CN106355910B - 一种交通平峰期间的快速公交信号优先控制方法 - Google Patents

一种交通平峰期间的快速公交信号优先控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种交通平峰期间的快速公交信号优先控制方法，根据快速公交车辆运行特征、快速公交车辆到达交叉口时刻，以及非优先的机动车辆、行人、非机动车辆的通行需求，在将交叉口信号周期划分为六个区间的基础上，通过调整快速公交相位的绿灯时间，实现快速公交车辆优先驶过交叉口。

Description

一种交通平峰期间的快速公交信号优先控制方法
技术领域
本发明涉及城市快速公交信号优先控制技术，具体涉及一种交通平峰期间的快速公交信号优先控制方法。
背景技术
快速公交是一种高质量、低成本、灵活便捷和快速舒适的新型城市公共交通方式。它介于轨道交通与常规公交之间，能够通过现代化车站设置、专有路权保障和交叉口信号优先控制等技术达到轨道交通的服务水平。
传统的交叉口信号优先控制方法很多，通常采用优先相位早启、优先相位延长、插入优先相位和相位倒转等信号控制策略，为需要优先行驶的车辆提供优先通行信号。上述信号控制策略对非优先车辆的通行需求往往考虑较少。在这类信号控制条件下，优先行驶车辆的通行效率虽然能够得到显著提升，但非优先车辆的通行效率却时常遭受严重影响，甚至会引起交叉口排队车辆溢出或交叉口运行紊乱。因此，传统的信号优先控制方法并不能在较小影响交叉口正常运行的前提下，有效保障快速公交车辆通行效益的有效提升。
针对交通平峰期间的道路交通流量较小，以及快速公交具有现代化车站和专有路权保障的优势，结合快速公交到达交叉口时刻、交叉口信号配时方案，能够通过细致划分交叉口信号周期和综合考虑非优先相位的最小行驶需求，在较小影响交叉口正常运行的前提下，实现快速公交车辆优先通行。
发明内容
本发明的目的在于克服上述不足，提供一种交通平峰期间的快速公交信号优先控制方法，将交叉口信号周期划分为六个区间的基础上，通过调整快速公交相位的绿灯时间，实现快速公交车辆优先驶过交叉口。
为了达到上述目的，本发明包括以下步骤：
步骤一，采集快速公交线路、道路交叉口、道路交通流量的基础数据，以及快速公交车辆的实时AVL数据；
步骤二，根据步骤一中采集的基础数据和实时数据，将交叉口信号周期划分为六个时间区间；
步骤三，根据步骤一中采集的基础数据和实时数据，以及步骤二中划分的时间区间，结合快速公交车辆的通行需求，优化交叉口各相位的绿灯时间；
步骤四，根据步骤三中确定的各相位的绿灯时间，制定满足快速公交优先通行的交叉口信号配时优化方案。
所述步骤一中，快速公交线路信息包括线路走向、站点位置、运营与调度方案；道路交叉口信息包括交叉口信号控制方案、交叉口渠划设计方案；道路交通流量包括交叉口不同流向的各类型交通流量；快速公交车辆的实时AVL数据包括快速公交车辆的实时位置与时间信息。
所述步骤二的具体步骤如下：
第一步，时间区间一的数学表达为：
gr,start≤t＜gr,start+Gr,min+Y,r∈[1,s)
其中，t为快速公交车辆到达交叉口的时刻；gr,start为r相位绿灯时间的开始时刻；Gr,min为r相位的最小绿灯时间；Y为黄灯时间；s为快速公交相位；
第二步，时间区间二的数学表达为：
gr,start+Gr,min+Y≤t＜gr,start+Gr,nor+Y，r∈[1,s)
其中，Gr,nor为r相位的初始绿灯时间；
第三步，时间区间三的数学表达为：
gs,start≤t＜gs,start+Gs,valid+Y
其中，gs,start为s相位绿灯时间的开始时刻；Gs,valid为快速公交相位的有效绿灯时间；
第四步，时间区间四的数学表达为：
gs,start+Gs,valid+Y≤t＜gs,start+Gs,nor+Y
其中，Gs,nor为s相位的初始绿灯时间；Gi,nor为i相位的初始绿灯时间；Gi,min为i相位的最小绿灯时间；p为交叉口一个信号周期的相位总数；
第五步，时间区间五的数学表达为：
