CN103198673A - 一种控制站点停靠和路段行驶的公交绿波设置的控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种控制公交车辆站点停靠时间和路段行驶速度的公交绿波信号设置系统及设置方法，通过预控公交车辆在站点的停靠时间、诱导公交车辆在路段的行驶速度和调整相邻信号交叉口的相位差，实现公交绿波行驶。其具体方法为：首先，采集公交线路基础信息、公交系统运营数据、交叉口信号控制方案等基础数据；其次，预设公交车辆站点停靠时间和交叉口信号控制方案；最后，诱导公交车辆路段行驶速度，实现公交绿波行驶。本发明结合公交系统运行状况预设公交车辆在站点的停靠时间和调整交叉口信号控制相位差，并实时诱导公交车辆路段行驶速度，从而实现公交车辆绿波运行。该方法操作简便、实用性强，可广泛应用于工程实践中。

Description

一种控制站点停靠和路段行驶的公交绿波设置的控制系统

技术领域

本发明涉及通过预控公交车辆站点停靠时间、调整相邻交叉口相位差和诱导公交车辆行驶速度，实现公交车辆单向绿波运行，属于城市公共交通运输管理与控制领域。

背景技术

大力发展城市公共交通，改善公共交通服务状况，提升居民公交出行分担率，构建公共交通为主导的城市交通发展体系，对缓解城市交通拥堵、改善人居环境、保障城市快速可持续发展具有重要意义。现阶段，由于城市规模的快速发展和居民出行距离的不断增加，城市潮汐交通现象逐渐凸显。交通运行压力繁重情况下，受公交站点停靠延误、路段行驶速度波动、交叉口红灯停车延误等影响，城市常规公交系统准点率低下、行驶舒适性不足、运行时间不稳定，无法满足增强公交出行竞争力、大力发展公共交通的政策需求。

常规公共交通系统之所以容易发生运营紊乱，主要是因为公交车辆站点停靠时间不确定和路段行驶速度随机波动，并频繁受交叉口信号灯的影响。与之相比，轨道交通利用固定的站点停靠时间、固定的车辆运行速度和无交叉口信号灯影响的优势取得了较好的运营效果，极大地发挥了公共交通大容量、高效率、低能耗的运输优势。借鉴轨道交通固定站点停靠时间和预设线路运行速度的思想，常规公交系统也可以通过预控公交站点停靠时间、调整相邻交叉口相位差和诱导公交车辆路段行驶速度，实现公交车辆单向绿波行驶，保障潮汐交通状况下公共交通高速度、高舒适性、高稳定性的运行。

发明内容

发明目的：针对常规公共交通系统运营过程不稳定和服务水平不足的问题，本发明的目的是提供一种控制站点停靠和路段行驶的公交绿波设置的控制系统及设置方法。

技术方案：为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案为一种控制站点停靠和路段行驶的公交绿波设置方法。考虑到常规公共交通系统可以借鉴轨道交通固定站点停靠时间和预设线路运行速度的思想，本发明根据公共交通系统历史运营资料预设公交车站点停靠时间和调整相邻交叉口相位差，并诱导公交车辆路段行驶速度，实现公交车辆绿波通行。

本发明控制站点停靠和路段行驶的公交绿波设置的控制系统可采用如下技术方案：

一种控制站点停靠和路段行驶的公交绿波设置的控制系统，包括：

用以采集公交线路基础信息、公交系统运营数据和交叉口信号控制方案的信息采集模块；

通过信息采集模块采集的数据进行公交系统运营状态计算的运营状态计算模块；

存储公交站点资料并预设公交车辆站点停靠时间的公交站点管理模块；

通过信息采集模块采集的数据以及公交系统运营状态的计算结果进一步计算以统一交叉口的信号周期、调整相邻交叉口信号相位差的交叉口信号计算模块；

根据设定的公交站点停靠时间和交叉口信号相位差，并结合公交线路基础信息诱导公交车辆运行速度以实现公交车辆在绿灯信号时到达各交叉口的车辆诱导模块。

本发明控制站点停靠和路段行驶的公交绿波设置方法可采用如下技术方案：

一种控制站点停靠和路段行驶的公交绿波设置方法，包括如下步骤：

（A）采集公交线路基础信息、公交系统运营数据和交叉口信号控制方案；

（B）根据步骤（A）中采集的公交系统运营数据，确定公交系统运营状态；

（C）根据步骤（B）中确定的公交系统运营状态和步骤（A）中采集的公交系统运营数据，预设公交车辆站点停靠时间；

（D）根据步骤（B）中确定的公交系统运营状态和步骤（A）中采集的公交线路基础信息、公交系统运营数据和交叉口信号控制方案，统一交叉口的信号周期，调整相邻交叉口信号相位差；

（E）根据步骤（C）和步骤（D）设定的公交站点停靠时间和交叉口信号相位差，结合步骤（A）采集的公交线路基础信息，诱导公交车辆运行速度，实现公交车辆在绿灯信号时到达各交叉口；

（F）根据步骤（A）采集到的数据，更新公交绿波信号设置方案。

所述步骤（A）中，公交线路基础信息包括公交线路走向、线路里程、线路运营时刻表、公交站点位置和名称、道路长度和交叉口交通管控形式、公交车在各路段的最大行驶速度和最小行驶速度；公交系统运营数据包括公交线路客流量时间分布、各公交站点历史客流量分布、公交乘客平均上车时间λ；交叉口信号控制方案包括交叉口信号配时方案、相邻交叉口信号相位差。

所述步骤（B）包括如下步骤：

（B1）根据公交线路前五天的各小时客流量(P₁，P₂，P₃，P₄……），确定公交线路最大小时客流量P_max=Max（P₁，P₂，P₃，P₄……）；

（B2）对前五天同时段的小时客流量取平均值，以此作为该公交线路预测小时客流量；

（B3）根据公交线路预测小时客流量与线路最大小时客流量的比值，按照（0～50%P_max）、（50%P_max～85%P_max）、（85%P_max～P_max）三个区段将公交线路各小时的运营状态划分为低峰、平峰和高峰三个层次。

所述步骤（C）中，预设的公交站点停靠时间为S(i)=ηN(i)λ。其中，i为公交站点编号，N(i)为此公交站点在该运营状态下（高峰、平峰和低峰）每公交车的平均上车人数，λ为公交乘客平均上车时间，另外，考虑到站点候车人数具有随机波动性，为确保乘客能够享有充裕的上车时间，在停靠时间计算模型中增加安全系数η，且η≥1。

所述步骤（D）包括如下步骤：

（D1）根据各交叉口的现状信号周期(T₁，T₂，T₃，T₄……)确定具有最大信号周期T_max=Max(T₁，T₂，T₃，T₄……）的交叉口，以该交叉口的信号配时方案作为其余交叉口的信号配时方案。

（D2）保证公交车辆在绿灯时段到达交叉口的绿灯起始时刻为：

$T\left(j\right)=B\left(k\right)+\underset{1}{\overset{j}{\mathrm{\Σ}}}\frac{2R\left(j\right)}{V_{\max }\left(j\right)+V_{\min }\left(j\right)}+\underset{0}{\overset{i}{\mathrm{\Σ}}}S\left(i\right)-\frac{G}{2}$

其中，B(k)为第k班公交车的发车时刻，R(j)为j路段的道路长度，V_max(j)和V_min(j)分别为j路段上公交车的最大行驶速度和最小行驶速度，T(j)为j交叉口绿灯起始时刻，G为交叉口控制公交车行驶方向的绿灯时长；

（D3）相邻交叉口信号灯相位差为：

△T(j+1/j)=[T(j+1)-T(j)]%T_max

其中，%代表模运算，即取余数；在相邻交叉口间存在公交站点的情况下， $T(j+1)-T\left(j\right)=\frac{2R(j+1)}{V_{\max }(j+1)+V_{\min }(j+1)}+S(i+1);$ 在相邻交叉口间不存在公交站点情况下 $T(j+1)-T\left(j\right)=\frac{2R(j+1)}{V_{\max }(j+1)+V_{\min }(j+1)}.$

所述步骤（E）包括如下步骤：

（E1）公交车辆在j路段行驶时间D(j)的取值范围为：

$\frac{2R\left(j\right)}{V_{\max }\left(j\right)+V_{\min }\left(j\right)}\≤D\left(j\right)\≤\frac{2R\left(j\right)}{V_{\max }\left(j\right)+V_{\min }\left(j\right)}+G$

（E2）公交车辆在j路段行驶速度的取值范围为：

$\frac{R\left(j\right)[V_{\max }\left(j\right)+V_{\min }\left(j\right)]}{2R\left(j\right)+G[V_{\max }\left(j\right)+V_{\min }\left(j\right)]}\≤V\left(j\right)\≤\frac{V_{\max }\left(j\right)+V_{\min }\left(j\right)}{2}.$

所述步骤（F）中，依据步骤（B）确定的公交系统运营状态，当公交系统由一个运营状态转化到另外一个运营状态时，按照步骤（C）—步骤（E）所述方法重新优化公交绿波控制方案。

有益效果：本发明提供的一种控制站点停靠和路段行驶的公交绿波设置方法，通过预设公交车辆站点停靠时间、调整相邻交叉口相位差和诱导公交车行驶速度，实现公交车辆绿波通行。本发明方法可以有效避免公交车辆行驶速度大幅度波动和公交车辆交叉口红灯停车，显著提高公交运行效率和运行准点率，对改善公共交通服务水平，提高居民公交出行方式竞争力，贯彻落实国家优先发展公共交通的政策方针具有重要意义。

附图说明

图1为本发明中设置方法的流程图；

图2为本发明中具体实施方式的某公交线路实例示意图；

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。

如图1所示为控制站点停靠和路段行驶的公交绿波设置方法流程图，下面结合实例进一步说明。

（A）采集公交线路基础信息、公交系统运营数据和交叉口信号控制方案。

本步骤中，公交线路基础信息包括公交线路走向、线路里程、线路运营时刻表、公交站点位置和名称、道路长度和交叉口交通管控形式、公交车在各路段的理想行驶速度；公交系统运营数据包括公交线路客流量时间分布、各公交站点历史客流量分布、公交乘客平均上车时间；交叉口信号控制方案包括交叉口信号配时方案、相邻交叉口信号相位差。

本实例中，公交线路走向、线路里程、线路运营时刻表、公交站点位置和名称可以向公交公司咨询获得；道路长度和交叉口交通管控形式、公交车在各路段的理想行驶速度、交叉口信号配时方案、相邻交叉口信号相位差可以向交管部门以及实地调查获得；公交线路客流量时间分布、各公交站点历史客流量分布、公交乘客平均上车时间可以通过实地调查观测获得。

（B）根据步骤（A）中采集的公交系统运营数据，确定公交系统运营状态，具体方法为：

（B1）根据该公交线路前五天的各小时客流量(P₁，P₂，P₃，P₄……），确定此公交线路的最大小时客流量为P_max=960（人次/小时）；

（B2）对前五天同时段的小时客流量取平均值，以此作为该公交线路预测小时客流量；

（B3）根据公交线路预测小时客流量与线路最大小时客流量的比值，按照（0～50%P_max）、（50%P_max～85%P_max）、（85%P_max～P_max）三个区段将公交线路各小时的运营状态划分为低峰、平峰和高峰三个层次。

本实例中，公交线路的预测小时客流量分布和运营状态如表1所示。

表1 公交线路预测小时客流量分布和运营状态（单位：人次/小时）

（C）根据步骤（B）中确定的公交系统运营状态和步骤（A）中采集的公交系统运营数据，预设公交车辆站点停靠时间。

本步骤中，预设的公交站点停靠时间为S(i)=ηN(i)λ。其中，i为公交站点编号，N(i)为此公交站点在该运营状态下（高峰、平峰和低峰）每公交车的平均上车人数，λ为公交乘客平均上车时间，η为安全系数且η≥1。

本实例中，公交运营状态为高峰，公交乘客平均上车时间λ=0.58秒/人次，安全系数η=1.3，高峰状态下各班次公交车在站点的停靠时间如表2所示。

表2 高峰状态下各班次公交车在站点的停靠时间

（D）根据步骤（B）中确定的公交系统运营状态和步骤（A）中采集的公交线路基础信息、公交系统运营数据和交叉口信号控制方案，调整相邻交叉口信号相位差，具体方法为：

（D1）根据各交叉口的现状信号周期(T₁，T₂，T₃，T₄……）确定具有最大信号周期T_max=Max(T₁，T₂，T₃，T₄……）的交叉口，以该交叉口的信号配时方案作为其余交叉口的信号配时方案。

（D2）保证公交车辆在绿灯时段到达交叉口的绿灯起始时刻为：

$T\left(j\right)=B\left(k\right)+\underset{1}{\overset{j}{\mathrm{\Σ}}}\frac{2R\left(j\right)}{V_{\max }\left(j\right)+V_{\min }\left(j\right)}+\underset{0}{\overset{i}{\mathrm{\Σ}}}S\left(i\right)-\frac{G}{2}$

本实例中，第k班公交车的发车时刻为B(k)（发车间隔为交叉口信号周期的整数倍），第j路段的道路长度为R(j)，第j路段上公交车的最大行驶速度V_max(j)=50公里/小时和最小行驶速度V_min(j)=25公里/小时，第j交叉口绿灯起始时刻为T(j)，交叉口控制公交车行驶方向的绿灯时长G=35秒。路段长度如表3所示。

表3 路段长度

路段编号	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
											路段长度（米）	1100	1300	1000	1300	900	1100	500	1200	1100	1500

（D3）相邻交叉口信号灯相位差为：

△T(j+1/j)=[T(j+1)-T(j)]%T_max

其中，%代表模运算，即取余数；在相邻交叉口间存在公交站点的情况下， $T(j+1)-T\left(j\right)=\frac{2R(j+1)}{V_{\max }(j+1)+V_{\min }(j+1)}+S(i+1);$ 在相邻交叉口间不存在公交站点情况下 $T(j+1)-T\left(j\right)=\frac{2R(j+1)}{V_{\max }(j+1)+V_{\min }(j+1)}.$

本实例中，T_max=90秒，控制公交车行驶方向的绿灯时长为G=35秒，相邻交叉口相位差△T(j+1/j)如表4所示。

表4 相邻交叉口相位差

编号	2/1	3/2	4/3	5/4	6/5	7/6	8/7	9/8
									相位差（秒）	43	19	68	8	26	48	31	20

（E）根据步骤（C）和步骤（D）设定的公交站点停靠时间和交叉口信号相位差，结合步骤（A）采集的公交线路基础信息，诱导公交车辆运行速度，实现公交车辆在绿灯信号时到达各交叉口，具体方法为：

（E1）公交车辆在j路段行驶时间D(j)的取值范围为：

$\frac{2R\left(j\right)}{V_{\max }\left(j\right)+V_{\min }\left(j\right)}\≤D\left(j\right)\≤\frac{2R\left(j\right)}{V_{\max }\left(j\right)+V_{\min }\left(j\right)}+G;$

（E2）公交车辆在j路段行驶速度的取值范围为：

$\frac{R\left(j\right)[V_{\max }\left(j\right)+V_{\min }\left(j\right)]}{2R\left(j\right)+G[V_{\max }\left(j\right)+V_{\min }\left(j\right)]}\≤V\left(j\right)\≤\frac{V_{\max }\left(j\right)+V_{\min }\left(j\right)}{2}.$

本实例中，公交车辆在各路段行驶速度取值范围如表5所示。

表5 公交车在各路段行驶时的诱导速度取值范围

（F）根据步骤（A）采集到的数据，更新公交绿波信号设置方案。

本步骤中，依据步骤（B）确定的公交系统运营状态，当公交系统由一个运营状态转化到另外一个运营状态时，按照步骤（C）—步骤（E）所述方法重新优化公交绿波控制方案。

依照上述步骤，即可实现一种控制公交车站点停靠时间和路段行驶速度的公交绿波设置方案。

Claims (8)

1.一种控制站点停靠和路段行驶的公交绿波设置的控制系统，其特征在于，包括：

用以采集公交线路基础信息、公交系统运营数据和交叉口信号控制方案的信息采集模块；

通过信息采集模块采集的数据进行公交系统运营状态计算的运营状态计算模块；

存储公交站点资料并预设公交车辆站点停靠时间的公交站点管理模块；

通过信息采集模块采集的数据以及公交系统运营状态的计算结果进一步计算以统一交叉口的信号周期、调整相邻交叉口信号相位差的交叉口信号计算模块；

根据设定的公交站点停靠时间和交叉口信号相位差，并结合公交线路基础信息诱导公交车辆运行速度以实现公交车辆在绿灯信号时到达各交叉口的车辆诱导模块。

2.一种控制站点停靠和路段行驶的公交绿波设置方法，其特征在于，包括如下步骤：

（A）采集公交线路基础信息、公交系统运营数据和交叉口信号控制方案；

（B）根据步骤（A）中采集的公交系统运营数据，确定公交系统运营状态；

（C）根据步骤（B）中确定的公交系统运营状态和步骤（A）中采集的公交系统运营数据，预设公交车辆站点停靠时间；

（D）根据步骤（B）中确定的公交系统运营状态和步骤（A）中采集的公交线路基础信息、公交系统运营数据和交叉口信号控制方案，统一交叉口的信号周期，调整相邻交叉口信号相位差；

（E）根据步骤（C）和步骤（D）设定的公交站点停靠时间和交叉口信号相位差，结合步骤（A）采集的公交线路基础信息，诱导公交车辆运行速度，实现公交车辆在绿灯信号时到达各交叉口；

（F）根据步骤（A）采集到的数据，更新公交绿波信号设置方案。

3.根据权利要求2所述的控制站点停靠和路段行驶的公交绿波设置方法，其特征在于：所述步骤（A）中，公交线路基础信息包括公交线路走向、线路里程、线路运营时刻表、公交站点位置和名称、道路长度和交叉口交通管控形式、公交车在各路段的最大行驶速度和最小行驶速度；公交系统运营数据包括公交线路客流量时间分布、各公交站点历史客流量分布、公交乘客平均上车时间λ；交叉口信号控制方案包括交叉口信号配时方案、相邻交叉口信号相位差。

4.根据权利要求2所述的控制站点停靠和路段行驶的公交绿波设置方法，其特征在于：所述步骤（B）包括如下步骤：

（B1）根据公交线路前五天的各小时客流量(P₁，P₂，P₃，P₄……），确定公交线路最大小时客流量P_max=Max（P₁，P₂，P₃，P₄……）；

（B2）对前五天同时段的小时客流量取平均值，以此作为该公交线路预测小时客流量；

（B3）根据公交线路预测小时客流量与线路最大小时客流量的比值，按照（0～50%P_max）、（50%P_max～85%P_max）、（85%P_max～P_max）三个区段将公交线路各小时的运营状态划分为低峰、平峰和高峰三个层次。

5.根据权利要求2所述的控制站点停靠和路段行驶的公交绿波设置方法，其特征在于：所述步骤（C）中，预设的公交站点停靠时间为S(i)=ηN(i)λ。其中，i为公交站点编号，N(i)为此公交站点在该运营状态下（高峰、平峰和低峰）每公交车的平均上车人数，λ为公交乘客平均上车时间；另外，考虑到站点候车人数具有随机波动性，为确保乘客能够享有充裕的上车时间，在停靠时间计算模型中增加安全系数η，且η≥1。

6.根据权利要求2所述的控制站点停靠和路段行驶的公交绿波设置方法，其特征在于：所述步骤（D）包括如下步骤：

（D1）根据各交叉口的现状信号周期(T₁，T₂，T₃，T₄……）确定具有最大信号周期T_max=Max(T₁，T₂，T₃，T₄……）的交叉口，以该交叉口的信号配时方案作为其余交叉口的信号配时方案。

（D2）保证公交车辆在绿灯时段到达交叉口的绿灯起始时刻为：

$T\left(j\right)=B\left(k\right)+\underset{1}{\overset{j}{\mathrm{\Σ}}}\frac{2R\left(j\right)}{V_{\max }\left(j\right)+V_{\min }\left(j\right)}+\underset{0}{\overset{i}{\mathrm{\Σ}}}S\left(i\right)-\frac{G}{2}$

其中，B(k)为第k班公交车的发车时刻，R(j)为j路段的道路长度，V_max(j)和V_min(j)分别为j路段上公交车的最大行驶速度和最小行驶速度，T(j)为j交叉口绿灯起始时刻，G为交叉口控制公交车行驶方向的绿灯时长；

（D3）相邻交叉口信号灯相位差为：

△T(j+1/j)=[T(j+1)-T(j)]%T_max

其中，%代表模运算，即取余数；在相邻交叉口间存在公交站点的情况下， $T(j+1)-T\left(j\right)=\frac{2R(j+1)}{V_{\max }(j+1)+V_{\min }(j+1)}+S(i+1);$ 在相邻交叉口间不存在公交站点情况下 $T(j+1)-T\left(j\right)=\frac{2R(j+1)}{V_{\max }(j+1)+V_{\min }(j+1)}.$

7.根据权利要求2所述的控制站点停靠和路段行驶的公交绿波设置方法，其特征在于：所述步骤（E）包括如下步骤：

（E1）公交车辆在j路段行驶时间D(j)的取值范围为：

$\frac{2R\left(j\right)}{V_{\max }\left(j\right)+V_{\min }\left(j\right)}\≤D\left(j\right)\≤\frac{2R\left(j\right)}{V_{\max }\left(j\right)+V_{\min }\left(j\right)}+G$

其中，R(j)为j路段的道路长度，V_max(j)和V_min(j)分别为j路段上公交车的最大行驶速度和最小行驶速度，G为交叉口控制公交车行驶方向的绿灯时长；

（E2）公交车辆在j路段行驶速度的取值范围为：

$\frac{R\left(j\right)[V_{\max }\left(j\right)+V_{\min }\left(j\right)]}{2R\left(j\right)+G[V_{\max }\left(j\right)+V_{\min }\left(j\right)]}\≤V\left(j\right)\≤\frac{V_{\max }\left(j\right)+V_{\min }\left(j\right)}{2}.$

8.根据权利要求2所述的控制站点停靠和路段行驶的公交绿波设置方法，其特征在于：所述步骤（F）中，依据步骤（B）确定的公交系统运营状态，当公交系统由一个运营状态转化到另外一个运营状态时，按照步骤（C）—步骤（E）所述方法重新优化公交绿波控制方案。

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