CN103198674A - 一路一线模式下行人过街信号协同控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一路一线模式下行人过街信号协同控制方法，包含了收集基本相关信息、确定行人过街位置、确定行人过街信号配时方案、确定行人过街宽度四个步骤。该方法充分考虑了一路一线模式公交系统的运行特征，结合道路与公交运行的实际情况设置行人过街位置。通过行人过街信号与两侧交叉口信号的协同设计，在最大程度保障一路一线模式下公交车辆的优先通行权。本发明方法由于采用被动式的行人过街信号设计，无需对现有行人过街设备进行改造，经济性强，发明方法便于计算与实际操作，实用性强，可以大大提升一路一线模式下公交车辆在路段的运行效率，具有重要的现实意义。

Description

一路一线模式下行人过街信号协同控制方法

技术领域

本发明涉及城市行人过街信号控制技术及公交优先技术，尤其涉及一路一线模式下行人过街信号协同控制方法。

背景技术

现阶段，我国巨大的城市交通需求与整体相对落后的交通系统、交通结构形成了尖锐的矛盾，城市交通拥堵及其伴生的环境污染与安全等问题已引起整个社会的广泛关注。为了缓解城市交通拥堵等问题，《国家中长期科技发展规划纲要》（2006—2020年）明确将“城市公交优先智能管理”列为优先主题，并提出了“2020年城市化人口57%，大城市公交出行率50%以上”的国家战略目标。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，东南大学王炜等提出的“一路一线”公交模式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。

“一路一线”公交模式是指公交线路设置以道路为基准，一条道路原则上仅布设一条公交线路，公交车辆沿道路直线行驶，公交线网与城市道路网型式基本一致；公交停靠站设置在交叉口处，紧靠停车线，实现不同方向公交线路的“无缝”衔接，便于乘客换乘，在提高公交线网覆盖率的同时降低公交线路重复率，便于乘客出行，提高公交系统运行效率。

经过发明人长期的研究发现，目前对于“一路一线”公交模式的适用范围、公交组织、公交运行、公交优先保障与交通设施设计方面，许多学者已经进行了探索，相关研究多具有实用价值。然而，当路段设置有行人过街时，由于并未从公交优先的角度协同优化行人过街信号，“一路一线”公交模式下公交车辆有可能会因为遇到行人过街红灯信号而减速甚至停止，这必将增大公交车辆在路段的延误，干扰一路一线公交模式下公交系统的运行，降低人们的出行效率，使得一路一线公交模式不能发挥其最大的优越性。

为使“一路一线直行式公交系统”发挥其最大的优越性，使公交车通过设置有行人过街的路段时能够适时获得通行权，需要调整并优化行人过街信号，通过行人过街与两侧交叉口绿灯信号的协同设计，使公交车辆在行人过街处可以顺利通行，减少公交车辆运行时间延误，提高城市公交系统的运营效率。

发明内容

技术问题：本发明提供一种在最大程度保障一路一线模式下公交车辆的优先通行权，提升公交系统的运行效率与乘客出行效率，降低行人过街对公交优先运行影响的一路一线模式下行人过街信号协同控制方法。

技术方案：本发明的一路一线模式下行人过街信号协同控制方法，包括依次进行的收集基本相关信息步骤、确定行人过街位置步骤、确定行人过街信号配时方案步骤和确定行人过街宽度步骤；

收集基本相关信息步骤可为后续步骤提供数据支持。其中，具体收集以下信息：行人过街所处区域行人85%位步行速度v₈₅、高峰小时行人过街需求q，其中q的单位为人/时，行人过街一侧第一个信号交叉口的信号周期时长C、第i个公交优先信号相位的开始时刻A_i、第i个公交优先信号相位的结束时刻B_i、公交优先相位信号时长T=B_i-A_i，其中，i为公交优先信号相位的序号，i=1,2,3…N，N为信号交叉口的日总周期数，行人过街一侧第一个信号交叉口的公交优先信号与行人过街反向另一侧第一个信号交叉口的公交优先信号相位差x，行人过街一侧第一个信号交叉口与行人过街反向另一侧第一个信号交叉口间所夹路段的道路长度L、道路宽度W、公交车辆平均车速v。

确定行人过街位置步骤中，根据行人过街与行人过街一侧第一个信号交叉口的距离来确定行人过街位置，行人过街与行人过街一侧第一个信号交叉口的距离由下式计算得到：

$D=\left\{\begin{array}{cc}\min (\frac{2}{3}L,\frac{L+\mathrm{xv}}{2}),& x\≤\frac{C}{2}\\ \max (\frac{1}{3}L,\frac{L+(x-C)v}{2}),& x>\frac{C}{2}\end{array}\right.$