gk,start≤t＜gk,start+Gk,min+Y，k∈(s,p]
其中，gk,start为k相位绿灯时间的开始时刻；Gk,min为k相位的最小绿灯时间；
第六步，时间区间六的数学表达为：
gk,start+Gk,min+Y≤t＜gk,start+Gk,nor+Y,k∈(s,p]
其中，Gk,nor为k相位的初始绿灯时间。
所述步骤三中，优化交叉口各相位的绿灯时间的具体步骤如下：
第一步，快速公交车辆在时间区间一的范围内到达交叉口，交叉口各相位的实时绿灯时间为：
其中，Gi,real为i相位的实时绿灯时间；Gs,real为s相位的实时绿灯时间；
第二步，快速公交车辆在时间区间二的范围内到达交叉口，交叉口各相位的实时绿灯时间为：
Gr,real＝t-gr,start
第三步，快速公交车辆在时间区间三的范围内到达交叉口，交叉口各相位的实时绿灯时间为：
Gi,real＝Gi,nor,i∈[1,s)∪(s,p]
Gs,real＝Gs,nor
第四步，快速公交车辆在时间区间四的范围内到达交叉口，交叉口各相位的实时绿灯时间为：
第五步，快速公交车辆在时间区间五的范围内到达交叉口，交叉口各相位的实时绿灯时间为：
Gs,real＝Gs,nor
其中，为下一信号周期的i相位的实时绿灯时间；为下一信号周期的s相位的实时绿灯时间；
第六步，快速公交车辆在时间区间六的范围内到达交叉口，交叉口各相位的实时绿灯时间与第五步相同。
所述步骤四的具体方法如下：
第一步，快速公交车辆在时间区间一的范围内到达交叉口，交叉口的信号配时优化方案为：[1,r)相位和(s,p]相位的实时绿灯时间采用Gi,nor，[r,s)相位的实时绿灯时间采用Gi,min，快速公交s相位的实时绿灯时间采用
第二步，快速公交车辆在时间区间二的范围内到达交叉口，交叉口的信号配时优化方案为：[1,r)相位和(s,p]相位的实时绿灯时间采用Gi,nor，r相位的实时绿灯时间采用t-gr,start，(r,s)相位的实时绿灯时间采用Gi,min，快速公交s相位的实时绿灯时间采用
第三步，快速公交车辆在时间区间三的范围内到达交叉口，交叉口的信号配时优化方案为：[1,s)相位和(s,p]相位的实时绿灯时间采用Gi,nor，快速公交s相位的实时绿灯时间采用Gs,nor；
第四步，快速公交车辆在时间区间四的范围内到达交叉口，交叉口的信号配时优化方案为：[1,s)相位的实时绿灯时间采用Gi,nor，(s,p]相位的实时绿灯时间采用Gi,min，快速公交s相位的实时绿灯时间采用
第五步，快速公交车辆在时间区间五的范围内到达交叉口，交叉口的信号配时优化方案为：本信号周期[1,p]相位的实时绿灯时间采用Gi,nor，下一信号周期的[1,s)相位的实时绿灯时间采用Gi,min，下一信号周期的(s,p]相位的实时绿灯时间采用Gi,nor，下一信号周期的快速公交s相位的实时绿灯时间采用
第六步，快速公交车辆在时间区间六的范围内到达交叉口，交叉口的信号配时优化方案与第五步相同。
与现有技术相比，本发明根据快速公交车辆的运行特性、快速公交车辆到达交叉口时刻与交叉口信号配时方案，分割交叉口信号周期与调整快速公交相位绿灯时间，能够在最小程度影响非优先的机动车辆、非机动车辆、行人等通行效率的基础上，实现快速公交车辆优先通过交叉口。
附图说明
图1为本发明的流程图；
图2为本发明实施例中某交叉口渠划方案实例示意图；
图3为本发明实施例中某交叉口信号配时方案实例示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。
实施例：参见图1和图2，本发明包括以下步骤，
步骤一，采集快速公交线路、道路交叉口、道路交通流量的基础数据，以及快速公交车辆的实时AVL数据。
本步骤中，快速公交线路信息包括线路走向、站点位置、运营与调度方案；道路交叉口信息包括交叉口信号控制方案、交叉口渠划设计方案；道路交通流量包括交叉口不同流向的各类型交通流量；快速公交车辆的实时AVL数据包括快速公交车辆的实时位置与时间信息。
