CN105261208B - 一种抑制城市公共汽车串车的行驶车速控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种抑制城市公共汽车串车的行驶车速控制方法。本方法利用实时获取公交车在道路空间上的速度、位置信息，对同一线路上的各公交车辆提出一种行驶速度实时动态调整方法，避免公交车辆的串车现象，实现公交车队的规范运行。该方法所需的公交车速度、位置信息本身就是道路交通运行状况的反映。因此，本方法能根据道路交通实际变化实时调整行驶速度方案，能给司机驾驶提供更加准确、直观的指示。本方法可以嵌入到目前公交车普遍安装的GPS/AVL车载设备中，具有可移植性强、可靠性高的优势。
Description
技术领域
本发明涉及交通调度设备及方法，具体涉及一种抑制城市公共汽车串车的行驶车速控制方法，以有效抑制公交串车现象。
背景技术
公交串车，也即同线路不同班次的公交车辆几乎同时进站停靠的情形，是常规公交运营中常见的交通现象。公交串车的危害有三：降低公交准点率，减少运营收入，增加行车安全隐患。首先，假设两个班次的公交车辆发生串车，则串车班次的车头时距几乎为0，而与位于二者之前一个班次的车辆的车头时距至少拉大1倍，因此公交串车是公交不准点的极限情形，最受广大乘客诟病。其次，串车将增加乘客候车时间，可能迫使部分乘客选择其他交通方式，由此降低了公交运营收入，同时也增加了串车班次的空载率而增加运营成本。长时间出现过多的公交串车，严重减少公交企业的运营收入，难以保障公交可持续发展。第三，发生串车的公交车辆行车间距小于安全车距，增加了交通安全隐患，特别在雾、雨、雪、沙尘、冰雹等气象条件下，极易引发交通事故。因此，有效减少公交串车发生对于提高公交系统的服务水平、运营收入及吸引力具有重要的实践意义。
现有技术有关公交串车的改善控制研究中将公交到站乘客波动视为公交串车的源头，由此提出串车改善方法也就局限在公交站点机动停车时间、跳站行车等措施上。这些措施是在串车出现后再被动地缓解，其改善空间有限，且常常失效，在改善时机上属亡羊补牢之举。为了减少公交串车现象的发生，若能从根据公交车头时距的变化，动态控制公交车速，形成主动性的公交车速控制方法，将有助于“防患于未然”，掌握公交串车控制的主动权。
发明内容
针对上述技术问题，本发明提出一种抑制城市公共汽车串车的行驶车速控制方法，以有效抑制公交串车现象。
本发明所述的抑制城市公共汽车串车的行驶车速控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1,建立公交线路车队时空关系模型,具体包括：
定义an,s为第n班次车到达第s站的到站时间，第n班次车和第n-1班次车到达第i站的时间差为Hi,k，τn,i为第n班次车在第i站与第i+1站之间这一段的运行时间，sn,i为第n班次车在第i站的停靠时间；第n班次车到达第s站的到站时间为：
第n班次公交车在第i站和第i+1站之间这一段的运行时间τn,i为：
其中，ln,i表示第n班次公交车距离第i个公交站的当前距离，vn,i表示第n班次公交车驶向第i个公交站的当前行程车速；
步骤2：针对步骤1所建公交线路车队时空关系模型及进行公交车速控制所需要的参变量数据需求，采集变量信息；具体包括：
步骤2.1：利用GPS/AVL定位设备采集公交车辆及各个公交站点的位置坐标信息，从而可以计算获得公交车当前位置距离下一个公交站点的路段长度ln,i；将公交车在以公交站点坐标位置为圆心、半径为20米的圆形范围内停留的时间作为公交车在公交站点的驻站时间sn,i；
步骤2.2:利用环形线圈车辆检测器或者超声波雷达等交通传感器或者公交车载GPS设备获得vn,i，以及获得第i-1站和第i站点间路段上的限速值；
步骤3：利用步骤1建立的时空关系模型以及步骤2采集参数，获得公交车的实时车头时距；在此基础上建立基于实时车头时距反馈的公交车速控制模型，由此求解公交车队各班次车辆行驶速度，向公交司机发送该车辆行驶速度，以此车辆行驶速度为依据调整驾驶速度。
