CN102568197B - 一种公交主干线双向绿波信号设置方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种公交主干线双向绿波信号设置方法，通过对交叉口各个信号灯进行协调控制，并配合公交车辆的运营调度对公交发车时刻进行调整，采用修正的数解法计算并获得最优的城市公交系统绿波信号设置方法。本发明方法充分考虑了交叉口绿波信号控制对公交系统运行效率的影响，通过调整主干道交叉口之间信号相位差和城市公交发车时刻表，使公交车辆得以绿波快速通过交叉口。本发明方法便于计算、实用性强，可大幅提高城市公交系统运营效率，为城市居民出行带来极大便利，对改善城市公交现状具有重要意义。

Description

一种公交主干线双向绿波信号设置方法

技术领域

本发明涉及城市公交规划和交叉口信号控制技术，尤其涉及一种公交主干线双向绿波信号设置方法。

背景技术

城市公共交通作为现代城市交通系统的有机组成部分，在城市交通系统中占有举足轻重的地位。随着社会经济的飞速发展、竞争的愈加激烈、生活节奏的不断加快，人们对于交通出行的需求也在不断增加，机动化出行趋势日渐突出。目前，城市交通拥堵等交通问题已成为制约城市可持续发展的主要瓶颈，加剧了城市生活质量的恶化，在经济、安全和环境等方面的造成了重大损失。优先发展城市公共交通系统已经成为缓解包括城市交通拥堵、交通污染以及人民出行困难在内的交通问题的重要手段。然而，现阶段的城市公共交通服务水平仍较为低下，绝大部分城市公交出行率低于20％，城市公共交通在与私人机动化交通的竞争中处于劣势。为此，为现代化的城市公交系统建设与发展提出了一种切实可行的新方案成为必然。

目前，在现有的城市公交体系中，由于交叉口信号配时方案和主干道信号协调控制不合理，以及在车道设计和公交站台设置上存在的问题，造成了大量信号时长的浪费，严重阻碍了城市先进公交系统的建设及优先发展，降低了人们的出行效率，使得现代城市公交系统未能发挥其最大的优越性。尤其在城市公交的分层建设与分级运营层面，虽然大多城市都提出了公交的主干线、次干线与支线的的公交分层分级理念，但是在具体的建设与运营实施阶段，具有重要作用的公交干线并未获得最大与最多的重视，缺乏道路时空资源供给的倾斜。

为提升公交的服务水平，发挥公交系统最大的优越性，本发明针对城市中覆盖面广、服务人群多、服务区域大的公交主干线提出了一种双向滤波信号设置方法，通过调整交叉口信号的控制方式，结合公交系统的运营调度优化，使干线公交通过交叉口时能够适时获得通行权，实现公交车辆在交叉口的顺利通行，减少了公交车辆运行时间延误，提高了城市公交系统的运营效率。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种公交主干线双向绿波信号设置方法，在城市公交主干线前提下，通过调整公交车所经过的交叉口的信号配时方案及公交系统的发车时间，在保证交叉口社会车辆正常行驶的同时，让公交车辆能充分利用交叉口的绿灯信号，实现并优化公交绿波以提高公交系统运行效率。

技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种公交主干线双向绿波信号设置方法，包括如下步骤：

(A)采集交通流量、公交运行信息、和道路信息；

(B)根据步骤(A)中得到的交通流量与公交运行信息，计算各个交叉口的信号周期C_i，其中i为交叉口编号且i＝1，2...N_c，N_c为公交车行驶通过的交叉口总个数；

