CN104575038A - 一种考虑多路公交优先的交叉口信号控制方法 - Google Patents

一种考虑多路公交优先的交叉口信号控制方法 Download PDF

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CN104575038A CN201510003693.4A CN201510003693A CN104575038A CN 104575038 A CN104575038 A CN 104575038A CN 201510003693 A CN201510003693 A CN 201510003693A CN 104575038 A CN104575038 A CN 104575038A
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Abstract

本发明公开了一种考虑多路公交优先的交叉口信号控制方法,针对可能有多路公交驶过的交叉口,通过各相位显示绿灯时间与公交人均延误、相位时间改变量与车道饱和度的函数关系建立多目标规划模型,并用穷举法进行求解,得到每一周期交叉口最优的信号控制方案。本发明在考虑多路公交人均延误最小的同时,能够减少对原始信号的改变和对其他车道的影响,从而保证了公交的优先控制和交叉口的正常运行,有助于缩短乘客的公交出行时间,提升公交出行对市民的吸引力,缓解城市交通拥堵。

Description

一种考虑多路公交优先的交叉口信号控制方法
技术领域
[0001] 本发明涉及交叉口控制技术领域,尤其涉及一种考虑多路公交优先的交叉口信号 控制方法。
背景技术
[0002] 大力发展城市公共交通,是缓解目前中国城市交通拥堵问题和环境污染问题的有 效措施。为了提高公共交通对出行者的吸引力,一方面可以采用降低票价、提高公交舒适性 等手段;另一方面,减少乘坐公交所花费的时间,也是提高公交分担率的途径。据调查,在公 交行驶过程中,在交叉口的停车延误占公交总延误的约50%,与在停靠站的延误相当。因 此,在交叉口控制中考虑公交车辆的优先通行能有效减少公交出行总时间、提高公交出行 效率和满意度。
[0003] 现有的中国专利文献CN102568224B公开了一种用于快速公交的交叉口预感应 信号优先控制方法,在采集快速公交经过路段各个交叉口信号灯的原始信号配时信息、公 交设施和运行信息及道路设施信息后,结合设置的公交到达检测器,预测快速公交在各路 段的行驶时间和延误,确定快速公交到达对应交叉口的时刻,并与交叉口的信号配时周期 进行比较,判断是否需要采取优先信号调整措施来保证公交车辆快速通过交叉口。其中调 整措施为根据公交实际到达交叉口时刻与理想到达时刻的时间差,按比例扩大或压缩信号 周期和各相位时长。采用上述控制方法,虽然可以在一定程度上减少快速公交在交叉口的 停车延误,但是在适用环境和使用效果方面仍存在以下局限性和不足:
[0004] 1、上述控制方法在预测快速公交到达交叉口时刻时,只考虑了公交车在路段的行 驶时间和在停靠站的延误,并没有考虑在对应交叉口进口道停车线前的排队车辆。若有排 队车辆存在,则即使公交车辆按照理想时间到达,也有可能需要停车等待,跟在排队车辆之 后通过交叉口。而停车线前没有排队车辆的情况在普通车道非常少见,因此上述方法只适 用于交叉口进口道有公交专用道,且该进口道几乎不存在排队公交车辆的情况。
[0005] 2、上述控制方法只提出了在交叉口针对一条快速公交线的一辆公交车辆进行预 感应信号优先控制,而现实环境中一个交叉口在同一信号周期有多辆不同线路的公交从不 同方向通过交叉口的情况十分常见,甚至有可能出现同一个周期同一条线路有两辆公交先 后通过交叉口。因此上述控制方法应用的局限性非常明显,无法适应更为复杂的现实环境。
