CN106355911B - 一种交通高峰期间的快速公交信号优先控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种交通高峰期间的快速公交信号优先控制方法，通过综合考虑快速公交车辆的优先通行需求和非优先机动车辆、非机动车辆、行人的基本通行约束，在保证交叉口正常运营的基础上，实现快速公交车辆的优先通行。具体方法为：首先，采集快速公交线路信息、交叉口交通流量与流向信息、交叉口渠划设计与信号配时方案等基础数据；其次，构建非优先相位最小绿灯需求时间及信号优先控制模型；最后，依据快速公交到达交叉口的时间，计算各相位的实时绿灯时间与生成快速公交信号优先控制方案。该方法简单实用、稳定性强、应用范围广，能够广泛应用于工程实践中。

Description

一种交通高峰期间的快速公交信号优先控制方法

技术领域

本发明涉及在不造成非优先相位运行紊乱的基础上，具体涉及一种交通高峰期间的快速公交信号优先控制方法。

背景技术

中国正处于城市化进程的快速发展期，城市机动车保有量日趋增加，道路交通负荷越来越大。尤其在早晚交通高峰期间，大量的机动车涌入城市道路，交叉口常处于高饱和状态。针对高饱和状态下的交叉口实施快速公交信号优先控制，非优先相位所控制的机动车辆由于被剥夺部分时间路权，其交叉口通过能力有所削减。因而，交叉口车辆排队过长，车辆向上游交叉口溢出，以及交叉口与路段交通紊乱等现象时有发生。

从快速公交系统拥有独立公交专用道、智能化的运营管理系统、基于乘客需求的灵活线路组织等运营特征出发，以非优先相位的最低通行需求及路段最大排队长度作为约束条件，根据快速公交车辆到达交叉口时刻，以及交叉口渠化设计方案和信号配时方案，构建满足快速公交车辆优先通行需求的实时信号控制方法，不仅能够确保最小程度影响非优先相位的正常运营，而且可以实现快速公交车辆优先通过交叉口，有效提高快速公交系统的运营效率。

发明内容

本发明的目的在于针对交通高峰期间的公交优先容易造成交叉口运营紊乱的问题，提供一种交通高峰期间的快速公交信号优先控制方法，能够实时调整各相位的绿灯时间，在不造成交叉口运营紊乱的基础上，实现快速公交车辆优先通过交叉口。

为了达到上述目的，本发明包括以下步骤：

步骤一，采集快速公交线路信息、交叉口交通流量与流向信息、交叉口渠化设计与信号配时方案；

步骤二，根据步骤一中采集的交叉口流量与流向信息、交叉口渠划设计方案，构建非优先相位最小绿灯需求时间模型；

步骤三，根据步骤一中采集的快速公交线路信息、交叉口信号配时方案和步骤二中确定的非优先相位最小绿灯需求时间模型，构建交叉口各相位的实时绿灯时间模型；

步骤四，根据步骤三中确定的各相位实时绿灯时间模型，生成快速公交信号优先控制方案。

所述步骤一中，快速公交线路信息包括公交线路走向、线路里程、线路运营时刻表、线路站点位置和名称、途经交叉口位置和名称、车辆实时位置与时间；交叉口交通流量与流向信息包括交叉口各进口道的车型比例、流向分布和流量数据；交叉口渠划设计与信号配时方案包括交叉口的渠化设计与交通组织方案、交叉口的信号相位相序与各相位绿灯配时方案。

所述步骤二的具体方法如下：

第一步，r相位的最小绿灯需求时间模型

其中，G_r,need为本信号周期r相位的最小绿灯需求时间；N_r,last为上一信号周期的r相位结束时，在交叉口遗留的机动车辆数；N_r,next为本信号周期的r相位结束时，在交叉口遗留的机动车辆数；R_r,arr为本信号周期r相位的机动车辆平均到达率；为前一信号周期从r相位结束，至本信号周期结束的时间长度；为本信号周期从信号周期开始，到r相位开始的时间长度；R_r,arrG_r,real为本信号周期在r相位消散的机动车辆数；为上一信号周期i相位的实时绿灯时间；G_i,real为本信号周期i相位的实时绿灯时间；R//6为路段所能容纳的机动车排队数；p为一个信号周期的相位总数；s为快速公交相位；r为整数且1≤r＜s；k为整数且s＜k≤p；