(C)以步骤(B)中计算得到的各个交叉口的信号周期C_i为基础，结合公交运行信息确定关键信号周期长度C₀；

(D)设定所有交叉口的信号周期为步骤(C)中所确定的关键信号周期长度C₀，并分别计算各个交叉口的信号配时方案；

(E)结合步骤(A)中获得的公交运行信息、步骤(D)中得到的各个交叉口的信号配时方案，调整并确定相邻交叉口的信号配时方案的相位差；

(F)调整并最终确定各交叉口的信号配时方案；

(G)调整各个公交班次的发车时刻。

所述步骤(A)中，交通流量包括各个交叉口的分流向交通流量，公交运行信息包括公交首末站位置、公交停靠站数量N_b及具体位置、公交车发车间隔h、公交车首班发车时刻t_f1、公交车行驶平均速度

公交车在交叉口i前的延误时间t_i、及公交车通过交叉口i的时间

道路信息包括公交车行驶通过的交叉口总个数N_c、及相邻交叉口间的距离l_j；其中j为路段编号，j＝0，1，2...N_c，所述公交车在交叉口i前的延误时间t_i，包括公交车的加减速时间、开关车门时间、和停靠时间。

所述步骤(B)的各交叉口的信号周期C_i的计算，不仅要考虑交叉口各个方向交通流量通过要求，还需要同时考虑公交车的延误及交叉口通过时间的要求。计算时首先采用常规的韦伯斯特信号配时计算方法确定各交叉口的信号备选周期C’_i，之后考虑公交车运行修正备选周期，确定信号周期C_i，其具体步骤为：

(B1)对交叉口i，根据其分方向的交通流量，采用韦伯斯特信号配时计算法，计算交叉口i的信号备选周期C’_i，确定交叉口i的相位数与各相位配时方案；

(B2)修正并验证信号：根据公交车在交叉口i前的延误时间t_i与公交车通过交叉口i的时间

修正备选周期C’_i，确定交叉口i的信号周期 $C_i=\max (C_i^{\′},t_i+t_i^c).$

所述中步骤(C)中，关键信号周期长度

且关键信号周期长度C₀为整个交叉口的统一信号周期。

所述中步骤(D)中，计算出各个交叉口的信号配时方案后，以α_i为比例等比放大交叉口i的信号配时方案的相位信号，其中

所述中步骤(E)包括如下步骤：

(E1)修正交叉口的间距：将公交车在交叉口i前的延误时间t_i转换为交叉口间的空间距离l_j’；

(E2)确定最合适理想信号及其位置：采用吴兵等著的《交通管理与控制》中干线绿波的设置方法，并修正理想信号间距a的取值范围，计算出理想信号S及其位置，确定交叉口i的绿时损失L_i；

(E3)确定绿波带宽度：以公交车能绿波通过交叉口的最大绿灯时间

作为绿波带宽度；

(E4)求解交叉口间的相位差：计算第i个交叉口相对于理想信号的相位差C_i，其中，相对应于奇数理想信号位置的相位差为100-0.5λ_i，相对应于偶数理想信号位置的相位差为50-0.5λ_i。

所述步骤(E1)中，交叉口间的空间距离

所述步骤(E2)中，理想信号间距a的取值范围为

所述步骤(F)中，首先将交叉口的关键信号周期C₀改为

再以α_i′为比例等比放大交叉口i的信号配时方案的相位信号，其中

所述步骤(G)中，公交班次的发车时刻的调整方法为：首先对于第k辆公交车的发车时刻t_fk＝t_f1+(k-1)h，确定其到达第一个交叉口的时间t_bk；再向前、向后分别搜索距离t_bk时刻最近的交叉口的绿灯信号中心的时刻t_ck；最后修正并确定第k辆公交车的发车时刻t′_fk＝t_fk+t_bk-t_ck。

有益效果：本发明提供的一种公交主干线双向绿波信号设置方法，通过对主干道信号灯的协调控制和对公交车发车时间的调整，有效的增大了公交车得以在交叉口绿灯通过的时间，最大限度的保证了公交车的绿波通行，大大提高了城市公交系统运营效率，改善了人们的出行结构方式；本发明方法充分考虑了交叉口公交车辆通行的效率和安全性，相比现有的主干道绿波信号设置方式，本发明方法大大提高了绿灯信号的利用效率，对城市公交系统的优化发展具有极其重大的意义。