本实例中，线路走向、站点位置、运营与调度方案可以向公交公司咨询获得；交叉口信号控制方案、交叉口渠划设计方案可以通过实地勘测调查获得；交叉口不同流向的各类型交通流量可以通过视频检测获得；快速公交车辆的实时位置与时间信息可以通过车载AVL数据获得。
步骤二，根据步骤一中采集的基础数据和实时数据，将交叉口信号周期划分为六个时间区间，具体方法为：
第一步，时间区间一的数学表达为：
gr,start≤t＜gr,start+Gr,min+Y,r∈[1,s)
其中，t为快速公交车辆到达交叉口的时刻；gr,start为r相位绿灯时间的开始时刻；Gr,min为r相位的最小绿灯时间；黄灯时间Y；s为快速公交相位。
本实例中，r＝1,2；G1,min＝22秒，G2,min＝15秒；Y＝3秒；s＝3。
第二步，时间区间二的数学表达为：
gr,start+Gr,min+Y≤t＜gr,start+Gr,nor+Y，r∈[1,s)
其中，Gr,nor为r相位的初始绿灯时间。
本实例中，G1,nor＝35秒，G1,nor＝27秒。
第三步，时间区间三的数学表达为：
gs,start≤t＜gs,start+Gs,valid+Y
其中，gs,start为s相位绿灯时间的开始时刻；Gs,valid为快速公交相位的有效绿灯时间。
本实例中，G3,valid＝40秒。
第四步，时间区间四的数学表达为：
gs,start+Gs,valid+Y≤t＜gs,start+Gs,nor+Y
其中，Gs,nor为s相位的初始绿灯时间；Gi,nor为i相位的初始绿灯时间；Gi,min为i相位的最小绿灯时间；p为交叉口一个信号周期的相位总数。
本实例中，G3,nor＝47秒；p＝4。
第五步，时间区间五的数学表达为：
gk,start≤t＜gk,start+Gk,min+Y，k∈(s,p]
其中，gk,start为k相位绿灯时间的开始时刻；Gk,min为k相位的最小绿灯时间。
本实例中，G4,min＝18秒。
第六步，时间区间六的数学表达为：
gk,start+Gk,min+Y≤t＜gk,start+Gk,nor+Y,k∈(s,p]
其中，Gk,nor为k相位的初始绿灯时间。
本实例中，G4,nor＝31秒。交叉口信号配时方案的时间参数如图3所示。
步骤三，根据步骤一中采集的基础数据和实时数据，以及步骤二中划分的时间区间，结合快速公交车辆的通行需求，优化交叉口各相位的绿灯时间，具体方法为：
第一步，快速公交车辆在时间区间一的范围内到达交叉口，交叉口各相位的实时绿灯时间为：
其中，Gi,real为i相位的实时绿灯时间；Gs,real为s相位的实时绿灯时间。
第二步，快速公交车辆在时间区间二的范围内到达交叉口，交叉口各相位的实时绿灯时间为：
Gr,real＝t-gr,start
第三步，快速公交车辆在时间区间三的范围内到达交叉口，交叉口各相位的实时绿灯时间为：
Gi,real＝Gi,nor,i∈[1,s)∪(s,p]
Gs,real＝Gs,nor
第四步，快速公交车辆在时间区间四的范围内到达交叉口，交叉口各相位的实时绿灯时间为：
第五步，快速公交车辆在时间区间五的范围内到达交叉口，交叉口各相位的实时绿灯时间为：
Gs,real＝Gs,nor
其中，为下一信号周期的i相位的实时绿灯时间；为下一信号周期的s相位的实时绿灯时间。
第六步快速公交车辆在时间区间六的范围内到达交叉口，交叉口各相位的实时绿灯时间与第五步相同。
本实例中，快速公交车辆在不同时间区间到达交叉口时，交叉口各相位的实时绿灯时间如表1所示。
表1不同区间下的交叉口各相位实时绿灯时间
步骤四，根据步骤三中确定的各相位的绿灯时间，制定满足快速公交优先通行的交叉口信号配时优化方案，具体方法为：
第一步，快速公交车辆在时间区间一的范围内到达交叉口，交叉口的信号配时优化方案为：[1,r)相位和(s,p]相位的实时绿灯时间采用Gi,nor，[r,s)相位的实时绿灯时间采用Gi,min，快速公交s相位的实时绿灯时间采用
本实例中，输出的相位1的实时绿灯时间为22秒，相位2的实时绿灯时间为15秒，相位3的实时绿灯时间为72秒，相位4的实时绿灯时间为31秒。