其中，D为行人过街与行人过街一侧第一个信号交叉口的距离。

确定行人过街信号配时方案步骤具体包括：

1）按照下式计算行人过街信号的最小绿灯时长：

其中G_min为行人过街信号的最小绿灯时长；

2）确定行人过街信号相位差：

首先按下式计算得到行人过街与行人过街一侧第一个信号交叉口的信号相位的时间差t：

$t=\left\{\begin{array}{cc}x-\frac{2D-L}{v},& x\≤\frac{C}{2}\\ x+\frac{2D-L}{v},& x>\frac{C}{2}\end{array}\right.,$

然后确定行人过街与行人过街一侧第一个信号交叉口的信号相位差t_c，为时间差t除以周期C所得的余数；

3）确定行人过街信号的最小红灯时长：

当

时，行人过街信号的最小红灯时长由式R_min=min(T+t_c,C-G_min)确定；否则，行人过街信号的最小红灯时长由式R_min=min(T+C-t_c,C-G_min)确定，其中R_min为行人过街信号的最小红灯时长；

4）确定行人过街信号的时长：

若G_min+R_min<C，则行人过街信号的绿灯时长由式确定，红灯时长由式

确定；否则，行人过街信号的绿灯时长由式G=G_min确定，红灯时长由式R=R_min确定，其中，G、R分别为行人过街信号的绿灯、红灯时长；

5）确定信号相位开始时刻：

第i个行人过街信号的红灯开始时刻由式 $R_i^B=\left\{\begin{array}{cc}{A}_i+\frac{D}{v}-\frac{1}{4}(C-G_{\min }-R_{\mathrm{rr}})& ,x\&le;\frac{C}{2}\\ A_i+\frac{D}{v}-\frac{1}{4}(C-G_{\min }-R_{\mathrm{rr}})+c-t_c& ,x>\frac{C}{2}\end{array}\right.$ 确定，绿灯开始时刻由式 $G_i^B=R_i^B+R$ 确定，其中，

、

分别为第i个行人过街信号的红灯、绿灯开始时刻；

确定行人过街宽度步骤中，根据式

计算得到行人过街宽度，其中，W_P为行人过街宽度。

本发明方法充分考虑一路一线模式公交系统的运行特征，结合道路与公交运行情况设置行人过街位置。通过行人过街信号与两侧交叉口信号的协同设计，保障一路一线模式下公交车辆在行人过街处的优先通行权，提升公交系统整体效率。

有益效果：本发明与现有技术相比，具有以下优点：

本发明针对一路一线模式下公交系统的实际运行特征，以降低过街延误为目的设置行人过街位置。通过引入行人过街信号-交叉口信号协同机理设计行人过街信号配时方案，在最大程度保障一路一线模式下公交车辆的优先通行权，提升公交系统的运行效率与乘客的出行效率，降低了行人过街对一路一线模式下公交优先运行的影响

本发明方法充分考虑了行人过街信号对一路一线模式下路段公交优先通行的影响，将行人过街信号位置、配时方案与宽度的实际设计与道路、公交运行情况相结合，通过行人过街信号与两侧交叉口信号的协同设计，降低了行人过街对公交优先的影响，在最大程度保障一路一线模式下公交车辆的路段优先通行权。通过本发明的实施，可以大大提高一路一线公交模式的运营效率，优化城市居民的出行结构方式。

附图说明

图1为本发明方法的流程图。

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所示为一路一线模式下行人过街信号协同控制方法的总体流程图。下面结合图1对本发明方法作更进一步的说明。

一路一线模式下行人过街信号协同控制方法，充分考虑了一路一线模式公交系统的运行特征，结合道路与公交运行情况设置行人过街位置。通过行人过街信号与两侧交叉口信号的协同设计，保障一路一线模式下公交车辆在行人过街处的优先通行权，提升公交系统整体效率。该方法包括依次进行的四个步骤：步骤一，收集基本相关信息步骤、步骤二，确定行人过街位置步骤、步骤三，确定行人过街信号配时方案步骤、步骤四，确定行人过街宽度步骤；