第二步，k相位的最小绿灯需求时间模型

其中，G_k,need为本信号周期k相位的最小绿灯需求时间；N_k,last为上一信号周期的k相位结束时，在交叉口遗留的机动车辆数；R_k,arr为本信号周期k相位的机动车辆平均到达率；N_k,last为上一信号周期的k相位结束时，在交叉口遗留的机动车辆数；N_k,next为本信号周期的k相位结束时，在交叉口遗留的机动车辆数。

所述步骤三的具体方法如下：

第一步，快速公交车辆到达交叉口的时刻t∈[g_1,start,g_s,start)

其中，t为快速公交车辆到达交叉口的时刻；g_1,start为1相位的绿灯时间开始时刻；g_s,start为s相位的绿灯时间开始时刻；G_s,real为s相位的实时绿灯时间；G_i,nor为i相位的初始绿灯时间；G_i,need为i相位的最小绿灯需求时间；G_s,nor为s相位的初始绿灯时间；G_i,real为i相位的实时绿灯时间；T为交叉口的信号周期；

第二步，快速公交车辆到达交叉口的时刻t∈[g_s,start,g_s,start+G_s,valid+Y)

G_i,real＝G_i,nor,i∈[1,s)∪(s,p]

G_s,real＝G_s,nor

其中，G_s,valid为s相位的有效绿灯时间；Y为黄灯时间；

第三步，快速公交车辆到达交叉口的时刻t∈[g_s,start+G_s,valid+Y,g_s+1,start)且

其中，g_s+1,start为s+1相位的绿灯时间开始时刻；

第四步，快速公交车辆到达交叉口的时刻t∈[g_s+1,start,g_p,end)

G_i,real＝G_i,nor,i∈[1,s)∪(s,p]

G_s,real＝G_s,nor

其中，g_p,end为p相位的绿灯时间结束时刻，即信号周期的结束时刻；为下一信号周期i相位的实时绿灯时间；为下一信号周期s相位的实时绿灯时间。

所述步骤四包括如下步骤：

第一步，快速公交车辆到达交叉口的时刻t∈[g_1,start,g_s,start)时，相位[1,r)和(s,p]的绿灯时间采用G_i,nor，相位[r,s)的绿灯时间采用min(G_i,nor,G_i,need)；

第二步，快速公交车辆到达交叉口的时刻t∈[g_s,start,g_s,start+G_s,valid+Y)时，相位[1,s)和(s,p]的绿灯时间采用G_i,nor；

第三步，快速公交车辆到达交叉口的时刻t∈[g_s,start+G_s,valid+Y,g_s+1,start)且时，相位[1,s)的绿灯时间采用G_i,nor，相位(s,p]的绿灯时间采用min(G_i,nor,G_i,need)；

第四步，快速公交车辆到达交叉口的时刻t∈[g_s+1,start,g_p,end)时，本信号周期的相位[1,p]的绿灯时间采用G_i,nor，下一信号周期的相位[1,s)的绿灯时间采用min(G_i,nor,G_i,need)，下一信号周期的相位(s,p]的绿灯时间采用G_i,nor。

与现有技术相比，本发明通过构建非优先相位的最低通行需求及路段最大排队长度等约束条件，根据快速公交车辆到达交叉口时刻及交叉口渠划设计方案和信号配时方案，实时调整交叉口各相位的绿灯时间，实现快速公交车辆优先通行。本发明能够避免对非优先相位造成较大影响，确保在保障交叉口正常运营的基础上，实现快速公交车辆能够优先通过城市交叉口。