[0006] 3、上述控制方法在进行信号优先控制调整时,根据公交到达时刻与理想到达时刻 的时间差等比例扩大或压缩交叉口信号周期长度,从而使公交车辆尽可能在理想时刻到达 交叉口。然而这种信号控制调整措施只是着眼于快速公交车辆,忽略了其他社会车辆的需 求。现实中交叉口信号周期时间是交通工程师根据交叉口设计和各进口交通流量等资料计 算得到的,合理的周期长度能够在满足交叉口各方向车辆交通需求的情况下尽可能减少车 辆延误。如果不根据社会车辆情况就扩大信号周期长度,可能导致某进口道车辆已经放空, 但该相位还是绿灯的情况出现,从而形成了绿灯时间的浪费,使得其他进口道车辆的延误 大大增加;而相反压缩信号周期,可能导致某信号相位的绿灯时间无法满足车辆需求,车道 饱和度超出限值,使车辆在进口道越积越多。除此之外,如果需要实现车辆的绿波通行,则 这些交叉口的信号周期必须相等且为定值,这是实现绿波的基本前提。因此信号周期在实 际情况中不应随意变动,即使需要调整周期长度也需要考虑各车道社会车辆的到达情况。
发明内容
[0007] 发明目的:为克服现有技术中存在的不足,本发明提供了一种有多路公交到达的 交叉口公交优先控制方法,在考虑多路公交人均延误最小的同时,减少对原始信号的改变 和对其他车道的影响,从而保证了公交的优先控制和交叉口的正常运行。
[0008] 技术方案:为实现上述目的,本发明的一种考虑多路公交优先的交叉口信号控制 方法,设置与信号控制系统相连的控制中心,在公交车辆上设置有车载GPS;在交叉口各进 口道停车线处设置A类车辆检测器;在交叉口距离各进口道一定距离处设置B类车辆检测 器,两类车辆检测器计数实时上传至控制中心;包括以下步骤:
[0009] 步骤1)根据城市公交线路图确定经过该交叉口的公交线路;
[0010] 步骤2)通过现场调查采集该交叉口信号配时、设计、运行信息和公交车辆经过该 交叉口的信息;具体包括:交叉口信号周期C,相位数M,黄灯时长I;各相位i原始配时方案 的显示绿灯时间gf和最短绿灯时间交叉口所有方向进口车道总数J,每一条进口车 道j的饱和流量SAj;每个进口车道j在可通行相位i开始前排队车辆数以及在可通行相位 i开始后对应排队数量的车辆全部通过停车线的平均清空时间,将所得数据存储于控制中 心清空时间数据库中;不同公交线路、不同行驶方向的公交车辆在不同时间段经过该交叉 口时的平均载客量以及经过该交叉口所利用的相位,将所得的数据存储于控制中心历史平 均载客量数据库中,以设定时间为一个时间段;
[0011] 步骤3)需要经过目标交叉口的公交车辆在进入目标交叉口设定的范围内时自动 向控制中心发出申请,并向控制中心实时上传车载GPS数据;控制中心实时预测第k辆申请 公交车到达目标交叉口的时间tk及所处的时间段,确定公交运行线路与行驶方向;交叉口 新周期开始时间为T,则设第k辆公交车辆到达交叉口所需要的时间arrivek=tk-T,新周 期开始前判断所有申请公交车辆的请求在新周期是否需要考虑,若〇 <arrivek<C,则考 虑第k辆公交的申请,否则公交车辆申请不予考虑;设新周期需要考虑的申请公交车辆数 为n;
[0012] 步骤4)建立多目标规划模型,其中目标函数为:
[0013]
Figure CN104575038AD00061
[0014]
Figure CN104575038AD00071
[0015] 其中,D表示n辆公交车的人均延误,Qk表示第k辆公交车在该时段的历史平均载 客量;dk表示第k辆公交车在交叉口的停车延误;△表示各相位显示绿灯时间与原始配时 绿灯时间的改变量绝对值之和;^表示相位i的显示绿灯时间表示一种信号配时下所 有进口道饱和度中的最大值;qj表示进口车道j上一周期的实际到达车辆数,由进口道j上 设置的B类检测器在上一周期结束时的计数减去上一周期开始时的计数得到;^表示相位 i的起始时刻,控制中心在周期第一相位开始时设定时刻为〇 &表示相位i的结束时刻; guse,j表示进口车道j对应的可以通行的相位显示绿灯时长;Queuej表示进口车道j在上一 周期可通行相位开始前的排队车辆数,由上一周期可通行相位开始前j进口车道B类检测 器的计数减去上一周期可通行相位开始后j进口车道A类检测器的计数得到;
[0016] 所述dk的计算步骤如下:
[0017] 步骤41)根据第k辆公交车的运行线路、行驶方向和预测到达交叉口所处的时间 段,在步骤2)得到的历史平均载客量数据库中确定第k辆公交对应的载客量Qk以及第k辆 公交通过该交叉口的相位i;通过第k辆公交车的运行线路和行驶方向确定其所可能经过 的进口车道j;
