mathrm{car}}/|a\left|\right)+d\},i\&Element;[1,N]$

同时，为保证公交专用道的道路空间资源闲置的时间不会太长，且能够将闲置的公交专用道空间资源供社会车辆使用，每个分隔路段的长度L_i不能过长，满足：

$L_i\&le;(V_{\mathrm{car}}+V_{\mathrm{bus}})\&CenterDot;t_a+\frac{V_{\mathrm{car}}^2}{2\left|a\right|}+2d$

路段划分模块属于道路交通基础设施的渠化设计和标志标线，一经设置在短时间内不能改变，属于静态交通信息。

2)在公交专用道路段划分完毕后，需要在公交专用道的左侧边界线上嵌入LED指示灯。路面嵌入式LED指示灯的设置以每个分隔路段的分隔线处为起点，每隔S米(0.3≤S≤1.5米)设置一盏LED指示灯。LED指示灯的外框与路面齐平，具备钢架结构，能够承受汽车轮胎的压力。LED指示灯在当公交车辆行驶在分隔路段时，显示带

标记的红色指示标识，用于提醒社会车辆驾驶员该分隔路段为公交专用车道，其他车辆不允许进入。当公交车辆即将到达分隔路段时，该分隔路段上的LED指示灯显示带

标记的黄色闪烁指示标识，用于提醒社会车辆驾驶员该分隔路段即将有公交车辆到达，行驶在该分隔路段的社会车辆快速车辆，行驶在其他车道的社会车辆不允许进入该分隔路段。当公交车辆驶离分隔路段时，该分隔路段上的LED指示灯显示带

标记的绿色指示标识，用于提醒社会车辆驾驶员该分隔路段允许社会车辆行驶。与路段划分模块一样，路面指示灯模块同样属于道路交通基础设施的安装与设置，属于静态物理信息，已经设置，在短时间内无法改变。

3)除了在公交专用道的分界线设置LED指示灯外，还需要在驾驶员行驶视线的正前方现实间歇性公交专用道的状态信息，诱导或指示行驶在公交专用道中的车辆根据显示信息及时调整行驶位置。因此需要在每个分隔路段的分隔线的正上方安装小型LED诱导屏。当公交车行驶在分隔路段上时，所在路段分隔线上方的LED诱导屏显示带

标记的红色公交车专用图标，提醒社会车辆驾驶员该分隔路段为公交专用道，不允许其他车辆进入。当公交车即将到达分隔路段时，该分隔路段的LED诱导屏显示带

标记的黄色闪烁公交专用图标，提醒行驶在该分隔路段的社会车辆尽快离开该分隔路段，行驶在其他车道上的车辆不允许进入。当公交车驶离分隔路段时，该分隔路段上的LED诱导屏显示带标记的绿色小汽车图标，提醒社会车辆驾驶员该分隔路段可以进入。同样，路侧诱导屏的安装和设置属于道路交通基础设施的一部分，属于静态交通信息。

上述1)--3)属于路面设置部分，这部分的设置是实现间歇性专用道的前提条件和进行间歇性专用道控制的技术保障，为后续进行公交优先信号的行程时间估计、控制策略调整等准确、可靠实时提供保证。

图1显示公交优先中信号控制部分控制模块组成，具体控制流程如图2所示，具体如下：

1)当公交车辆驶离上一个交叉口停车线，准备进入本交叉口进口道时，公交车上携带有公交车辆、运行线路等基本信息的电子标签将信息传递给安装在上一个交叉口停车线处的公交信息路侧识别装置RSU_down，路侧识别装置的安装。路侧识别装置RSU_down对电子标签进行有效性验证，并根据公交车的线路信息，判断公交车前进的方向(直行、左转、右转)，并将公交车即将到达的信息WR_bus通过无线网络或光纤网络传送给公交车前进方向下游交叉口信号机种的信号优先主控模块。

2)信号优先主控模块接收到WR_bus信息后，信号优先主控模块马上触发各控制模块，让各控制模块处于就绪状态。并将启亮公交专用道第1分隔路段的RG₁(bus)的指令信息发送给路面指示灯控制模块和路侧诱导屏控制模块。