附图说明

图1为本发明的流程图；

图2为本发明实施例的某交叉口渠划方案实例示意图；

图3为本发明实施例的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：

如图1所示为交通高峰期间的快速公交信号优先控制方法流程图，下面结合实施例进一步说明。

步骤一，采集快速公交线路信息、交叉口交通流量与流向信息、交叉口渠化设计与信号配时方案。

本步骤中，快速公交线路信息包括公交线路走向、线路里程、线路运营时刻表、线路站点位置和名称、途经交叉口位置和名称、车辆实时位置与时间；交叉口交通流量与流向信息包括交叉口各进口道的车型比例、流向分布和流量数据；交叉口渠划设计与信号配时方案包括交叉口的渠化设计与交通组织方案、交叉口的信号相位相序与各相位绿灯配时方案。

本实例中，公交线路走向、线路里程、线路运营时刻表、线路站点位置和名称、途经交叉口位置和名称可以向公交公司咨询获得；快速公交车辆实时位置与时间可以通过车载AVL数据获得；交叉口交通流量与流向信息包括交叉口各进口道的车型比例、流向分布和流量数据可以通过视频检测获得；交叉口的渠化设计与交通组织方案、交叉口的信号相位相序与各相位绿灯配时方案可以通过现场实地勘测获得。

步骤二，根据步骤一中采集的交叉口流量与流向信息、交叉口渠划设计方案，构建非优先相位最小绿灯需求时间模型，具体方法为：

第一步，r相位的最小绿灯需求时间模型

其中，G_r,need为本信号周期r相位的最小绿灯需求时间；N_r,last为上一信号周期的r相位结束时，在交叉口遗留的机动车辆数；N_r,next为本信号周期的r相位结束时，在交叉口遗留的机动车辆数；R_r,arr为本信号周期r相位的机动车辆平均到达率；为前一信号周期从r相位结束，至本信号周期结束的时间长度；为本信号周期从信号周期开始，到r相位开始的时间长度；R_r,arrG_r,real为本信号周期在r相位消散的机动车辆数；为上一信号周期i相位的实时绿灯时间；G_i,real为本信号周期i相位的实时绿灯时间；R/6为路段所能容纳的机动车排队数；p为一个信号周期的相位总数；s为快速公交相位；r为整数且1≤r＜s；k为整数且s＜k≤p。

第二步，k相位的最小绿灯需求时间模型

其中，G_k,need为本信号周期k相位的最小绿灯需求时间；N_k,last为上一信号周期的k相位结束时，在交叉口遗留的机动车辆数；R_k,arr为本信号周期k相位的机动车辆平均到达率；N_k,last为上一信号周期的k相位结束时，在交叉口遗留的机动车辆数；N_k,next为本信号周期的k相位结束时，在交叉口遗留的机动车辆数。

步骤三，根据步骤一中采集的快速公交线路信息、交叉口信号配时方案和步骤二中确定的非优先相位最小绿灯需求时间模型，构建交叉口各相位的实时绿灯时间模型，具体方法为：

第一步，快速公交车辆到达交叉口的时刻t∈[g_1,start,g_s,start)

其中，t为快速公交车辆到达交叉口的时刻；g_1,start为1相位的绿灯时间开始时刻；g_s,start为s相位的绿灯时间开始时刻；G_s,real为s相位的实时绿灯时间；G_i,nor为i相位的初始绿灯时间；G_i,need为i相位的最小绿灯需求时间；G_s,nor为s相位的初始绿灯时间；G_i,real为i相位的实时绿灯时间；T为交叉口的信号周期。

第二步，快速公交车辆到达交叉口的时刻t∈[g_s,start,g_s,start+G_s,valid+Y)

G_i,real＝G_i,nor,i∈[1,s)∪(s,p]

G_s,real＝G_s,nor

其中，G_s,valid为s相位的有效绿灯时间；Y为黄灯时间。

第三步，快速公交车辆到达交叉口的时刻t∈[g_s,start+G_s,valid+Y,g_s+1,start)且

其中，g_s+1,start为s+1相位的绿灯时间开始时刻。

第四步，快速公交车辆到达交叉口的时刻t∈[g_s＋1,start,g_p,end)

G_i,real＝G_i,nor,i∈[1,s)∪(s,p]