[0018] 步骤42)分别将设置的j进口道B类检测器在本周期开始前三个周期相位i开始 前的计数减去j进口道A类检测器在本周期开始前三个周期相位i开始后的计数,分别得 到本周期开始前三个周期相位i开始前j进口道的排队车辆数;将所述的排队车辆数取平 均后四舍五入取整,得到本周期相位i开始前进口道j的预测的排队车辆数;根据进口道 j和对应进口道j的本周期相位i开始前预测的排队车辆数,在步骤2)得到的清空时间数 据库中找到对应的清空时间作为本周期相位i开始后第k辆公交通过进口道的清空时间 tcleal•,进入步骤44);
[0019] 步骤43)若步骤41)确定的第k辆公交通过该交叉口所可能经过的进口车道不止 一条,则计算每一条可能经过的进口道的预测清空时间,对这些车道的清空时间取平均值 作为本周期相位i开始后第k辆公交通过进口道的清空时间,进入步骤44);
[0020] 步骤44)计算第k辆公交车在交叉口的停车延误dk;若arrive"Si+t。;^,则dk= si+tciear_arrivek;若si+tciear〈arrivek〈ei,贝1Jdk= 0;若arrivek>ei,贝ljdk=sZ+C-arrivek;
[0021] 步骤5)求解步骤4)建立的多目标规划模型;若多目标规划模型有解,则按照求得 的显示绿灯时间最优值进行新周期信号配时,否则在新周期不对信号配时进行调整;具体 包括以下步骤:
[0022] 步骤51)设相位i的显示绿灯时间最优解gi,ta,get初始值为0,i= 1,2……M;设 显示绿灯时间最优解下的公交车人均延误D'、各相位显示绿灯时间与原始配时改变量绝对 值之和A'及所有进口道饱和度中的最大值x_'的初始值均为10,
[0023] 步骤52)若所有可行解(gl,g2……gM)均已经计算过,则结束计算,否则进入步骤 53);
[0024] 步骤53)在各相位i显示绿灯时间范围内随机生成一组未计算过的显示绿灯可行 解(gl,g2......gM);
[0025]步骤54)若可行解(gl,g2……gM)满足步骤4)所有约束条件,则进入步骤55),否 则进入步骤52);
[0026] 步骤55)将可行解(gl,g2……gM)代入步骤4)目标函数(1)、⑵和(3)求解D、 A和x隨;
[0027]步骤56)若D> =D',进入步骤57);否则进入步骤511);
[0028]步骤57)若D=D',进入步骤58);否则返回步骤52);
[0029] 步骤58)若A>=A',进入步骤59);否则进入步骤511);
[0030] 步骤59)若A=A',进入步骤510);否则返回步骤52);
[0031] 步骤510)若xmax〈xmax',进入步骤511);否则返回步骤52);
[0032] 步骤 511)将可行解fe,g2......gM)赋值给最优解(g1;target,g2,target......gm,target),将 D赋值给D',将A赋值给A',将Xmax赋值给xmax',返回步骤52)。
[0033] 所述B类车辆检测器设置在交叉口各进口道展宽段开始处,用以检测驶入进口道 j的车辆总数,若无展宽段则将检测器设置于停车线后80米处。
[0034] 步骤2)中一个时间段的设定时间为15分钟。
[0035] 步骤3)中需要经过目标交叉口的公交车辆在进入目标交叉口设定的范围为目标 交叉口半径4千米范围内。
[0036] 有益效果:与现有技术相比,本发明具有以下优点:
[0037] 1、能够减少公交车辆在交叉口的人均延误,从而缩短乘客的公交出行时间,提升 公交对市民的吸引力,缓解城市交通拥堵问题;
[0038] 2、在信号配时计算的过程中,考虑了停车线前的排队车辆清空时间,使模型与现 实情况更加接近,确保按照本方法得到的信号配时在实际运用时能够降低乘客在交叉口的 人均延误;
[0039] 3、综合考虑多辆公交车到达交叉口的时刻与载客量,而不是只考虑某条线路或某 个方向的公交车辆,保证所有公交乘客的人均延误最低;
[0040] 4、在降低公交乘客人均延误的同时,考虑了其他车道的运行情况,保证其他车道 不会因为公交优先而造成拥挤和过度饱和。
附图说明
[0041] 图1为本发明的考虑多路公交优先的交叉口信号控制方法流程图;
[0042] 图2为本发明一个实施例的交叉口设计示意图;
[0043] 图3为本发明一个实施例的交叉口原始相位方案和配时图;
[0044] 图4为求解本发明提出的多目标约束模型的流程图;
[0045] 图5为本发明一个实施例的公交到达时刻与交叉口原始、最优信号配时关系示意 图;
[0046] 图2中:A.A类车辆检测器,B.B类车辆检测器。
具体实施方式
[0047] 下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
[0048] 一种考虑多路公交优先的交叉口信号控制方法,其流程如图1所示。本发明以南 京市某交叉口为实施例进行说明,交叉口设计示意图如图2所示。
[0049] 设置与信号控制系统相连的控制中心,在公交车辆上设置有车载GPS;在交叉口 各进口道停车线处设置A类车辆检测器用以检测驶离进口道j的车辆总数;在交叉口各进 口道展宽段开始处设置B类检测器用以检测驶入进口道j的车辆总数,若无展宽段则将检 测器设置于停车线后80米处;两类检测器计数实时上传至控制中心,且检测器在当日运行 时数据不清零;本实施例中,A类车辆检测器和B类车辆检测器设置如图2所示。
[0050] 步骤如下:
[0051] 步骤1)根据城市公交线路图确定经过该交叉口的公交线路。
[0052] 本实施例中,根据南京市城市公交线路规划图,确定通过该交叉口的公交线路包 括:7路、39路、56路、57路、82路、129路和312路;其中,39路、57路、82路和312路公交 线为南北向通过交叉口;7路公交线为东南向通过交叉口;56路和129路为西北向通过交 叉口。
[0053] 步骤2)通过现场调查采集该交叉口信号配时、设计、运行信息和公交车辆经过该 交叉口的信息;具体包括:交叉口信号周期C,相位数M,黄灯时长I;各相位i原始配时方案 的显示绿灯时间g:1和最短绿灯时间交叉口所有方向进口车道总数J,每一条进口车 道j的饱和流量SAj;每个进口车道j在可通行相位i开始前排队车辆数以及在可通行相位 i开始后对应排队数量的车辆全部通过停车线的平均清空时间,将所得数据存储于控制中 心清空时间数据库中;不同公交线路、不同行驶方向的公交车辆在不同时间段经过该交叉 口时的平均载客量以及经过该交叉口所利用的相位,将所得的数据存储于控制中心历史平 均载客量数据库中;以设定时间为一个时间段,在本发明具体实施例中,设定时间为15分 钟。
[0054] 本实施例中,交叉口信号周期C为125秒,相位数M为4,黄灯时长I为3秒,相位 一为东西向直行,显示绿灯时间g=37秒,最短绿灯时间glmin= 29秒,相位二为东西向左 转,显示绿灯时间g〗=15秒,最短绿灯时间g2min= 12秒,相位三为南北向直行,显示绿灯时 间g〗=45秒,最短绿灯时间g3min= 31秒,相位四为南北向左转,显示绿灯时间g〗=16秒,最 短绿灯时间g4min= 12秒,具体交叉口原始相位方案和配时见图3 ;交叉口所有方向进口车 道总数J为16,根据交叉口设计确定每一条进口车道的饱和流量;现场调查每一进口道通 行相位开始前进口道的排队车辆数和这些排队车辆全部通过停车线的清空时间,将该数据 存储于控制中心清空时间数据库中;现场调查不同公交线路、不同行驶方向的公交车辆在 不同时间段经过该交叉口时的平均载客量,将该数据存储于控制中心历史平均载客量数据 库中,时间段以15分钟为单位;现场调查各公交线路的不同行驶方向的车辆通过该交叉口 所利用的相位和经过的进口车道。
[0055] 步骤3)需要经过目标交叉口的公交车辆在进入目标交叉口设定的范围内时自动 向控制中心发出申请,并向控制中心实时上传车载GPS数据;控制中心实时预测第k辆申请 公交车到达目标交叉口的时间tk及所处的时间段,确定公交运行线路与行驶方向;交叉口 新周期开始时间为T,则设第k辆公交车辆到达交叉口所需要的时间arrivek=tk-T,新周 期开始前1秒判断所有申请公交车辆的请求在新周期是否需要考虑,若〇 <arrivek<C, 则考虑第k辆公交的申请,否则公交车辆申请不予考虑;设新周期需要考虑的申请公交车 辆数为n。
[0056] 本实施例中,新周期开始时间为9:08:00,在新周期开始前1秒判断新周期需要考 虑的公交申请车辆数n为4,其中,一辆7路公交需要在东进口左转通过交叉口,预测到达 交叉口时间9:08:42,预测到达时刻arrivei= 42,一辆39路公交需要在北进口直行通过 交叉口,预测到达交叉口时间9:08:55,预测到达时刻arrive2= 55, 一辆312路公交需要 在南进口直行通过交叉口,预测到达交叉口时间9:09:44,预测到达时刻arrive3= 104, 一 辆129路公交需要在西进口左转通过交叉口,预测到达交叉口时间9:09:57,预测到达时刻 arrive4= 117〇
[0057] 步骤4)建立多目标规划模型,其中目标函数为:
Figure CN104575038AD00101
[0061] 其中,D表示n辆公交车的人均延误,Qk表示第k辆公交车在该时段的历史平均载 客量;dk表示第k辆公交车在交叉口的停车延误;△表示各相位显示绿灯时间与原始配时 绿灯时间的改变量绝对值之和;^表示相位i的显示绿灯时间;x_表示一种信号配时下所 有进口道饱和度中的最大值;qj表示进口车道j上一周期的实际到达车辆数,由进口道j上 设置的B类检测器在上一周期结束时的计数减去上一周期开始时的计数得到;^表示相位 i的起始时刻,控制中心在周期第一相位开始时设定时刻为〇 &表示相位i的结束时刻; guse,j表示进口车道j对应的可以通行的相位显示绿灯时长;Queuej表示进口车道j在上一 周期可通行相位开始前的排队车辆数,由上一周期可通行相位开始前j进口车道B类检测 器的计数减去上一周期可通行相位开始后j进口车道A类检测器的计数得到。
[0062] 其中第k辆公交车在交叉口的停车延误dk,其计算包括以下步骤:
[0063] 步骤41)根据第k辆公交车的运行线路、行驶方向和预测到达交叉口所处的时间 段,在步骤2)得到的历史平均载客量数据库中确定第k辆公交对应的载客量Qk以及第k辆 公交通过该交叉口的相位i;通过第k辆公交车的运行线路和行驶方向确定其所可能经过 的进口车道j;
[0064] 步骤42)分别将设置的j进口道B类检测器在本周期开始前三个周期相位i开始 前的计数减去j进口道A类检测器在本周期开始前三个周期相位i开始后的计数,分别得 到本周期开始前三个周期相位i开始前j进口道的排队车辆数;将所述的排队车辆数取平 均后四舍五入取整,得到本周期相位i开始前进口道j的预测的排队车辆数;根据进口道 j和对应进口道j的本周期相位i开始前预测的排队车辆数,在步骤2)得到的清空时间数 据库中找到对应的清空时间作为本周期相位i开始后第k辆公交通过进口道的清空时间 tcleal•,进入步骤44);
[0065] 步骤43)若步骤41)确定的第k辆公交通过该交叉口所可能经过的进口车道不止 一条,则计算每一条可能经过的进口道的预测清空时间,对这些车道的清空时间取平均值 作为本周期相位i开始后第k辆公交通过进口道的清空时间,进入步骤44);
[0066] 步骤44)计算第k辆公交车在交叉口的停车延误dk;若arrive"Si+t。;^,则dk = si+tciear_arrivek;若si+tciear〈arrivek〈ei,贝1Jdk= 0 ;若arrivek>ei,贝ljdk=sZ+C-arrivek; 其中Si°表示原始信号配时中相位i的开始时刻。
[0067] 本实施例中,以原始信号配时方案对公交车在交叉口的停车延误进行计算示范;
[0068] 根据4辆新周期将要到达交叉口的公交车的线路号、行驶方向和预测到达交叉口 所处时间段9:00:01-9:15:00,在历史平均载客量数据库中确定7路公交的载客量%为35 人,39路公交的载客量%为78人,312路公交的载客量Q3为69人,129路公交的载客量Q4 为42人;
[0069] 7路公交可以在相位二利用东进口 一条左转车道通过交叉口,39路公交可以在相 位三利用北进口两条直行车道通过交叉口,312路公交可以在相位三利用南进口两条直行 车道通过交叉口,129路公交可以在相位二利用西进口 一条左转车道通过交叉口;
