CN103198680B - 干线多线路公交绿波协调控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种干线多线路公交绿波协调控制方法，包括预信号公交优先控制设施的设置、转弯公交车辆的控制处理、干线公交绿波协调控制系统的设计步骤。本发明提供的干线多线路公交绿波协调控制方法，将绿波协调控制技术应用于干线上行驶的公交车辆，并通过预信号公交优先控制设施和一些相位调整措施来处理转弯公交车辆，能够提高干线上所有公交车辆的通行效率，从人均延误的角度看降低了干线上的总体延误；同时，本发明在交叉口引入了预信号公交优先控制设施，能够保证公交车相对于社会车辆的优先通行权利，公交车不会因为排队等候而错过绿波信号。

Description

干线多线路公交绿波协调控制方法

技术领域

本发明涉及一种干线道路上行驶的公交车辆设计绿波控制系统，用于提高干线上公交车的行驶效率、降低整条干线人均交通延误，属于城市道路交通控制领域。

背景技术

考虑到交叉口间距、交通流量、行驶车速等因素，将城市干线道路上各交叉口的周期时长、相位差等参数进行协调设定，就能使车辆在干线上行驶时遇到连续的绿灯信号，从而缩短车辆在干线上的行程时间，提高行驶效率，这就是绿波协调控制技术的基本原理。

绿波协调控制技术从理论上看十分可行，但将其运用于中国许多城市时，效果却不甚理想，这是由于中国城市道路的车流量往往很大，尤其是在高峰时段，交叉口往往积累了大量的排队车辆，这种情况下，车辆即便遇到了绿灯信号，也会在排队的过程消耗很多绿灯时间。因此，人们不得不对绿波控制技术的应用作其它的考虑。一个比较合理的想法是，仅为道路上行驶的公交车设计绿波方案，这是因为公交车载客量远远大于一般的小汽车，因此从人均延误的角度考虑，倘若公交车的行驶效率得到保证了，那么人均延误就会降到比较低的水平。

将绿波控制技术应用于干线上行驶的公交车，会产生很多问题，其中一个是，并不是所有的公交线路都会贯穿于整条干线，更可能的情况是：有一些线路的公交车从某个交叉口汇入干线，而在另一方向上，则从该交叉口驶离干线，而通常的绿波控制系统主要是为行驶在干线方向上的车辆服务的，并没有充分考虑汇入、离开干线的转弯车辆，因此，需要对原来的干线绿波控制技术作适当的改进，以满足公交线路的布局特点。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种干线多线路公交绿波协调控制方法，以提高干线上公交车的行驶效率、降低整条干线人均交通延误。

技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

干线绿波协调控制方式主要分为单向协调控制和双向协调控制两种，前者仅能满足干线上单方向交通流的绿波通行需求，后者则能满足两个方向的需求。考虑到公交线路一般在上下行方向上对称设置，于是干线上的公交线路也会在两个方向上对称分布，因此对于公交系统来说，应该采用双向绿波协调控制方式。

要使干线上公交车的绿波方案取得良好的效果，公交优先通行措施是必不可少的，否则就可能产生排队延误，使绿灯时间大量消耗。本发明采用预信号控制方法来确保公交车优先通过交叉口；预信号控制方法指的是在交叉口进口道区域设置前后两条停车线，其中后方停车线(在该停车线上设置的信号称为预信号)用来控制社会车辆的通行，而公交车辆可以通过公交专用道直接进入前方停车线(在该停车线上设置的信号称为主信号)之后的候驶区等待，这样可确保红灯期间到达的公交车辆总是排在其它车辆的前面。下面就本案的具体实现过程加以说明。

干线多线路公交绿波协调控制方法，包括如下步骤：

步骤1：预信号公交优先控制设施的设置

步骤1.1：预信号条件下交叉口进口道布局

首先沿着干线的其中一个方向，将相邻交叉口之间的路段依次编号，记为路段1、路段2、…、路段i、…、路段n，根据公交线路的走向依次布设各路段下游交叉口的预信号公交优先设施：

1.1.1)若路段i上各公交线路在下游交叉口均为直行，则在路段i的下游交叉口处设置一条公交专用进口道，该公交专用进口道位于社会车辆的直行和右转进口道之间，转入步骤1.3；

1.1.2)若路段i上各公交线路在下游交叉口既有直行又有右转，则在路段i的下游交叉口处设置一条公交专用进口道，该公交专用进口道位于社会车辆的直行和右转进口道之间，同时在右转进口道处设置供右转公交车辆停车等待用的右转公交候驶区，其长度为L_rb米；在右转公交候驶区上游和末端设置停车线和信号灯，控制右转车辆通行；转入步骤1.2；