G_s,real＝G_s,nor

其中，g_p,end为p相位的绿灯时间结束时刻，即信号周期的结束时刻；为下一信号周期i相位的实时绿灯时间；为下一信号周期s相位的实时绿灯时间。

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不同快速公交到达时刻的相位实时绿灯时间

步骤四，根据步骤三中确定的各相位实时绿灯时间模型，生成快速公交信号优先控制方案，具体方法为：

第一步，快速公交车辆到达交叉口的时刻t∈[g_1,start,g_s,start)时，相位[1,r)和(s,p]的绿灯时间采用G_i,nor，相位[r,s)的绿灯时间采用min(G_i,nor,G_i,need)。

本实例中，输出的相位1的实时绿灯时间为min(35,G_1,need)，相位2的实时绿灯时间为min(27,G_2,need)，相位3的实时绿灯时间为109-G_1,real-G_2,real，相位4的实时绿灯时间为31s。

第二步，快速公交车辆到达交叉口的时刻t∈[g_s,start,g_s,start+G_s,valid+Y)时，相位[1,s)和(s,p]的绿灯时间采用G_i,nor。

本实例中，输出的相位1的实时绿灯时间为35s，相位2的实时绿灯时间为min(27,G_2,need)，相位3的实时绿灯时间为74-G_2,real，相位4的实时绿灯时间为31s。

第三步，快速公交车辆到达交叉口的时刻t∈[g_s,start+G_s,valid+Y,g_s+1,start)且时，相位[1,s)的绿灯时间采用G_i,nor，相位(s,p]的绿灯时间采用min(G_i,nor,G_i,need)。

本实例中，快速公交车辆在快速公交相位到达时，各相位的实时绿灯时间维持初始绿灯时间不变。快速公交车辆在[93,109)到达时，输出的相位1的实时绿灯时间为35s，相位2的实时绿灯时间为27s，相位3的实时绿灯时间为78-G_4,real，相位4的实时绿灯时间为min(31,G_4,need)。

第四步，快速公交车辆到达交叉口的时刻t∈[g_s+1,start,g_p,end)时，本信号周期的相位[1,p]的绿灯时间采用G_i,nor，下一信号周期的相位[1,s)的绿灯时间采用min(G_i,nor,G_i,need)，下一信号周期的相位(s,p]的绿灯时间采用G_i,nor。

本实例中，输出的本信号周期相位1的实时绿灯时间为35s，本信号周期相位2的实时绿灯时间为27s，本信号周期相位3的实时绿灯时间为47s，本信号周期相位4的实时绿灯时间为31s；输出的下一信号周期相位1的实时绿灯时间为min(35,G_1,need)，下一信号周期相位2的实时绿灯时间为min(27,G_2,need)，下一信号周期相位3的实时绿灯时间为109-G_1,real-G_2,real，下一信号周期相位4的实时绿灯时间为31s。

Claims (4)

1.一种交通高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，采集快速公交线路信息、交叉口交通流量与流向信息、交叉口渠化设计与信号配时方案；

步骤二，根据步骤一中采集的交叉口流量与流向信息、交叉口渠划设计方案，构建非优先相位最小绿灯需求时间模型，具体方法如下：

第一步，r相位的最小绿灯需求时间模型

其中，G_r,need为本信号周期r相位的最小绿灯需求时间；N_r,last为上一信号周期的r相位结束时，在交叉口遗留的机动车辆数；N_r,next为本信号周期的r相位结束时，在交叉口遗留的机动车辆数；R_r,arr为本信号周期r相位的机动车辆平均到达率；为前一信号周期从r相位结束，至本信号周期结束的时间长度；为本信号周期从信号周期开始，到r相位开始的时间长度；R_r,arrG_r,real为本信号周期在r相位消散的机动车辆数；为上一信号周期i相位的实时绿灯时间；G_i,real为本信号周期i相位的实时绿灯时间；R/6为路段所能容纳的机动车排队数；p为一个信号周期的相位总数；s为快速公交相位；r为整数且1≤r＜s；k为整数且s＜k≤p；