[0070] 对于上述7路公交,东进口左转车道B类检测器前三个周期相位二开始时的计数 分别为569, 574和577,东进口左转车道A类检测器前三个周期相位二开始时的计数分别 为567, 570和574,相减得到东进口左转车道前三个周期相位二开始时的排队车辆数为2, 4 和3,取平均得到新周期相位二开始时东进口左转车道的排队车辆数预测值为3,在清空时 间数据库中确定新周期相位二开始时,排队车辆数为3的东进口左转车道的清空时间 为6. 2秒;
[0071] 对于上述39路公交,经计算,北进口两条直行车道中,一条直行车道前三个周期 相位三开始时的排队车辆为6, 8和6,均值为7,清空时间为9. 1秒,另一条直行车道排队车 辆均值也为7,清空时间8. 9秒,两条车道清空时间取均值得到该39路公交通过交叉口的 清空时间为9秒;同样的,得到312路公交通过交叉口的清空时间t为14. 6秒, 129路公交通过交叉口的清空时间〖。16"4为5. 2秒;
[0072] 根据原始信号配时,相位一的绿灯开始时刻为0,相位二的绿灯开始时刻为 40,相位三的绿灯开始时刻为58,相位四的绿灯开始时刻为106;如果新周期按照原始 信号配时进行控制,贝U对于7路公交,因为arrive^s^t&w(42〈40+6. 2),所以屯= s2+tcieari_arrivei= 40+6. 2-42 = 4. 2s;对于 39 路公交,因为arrive2〈s3+tclear2(58〈58+9), 所以d2=s3+telear2-arrive2= 9s;对于 312 路公交,因为arrive3>e3(104>103),所以d3 = s30+C-ar;rive3= 58+125-104 = 79s;对于 129 路公交,因为arrive4>e2 (117>55),所以d4 = s^+C-arriveii40+125-117 = 48s。
[0073] 步骤5)求解步骤4)建立的多目标规划模型,求解流程如图4所示。若多目标规 划模型有解,则按照求得的显示绿灯时间最优值进行新周期信号配时,否则在新周期不对 信号配时进行调整。求解建立的多目标规划模型具体包括以下步骤:
[0074] 步骤51)设相位i的显示绿灯时间最优解gi,ta_初始值为0,i=1,2……M ;设 显示绿灯时间最优解下的公交车人均延误D'、各相位显示绿灯时间与原始配时改变量绝对 值之和A'及所有进口道饱和度中的最大值x_'的初始值均为10,
[0075] 步骤52)若所有可行解(gl,g2……gM)均已经计算过,则结束计算,否则进入步骤 53);
[0076] 步骤53)在各相位i显示绿灯时间范围内随机生成一组未计算过的显示绿灯可行 解(gl,g2......gM);
[0077] 步骤54)若可行解(gl,g2……gM)满足步骤4)所有约束条件,则进入步骤55),否 则进入步骤52);
[0078] 步骤55)将可行解(gl,g2……gM)代入步骤4)目标函数(1)、⑵和(3)求解D、 A和x隨;
[0079] 步骤56)若D> =D',进入步骤57);否则进入步骤511);
[0080] 步骤57)若D=D',进入步骤58);否则返回步骤52);
[0081] 步骤58)若A>=A',进入步骤59);否则进入步骤511);
[0082] 步骤59)若A=A',进入步骤510);否则返回步骤52);
[0083]步骤510)若xmax〈xmax',进入步骤511);否则返回步骤52);
[0084] 步骤 511)将可行解(gpg2......gM)赋值给最优解(g1;target,g2,target......gm,target),将 D赋值给D',将A赋值给A',将Xmax赋值给xmax',返回步骤52)。