附图说明

图1为本发明方法的流程图；

图2为本发明方法的某路段实例示意图；

图3为本发明方法的改进的数解法的理想信号位置示意图；

图4为本发明方法的理想信号与实际信号的位置示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作更进一步的说明。

如图1所示为公交主干线双向绿波信号设置方法流程图，下面结合实例进一步说明。

(A)采集交通流、公交运行信息、道路信息。

本步骤中，交通流量包括各个交叉口的分流向交通流量，公交运行信息包括公交首末站位置、公交停靠站数量N_b及具体位置、公交车发车间隔h、公交车首班发车时刻t_f1、公交车行驶平均速度公交车在交叉口i前的延误时间t_i、及公交车通过交叉口i的时间

道路信息包括公交车行驶通过的交叉口总个数N_c、及相邻交叉口间的距离l_j；其中i为交叉口编号，i＝1，2…N_c，j为路段编号，j＝0，1，2…N_c，所述公交车在交叉口i前的延误时间t_i，包括公交车的加减速时间、开关车门时间、和停靠时间。

本实例中，各个交叉口的分流向交通流量、公交车行驶平均速度公交车在交叉口i前的延误时间t_i以及公交车通过交叉口i的时间

可采用摄像法采集，即通过摄像机采集相关的视频，并通过专门的视频处理软件(例如，Adobe公司的Premiere Pro 2.0)对视频信息进行处理，得到交叉口的相关数据和公交车的相关出行数据；公交停靠站数量N_b、公交车发车间隔h以及公交车首班发车时刻t_f1，可通过向公交公司咨询获得；公交首末站位置、公交停靠站具体位置、交叉口数量N_c及相邻交叉口间的距离l_j可通过实地考察的方式获得。

(B)根据步骤(A)得到的交通流量与公交运行信息，计算各个交叉口的信号周期C_i；

本实例中，各交叉口的信号周期C_i的计算，不仅要考虑交叉口各个方向交通流通过要求，还需要同时考虑公交车的延误及交叉口通过时间的要求。首先采用常规的韦伯斯特信号配时计算方法确定各交叉口的信号备选周期C′_i，之后考虑公交车运行修正备选周期，确定信号周期C_i，其具体方法为：

(B1)对交叉口i，根据其分方向的交通流量，采用常用的韦伯斯特信号配时计算法，计算交叉口的信号备选周期C′_i，确定交叉口的相位数与各相位配时方案；

(B2)修正并验证信号：根据公交车在交叉口i前的延误时间t_i与公交车通过交叉口i的时间

确定交叉口i的信号周期

(C)以步骤(B)计算得到的各个交叉口的信号周期C_i为基础，结合公交运行信息确定关键信号周期长度C₀。

本实例中，比较步骤B中所得到的各个交叉口的信号周期C_i长度，取并将关键信号周期长度C₀作为整个交叉口的统一信号周期。

(D)设定所有交叉口的信号周期为步骤(C)中所确定的关键信号周期长度C₀，并分别计算各个交叉口的信号配时方案。

本实例中，取

以α_i为比例等比放大交叉口i的各个相位信号。

(E)结合步骤(A)中获得的公交运行信息、步骤(D)中得到的各个交叉口的信号配时方案，调整并确定相邻交叉口的相位差。本实例中采用了修正的数解法，通过计算机求解交叉口间的相位差，具体方法为：

(E1)修正交叉口的间距：将公交车在交叉口前得延误时间转换为交叉口间的空间距离

(E2)确定最适合理想信号及其位置：采用吴兵等著《交通管理与控制》中关于干线绿波的设置方法，并修正理想信号间距a的取值范围为

通过计算机自动求解出理想信号S及其位置，确定交叉口i的绿时损失L_i；

(E3)确定绿波带宽度：绿波带宽度为公交车能绿波通过交叉口的最大绿灯时间 $\mathrm{\κ}=\underset{i}{\min }({\mathrm{\λ}}_i-L_i);$