步骤一为本发明方法的数据采集步骤，可后续步骤提供数据支持。其中，具体收集以下信息：行人过街所处区域行人85%位步行速度v₈₅、高峰小时行人过街需求q，其中q的单位为人/时，行人过街一侧第一个信号交叉口的信号周期时长C、第i个公交优先信号相位的开始时刻A_i、第i个公交优先信号相位的结束时刻B_i、公交优先相位信号时长T=B_i-A_i，其中，i为公交优先信号相位的序号，i=1,2,3…N，N为信号交叉口的日总周期数，行人过街一侧第一个信号交叉口的公交优先信号与行人过街反向另一侧第一个信号交叉口的公交优先信号相位差x，行人过街一侧第一个信号交叉口与行人过街反向另一侧第一个信号交叉口间所夹路段的道路长度L、道路宽度W、公交车辆平均车速v。

步骤二确定行人过街位置是确定行人过街信号配时方案的重要基础，不同的位置设置会得到不同的信号配时方案。在进行行人过街位置设计时，需要考虑保障一路一线模式下公交优先的同时，尽可能的减少位置设置对行人过街的影响。该步骤中，根据行人过街与行人过街一侧第一个信号交叉口的距离来确定行人过街位置，行人过街与行人过街一侧第一个信号交叉口的距离由下式计算得到：

$D=\left\{\begin{array}{cc}\min (\frac{2}{3}L,\frac{L+\mathrm{xv}}{2}),& x\&le;\frac{C}{2}\\ \max (\frac{1}{3}L,\frac{L+(x-C)v}{2}),& x>\frac{C}{2}\end{array}\right.$

其中，D为行人过街与行人过街一侧第一个信号交叉口的距离。

步骤三确定行人过街信号配时方案为本发明方法的核心步骤，配时方案的设计采用被动式的信号控制方式，控制周期将采用与两侧交叉口相同的周期时长C，并通过与两侧信号交叉口信号配时方案的协同，实现公交车辆在该行人过街处的优先通行。确定行人过街信号配时方案步骤具体包括：

1）按照下式计算行人过街信号的最小绿灯时长：

其中G_min为行人过街信号的最小绿灯时长；

2）确定行人过街信号相位差：

首先按下式计算得到行人过街与行人过街一侧第一个信号交叉口的信号相位的时间差t：

$t=\left\{\begin{array}{cc}x-\frac{2D-L}{v},& x\&le;\frac{C}{2}\\ x+\frac{2D-L}{v},& x>\frac{C}{2}\end{array}\right.,$

然后确定行人过街与行人过街一侧第一个信号交叉口的信号相位差t_c，为时间差t除以周期C所得的余数；

3）确定行人过街信号的最小红灯时长：

当

时，行人过街信号的最小红灯时长由式R_min=min(T+t_c,C-G_min)确定；否则，行人过街信号的最小红灯时长由式R_min=min(T+C-t_c,C-G_min)确定，其中R_min为行人过街信号的最小红灯时长；

4）确定行人过街信号的时长：

若G_min+R_min<C，则行人过街信号的绿灯时长由式

确定，红灯时长由式

确定；否则，行人过街信号的绿灯时长由式G=G_min确定，红灯时长由式R=R_min确定，其中，G、R分别为行人过街信号的绿灯、红灯时长；

5）确定信号相位开始时刻：

第i个行人过街信号的红灯开始时刻由式 $R_i^B=\left\{\begin{array}{cc}{A}_i+\frac{D}{v}-\frac{1}{4}(C-G_{\min }-R_{\mathrm{rr}})& ,x\&le;\frac{C}{2}\\ A_i+\frac{D}{v}-\frac{1}{4}(C-G_{\min }-R_{\mathrm{rr}})+c-t_c& ,x>\frac{C}{2}\end{array}\right.$ 确定，绿灯开始时刻由式 $G_i^B=R_i^B+R$ 确定，其中，

、

分别为第i个行人过街信号的红灯、绿灯开始时刻；

确定行人过街宽度步骤为本发明方法的最后一步，通过信号配时的方案来确定行人过街宽度，该步骤中，可根据式

计算得到行人过街宽度，其中，W_P为行人过街宽度。

为了验证本发明方法的有效性，采用本发明方法对某城市某东西走向的主干道路设计行人过街信号，假设该道路上设有一路一线模式的公交线路。

通过步骤一收集得到的基本相关信息为：该行人过街所处区域行人85%位步行速度v₈₅=1.5m/s、高峰小时行人过街需求q=400人/时，行人过街一侧第一个信号交叉口的信号周期时长C=120s、第1个公交优先信号相位的开始时刻0:0:0、结束时刻0:0:30、公交优先相位信号时长T=30s，行人过街一侧第一个信号交叉口的公交优先信号与行人过街反向另一侧第一个信号交叉口的公交优先信号相位差x=15s，行人过街一侧第一个信号交叉口与行人过街反向另一侧第一个信号交叉口间所夹路段的道路长度L=600m、道路宽度W=30m、公交车辆平均车速v=15m/s。