优选的是，步骤3中，基于公交车头时距反馈的公交车速控制模型为
其中ΔHn,i为第n班次公交车在第i-1站和第i站点间实际公交车头时距偏离发车时间间隔H0的车头时距偏离值；Δvn,i为第n趟公交车在第i-1站和第i站点间路段上应调整的速度值。
进一步优选的是，为了满足最高限速约束条件，步骤3中公交车速控制方法公式为：
其中表示第i-1站和第i站点间路段上的限速值。
进一步优选的是，根据公交车载GPS接收机设置的采样率，选定公交车运行速度调整时间间隔，按照该时间间隔更新公交车速控制模型和公交车速控制方法公式的计算结果，重新确定当前各公交车辆新的运行速度。
本发明的有益效果在于，利用实时获取公交车在道路空间上的速度、位置信息，对同一线路上的各公交车辆提出一种行驶速度实时动态调整方法，避免公交车辆的串车现象，实现公交车队的规范运行。该方法所需的公交车速度、位置信息本身就是道路交通运行状况的反映。因此，本方法能根据道路交通实际变化实时调整行驶速度方案，能给司机驾驶提供更加准确、直观的指示。本方法可以嵌入到目前公交车普遍安装的GPS/AVL车载设备中，具有可移植性强、可靠性高的优势。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明所述抑制城市公共汽车串车的行驶车速控制方法流程图。
图2是本发明所述公交车辆到站时间递推关系示意图。
图3是按照本发明进行控制前后的方差对比图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的优选实施方式进行说明。
本发明提出一种抑制城市公共汽车串车的行驶车速控制方法。公交串车控制的思路，实际上是基于车头时距参数来反馈控制公交车速，从而维持公交运行过程中的公交车头时距参数始终保持尽量与公交发车间隔一致。本发明的控制机制具体来说，首先利用安装在公交车上的GPS系统测得各公交车辆位置、时刻和车速信息；进而，根据建立的数学模型推导出各个班次的公交车辆之间的公交车头时距；根据公交车头时距进行对车速的控制，一旦发现公交车车头时距过大，则按照公交时刻表，提示前车降低到合适速度行驶适当的距离，或者提示后车以某一更快的速度行驶合理的距离；反之，如果车头时距过小，则给出相反的车速控制。由于道路存在最高限速等约束，必须避免被调整车速的公交超速行驶。为此，本发明将结合路段限速要求，作为公交车速调整可行性判据，以判断哪辆串车公交车应进行车速调整。
图1是本发明所述抑制城市公共汽车串车的行驶车速控制方法流程图。本发明所述方法具体包括：
步骤1，建立公交线路车队时空关系模型。由于线路上的各班次公交车是按照发车时刻表循环发车的，因此可以通过递推迭代的方式，将单一班次公交车运行的时空关系拓展为公交线路车队运行的时空关系模型，从而能描述各班次公交车辆到达各站点的时刻。更具体来说，步骤1包括：
定义an,s为第n班次车到达第s站的到站时间，假设第n班次车和第n-1班次车到达第i站的时间差为Hn,i，τn,i为第n班次车在第i站与第i+1站之间这一段的运行时间，sn,i为第n班次车在第i站的停靠时间；那么，建立如图2所示的公交车辆到站时间递推关系示意图。根据图2，则第n班次车到达第s站的到站时间为：
其中，第n班次公交车在第i站和第i+1站之间这一段的运行时间τn,i为
其中，ln,i表示第n班次公交车距离第i个公交站的当前距离，该距离可以由GPS采集的该班次公交车当前位置与第i个公交站位置确定；vn,i表示第n班次公交车驶向第i个公交站的当前行程车速，其可以由GPS采集的瞬时行驶速度进行算术平均值获得，即其中，un,j为第n辆公交车GPS车载设备采集的第n辆公交车从第i-1站点驶向第i个站点的M个瞬时地点速度值。
步骤2：针对步骤1所建公交线路车队时空关系模型及进行公交车速控制所需要的参变量数据需求，采集该模型中涉及的变量信息；其中，获得公交线路几何条件(包括线路长度、站距、站台位置发车时刻表等)；模型涉及的公交实时行驶速度、位置及驻站时间等，将从公交车载GPS设备中获取，从而获取各个路段的道路空间信息、公交站点位置信息，公交首末站发车时刻表、车速信息。具体包括：