(E4)求解交叉口间的相位差：第i个交叉口相对于理想信号的相位差C_i分两种情况计算，相对应于奇数理想信号位置的相位差为100-0.5λ_i，相对应于偶数理想信号位置的相位差为50-0.5λ_i。

(F)调整并最终确定各交叉口的信号配时方案。

本实例中将交叉口的关键信号周期C₀改为

取

对C′_i中各相位时长进行等比放大以调整并最终确定各交叉口的信号配时方案。

(G)调整各个公交班次的发车时刻。

本实例中对各个公交班次的发车时刻的修正，具体方法为：对于第k辆从首站出发的公交车的发车时刻t_fk＝t_f1+(k-1)h，确定其到达1号交叉口的时间

向前、向后分别搜索距离t_bk时刻最近的交叉口的绿灯信号中心的时刻t_ck，修正并确定第k辆公交车的发车时刻t′_fk＝t_fk+t_bk-t_ck。

对于第p辆从末站出发的公交车的发车时刻t_fp＝t_f1′+(p-1)h，确定其到达N_c号交叉口的时间

向前、向后分别搜索距离t_bp时刻最近的交叉口的绿灯信号中心的时刻t_cp，修正并确定第p辆公交车的发车时刻t_fp′＝t_fp+t_bp-t_cp。

依照上述步骤调整交叉口控制信号，可得到优化的公交主干线双向绿波信号的设置方法，实现城市公交主干线下的公交车双向绿波通过。

为了验证本发明方法的有效性，下面结合附图2对本发明做进一步说明。

设有4个交叉口1、2、3、4，经计算它们各自的信号周期C_i分别为60s、80s、120s、60s。关键信号周期

分别按比例α₁＝2，α₂＝1.5，α₃＝1，α₄＝2放大各交叉口各个相位信号。

如图2所示，相邻的间距l₀、l₁、l₂、l₃、l₄分别为350m、420m、600m、510m和400m，公交车平均速度

公交车在交叉口前的延误时间为30s。利用改进的数解法，得到如下表1，其中a的取值范围为

即为[60，75]。

利用改进的数解法，可得 ${{l_1}^{\′}=l}_1+{\stackrel{\‾}{v}t}_i=720m,$ ${l_2}^{\′}=l_2+{\stackrel{\‾}{v}t}_i=900m,$

(即有效数字分别为72、90、81)。

表1改进的数解法计算表

当a＝75时，b取最大值为54，如附图3所示交叉口4～2同理想信号间的挪移量之差最大，为54，则理想信号同交叉口4之间的挪移量为

理想信号距交叉口4为95m，则距交叉口1为85m。即自交叉口1后移85m即为第一理想信号，然后按次每750m间距将各理想信号列在各实际信号间，如附图4。

调整并最终确定周期为

表2计算绿时差

交叉路口	1	2	3	4
					理想信号No.	A	B	C	D
各信号位置	左	左	右	右
					绿信比λ(％)	50	50	50	50
损失(％)	11	15	5	13
					有效绿信比(％)	39	35	45	37
绿时差(％)	75.0	25.0	75.0	25.0

将各个交叉口的信号周期调整为150，各相位时长等比放大，即得最终信号配时方案。

确定了最终的信号配时方案后，结合公交班次的发车间隔调整公交系统的发车时刻。以第1辆公交车为例，设第1辆从首站出发的公交车的出发时间为7:00:00，经过35s到达交叉口1，距离7:00:35最近的交叉口的绿灯信号中心的时刻为7:00:30，经修正，第1辆车的发车时间为6:59:55。

以上所述仅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，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种公交主干线双向绿波信号设置方法，其特征在于：该方法包括如下步骤：