1.1.3)若路段i上各公交线路在下游交叉口既有直行又有左转，则在路段i的下游交叉口处设置一条公交专用进口道，该公交专用进口道位于社会车辆的左转和直行进口道之间，同时在左转进口道处设置供左转公交车辆停车等待用的左转公交候驶区，其长度为L_lb米；在左转公交候驶区上游和末端设置停车线和信号灯，控制左转车辆通行；转入步骤1.2；

1.1.4)若路段i上各公交线路在下游交叉口既有直行又有左转和右转，则在路段i的下游交叉口处设置一条公交专用进口道，该公交专用进口道位于社会车辆的右转进口道相邻位置的左侧，同时将社会车辆的左转进口道外移，使之与公交专用进口道相邻；在右转进口道处设置供右转公交车辆停车等待用的右转公交候驶区，其长度为L_rb米，在右转公交候驶区上游和末端设置停车线和信号灯，控制右转车辆通行；在左转进口道处设置供左转公交车辆停车等待用的左转公交候驶区，其长度为L_lb米，在左转公交候驶区上游和末端设置停车线和信号灯，控制左转车辆通行；转入步骤1.2；

步骤1.2：预信号条件下交叉口相位及控制参数设定

首先规定交叉口主信号的默认相位结构为：a、干线方向直行、右转；b、干线方向左转；c、垂直于干线方向的直行、右转；d、垂直于干线方向的左转；

1.2.1)若步骤1.1执行的步骤为1.1.2)，则改变主信号的默认相位结构，将左转和右转主信号组合成一个相位；设置右转预信号灯的红灯开启时间提前t_rpr秒，右转预信号灯的绿灯开启时间提前t_rpg秒；

1.2.2)若步骤1.1执行的步骤为1.1.3)，则设置左转预信号灯的红灯开启时间提前t_lpr秒，左转预信号灯的绿灯开启时间提前t_lpg秒；

1.2.3)若步骤1.1执行的步骤为1.1.4)，则改变主信号的默认相位结构，将左转和右转主信号组合成一个相位；设置右转预信号灯的红灯开启时间提前t_rpr秒，右转预信号灯的绿灯开启时间提前t_rpg秒，左转预信号灯的红灯开启时间提前t_lpr秒，左转预信号灯的绿灯开启时间提前tl_pg秒；

步骤1.3：判断各路段下游交叉口的预信号设施、相位及控制参数是否设置完毕，若没有：则重复步骤1.1、步骤1.2；若已设置完毕，则转入步骤1.4；

步骤1.4：判断干线的两个方向上，各路段下游交叉口的预信号设施、相位及控制参数是否设置完毕：若没有，则重复步骤1.1、步骤1.2、步骤1.3；若已设置完毕，则转入步骤2；

步骤2：转弯公交车辆的控制处理

步骤2.1：驶离干线的公交车的控制处理

驶离干线的公交车为通过左转或右转离开干线的公交车；根据步骤1，左转和右转公交车都在直行绿灯信号期间进入相应的公交候驶区，优先于社会车辆通过交叉口；

步骤2.2：汇入干线的公交车的控制处理

汇入干线的公交车为从干线相交道路上右转或左转驶入干线的公交车；设置汇入干线的公交车的通行相位与干线方向直行相位相邻，具体为：

2.2.1)路段i下游交叉口仅有左转汇入干线的公交车：先放行直行和右转车辆，再放行左转车辆，保持原先相位结构；

2.2.2)路段i下游交叉口含有右转汇入干线的公交车：将干线相交道路上的右转和左转信号组合成一个相位，以使相交道路上的公交通行相位与干线方向直行相位相邻；

步骤3：干线公交绿波协调控制系统的设计

步骤3.1：确定公交绿波协调控制系统的公共周期时长

首先用Webster法确定单点配时条件下各交叉口的最佳信号周期时长，计算公式为：

$C=\frac{1.5L+5}{1-Y}$

其中C为交叉口信号周期时长，L为一个周期内机动车总损失时间，Y为各相位关键车道流量比总和；然后取其最大者为公共周期时长C_m，即：

C_m＝max{C₁,C₂,…,C_n}

步骤3.2：确定公交绿波协调控制系统中各交叉口的绿灯时间

按照《交通管理与控制》提供的方法计算各交叉口的绿灯时间，如下：

依次计算关键交叉口协调相位有效绿灯时间、关键交叉口非协调相位有效绿灯时间、非关键交叉口非协调相位有效绿灯时间以及非关键交叉口协调相位有效绿灯时间；关键交叉口各相位有效绿灯时间按照相位绿信比与相位关键车道流量比成正比的原则进行计算，非关键交叉口非协调相位有效绿灯时间按照满足饱和度实用限值的原则进行，在确定了非关键交叉口各非协调相位有效绿灯时间后，其余有效绿灯时间全部分配给协调相位，以形成最大带宽；