3)路面指示灯控制模块接收到信号优先主控模块发送过来的RG₁(bus)信号指令时，路面指示灯控制模块将公交专用道第1分隔路段左侧的路面指示灯调整为带

标记的黄色闪烁信号，提醒社会车辆驾驶员迅速离开该路段。

4)与此同时，路侧诱导屏控制模块接收到信号优先主控模块发送过来的RG₁(bus)信号指令时，路侧诱导屏控制模块将公交专用道第1分隔路段LED诱导屏显示的信息调整为带标记的黄色闪烁公交专用图标，提醒社会车辆驾驶员迅速离开该路段。

5)当公交车辆通过上游交叉口进入公交下一个交叉口进口道进口位置时，安装在路侧的公交车辆路侧识别装置RSU_up读取公交车电子标签信息，路侧识别装置RSU_up再次对电子标签的信息进行有效性验证，验证合格后记录公交车到达的时刻T，并将公交车已经到达信息IR_bus通过无线网络或光纤传送给当前交叉口信号机中的信号优先主控模块。

6)信号优先主控模块接收到IR_bus信息后，信号优先主控模块提取公交车辆信息、公交线路信息等公交属性信息。并将公交属性信息传送给优先信号请求模块和优先信号优化模块。同时分析当前到达的公交车辆与上一辆到达的公交车辆的时间间隔：

T_now-T_prior

如果T_now-T_prior≥H_bus，信号优先主控模块向路面指示灯控制模块和路侧诱导屏控制模块发送公交车辆到达公交专用道第1分隔路段的IRG₁(bus)信息，并估计公交车辆到达公交专用道各个分隔路段的时间：

$t_i=\frac{{\mathrm{\&Sigma;}}_{i=1}^{i-1}{L}_j}{V_{\mathrm{bus}}},i\&Element;(1,N]$

并分别在{T_now+t₂，T_now+t₃，…，T_now+t_N}时刻，分别向路面指示灯控制模块和路侧诱导屏控制模块发送公交车辆到达公交专用道第i分隔路段的IRG_i(bus)信息。

如果T_ow-T_prior＜H_bus，信号优先主控模块不再向路面指示灯控制模块和路侧诱导屏控制模块发送公交车辆到达各个分隔路段的IRG_i(bus)信息。当前到达的公交车与上一时刻到达的公交车时间间隔比较近，使用同样的路灯指示信号和路侧诱导显示信息，即可以实现间歇性专用道控制。

7)当路面指示灯控制模块接收到信号优先主控模块发送过来的公交车辆到达公交专用道第i个分隔路段的信号指令IRG_i(bus)时，路面指示灯控制模块将公交专用道第i分隔路段左侧的路面指示灯调整为带

标记的红色信号，提醒社会车辆驾驶员不能驶入该路段；将将公交专用道第i-1分隔路段左侧的路面指示灯调整为带

标记的绿色信号，提醒社会车辆驾驶员可以进入该路段；将公交专用道第i+1分隔路段左侧的路面指示灯调整为带

标记的黄色闪烁信号，提醒社会车辆驾驶员迅速离开该路段。

8)同样，当路侧诱导屏控制模块接收到信号优先主控模块发送过来的公交车辆到达公交专用道第i个分隔路段的信号指令IRG_i(bus)时，路侧诱导屏控制模块将公交专用道第i分隔路段LED诱导屏显示的信息调整为带标记的红色公交车专用图标，表示该路段为公交车辆专用道，社会车辆不准进入；将将公交专用道第i-1分隔路段LED诱导屏显示的信息调整为带

标记的绿色小汽车图标，表示该路段为社会车辆开放，运行社会车辆进入该路段；将公交专用道第i+1分隔路段LED诱导屏显示的信息调整为带

标记的黄色闪烁公交专用图标，表示该路段公交车辆即将到达，提醒社会车辆迅速离开。

9)信号优先请求模块接收到信号优先主控模块发送过来的公交车辆属性信息ID(T，bus)后，信号优先执行开始以下估计过程：

(1)首先估计估计公交车辆到达交叉口停车线的时间：

$t_{\mathrm{bar}}=\frac{L}{V_{\mathrm{bus}}}+(\frac{1}{\mathrm{\&mu;}-\mathrm{\&lambda;}}-\mathrm{\&theta;})\&CenterDot;\frac{\mathrm{\&lambda;}}{\mathrm{\&mu;}}+\mathrm{\&theta;}$

(2)向信号优先主控模块请求获取当前交叉口信号相位绿灯运行状态及相位相序信息GP_now，并根据当前交叉口信号相位绿灯运行状态，通过t_bar mod C(C为交叉口信号周期时长)判断公交车到达交叉口时，公交车通行方向的信号灯状态，以此来估计公交车辆通过交叉口的时间：