（A）采集交通流量、公交运行信息、和道路信息；

（B）根据步骤（A）中得到的交通流量与公交运行信息，计算各个交叉口的信号周期C_i，其中i为交叉口编号且i=1,2…N_c，N_c为公交车行驶通过的交叉口总个数；

（C）以步骤（B）中计算得到的各个交叉口的信号周期C_i为基础，结合公交运行信息确定关键信号周期长度C₀；

（D）设定所有交叉口的信号周期为步骤（C）中所确定的关键信号周期长度C₀，并分别计算各个交叉口的信号配时方案；

（E）结合步骤（A）中获得的公交运行信息、步骤（D）中得到的各个交叉口的信号配时方案，调整并确定相邻交叉口的信号配时方案的相位差；

（F）调整并最终确定各交叉口的信号配时方案；

（G）调整各个公交班次的发车时刻；

其中：

所述步骤（A）中，交通流量包括各个交叉口的分流向交通流量，公交运行信息包括公交首末站位置、公交停靠站数量N_b及具体位置、公交车发车间隔h、公交车首班发车时刻t_f1、公交车行驶平均速度

公交车在交叉口i前的延误时间t_i、及公交车通过交叉口i的时间

道路信息包括公交车行驶通过的交叉口总个数N_c、及相邻交叉口间的距离l_j，其中j为路段编号，j=0,1,2…N_c，所述公交车在交叉口i前的延误时间t_i，包括公交车的加减速时间、开关车门时间、和停靠时间；

所述步骤（B）包括如下步骤：

（B1）对交叉口i，根据其分方向的交通流量，采用韦伯斯特信号配时计算法，计算交叉口i的信号备选周期C’_i，确定交叉口i的相位数与各相位配时方案；

（B2）修正并验证信号：根据公交车在交叉口i前的延误时间t_i与公交车通过交叉口i的时间

修正备选周期C’_i，确定交叉口i的信号周期 $C_i=\max (C_i^{\′},t_i+t_i^c);$

所述步骤（C）中，关键信号周期长度

且关键信号周期长度C₀为整个交叉口的统一信号周期；

所述步骤（D）中，计算出各个交叉口的信号配时方案后，以α_i为比例等比放大交叉口i的信号配时方案的相位信号，其中

所述步骤（E）包括如下步骤：

（E1）将公交车在交叉口i前的延误时间t_i转换为交叉口间的空间距离l_j’；

（E2）采用干线绿波的设置方法，修正理想信号间距a的取值范围，计算出理想信号S及其位置，确定交叉口i的绿时损失L_i；

（E3）以公交车能绿波通过交叉口的最大绿灯时间

作为绿波带宽度；

（E4）计算第i个交叉口相对于理想信号的相位差C_i，其中，相对应于奇数理想信号位置的相位差为100-0.5λ_i，相对应于偶数理想信号位置的相位差为50-0.5λ_i；

所述步骤（F）中，首先将交叉口的关键信号周期C₀改为

再以α_i'为比例等比放大交叉口i的信号配时方案的相位信号，其中

2.根据权利要求1所述的公交主干线双向绿波信号设置方法，其特征在于：所述步骤（E1）中，交叉口间的空间距离

3.根据权利要求1所述的公交主干线双向绿波信号设置方法，其特征在于：所述步骤（E2）中，理想信号间距a的取值范围为

4.根据权利要求1所述的公交主干线双向绿波信号设置方法，其特征在于：所述步骤（G）中，公交班次的发车时刻的调整方法为：首先对于第k辆公交车的发车时刻t_fk=t_f1+(k-1)h，确定其到达第一个交叉口的时间t_bk；再向前、向后分别搜索距离t_bk时刻最近的交叉口的绿灯信号中心的时刻t_ck；最后修正并确定第k辆公交车的发车时刻t'_fk=t_fk+t_bk-t_ck。

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