第二步，快速公交车辆在时间区间二的范围内到达交叉口，交叉口的信号配时优化方案为：[1,r)相位和(s,p]相位的实时绿灯时间采用Gi,nor，r相位的实时绿灯时间采用t-gr,start，(r,s)相位的实时绿灯时间采用Gi,min，快速公交s相位的实时绿灯时间采用
本实例中，输出的相位1的实时绿灯时间为t秒，相位2的实时绿灯时间为15秒，相位3的实时绿灯时间为82-t秒，相位4的实时绿灯时间为31秒。
第三步，快速公交车辆在时间区间三的范围内到达交叉口，交叉口的信号配时优化方案为：[1,s)相位和(s,p]相位的实时绿灯时间采用Gi,nor，快速公交s相位的实时绿灯时间采用Gs,nor。
本实例中，输出的相位1的实时绿灯时间为35秒，相位2的实时绿灯时间为15秒，相位3的实时绿灯时间为59秒，相位4的实时绿灯时间为31秒。
第四步，快速公交车辆在时间区间四的范围内到达交叉口，交叉口的信号配时优化方案为：[1,s)相位的实时绿灯时间采用Gi,nor，(s,p]相位的实时绿灯时间采用Gi,min，快速公交s相位的实时绿灯时间采用
本实例中，输出的相位1的实时绿灯时间为35秒，相位2的实时绿灯时间为62-t秒，相位3的实时绿灯时间为109-t秒，相位4的实时绿灯时间为31秒。
第五步，快速公交车辆在时间区间五的范围内到达交叉口，交叉口的信号配时优化方案为：本信号周期[1,p]相位的实时绿灯时间采用Gi,nor，下一信号周期的[1,s)相位的实时绿灯时间采用Gi,min，下一信号周期的(s,p]相位的实时绿灯时间采用Gi,nor，下一信号周期的快速公交s相位的实时绿灯时间采用
本实例中，输出的相位1的实时绿灯时间为35秒，相位2的实时绿灯时间为27秒，相位3的实时绿灯时间为47秒，相位4的实时绿灯时间为31秒。
第六步，快速公交车辆在时间区间六的范围内到达交叉口，交叉口的信号配时优化方案与步骤第五步相同。
本实例中，当快速公交车辆的到达交叉口时刻t∈[93,106)时，输出的相位1的实时绿灯时间为35秒，相位2的实时绿灯时间为27秒，相位3的实时绿灯时间为60秒，相位4的实时绿灯时间为18秒。当快速公交车辆的到达交叉口时刻t∈[106,140)时，本信号周期相位1的绿灯时间为35秒，相位2的绿灯时间为27秒，相位3的绿灯时间为47秒，相位4的绿灯时间为31秒；下一个信号周期的相位1绿灯时间为22秒，相位2的绿灯时间为15秒，相位3的绿灯时间为72秒，相位4的绿灯时间为31秒。

Claims (3)

1.一种交通平峰期间的快速公交信号优先控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一，采集快速公交线路、道路交叉口、道路交通流量的基础数据，以及快速公交车辆的实时AVL数据；
步骤二，根据步骤一中采集的基础数据和实时数据，将交叉口信号周期划分为六个时间区间，具体步骤如下：
第一步，时间区间一的数学表达为：
gr,start≤t＜gr,start+Gr,min+Y,r∈[1,s)
其中，t为快速公交车辆到达交叉口的时刻；gr,start为r相位绿灯时间的开始时刻；Gr,min为r相位的最小绿灯时间；Y为黄灯时间；s为快速公交相位；
第二步，时间区间二的数学表达为：
gr,start+Gr,min+Y≤t＜gr,start+Gr,nor+Y，r∈[1,s)
其中，Gr,nor为r相位的初始绿灯时间；
第三步，时间区间三的数学表达为：
gs,start≤t＜gs,start+Gs,valid+Y
其中，gs,start为s相位绿灯时间的开始时刻；Gs,valid为快速公交相位的有效绿灯时间；
第四步，时间区间四的数学表达为：
gs,start+Gs,valid+Y≤t＜gs,start+Gs,nor+Y
其中，Gs,nor为s相位的初始绿灯时间；Gi,nor为i相位的初始绿灯时间；Gi,min为i相位的最小绿灯时间；p为交叉口一个信号周期的相位总数；