步骤3.3：确定各交叉口预信号候驶区长度和红、绿灯提前启亮时间；

步骤3.4：确定公交绿波带速

设路段i两端交叉口停车线之间的距离为S_i，各条线路公交车的行程时间为T_ij，则各线路公交车的运行速度为取加权平均值作为路段i上的公交绿波带速；

其中，行程时间为T_ij包括路段行驶时间和停站时间，j为公交线路编号，m为路段i上的公交线路总数，H_j为第j条公交线路的发车间隔；

步骤3.5：确定公交绿波协调控制系统的相位差

按照《交通管理与控制》提供的图解法计算相位差，如下：

通过作出反映车流运动的时空图，初步建立交互式或同步式协调系统，通过反复调整车流运动轨迹和各交叉口绿灯起始时刻，从而确定最终相位差，获得一条理想的绿波带。

具体的，所述右转公交候驶区的长度L_rb确定方法为：

$L_{\mathrm{rb}}=\max \{t_{\mathrm{rR}}\·l_b\·\underset{r}{\mathrm{\Σ}}\frac{60}{H_r},{2l}_b\}$

其中：t_rR为一个信号周期内右转方向红灯时长，H_r为路段i上各右转公交线路的发车间隔，单位为min，l_b为一辆公交车停靠所需长度；

所述左转公交候驶区的长度L_rb确定方法为：

$L_{\mathrm{lb}}=\max \{t_{\mathrm{lR}}\·l_b\·\underset{l}{\mathrm{\Σ}}\frac{60}{H_l},{2l}_b\}$

其中：t_lR为一个信号周期内左转方向红灯时长，H_l为路段i上各左转公交线路的发车间隔，单位为min，l_b为一辆公交车停靠所需长度。

具体的，所述右转预信号灯的红灯开启提前时间t_rpr为：t_rpr＝t_pro+L_rb/v_s；

所述右转预信号灯的绿灯开启提前时间tr_pg为：t_rpg＝t_ss+L_rb/v_s；

所述左转预信号灯的红灯开启提前时间t_lpr为：t_lpr＝t_pro+L_lb/v_s；

所述左转预信号灯的绿灯开启提前时间tl_pg为：t_lpg＝t_ss+L_lb/v_s；

其中：v_s为社会车辆的平均行驶速度，t_pro为保护时间，t_ss为社会车辆的平均起动时间，L_rb为右转公交候驶区长度，L_lb为左转公交候驶区长度。

具体的，所述社会车辆的平均起动时间t_ss取2s，保护时间t_pro取2s，社会车辆的平均行驶速度v_s取30km/h，L_rb＝L_lb取12.5m。

有益效果：本发明提供的干线多线路公交绿波协调控制方法，将绿波协调控制技术应用于干线上行驶的公交车辆，并通过预信号公交优先控制设施和一些相位调整措施来处理转弯公交车辆，能够提高干线上所有公交车辆的通行效率，从人均延误的角度看降低了干线上的总体延误；同时，本发明在交叉口引入了预信号公交优先控制设施，能够保证公交车相对于社会车辆的优先通行权利，公交车不会因为排队等候而错过绿波信号。

附图说明

图1为本发明的主流程图；

图2为本发明中步骤1的子流程图；

图3为本发明中步骤2的子流程图；

图4为本发明中步骤3的子流程图；

图5为直行公交专用进口道设置方式；

图6为公交专用进口道、右转预信号相结合的设置方式；

图7为公交专用进口道、左转预信号相结合的设置方式；

图8为公交专用进口道，左转、右转预信号相结合的设置方式；

图9为示例干线(包含交叉口之间距离、方位等信息)示意图；

图10为示例干线上公交线路的分布图；

图11(a)为示例干线交叉口1西东向进口道预信号设施布局示意图；

图11(b)为示例干线交叉口1东西向进口道预信号设施布局示意图；

图12(a)为示例干线交叉口1西东向进口道预信号设施布局示意图；

图12(b)为示例干线交叉口1东西向进口道预信号设施布局示意图；

图13(a)为示例干线交叉口1西东向进口道预信号设施布局示意图；

图13(b)为示例干线交叉口1东西向进口道预信号设施布局示意图；

图14(a)为示例干线交叉口1西东向进口道预信号设施布局示意图；

图14(b)为示例干线交叉口1东西向进口道预信号设施布局示意图；

图15为示例干线最终的公交绿波协调控制方案。

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，为一种干线多线路公交绿波协调控制方法，包括如下步骤：

步骤1：预信号公交优先控制设施的设置(如图2所示)