步骤2.1：利用GPS/AVL定位设备采集公交车辆及各个公交站点的位置坐标信息，从而可以计算获得公交车当前位置距离下一个公交站点的路段长度ln,i；另外将公交车在以公交站点坐标位置为圆心、半径为20米的圆形范围内停留的时间作为公交车在公交站点的驻站时间sn,i；
步骤2.2：vn,i可以采用埋设在机动车道下面的环形线圈车辆检测器，或者悬挂于路侧的超声波雷达等交通传感器设备获得；如果沿线道路不具备上述传感器，则vn,i应由具备自动实时检测、记录公交车速功能的公交车载GPS设备提供。此外，第i-1站和第i站点间路段上的限速值可由交通管理局获得。
步骤3:利用步骤1建立的时空关系模型以及步骤2采集参数，获得公交车的实时车头时距；在此基础上建立基于实时车头时距反馈的公交车速控制模型，由此求解公交车队各班次车辆行驶速度，向公交司机发送该车辆行驶速度，以此车辆行驶速度为依据调整驾驶速度。步骤3具体包括：
步骤3.1：假设ΔHn,i为第n班次公交车与前一班次公交车在第i个公交站车头时距偏离初始发车间隔的时间长度，即
ΔHn,i＝Hn,i-H0 (3)
其中，第n班次公交车在第i个站点的实际车头时距Hn,i应为本车到站时间an,i与前车到站时间an-1,i的差，即
Hn,i＝an,i-an-1,i (4)
根据第n班次车在接近第i个站点的车头时距偏移值ΔHn,i，对当前公交车速进行车速调整。本发明基于公交车头时距反馈的公交车速控制策略为，如果ΔHn,i>0，表示应车头时距过大，当前公交车应提高行驶速度；反之，则应降低行驶速度。
假设第n班次在接近第i个站点的当前车速vn,i基础上还需要调整速度Δvn,i，则有
Δvn,i＝ε·ΔHn,i (5)
公式(5)中的ε是一个比例常量，根据公式(5)获得车速调整值。考虑到车速调整前后将使得公交车头时距发生变化，此刻应满足
根据公式(5)和(6)，基于公交车头时距反馈的公交车速调控机制为
其中ΔHn,i为第n班次公交车在第i-1站和第i站点间实际公交车头时距偏离发车时间间隔H0的车头时距偏离值；Δvn,i为第n趟公交车在第i-1站和第i站点间路段上应调整的速度值。
根据公式(7)可知，如果Δvn,i>0，表示应车头时距过大，当前公交车应提高行驶速度；反之，则应降低行驶速度。
对于整条公交线的所有公交车辆，根据公式(1)遍历计算公交站点间所有行驶的公交车辆到达下一站的到站时刻，由此根据公式(5)确定各个班次公交车的车头时距，并根据公式(8)确定能被调整车速的公交车辆。
步骤3.2：由于公交行驶的路段存在最高限速要求约束，因此车辆行驶速度不能造成公交车辆超速行驶的情形。这需要判断各个公交车辆加速可实现性，即：如果第n班次公交车提速后，其行驶速度超过最高限速时，则应降低前车的行驶速度；反之，则第n班次公交车可以提速行驶。综上所述，在考虑路段最高限速的情况下，车速控制机制如下：
其中表示第i-1站和第i站点间路段上的限速值。
在本发明所述方法中，根据公交车载GPS接收机设置的采样率(一般为15～30秒)，选定公交车运行速度调整时间间隔(一般取2分钟)，更新公式(1)—(8)中的数据并计算结果，确定当前各公交车辆新的运行速度，同时司机随方案变化调整行驶速度。
本发明基于公交车载的车载GPS设备获得的实时公交位置及车速数据，结合道路和公交站点空间信息，针对公交串车现象的发生，提出一种对公交车速进行动态控制的方法。该方法能根据道路信息实际的变化情况，不断更新数据信息及调整行驶速度方案，给司机驾驶提供更加准确且直观的指示，是一种根据可靠的减少公交串车现象发生的方法。
基于上述方法可达到的有益效果如下：公交串车控制效果选取的评价指标为每辆公交在每个车站的时距Hi,k的方差。选取方差作为评价标准的原因在于，利用方差可以度量实际车头时距与标准发车时间间隔的偏离程度，代表了公交车头时距稳定性。如果方差比较大，说明系统不稳定，车头时距波动比较大，容易发生公交串车。求取方差的方程为：