[0085] 本实施例中,将(g 1,target? ^2,target?g3,target,g4,target)初始值设为 〇,将D'、a' 和 Xniax' 的初始值设为1〇1(1;首次计算时,存在没有计算过的显示绿灯可行解,设生成的一组显示绿 灯可行解(gl,g2,g3,g4)为原始信号配时(37,15,45,16),将该组可行解代入步骤5)目标 函数(1)、⑵和(3),得到D为 37. 1,A为 〇,Xmax为 0.66 ;因为D〈D'(37. 1〈101(1),因此将 可行解(37,15,45,16)赋值给最优解(g1,target,心,target,仏,target,target),d寸D37. 1 赋值 给D',将A= 0赋值给A',将xmax= 0.66赋值给xmax',返回步骤62)寻找其他可行解。
[0086] 当计算完所有可行解后,显示绿灯时间最优值为(30, 13, 57, 13),说明多目标函数 有解,按照显示绿灯时间最优值(30, 13, 57, 13)进行本周期信号配时。公交到达时刻与原 始、最优信号配时关系如图5所示。此时,D'为9s,远小于原始信号配时下的公交车人均延 误37.ls,说明最优信号配时能够大大降低公交车在交叉口的人均延误。
[0087] 本发明技术方案中,因为显示绿灯时间可行解数量有限且数量级小,因此采用穷 举法对多目标函数进行求解。另外,本发明提出的三个目标函数中,公交车人均延误最少优 先级最高,各相位显示绿灯时间与原始配时改变量绝对值之和最小次之,所有进口道饱和 度中的最大值最小优先级最小。因此在满足约束条件的情况下,如果公交车人均延误较小, 则认为该可行解更优;在两者相等的情况下则继续比较各相位显示绿灯时间与原始配时改 变量绝对值之和,该值较小则说明可行解更优;如果仍然相等,则比较所有进口道饱和度中 的最大值,该值较小说明可行解更优。按照上述方法寻找最优信号配时不仅计算简单快速, 易于实现,同时在考虑公交人均延误最小的情况下减少对原始信号的改变和对其他车道的 影响,因此具有很好的实际运用价值。
[0088] 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. 一种考虑多路公交优先的交叉口信号控制方法,其特征在于:设置与信号控制系统 相连的控制中心,在公交车辆上设置有车载GPS;在交叉口各进口道停车线处设置A类车辆 检测器;在交叉口距离各进口道一定距离处设置B类车辆检测器,两类车辆检测器计数实 时上传至控制中心;包括以下步骤: 1) 根据城市公交线路图确定经过该交叉口的公交线路; 2) 通过现场调查采集该交叉口信号配时、设计、运行信息和公交车辆经过该交叉口的 信息;具体包括:交叉口信号周期C,相位数M,黄灯时长I;各相位i原始配时方案的显示绿 灯时间和最短绿灯时间gi,min;交叉口所有方向进口车道总数J,每一条进口车道j的饱和 流量SAf每个进口车道j在可通行相位i开始前排队车辆数以及在可通行相位i开始后对 应排队数量的车辆全部通过停车线的平均清空时间,将所得数据存储于控制中心清空时间 数据库中;不同公交线路、不同行驶方向的公交车辆在不同时间段经过该交叉口时的平均 载客量以及经过该交叉口所利用的相位,将所得的数据存储于控制中心历史平均载客量数 据库中,以设定时间为一个时间段; 3) 需要经过目标交叉口的公交车辆在进入目标交叉口设定的范围内时自动向控制中 心发出申请,并向控制中心实时上传车载GPS数据;控制中心实时预测第k辆申请公交车到 达目标交叉口的时间tk及所处的时间段,确定公交运行线路与行驶方向;交叉口新周期开 始时间为T,则设第k辆公交车辆到达交叉口所需要的时间arrivek=tk-T,新周期开始前 判断所有申请公交车辆的请求在新周期是否需要考虑,若〇 <arrivek<C,则考虑第k辆 公交的申请,否则公交车辆申请不予考虑;设新周期需要考虑的申请公交车辆数为n; 4) 建立多目标规划模型,其中目标函数为:
Figure CN104575038AC00021
Figure CN104575038AC00031