①当通行方向上的信号灯为绿灯时，公交车进入交叉口所需的时间为：

$t_{\mathrm{sig}}$

$=\left\{\begin{array}{cc}n{\stackrel{\&OverBar;}{H}}_{\mathrm{bus}},& n{\stackrel{\&OverBar;}{H}}_{\mathrm{bus}}<(\mathrm{GL}(t,\mathrm{bus})-\mathrm{GL}(t,\mathrm{pass}))\\ C+n{\stackrel{\&OverBar;}{H}}_{\mathrm{bus}}-(\mathrm{GL}(t,\mathrm{bus})-\mathrm{GL}(t,\mathrm{pass})),& n{\stackrel{\&OverBar;}{H}}_{\mathrm{bus}}\&GreaterEqual;(\mathrm{GL}(t,\mathrm{bus})-\mathrm{GL}(t,\mathrm{pass}))\end{array}\right.$

②当通行方向上的信号灯为绿灯时，公交车进入交叉口所需的时间为：

$t_{\mathrm{sig}}=\mathrm{RL}(t,\mathrm{bus})-\mathrm{RL}(t,\mathrm{pass})+n{\stackrel{\&OverBar;}{H}}_{\mathrm{bus}}$

(3)故宫公交车辆通过交叉口停车先后，到达下一个公交站点所需的时间：

$t_{\mathrm{next}}=\frac{\mathrm{\&delta;}\&CenterDot;W+L_{\mathrm{sta}}}{V_{\mathrm{bus}}}$

(4)预计从进入公交专用道入口到通过停车线到达下一公交站点的时刻：

T_at＝T_now+t_bar+t_sig+t_next

(5)判断公交车辆是否晚点：

D_bus＝T_at-T_time

如果D_bus＞D_apt，则公交车辆晚点时间超过允许值，则优先信号请求模块向优先信号优化模块提交对公交车辆进行信号优先处理的请求信息TSP_ask。

如果D_bus≤D_apt，则公交车辆到达公交站点的时间处于正常波动范围内，按正常的交通信号配时方案即可满足公交车辆的服务需求。

10)当优先信号优化模块接收到优先信号请求模块发送过来的请求实施公交信号优先的TSP_ask请求信息后，优先信号优化模块立即向信号优先主控模块请求从交叉口信号机获取交叉口各进口方向社会车辆的到达率及配时方案信息CV_plan。获取到CV_plan信息后，优先信号优化模块开始进行优先信号配时优化，首先判断公交车辆到达交叉口停车线是是否处于当前运行周期：

$(t_{\mathrm{bar}}+n{\stackrel{\&OverBar;}{H}}_{\mathrm{bus}})\mathrm{div}C=0$

$(t_{\mathrm{bar}}+n{\stackrel{\&OverBar;}{H}}_{\mathrm{bus}})<C-C_{\mathrm{pass}}$

1)如果上述两个条件均满足，则在当前信号周期采用绿灯延长、绿灯提前、相位插入、相位倒转等优先策略为公交车辆提供信号优先：

①当 $T_{\mathrm{now}}+t_{\mathrm{bar}}+n{\stackrel{\&OverBar;}{H}}_{\mathrm{bus}}-\mathrm{GL}(t,\mathrm{end})\&le;G_{\mathrm{extend}}$ 时，采用绿灯延长；

②当 $\mathrm{GL}(t,\mathrm{start})-(T_{\mathrm{now}}+t_{\mathrm{bar}}+n{\stackrel{\&OverBar;}{H}}_{\mathrm{bus}})\&le;G_{\mathrm{early}}$ 时，采用绿灯提前；

③当 $\mathrm{GL}(t,\mathrm{start})-(T_{\mathrm{now}}+t_{\mathrm{bar}}+n{\stackrel{\&OverBar;}{H}}_{\mathrm{bus}})={\mathrm{\&Sigma;}}_{i=p}^p{\mathrm{GP}}_i\&PlusMinus;\mathrm{\&psi;}$ 时，采用相位倒转；

④当 $T_{\mathrm{now}}+t_{\mathrm{bar}}+n{\stackrel{\&OverBar;}{H}}_{\mathrm{bus}}-\mathrm{GL}(t,\mathrm{end})>G_{\mathrm{extend}}$ 或 $T_{\mathrm{now}}+t_{\mathrm{bar}}+n{\stackrel{\&OverBar;}{H}}_{\mathrm{bus}}-\mathrm{GL}(t,\mathrm{end})>G_{\mathrm{extend}}$ 时，采用相位插入。

2)如果 $(t_{\mathrm{bar}}+n{\stackrel{\&OverBar;}{H}}_{\mathrm{bus}})\mathrm{div}C=0$ 或 $(t_{\mathrm{bar}}+n{\stackrel{\&OverBar;}{H}}_{\mathrm{bus}})<C-C_{\mathrm{pass}}$ 的条件不满足，即公交车将在下一个运行周期通过交叉口。优先信号优化模块启动自适应公交信号优先优化模型，具体流程为：

①获取各个进口方向各通行方向的交通流量

②根据交叉口的相位组合，计算各通行相位的需求强度：

$R_e^p=\max \{\frac{q_{\mathrm{way}}^{\mathrm{dir}}}{\mathrm{Sat}},{\left(\frac{q_{\mathrm{way}}^{\mathrm{dir}}}{\mathrm{Sat}}\right)}^{\&prime;}\}$

③调整交叉口各个通行方向，对于有公交车辆通行的通行相位，调整需求强度：

$R_e^p=\max \{\frac{q_{\mathrm{way}}^{\mathrm{dir}}}{\mathrm{Sat}},{\left(\frac{q_{\mathrm{way}}^{\mathrm{dir}}}{\mathrm{Sat}}\right)}^{\&prime;}\}+\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\&Sigma;}}}{\mathrm{\&phi;}}_i\left(D_{\mathrm{bus}}\right)$

④对各进口方向各通行方向进行相位组合，以需求强度大小为依据，对交叉口的相位相序进行排序。

⑤确定交叉口配时优化的目标，即将公交车辆延误降低到许可范围内并尽可能小以及对社会车辆的影响最小化优化目标：

minPI＝α(t)·Δd+β(t)·ΔT

$s.t.\left\{\begin{array}{c}\mathrm{\&Delta;d}=d_{\mathrm{car}}-d_{\mathrm{per}}\\ \mathrm{\&Delta;T}=|T_{\mathrm{at}}-T_{\mathrm{time}}|\\ D_{\mathrm{bus}}\&le;D_{\mathrm{apt}}\\ C_{\min }<C<C_{\max }\\ {\mathrm{GL}}_{\min }<\mathrm{GL}<{\mathrm{GL}}_{\max }\end{array}\right.$

⑥采用非线性规划对方程进行求解，获取交叉口下一个周期的信号配时方案(包括相序、周期时长、各相位绿灯时间等)。

⑦将下一个周期的信号配时方案通过信号优化主控模块传送给交叉口信号机，由交叉口信号机具体执行。

Claims (3)

1.一种基于间歇性专用车道的公交优先方法，包括路面设置部分和信号控制部分，路面设置部分又分为路段划分模块、路面指示灯模块和路侧诱导屏模块，信号控制部分包括公交车辆检测模块、信号优先主控模块、路面指示灯控制模块、路侧诱导屏控制模块、优先信号请求模块和优先信号优化模块，其中公交车辆检测模块由公交车上的电子标签和路侧识别装置两部分组成，其特征包括以下步骤：

（1）路面设置部分：将道路划分为N个路段，在第1到第N个路段之间，如果有公交车辆行驶在第i个路段，则用路面指示灯及路侧诱导屏提示、告知行驶在第i+1路段的社会车辆迅速驶离该路段，同时第i-1路段的路面指示灯提示相邻车道的社会车辆允许进入第i-1路段；

（2）信号控制部分：通过公交车辆检测模块的公交车上的电子标签和路侧识别装置对公交车辆的信息进行提取，并传送至信号优先主控模块，信号优先主控模块触发路面指示灯控制模块和路侧诱导屏控制模块，分别控制路面指示灯及路侧诱导屏；