第二步，k相位的最小绿灯需求时间模型

其中，G_k,need为本信号周期k相位的最小绿灯需求时间；N_k,last为上一信号周期的k相位结束时，在交叉口遗留的机动车辆数；R_k,arr为本信号周期k相位的机动车辆平均到达率；N_k,last为上一信号周期的k相位结束时，在交叉口遗留的机动车辆数；N_k,next为本信号周期的k相位结束时，在交叉口遗留的机动车辆数；

步骤三，根据步骤一中采集的快速公交线路信息、交叉口信号配时方案和步骤二中确定的非优先相位最小绿灯需求时间模型，构建交叉口各相位的实时绿灯时间模型；

步骤四，根据步骤三中确定的各相位实时绿灯时间模型，生成快速公交信号优先控制方案。

2.根据权利要求1所述的一种交通高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公交线路走向、线路里程、线路运营时刻表、线路站点位置和名称、途经交叉口位置和名称、车辆实时位置与时间；交叉口交通流量与流向信息包括交叉口各进口道的车型比例、流向分布和流量数据；交叉口渠划设计与信号配时方案包括交叉口的渠化设计与交通组织方案、交叉口的信号相位相序与各相位绿灯配时方案。

3.根据权利要求1所述的一种交通高峰期间的快速公交信号优先控制方法，其特征在于，所述步骤三的具体方法如下：

第一步，快速公交车辆到达交叉口的时刻t∈[g_1,start,g_s,start)

其中，t为快速公交车辆到达交叉口的时刻；g_1,start为1相位的绿灯时间开始时刻；g_s,start为s相位的绿灯时间开始时刻；G_s,real为s相位的实时绿灯时间；G_i,nor为i相位的初始绿灯时间；G_i,need为i相位的最小绿灯需求时间；G_s,nor为s相位的初始绿灯时间；G_i,real为i相位的实时绿灯时间；T为交叉口的信号周期；

第二步，快速公交车辆到达交叉口的时刻t∈[g_s,start,g_s,start+G_s,valid+Y)

G_i,real＝G_i,nor,i∈[1,s)∪(s,p]

G_s,real＝G_s,nor

其中，G_s,valid为s相位的有效绿灯时间；Y为黄灯时间；

第三步，快速公交车辆到达交叉口的时刻t∈[g_s,start+G_s,valid+Y,g_s+1,start)且

其中，g_s+1,start为s+1相位的绿灯时间开始时刻；

第四步，快速公交车辆到达交叉口的时刻t∈[g_s+1,start,g_p,end)

G_i,real＝G_i,nor,i∈[1,s)∪(s,p]

G_s,real＝G_s,nor

其中，g_p,end为p相位的绿灯时间结束时刻，即信号周期的结束时刻；为下一信号周期i相位的实时绿灯时间；为下一信号周期s相位的实时绿灯时间。

4.根据权利要求3所述的一种交通高峰期间的快速公交信号优先控制方法，其特征在于，所述步骤四包括如下步骤：

第一步，快速公交车辆到达交叉口的时刻t∈[g_1,start,g_s,start)时，相位[1,r)和(s,p]的绿灯时间采用G_i,nor，相位[r,s)的绿灯时间采用min(G_i,nor,G_i,need)；

第二步，快速公交车辆到达交叉口的时刻t∈[g_s,start,g_s,start+G_s,valid+Y)时，相位[1,s)和(s,p]的绿灯时间采用G_i,nor；

第三步，快速公交车辆到达交叉口的时刻t∈[g_s,start+G_s,valid+Y,g_s+1,start)且时，相位[1,s)的绿灯时间采用G_i,nor，相位(s,p]的绿灯时间采用min(G_i,nor,G_i,need)；

第四步，快速公交车辆到达交叉口的时刻t∈[g_s+1,start,g_p,end)时，本信号周期的相位[1,p]的绿灯时间采用G_i,nor，下一信号周期的相位[1,s)的绿灯时间采用min(G_i,nor,G_i,need)，下一信号周期的相位(s,p]的绿灯时间采用G_i,nor。