结合上述数据，采用步骤二可以计算得到该行人过街与其东侧第一个信号交叉口的距离为 $D=400m,x\&le;\frac{C}{2}.$

步骤三确定行人过街信号配时方案的5个细分步骤分别可以得到最小行人过街绿灯时长G_min=12s，行人过街信号相位差

最小行人过街红灯时长

行人过街信号绿灯时长

红灯时长

第1个行人过街信号的红灯开始时刻为

绿灯开始时刻为

考虑到信号的实际设置需要，可对信号的起止时间及时长进行取整。则最终绿灯时长可设置为50s，，红灯时长设置为70s，第1个行人过街信号的红灯开始时刻设置为0:0:8，绿灯开始时刻设置为0:1:18。

以上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 (1)

1.一路一线模式下行人过街信号协同控制方法，其特征在于，该方法包括依次进行的收集基本相关信息步骤、确定行人过街位置步骤、确定行人过街信号配时方案步骤和确定行人过街宽度步骤；

所述收集基本相关信息步骤中，具体收集以下信息：行人过街所处区域行人85%位步行速度v₈₅、高峰小时行人过街需求q，其中q的单位为人/时，行人过街一侧第一个信号交叉口的信号周期时长C、第i个公交优先信号相位的开始时刻A_i、第i个公交优先信号相位的结束时刻B_i、公交优先相位信号时长T=B_i-A_i，其中，i为公交优先信号相位的序号，i=1,2,3…N，N为信号交叉口的日总周期数，行人过街一侧第一个信号交叉口的公交优先信号与行人过街反向另一侧第一个信号交叉口的公交优先信号相位差x，行人过街一侧第一个信号交叉口与行人过街反向另一侧第一个信号交叉口间所夹路段的道路长度L、道路宽度W、公交车辆平均车速v；

所述确定行人过街位置步骤中，根据行人过街与所述行人过街一侧第一个信号交叉口的距离来确定行人过街位置，行人过街与所述行人过街一侧第一个信号交叉口的距离由下式计算得到：

$D=\left\{\begin{array}{cc}\min (\frac{2}{3}L,\frac{L+\mathrm{xv}}{2}),& x\&le;\frac{C}{2}\\ \max (\frac{1}{3}L,\frac{L+(x-C)v}{2}),& x>\frac{C}{2}\end{array}\right.$

其中，D为行人过街与所述行人过街一侧第一个信号交叉口的距离。

所述确定行人过街信号配时方案步骤具体包括：

1）按照下式计算行人过街信号的最小绿灯时长：

其中G_min为行人过街信号的最小绿灯时长；

2）确定行人过街信号相位差：

首先按下式计算得到行人过街与所述行人过街一侧第一个信号交叉口的信号相位的时间差t：

$t=\left\{\begin{array}{cc}x-\frac{2D-L}{v},& x\&le;\frac{C}{2}\\ x+\frac{2D-L}{v},& x>\frac{C}{2}\end{array}\right.,$

然后确定行人过街与所述行人过街一侧第一个信号交叉口的信号相位差t_c，为所述时间差t除以周期C所得的余数；

3）确定行人过街信号的最小红灯时长：

当

时，行人过街信号的最小红灯时长由式R_min=min(T+t_c,C-G_min)确定；否则，行人过街信号的最小红灯时长由式R_min=min(T+C-t_c,C-G_min)确定，其中R_min为行人过街信号的最小红灯时长；

4）确定行人过街信号的时长：

若G_min+R_min<C，则行人过街信号的绿灯时长由式确定，红灯时长由式

确定；否则，行人过街信号的绿灯时长由式G=G_min确定，红灯时长由式R=R_min确定，其中，G、R分别为行人过街信号的绿灯、红灯时长；

5）确定信号相位开始时刻：

第i个行人过街信号的红灯开始时刻由式 $R_i^B=\left\{\begin{array}{cc}{A}_i+\frac{D}{v}-\frac{1}{4}(C-G_{\min }-R_{\mathrm{rr}})& ,x\&le;\frac{C}{2}\\ A_i+\frac{D}{v}-\frac{1}{4}(C-G_{\min }-R_{\mathrm{rr}})+c-t_c& ,x>\frac{C}{2}\end{array}\right.$ 确定，绿灯开始时刻由式 $G_i^B=R_i^B+R$ 确定，其中，

、

分别为第i个行人过街信号的红灯、绿灯开始时刻；

所述确定行人过街宽度步骤中，根据式

计算得到行人过街宽度，其中，W_P为行人过街宽度。

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