步骤1.1：预信号条件下交叉口进口道布局

首先沿着干线的其中一个方向，将相邻交叉口之间的路段依次编号，记为路段1、路段2、…、路段i、…、路段n，根据公交线路的走向依次布设各路段下游交叉口的预信号公交优先设施：

1.1.1)若路段i上各公交线路在下游交叉口均为直行，则在路段i的下游交叉口处设置一条公交专用进口道，该公交专用进口道位于社会车辆的直行和右转进口道之间，如图5所示，转入步骤1.3；

1.1.2)若路段i上各公交线路在下游交叉口既有直行又有右转，则在路段i的下游交叉口处设置一条公交专用进口道，该公交专用进口道位于社会车辆的直行和右转进口道之间，同时在右转进口道处设置供右转公交车辆停车等待用的右转公交候驶区，其长度为L_rb米；如图6所示，在右转公交候驶区上游和末端设置停车线和信号灯，控制右转车辆通行；转入步骤1.2；

1.1.3)若路段i上各公交线路在下游交叉口既有直行又有左转，则在路段i的下游交叉口处设置一条公交专用进口道，该公交专用进口道位于社会车辆的左转和直行进口道之间，同时在左转进口道处设置供左转公交车辆停车等待用的左转公交候驶区，其长度为L_lb米；如图7所示，在左转公交候驶区上游和末端设置停车线和信号灯，控制左转车辆通行；转入步骤1.2；

1.1.4)若路段i上各公交线路在下游交叉口既有直行又有左转和右转，则在路段i的下游交叉口处设置一条公交专用进口道，该公交专用进口道位于社会车辆的右转进口道相邻位置的左侧，同时将社会车辆的左转进口道外移，使之与公交专用进口道相邻；如图8所示，在右转进口道处设置供右转公交车辆停车等待用的右转公交候驶区，其长度为L_rb米，在右转公交候驶区上游和末端设置停车线和信号灯，控制右转车辆通行；在左转进口道处设置供左转公交车辆停车等待用的左转公交候驶区，其长度为L_lb米，在左转公交候驶区上游和末端设置停车线和信号灯，控制左转车辆通行；转入步骤1.2；

所述右转公交候驶区的长度L_rb确定方法为：

$L_{\mathrm{rb}}=\max \{t_{\mathrm{rR}}\·l_b\·\underset{r}{\mathrm{\Σ}}\frac{60}{H_r},{2l}_b\}$

其中：t_rR为一个信号周期内右转方向红灯时长，H_r为路段i上各右转公交线路的发车间隔，单位为min，l_b为一辆公交车停靠所需长度；

所述左转公交候驶区的长度L_rb确定方法为：

$L_{\mathrm{lb}}=\max \{t_{\mathrm{lR}}\·l_b\·\underset{l}{\mathrm{\Σ}}\frac{60}{H_l},{2l}_b\}$

其中：t_lR为一个信号周期内左转方向红灯时长，H_l为路段i上各左转公交线路的发车间隔，单位为min，l_b为一辆公交车停靠所需长度；

步骤1.2：预信号条件下交叉口相位及控制参数设定

首先规定交叉口主信号的默认相位结构为：a、干线方向直行、右转；b、干线方向左转；c、垂直于干线方向的直行、右转；d、垂直于干线方向的左转；

1.2.1)若步骤1.1执行的步骤为1.1.2)，则改变主信号的默认相位结构，将左转和右转主信号组合成一个相位；设置右转预信号灯的红灯开启时间提前t_rpr秒，右转预信号灯的绿灯开启时间提前t_rpg秒；

1.2.2)若步骤1.1执行的步骤为1.1.3)，则设置左转预信号灯的红灯开启时间提前t_lpr秒，左转预信号灯的绿灯开启时间提前t_lpg秒；

1.2.3)若步骤1.1执行的步骤为1.1.4)，则改变主信号的默认相位结构，将左转和右转主信号组合成一个相位；设置右转预信号灯的红灯开启时间提前t_rpr秒，右转预信号灯的绿灯开启时间提前t_rpg秒，左转预信号灯的红灯开启时间提前t_lpr秒，左转预信号灯的绿灯开启时间提前tl_pg秒；

所述右转预信号灯的红灯开启提前时间t_rpr为：t_rpr＝t_pro+L_rb/v_s；

所述右转预信号灯的绿灯开启提前时间tr_pg为：t_rpg＝t_ss+L_rb/v_s；

所述左转预信号灯的红灯开启提前时间t_lpr为：t_lpr＝t_pro+L_lb/v_s；

所述左转预信号灯的绿灯开启提前时间tl_pg为：t_lpg＝t_ss+L_lb/v_s；

其中：v_s为社会车辆的平均行驶速度，t_pro为保护时间，t_ss为社会车辆的平均起动时间，L_rb为右转公交候驶区长度，L_lb为左转公交候驶区长度；

预信号要与主信号相互协调，才能发挥作用；为避免社会右/左转车辆在交叉口为红灯时仍然占用右/左转候驶区影响右/左转公交车辆停车等待，因此右/左转预信号灯的红灯开启时间需要提前t_rpr/t_lpr秒；为了保证社会车辆的通行效率，使其在没有公交车到达时能够快速通过交叉口，右/左转预信号灯的绿灯开启时间也需要提前t_rpg/t_lpg秒。

步骤1.3：判断各路段下游交叉口的预信号设施、相位及控制参数是否设置完毕，若没有：则重复步骤1.1、步骤1.2；若已设置完毕，则转入步骤1.4；

步骤1.4：判断干线的两个方向上，各路段下游交叉口的预信号设施、相位及控制参数是否设置完毕：若没有，则重复步骤1.1、步骤1.2、步骤1.3；若已设置完毕，则转入步骤2；

步骤2：转弯公交车辆的控制处理(如图3所示)

步骤2.1：驶离干线的公交车的控制处理

驶离干线的公交车为通过左转或右转离开干线的公交车；由于干线绿波协调控制系统是面向干线方向的行驶车辆的(本案中，则是直行公交车辆)，因此如果对驶离干线的公交车不加控制，它们就会和直行车辆一起，在直行相位的绿灯时间到达交叉口；在根据步骤1，由于已经在交叉口进口道前布设了预信号公交优先设施，因此无论左转还是右转公交车，都能在直行绿灯信号期间进入相应的公交候驶区，从而优先于社会车辆通过交叉口；

步骤2.2：汇入干线的公交车的控制处理

汇入干线的公交车为从干线相交道路上右转或左转驶入干线的公交车；本案认为汇入干线的公交车的通行相位与干线方向直行相位相邻，以减少公交车在进入干线后首个交叉口的延误，下面分两种情况进行讨论：

2.2.1)路段i下游交叉口仅有左转汇入干线的公交车

在一般交叉口相位设计中，总是先放行直行和右转车辆，再放行左转车辆，因此干线相交道路上的左转相位已经与干线方向的直行相位相邻，这种情况不需要另外处理，保持原先相位结构；

2.2.2)路段i下游交叉口含有右转汇入干线的公交车

这种情况下，需要把干线相交道路上的右转和左转信号组合成一个相位，以使相交道路上的公交通行相位与干线方向直行相位相邻；

在执行完步骤1和步骤2后，即可得到各交叉口的相位结构和相序；

步骤3：干线公交绿波协调控制系统的设计(如图4所示)

步骤3.1：确定公交绿波协调控制系统的公共周期时长

首先用Webster法确定单点配时条件下各交叉口的最佳信号周期时长，计算公式为：

$C=\frac{1.5L+5}{1-Y}$

其中C为交叉口信号周期时长，L为一个周期内机动车总损失时间，Y为各相位关键车道流量比总和；然后取其最大者为公共周期时长C_m，即：

C_m＝max{C₁,C₂,…,C_n}

步骤3.2：确定公交绿波协调控制系统中各交叉口的绿灯时间

按照《交通管理与控制》(徐建闽.北京:人民交通出版社.2007:147-148.)提供的方法计算各交叉口的绿灯时间；

步骤3.3：确定各交叉口预信号候驶区长度和红、绿灯提前启亮时间

根据步骤1中的计算公式确定各交叉口预信号候驶区长度以及红、绿灯提前启亮时间；

步骤3.4：确定公交绿波带速

设路段i两端交叉口停车线之间的距离为S_i，各条线路公交车的行程时间为T_ij，则各线路公交车的运行速度为取加权平均值作为路段i上的公交绿波带速；

其中，行程时间为T_ij包括路段行驶时间和停站时间，j为公交线路编号，m为路段i上的公交线路总数，H_j为第j条公交线路的发车间隔；

步骤3.5：确定公交绿波协调控制系统的相位差

按照《交通管理与控制》(徐建闽.北京:人民交通出版社.2007:147-148.)提供的图解法计算相位差。

具体来说，本案中，所述社会车辆的平均起动时间t_ss取2s，保护时间t_pro取2s，社会车辆的平均行驶速度v_s取30km/h，L_rb＝L_lb取12.5m。

下面通过一个实例，对本案给出进一步的说明。

图9所示的干线为双向六车道，包含了4个交叉口，各相邻交叉口之间的距离(即相邻交叉口停车线之间的距离)如图所示。经过实地调查，各交叉口高峰小时交通流量、流向如表1所示(单位：pcu/h)。

表1

干线上公交线路的分布如图10所示，从图中可以看出，共有5条公交线路通过该条干线。图中还标出了干线上公交站台的大致位置，站点旁的编号表示在该站台设有站点的公交线路。经调查，各公交线路的发车间隔和路段行程时间如表2和表3所示。

表2

公交线路编号	BL1	BL2	BL3	BL4	BL5
						发车间隔(min)	5	3	4	5	4

表3

下面根据这些基础资料以及发明内容所述步骤，为该条干线配置公交绿波协调控制系统。

步骤1：预信号公交优先控制设施的设置

根据公交线路布局特征，在各交叉口进口道布设预信号公交优先设施，如图11～图14所示(例如，在由西向东的方向上，交叉口2既有左转公交线路，又有直行公交线路，于是在西进口方向设置一条公交专用进口道、对左转进口道采取预信号控制)。

步骤2：转弯公交车辆的控制处理

根据公交线路的布局及走向，对各交叉口的转弯公交车(包括汇入、驶离干线的公交车)进行控制处理(例如，在由西向东的方向上，交叉口2存在右转汇入干线的公交车，故将南进口的左转和右转信号合并成一个相位)，可得到各交叉口的相位结构和相序，如表4所示。

表4

步骤3：公交绿波协调控制系统的设计

1)确定公交绿波协调控制系统的公共周期时长

首先根据表1的交通流量数据以及表4的相位信息，用Webster法确定单点配时条件下各交叉口的最佳信号周期时长。计算过程中每相位起动损失时间取2秒，则每周期四相位总损失时间为8秒，另取直行、右转车道饱和流量为1600pcu/h，左转车道饱和流量为1500pcu/h。

计算结果如表5所示。(由于交叉口信号周期时长一般不大于120秒，若某个交叉口周期时长的计算值大于120秒，则取为120秒)

表5

取表6中最大的周期时长120s为本例中公交绿波协调控制系统的公共周期时长，取交叉口1为系统的关键交叉口。

2)确定公交绿波协调控制系统中各交叉口的绿灯时间

依次计算关键交叉口协调相位绿灯时间、关键交叉口非协调相位绿灯时间、非关键交叉口非协调相位绿灯时间以及非关键交叉口协调相位绿灯时间(本例中协调相位为各交叉口的第1相位，如表4所示)，如表6所示(计算过程中若出现某个交叉口第3相位的有效绿灯时间不足16s，则取该相位的有效绿灯时间为16s，若出现第2或第4相位的有效绿灯时间不足11s，则取该相位有效绿灯时间为11s)。

表6

3)确定各交叉口预信号候驶区长度和提前启亮时间

根据表1中的公交车发车间隔和表6中的各相位绿灯时间，以及预信号候驶区长度、提前启亮时间计算公式，确定各交叉口预信号候驶区长度和提前启亮时间。计算过程中取l_b＝12.5m，t_ss＝2s，v_s＝30km/h。

本例中，各个交叉口的预信号候驶区长度(无论左转还是右转预信号)皆为25m，预信号提前启亮时间皆为5s。

4)确定各路段公交绿波带速

根据各公交线路的发车间隔(表2)、路段行程时间(表3)以及公交绿波带速计算公式，确定各路段公交绿波带速，如表7所示。

表7

路段编号	路段1	路段2	路段3
				公交绿波带速(km/h)	18.0	17.4	16.8

5)确定公交绿波协调控制系统的相位差

利用图解法确定本例中公交绿波协调控制系统的相位差，设交叉口1协调相位绿灯时间开启时间为O₀，则计算结果如表8所示。

表8

交叉口编号	绿灯开启时间
		交叉口1	O0
交叉口2	O0+14s
		交叉口3	O0+8s
交叉口4	O0+56s

各方向的绿波带宽为w_西东＝28s，w_东西＝24s(已标示于图15中)。图15为本例中最终的干线公交绿波协调控制方案。

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.干线多线路公交绿波协调控制方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤1：预信号公交优先控制设施的设置

步骤1.1：预信号条件下交叉口进口道布局

首先沿着干线的其中一个方向，将相邻交叉口之间的路段依次编号，记为路段1、路段2、…、路段i、…、路段n，根据公交线路的走向依次布设各路段下游交叉口的预信号公交优先设施：

1.1.1)若路段i上各公交线路在下游交叉口均为直行，则在路段i的下游交叉口处设置一条公交专用进口道，该公交专用进口道位于社会车辆的直行和右转进口道之间，转入步骤1.3；

1.1.2)若路段i上各公交线路在下游交叉口既有直行又有右转，则在路段i的下游交叉口处设置一条公交专用进口道，该公交专用进口道位于社会车辆的直行和右转进口道之间，同时在右转进口道处设置供右转公交车辆停车等待用的右转公交候驶区，其长度为L_rb米；在右转公交候驶区上游和末端设置停车线和信号灯，控制右转车辆通行；转入步骤1.2；

1.1.3)若路段i上各公交线路在下游交叉口既有直行又有左转，则在路段i的下游交叉口处设置一条公交专用进口道，该公交专用进口道位于社会车辆的左转和直行进口道之间，同时在左转进口道处设置供左转公交车辆停车等待用的左转公交候驶区，其长度为L_lb米；在左转公交候驶区上游和末端设置停车线和信号灯，控制左转车辆通行；转入步骤1.2；

1.1.4)若路段i上各公交线路在下游交叉口既有直行又有左转和右转，则在路段i的下游交叉口处设置一条公交专用进口道，该公交专用进口道位于社会车辆的右转进口道相邻位置的左侧，同时将社会车辆的左转进口道外移，使之与公交专用进口道相邻；在右转进口道处设置供右转公交车辆停车等待用的右转公交候驶区，其长度为L_rb米，在右转公交候驶区上游和末端设置停车线和信号灯，控制右转车辆通行；在左转进口道处设置供左转公交车辆停车等待用的左转公交候驶区，其长度为L_lb米，在左转公交候驶区上游和末端设置停车线和信号灯，控制左转车辆通行；转入步骤1.2；

步骤1.2：预信号条件下交叉口相位及控制参数设定

首先规定交叉口主信号的默认相位结构为：a、干线方向直行、右转；b、干线方向左转；c、垂直于干线方向的直行、右转；d、垂直于干线方向的左转；

1.2.1)若步骤1.1执行的步骤为1.1.2)，则改变主信号的默认相位结构，将左转和右转主信号组合成一个相位；设置右转预信号灯的红灯开启时间提前t_rpr秒，右转预信号灯的绿灯开启时间提前t_rpg秒；

1.2.2)若步骤1.1执行的步骤为1.1.3)，则设置左转预信号灯的红灯开启时间提前t_lpr秒，左转预信号灯的绿灯开启时间提前t_lpg秒；

1.2.3)若步骤1.1执行的步骤为1.1.4)，则改变主信号的默认相位结构，将左转和右转主信号组合成一个相位；设置右转预信号灯的红灯开启时间提前t_rpr秒，右转预信号灯的绿灯开启时间提前t_rpg秒，左转预信号灯的红灯开启时间提前t_lpr秒，左转预信号灯的绿灯开启时间提前t_lpg秒；

步骤1.3：判断各路段下游交叉口的预信号设施、相位及控制参数是否设置完毕，若没有：则重复步骤1.1、步骤1.2；若已设置完毕，则转入步骤1.4；

步骤1.4：判断干线的两个方向上，各路段下游交叉口的预信号设施、相位及控制参数是否设置完毕：若没有，则重复步骤1.1、步骤1.2、步骤1.3；若已设置完毕，则转入步骤2；

步骤2：转弯公交车辆的控制处理

步骤2.1：驶离干线的公交车的控制处理

驶离干线的公交车为通过左转或右转离开干线的公交车；根据步骤1，左转和右转公交车都在直行绿灯信号期间进入相应的公交候驶区，优先于社会车辆通过交叉口；

步骤2.2：汇入干线的公交车的控制处理

汇入干线的公交车为从干线相交道路上右转或左转驶入干线的公交车；设置汇入干线的公交车的通行相位与干线方向直行相位相邻，具体为：

2.2.1)路段i下游交叉口仅有左转汇入干线的公交车：先放行直行和右转车辆，再放行左转车辆，保持原先相位结构；

2.2.2)路段i下游交叉口含有右转汇入干线的公交车：将干线相交道路上的右转和左转信号组合成一个相位，以使相交道路上的公交通行相位与干线方向直行相位相邻；

步骤3：干线公交绿波协调控制系统的设计

步骤3.1：确定公交绿波协调控制系统的公共周期时长

首先用Webster法确定单点配时条件下各交叉口的最佳信号周期时长，计算公式为：

$C=\frac{1.5L+5}{1-Y}$

其中C为交叉口信号周期时长，L为一个周期内机动车总损失时间，Y为各相位关键车道流量比总和；然后取其最大者为公共周期时长C_m，即：

C_m＝max{C₁,C₂,…,C_n}

步骤3.2：确定公交绿波协调控制系统中各交叉口的绿灯时间

按照如下提供的方法计算各交叉口的绿灯时间：

依次计算关键交叉口协调相位有效绿灯时间、关键交叉口非协调相位有效绿灯时间、非关键交叉口非协调相位有效绿灯时间以及非关键交叉口协调相位有效绿灯时间；关键交叉口各相位有效绿灯时间按照相位绿信比与相位关键车道流量比成正比的原则进行计算，非关键交叉口非协调相位有效绿灯时间按照满足饱和度实用限值的原则进行，在确定了非关键交叉口各非协调相位有效绿灯时间后，其余有效绿灯时间全部分配给协调相位，以形成最大带宽；

步骤3.3：确定各交叉口预信号候驶区长度和红、绿灯提前启亮时间；

步骤3.4：确定公交绿波带速

设路段i两端交叉口停车线之间的距离为S_i，各条线路公交车的行程时间为T_ij，则各线路公交车的运行速度为取加权平均值作为路段i上的公交绿波带速；

其中，行程时间为T_ij包括路段行驶时间和停站时间，j为公交线路编号，m为路段i上的公交线路总数，H_j为第j条公交线路的发车间隔；

步骤3.5：确定公交绿波协调控制系统的相位差

按照如下提供的图解法计算相位差：

通过作出反映车流运动的时空图，初步建立交互式或同步式协调系统，通过反复调整通过带速度和周期长度，从而确定最终相位差，获得一条理想的绿波带。

2.根据权利要求1所述的干线多线路公交绿波协调控制方法，其特征在于：

所述右转公交候驶区的长度L_rb确定方法为：

$L_{rb}=max\{t_{rR}\·l_b\·\underset{r}{\Σ}\frac{60}{H_r},2l_b\}$

其中：t_rR为一个信号周期内右转方向红灯时长，H_r为路段i上各右转公交线路的发车间隔，单位为min，l_b为一辆公交车停靠所需长度；

所述左转公交候驶区的长度L_lb确定方法为：

$L_{lb}=max\{t_{lR}\·l_b\·\underset{l}{\Σ}\frac{60}{H_l},2l_b\}$

其中：t_lR为一个信号周期内左转方向红灯时长，H_l为路段i上各左转公交线路的发车间隔，单位为min，l_b为一辆公交车停靠所需长度。

3.根据权利要求1所述的干线多线路公交绿波协调控制方法，其特征在于：

所述右转预信号灯的红灯开启提前时间t_rpr为：t_rpr＝t_pro+L_rb/v_s；

所述右转预信号灯的绿灯开启提前时间t_rpg为：t_rpg＝t_ss+L_rb/v_s；

所述左转预信号灯的红灯开启提前时间t_lpr为：t_lpr＝t_pro+L_lb/v_s；

所述左转预信号灯的绿灯开启提前时间t_lpg为：t_lpg＝t_ss+L_lb/v_s；

其中：v_s为社会车辆的平均行驶速度，t_pro为保护时间，t_ss为社会车辆的平均起动时间，L_rb为右转公交候驶区长度，L_lb为左转公交候驶区长度。

4.根据权利要求3所述的干线多线路公交绿波协调控制方法，其特征在于：所述社会车辆的平均起动时间t_ss取2s，保护时间t_pro取2s，社会车辆的平均行驶速度v_s取30km/h，L_rb＝L_lb取12.5m。