所述的路面设置部分将公交专用道划分成N个路段，路段编号从1到N，路段长度用                                                

表示， 

必须满足：

其中：

、分别为路段上社会车辆、公交车辆的平均行车速度，m/s；为社会车辆驾驶员见到提示离开指定路段的指示标识到采取行动所经历的反应时间；

为社会车辆离开指定路段制动车辆的加速度；为两车之间的安全距离；

所述的信号优先主控模块接收至公交车即将到达信息

后，分析当前公交车辆到达的时刻与上一辆公交车到达的时刻的时间间隔是否满足：

为公交车的最小车头时距；

如果满足，信号优先主控模块向路面指示灯控制模块和路侧诱导屏控制模块发送公交车辆到达公交专用道第1分隔路段的

信息，估计公交车辆到达公交专用道各个分隔路段的时间：

并分别在时刻，分别向路面指示灯控制模块和路侧诱导屏控制模块发送公交车辆到达公交专用道第分隔路段的

信息；

如果不满足，则表示当前进入的公交车与前一辆公交车相距的距离不超过分隔路段的长度，在进行间歇性专用道路面指示灯和路侧诱导屏控制时，将先后两辆者合并在一起进行专用道时空组织控制。

2.根据权利要求1所述的基于间歇性专用车道的公交优先方法，其特征在于：当有公交车经过

时，优先信号请求模块开始估计公交车辆到达交叉口停车线的时间：

其中，

为两交叉口之间的距离；

为两交叉口间公交站点的服务能力；

为该公交站点公交车的到达率；

为公交车最小停靠时间；

同时，判断公交车到达交叉口时，公交车通行方向的信号灯状态，估计公交车进入交叉口所需的时间为：

或

其中，为公交车辆通过交叉口停车线的时间；

为公交车通行方向相位红灯时长；

为公交车到达交叉口停车线附近等待通行时已经过去的红灯时间，

为公交车到达停车线附近时，等待通过交叉口的公交车辆数；C为交叉口信号周期时长；为绿灯期间公交车辆排队通过交叉口的时间间隔；为公交车通行方向相位绿灯时长；

为公交车到达交叉口停车线附近等待通行时已经过去的相位绿灯时间；

以及公交车辆到达下一个公交站点所需的时间：

其中，

为公交车辆通过停车线到达下一个公交站点的时间；

为交叉口宽度；

为交叉口宽度的调整系数；

从交叉口出口到达下一个公交站点的距离；

最后，通过对

和

进行对比，来判断公交车辆到达下一个站点的状态，以此来决定是否为公交车提供优先信号；

其中，

是公交车辆到达下一个公交站点的运行时刻表，

为公交车到达交叉口停车线所需的时间。

3.根据权利要求2所述的基于间歇性专用车道的公交优先方法，其特征在于：当优先信号优化模块接收到优先信号请求模块发送过来的

请求信息，优先信号优化模块获取到

信息后，优先信号优化模块首先判断：

其中，

是对公交车辆进行信号优先处理的请求信息；是交叉口各进口方向社会车辆的到达率及配时方案信息；

为当前信号周期已经过的周期时长；

为公交车到达停车线附近时，等待通过交叉口的公交车辆数；C为交叉口信号周期时长；

为绿灯期间公交车辆排队通过交叉口的时间间隔；

如果以上两个条件均满足，则在当前信号周期采用绿灯延长、绿灯提前、相位插入、相位倒转等优先策略为公交车辆提供信号优先；

如果

或

的条件不满足，优先信号优化模块启动自适应公交信号优先优化模型，首先计算各通行相位的需求强度：

对于有公交车辆通行的相位，调整需求强度为：

为优先信号优化模块获取各个进口方向各通行方向的交通流量，（E，W，S，N分别代表东进口、西进口、南进口、北进口；D，L，R分别代表直行、左转、右转）；

为进口方向通行相位的通行能力；

为关于公交车延误时间的正相关函数；

对各进口方向各通行方向进行相位组合，以需求强度大小为依据，对交叉口的相位相序进行排序，并以将公交车辆延误降低到许可范围内并尽可能小以及对社会车辆的影响最小化优化目标，对交叉口信号配时方案进行优化：

其中，

为优化性能指标；，分别为车均-人均延误偏离程度

和公交延误偏离程度的指标权重；，

分别为交叉口车均延误和交叉口人均延误； 

为可接受公交车最大延误时间；

，

为交叉口最小信号周期时长和最大信号周期时长；

，

为各通行相位的最小相位绿灯时间和最大相位绿灯时间；GL绿灯时间； 

；

优化得到各通行相位的绿灯时间和通行顺序，并将优化方案

通过信号优先主控模块传送给交叉口信号机执行，从而实现自适应公交信号优先。

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