第五步，时间区间五的数学表达为：
gk,start≤t＜gk,start+Gk,min+Y，k∈(s,p]
其中，gk,start为k相位绿灯时间的开始时刻；Gk,min为k相位的最小绿灯时间；
第六步，时间区间六的数学表达为：
gk,start+Gk,min+Y≤t＜gk,start+Gk,nor+Y,k∈(s,p]
其中，Gk,nor为k相位的初始绿灯时间；
步骤三，根据步骤一中采集的基础数据和实时数据，以及步骤二中划分的时间区间，结合快速公交车辆的通行需求，优化交叉口各相位的绿灯时间，具体步骤如下：
第一步，快速公交车辆在时间区间一的范围内到达交叉口，交叉口各相位的实时绿灯时间为：
Gi,real＝(1-α)Gi,min+αGi,nor,
其中，Gi,real为i相位的实时绿灯时间；Gs,real为s相位的实时绿灯时间；
第二步，快速公交车辆在时间区间二的范围内到达交叉口，交叉口各相位的实时绿灯时间为：
Gi,real＝(1-α)Gi,min+αGi,nor,
Gr,real＝t-gr,start
第三步，快速公交车辆在时间区间三的范围内到达交叉口，交叉口各相位的实时绿灯时间为：
Gi,real＝Gi,nor,i∈[1,s)∪(s,p]
Gs,real＝Gs,nor
第四步，快速公交车辆在时间区间四的范围内到达交叉口，交叉口各相位的实时绿灯时间为：
Gi,real＝(1-α)Gi,min+αGi,nor,
第五步，快速公交车辆在时间区间五的范围内到达交叉口，交叉口各相位的实时绿灯时间为：
Gs,real＝Gs,nor
其中，为下一信号周期的i相位的实时绿灯时间；为下一信号周期的s相位的实时绿灯时间；
第六步，快速公交车辆在时间区间六的范围内到达交叉口，交叉口各相位的实时绿灯时间与第五步相同；
步骤四，根据步骤三中确定的各相位的绿灯时间，制定满足快速公交优先通行的交叉口信号配时优化方案。
2.根据权利要求1所述的一种交通平峰期间的快速公交信号优先控制方法，其特征在于，所述步骤一中，快速公交线路信息包括线路走向、站点位置、运营与调度方案；道路交叉口信息包括交叉口信号控制方案、交叉口渠划设计方案；道路交通流量包括交叉口不同流向的各类型交通流量；快速公交车辆的实时AVL数据包括快速公交车辆的实时位置与时间信息。
3.根据权利要求1所述的一种交通平峰期间的快速公交信号优先控制方法，其特征在于，所述步骤四的具体方法如下：
第一步，快速公交车辆在时间区间一的范围内到达交叉口，交叉口的信号配时优化方案为：[1,r)相位和(s,p]相位的实时绿灯时间采用Gi,nor，[r,s)相位的实时绿灯时间采用Gi,min，快速公交s相位的实时绿灯时间采用
第二步，快速公交车辆在时间区间二的范围内到达交叉口，交叉口的信号配时优化方案为：[1,r)相位和(s,p]相位的实时绿灯时间采用Gi,nor，r相位的实时绿灯时间采用t-gr,start，(r,s)相位的实时绿灯时间采用Gi,min，快速公交s相位的实时绿灯时间采用
第三步，快速公交车辆在时间区间三的范围内到达交叉口，交叉口的信号配时优化方案为：[1,s)相位和(s,p]相位的实时绿灯时间采用Gi,nor，快速公交s相位的实时绿灯时间采用Gs,nor；
第四步，快速公交车辆在时间区间四的范围内到达交叉口，交叉口的信号配时优化方案为：[1,s)相位的实时绿灯时间采用Gi,nor，(s,p]相位的实时绿灯时间采用Gi,min，快速公交s相位的实时绿灯时间采用
第五步，快速公交车辆在时间区间五的范围内到达交叉口，交叉口的信号配时优化方案为：本信号周期[1,p]相位的实时绿灯时间采用Gi,nor，下一信号周期的[1,s)相位的实时绿灯时间采用Gi,min，下一信号周期的(s,p]相位的实时绿灯时间采用Gi,nor，下一信号周期的快速公交s相位的实时绿灯时间采用
第六步，快速公交车辆在时间区间六的范围内到达交叉口，交叉口的信号配时优化方案与第五步相同。
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