其中,D表示n辆公交车的人均延误,Qk表示第k辆公交车在该时段的历史平均载客量;dk表示第k辆公交车在交叉口的停车延误;△表示各相位显示绿灯时间与原始配时绿灯时 间的改变量绝对值之和;^表示相位i的显示绿灯时间表示一种信号配时下所有进口 道饱和度中的最大值;q」表示进口车道j上一周期的实际到达车辆数,由进口道j上设置的 B类检测器在上一周期结束时的计数减去上一周期开始时的计数得到;^表示相位i的起 始时刻,控制中心在周期第一相位开始时设定时刻为〇 &表示相位i的结束时刻;guseU表 示进口车道j对应的可以通行的相位显示绿灯时长;queue」表示进口车道j在上一周期可 通行相位开始前的排队车辆数,由上一周期可通行相位开始前j进口车道B类检测器的计 数减去上一周期可通行相位开始后j进口车道A类检测器的计数得到; 所述dk的计算步骤如下: 步骤41)根据第k辆公交车的运行线路、行驶方向和预测到达交叉口所处的时间段,在 步骤2)得到的历史平均载客量数据库中确定第k辆公交对应的载客量Qk以及第k辆公交 通过该交叉口的相位i;通过第k辆公交车的运行线路和行驶方向确定其所可能经过的进 口车道j; 步骤42)分别将设置的j进口道B类检测器在本周期开始前三个周期相位i开始前的 计数减去j进口道A类检测器在本周期开始前三个周期相位i开始后的计数,分别得到本 周期开始前三个周期相位i开始前j进口道的排队车辆数;将所述的排队车辆数取平均后 四舍五入取整,得到本周期相位i开始前进口道j的预测的排队车辆数;根据进口道j和对 应进口道j的本周期相位i开始前预测的排队车辆数,在步骤2)得到的清空时间数据库中 找到对应的清空时间作为本周期相位i开始后第k辆公交通过进口道的清空时间,进 入步骤44); 步骤43)若步骤41)确定的第k辆公交通过该交叉口所可能经过的进口车道不止一 条,则计算每一条可能经过的进口道的预测清空时间,对这些车道的清空时间取平均值作 为本周期相位i开始后第k辆公交通过进口道的清空时间,进入步骤44); 步骤44)计算第k辆公交车在交叉口的停车延误dk;若arrive,则dk=si+tciear_arrivek;若si+tciear〈arrivek〈ei,贝1Jdk= 0;若arrivek>ei,贝ljdk=sZ+C-arrivek; 5)求解步骤4)建立的多目标规划模型;若多目标规划模型有解,则按照求得的显示绿灯 时间最优值进行新周期信号配时,否则在新周期不对信号配时进行调整;具体包括以下步 骤: 步骤51)设相位i的显示绿灯时间最优解gi,tmget初始值为0,i= 1,2……M;设显示 绿灯时间最优解下的公交车人均延误D'、各相位显示绿灯时间与原始配时改变量绝对值之 和A'及所有进口道饱和度中的最大值x_'的初始值均为1(T; 步骤52)若所有可行解(gl,g2……gM)均已经计算过,则结束计算,否则进入步骤53); 步骤53)在各相位i显示绿灯时间范围内随机生成一组未计算过的显示绿灯可行解 (gi,g2......gM); 步骤54)若可行解(gl,g2……gM)满足步骤4)所有约束条件,则进入步骤55),否则进 入步骤52); 步骤55)将可行解(gl,g2……gM)代入步骤4)目标函数(1)、⑵和(3)求解D、A和 Xmax, 步骤56)若D> =D',进入步骤57);否则进入步骤511); 步骤57)若D=D',进入步骤58);否则返回步骤52); 步骤58)若A>=A',进入步骤59);否则进入步骤511); 步骤59)若A=A',进入步骤510);否则返回步骤52); 步骤510)gX_〈Xniax',进入步骤511);否则返回步骤52); 步骤511)将可行解(gi,g2......gM)赋值给最优解(g^gwg^grt......gm,ta;rget),将D赋 值给D',将A赋值给A',将Xmax赋值给X_',返回步骤52)。
2. 根据权利要求1所述的考虑多路公交优先的交叉口信号控制方法,其特征在于:所 述B类车辆检测器设置在交叉口各进口道展宽段开始处,用以检测驶入进口道j的车辆总 数,若无展宽段则将检测器设置于停车线后80米处。
3. 根据权利要求1所述的考虑多路公交优先的交叉口信号控制方法,其特征在于:步 骤2)中一个时间段的设定时间为15分钟。
4. 根据权利要求1所述的考虑多路公交优先的交叉口信号控制方法,其特征在于:步 骤3)中需要经过目标交叉口的公交车辆在进入目标交叉口设定的范围为目标交叉口半径 4千米范围内。
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