其中，I为车站总数(含首末站)；N为公交发车总班次。
控制后根据控制点时距与标准时距的差值，就能计算出控制后每辆车在每个站点时距，然后求出一个时距的方差。比较控制前后方差的大小，如果控制后方差变小了，则说明控制是比较有效的；反之，若控制后的方差并没有变小，则说明控制是无效的。
为了验证基于车头时距的控制策略的有效性和稳定性，用蒙特卡洛仿真方法进行多次模拟。图3示出了按照本发明进行控制前后的方差对比。根据图3可知，基于公交车头时距反馈的公交车速控制机制，对公交行驶车速进行动态的控制后，车头时距的方差减小了，说明公交车在每个车站的时距与标准发车时距相比波动幅度大为减少。因此，公交串车现象得到了比较好的控制。
应当理解的是，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不足以限制本发明的技术方案，对本领域普通技术人员来说，在本发明的精神和原则之内，可以根据上述说明加以增减、替换、变换或改进，而所有这些增减、替换、变换或改进后的技术方案，都应属于本发明所附权利要求的保护范围。
Claims (4)
1.一种抑制城市公共汽车串车的行驶车速控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1,建立公交线路车队时空关系模型,具体包括：
定义an,s为第n班次车到达第s站的到站时间，第n班次车和第n-1班次车到达第i站的时间差为Hn,i，τn,i为第n班次车在第i站与第i+1站之间这一段的运行时间，sn,i为第n班次车在第i站的停靠时间；第n班次车到达第s站的到站时间为：
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第n班次公交车在第i站和第i+1站之间这一段的运行时间τn,i为：
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其中，ln,i表示第n班次公交车在当前第i站点距离第i+1个公交站需要行驶的距离，vn,i表示第n班次公交车驶向第i+1个公交站的当前行程车速；
步骤2：针对步骤1所建公交线路车队时空关系模型及进行公交车速控制所需要的参变量数据需求，采集变量信息；具体包括：
步骤2.1：利用GPS/AVL定位设备采集公交车辆及各个公交站点的位置坐标信息，从而可以计算获得公交车当前位置距离下一个公交站点的路段长度ln,i；将公交车在以公交站点坐标位置为圆心、半径为20米的圆形范围内停留的时间作为公交车在公交站点的驻站时间sn,i；
步骤2.2:利用环形线圈车辆检测器或者超声波雷达或者公交车载GPS设备获得vn,i，以及获得第i-1站和第i站点间路段上的限速值
步骤3：利用步骤1建立的时空关系模型以及步骤2采集参数，获得公交车的实时车头时距；在此基础上建立基于实时车头时距反馈的公交车速控制模型，由此求解公交车队各班次车辆行驶速度，向公交司机发送该车辆行驶速度，以此车辆行驶速度为依据调整驾驶速度。
2.根据权利要求1所述的行驶车速控制方法，其特征在于：步骤3中，基于公交车头时距反馈的公交车速控制模型为
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其中ΔHn,i为第n班次公交车与前一班次公交车在第i个公交站车头时距偏离初始发车间隔的时间长度；Δvn,i为第n趟公交车在第i站和第i+1站点间路段上应调整的速度值。
3.根据权利要求2所述的行驶车速控制方法，其特征在于：为了满足最高限速约束条件，步骤3中公交车速控制方法公式为：
其中表示第i站和第i+1站点间路段上的限速值。
4.根据权利要求3中所述的行驶车速控制方法，其特征在于：根据公交车载GPS接收机设置的采样率，选定公交车运行速度调整时间间隔，按照该时间间隔更新公交车速控制模型和公交车速控制方法公式的计算结果，重新确定当前各公交车辆新的运行速度。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |