CN108010347B - 一种有轨车辆半专用路权下平交道口通行控制方法及装置 - Google Patents

一种有轨车辆半专用路权下平交道口通行控制方法及装置 Download PDF

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CN108010347B CN201711224938.1A CN201711224938A CN108010347B CN 108010347 B CN108010347 B CN 108010347B CN 201711224938 A CN201711224938 A CN 201711224938A CN 108010347 B CN108010347 B CN 108010347B
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Abstract

本发明提供一种有轨车辆半专用路权下平交道口通行的控制方法，该方法包括：读取有轨车辆到达平交道口信标的时刻t0、t0时刻平交道口信号控制机的相位周期组成Tnow(t0)以及工作状态；根据时刻t0、相位周期组成Tnow(t0)和工作状态确定延迟开放有轨车辆通行线路的时间t的取值范围；计算有轨车辆通过平交道口的延误时间f(t0，t)和社会车辆平交道口增加的延误时间d(t0，t)；根据有轨车辆通过平交道口的延误时间f(t0，t)和社会车辆平交道口增加的延误时间d(t0，t)计算效率值e(t0，t)，并求出t＝td，使得效率值e(t0，t)达到最大；延迟时间td开放有轨车辆通行线路，并根据时间td调整平交道口的运行周期组成。本发明能够在最大化有轨电车运营效率的同时最小化有轨电车对社会交通造成的延误，促进有轨电车与路面交通工具的融合。

Description

一种有轨车辆半专用路权下平交道口通行控制方法及装置
技术领域
本发明涉及一种有轨车辆的控制方法及装置，更具体地，涉及一种有轨车辆半专用路权下平交道口通行控制方法及装置。
背景技术
半专用路权下，平交道口是有轨电车与社会交通工具唯一交互的区域，影响有轨电车运营服务水平，所以在平交道口给予有轨电车优先权是必要的，然而有轨电车的优先权势必会影响社会交通工具在平交道口的延误时间，因此需要平衡有轨电车与社会交通工具在平交道口的矛盾。
专利申请CN201610890925.7提出了一种基于有轨电车主动运行控制系统的交叉口通行控制方法，通过主动控制有轨电车的速度，使得有轨电车到达平交道口的时刻恰好处于平交道口开放有轨电车通行线路的范围。该方法虽然实现有轨电车“绿波”通过交叉口，但是牺牲了有轨电车的旅行速度以及到站间隔，降低了有轨电车的运营质量，且无法适用于平交道口高密度的有轨电车线路。
专利申请CN201610324192.0提出了一种多交叉口离线协调的有轨电车信号优先方法，通过主动控制有轨电车的速度、平交道口协调区域的划分、平交道口相位周期组成的调整，在实现有轨电车不停车通过多个交叉道口的同时提升有轨电车的运营效率。该方法未能最大化有轨电车与社会交通工具在平交道口的平衡，且在平交道口道路交通信号控制机故障时影响全线有轨电车的运营。
论文“现代有轨电车信号优先控制方法研究_以淮安市为例”以淮安有轨电车线路为样例，结合离线信号协调控制和有条件主动优先策略，制定有轨电车全线的通行方案。该论文的理念是制定有轨电车多交叉口离线协调的有轨电车信号优先方案，若有轨电车在运营过程中偏离协调通行优先方案，以传统的“绿灯延长”、“红灯早断”、“插入相位”作为后备方案，以期最大化有轨电车的运营效率，但该理念同样未能最大化有轨电车与社会交通工具在平交道口的平衡，且一旦出现某列有轨电车在运营过程中偏离协调通行优先方案，将对后续有轨电车协调通行优先方案产生影响。
发明内容
本发明的目的是提供一种有轨车辆半专用路权下平交道口通行的控制方法，所述方法包括：
读取有轨车辆到达平交道口信标的时刻t0、所述t0时刻平交道口信号控制机的相位周期组成Tnow(t0)以及工作状态；
根据所述时刻t0、相位周期组成Tnow(t0)和工作状态确定延迟开放有轨车辆通行线路的时间t的取值范围；
计算有轨车辆通过平交道口的延误时间f(t0，t)和社会车辆平交道口增加的延误时间d(t0，t)；
根据所述有轨车辆通过平交道口的延误时间f(t0，t)和所述社会车辆平交道口增加的延误时间d(t0，t)计算效率值e(t0，t)，并求出t＝td，使得所述效率值e(t0，t)达到最大；
延迟所述时间td开放有轨车辆通行线路，并根据所述时间td调整所述平交道口的运行周期组成。
在本发明的一实施例中，基于安全因素确定所述t的取值范围。
在本发明的一实施例中，所述d(t0，t)＝d1(t0，t)-d0(t0)，其中d1(t0，t)基于阿克塞利克理论根据变化后的相位周期组成Td(t0，t)确定，d0(t0)基于阿克塞利克理论根据当前相位周期组成Tnow(t0)确定。
在本发明的一实施例中，根据(t+t0)时刻的当前相位、该相位剩余时间以及相位周期组成Tnow(t0)来确定变化后的相位周期组成Td(t0，t)。
在本发明的一实施例中，所述f(t0，t)＝g(t0，t)-tmin，其中
g(t0，t)是有轨车辆实际通过平交道口的时间，tmin是有轨车辆通过平交道口的最短时间。
在本发明的一实施例中，有轨车辆通过该平交道口的最短时间tmin为
S1＝vl(td0+tb)/3.6-0.5αa2tb 2
Figure BDA0001487069350000031
其中，S1为平交道口信标距离停车线的位置，vl为限速，td0是有轨车辆驾驶员的反应时间，tb为有轨车辆从速度vl降至0的时间，tb＝vl/(3.6×αa2)，α是减速裕量系数，a2是有轨车辆的减速度，ta为有轨车辆自对向停车线开始加速行驶Ls的时间，Ls为有轨车辆整车长度，β是加速裕量系数，a1是有轨车辆的加速度，L1为有轨车辆行驶方向停车线距离平交道口中心点的距离。
在本发明的一实施例中，
若t≤td0，则g(t0，t)＝tmin；
若td0＜t＜(td0+tb)，则：
Figure BDA0001487069350000032
其中l1是驾驶员反应时间形成匀速运动的距离，l2(t)是减速行驶的距离，l3(t)是减速后驾驶员反应时间形成匀速运动的距离，l4(t)是有轨车辆加速至vl行驶的距离；
若t≥(td0+tb)，则：
Figure BDA0001487069350000033
在本发明的一实施例中，所述
Figure BDA0001487069350000034
其中，A，B，C为判据系数，A＞B＞C＞0；在t值范围内，存在t＝td，使得e(t0，td)取最大值。
本发明还提供一种有轨车辆半专用路权下平交道口通行的控制装置，包括存储器、处理器以及存储在存储器中的计算机可执行指令，当所述处理器执行所述计算机可执行指令时，实现如上所述的方法。
本发明还提供一种多区域平交道口协同控制方法，所述方法包括：
确定站台信标和平交道口信标的位置，站台信标将有轨车辆正线划分为多个站间区域，平交道口信标将站间区域分割为多个子区域；
判断当前站与下一站之间的平交道口是否为本次运营有轨车辆的预定状态；
如果不是预定状态，读取两站之间相位周期组成，确定有轨车辆到达两站之间各平交道口信标的时间范围；
根据所述时间范围确定有轨车辆到达两站之间各平交道口信标的时间，使得所述各平交道口的效率值总和取最大值；
生成有轨车辆到达两站之间各个平交道口信标的速度曲线；
其中各平交道口的效率值按照如下方式计算：
读取有轨车辆到达平交道口信标的时刻t0、所述t0时刻平交道口信号控制机的相位周期组成Tnow(t0)以及工作状态；
根据所述时刻t0、相位周期组成Tnow(t0)和工作状态确定延迟开放有轨车辆通行线路的时间t的取值范围；
计算有轨车辆通过平交道口的延误时间f(t0，t)和社会车辆平交道口增加的延误时间d(t0，t)；
根据所述有轨车辆通过平交道口的延误时间f(t0，t)和所述社会车辆平交道口增加的延误时间d(t0，t)计算效率值e(t0，t)。
在本发明的一实施例中，所述预定状态是指有轨车辆已经制定好到达该平交道口信标的时刻。
在本发明的一实施例中，判断当前站与下一站之间的平交道口是否为本次运营有轨车辆的预定状态之后，还包括判断是否存在其它有轨车辆即将驶入站间区域。
在本发明的一实施例中，如果存在其它有轨车辆即将驶入站间区域，后到达的有轨车辆将前一辆有轨车辆改变后的相位周期组成作为当前相位周期组成。
在本发明的一实施例中，生成速度曲线之后，如果预定时间之前相位周期组成发生变化，则将有轨车辆的当前位置虚拟成站台信标。
在本发明的一实施例中，判断当前信标是否为终点站台，如果是则结束运营。
本发明还提供一种有轨车辆半专用路权下平交道口通行的控制装置，包括存储器、处理器以及存储在存储器中的计算机可执行指令，当所述处理器执行所述计算机可执行指令时，实现如上所述的方法。
与现有技术相比，本发明提出一种通行方案旨在最大化有轨车辆运营效率的同时最小化有轨车辆对社会交通造成的延误，促进现代有轨车辆与现有路面交通工具的融合；将有轨车辆正线划分为若干个区域，每个区域相互独立，缩短目标点距离，提高定位精度，避免累积误差；考虑上下行线有轨车辆平交道口通行策略相互影响的情况，遵循站间区域内平交道口优先策略的效率值总和最大原则，最大化平交道口的利用率；考虑有轨车辆晚点、平交道口道路交通信号控制机故障情况的处理方法，提升有轨车辆平交道口通行方案的鲁棒性。
附图说明
为让本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，以下结合附图对本发明的具体实施方式作详细说明，其中：
图1示出本发明的实施例的有轨电车平交道口通行控制方法的流程图；
图2示出本发明的实施例的图1中步骤104的分解图；
图3示出本发明的实施例的确定开放相位的流程图；
图4示出本发明的实施例的图1中步骤105的分解图；
图5示出本发明的实施例的平交道口的示意图；
图6示出本发明的实施例的站间多区域平交道口协同控制方法的流程图；
图7示出本发明的实施例的站间多区域平交道口划分的示意图；
图8示出本发明的实施例的确定到达平交道口信标的时刻的示意图；
图9示出本发明的实施例的提升有轨电车运行鲁棒性的流程图；
图10示出本发明的实施例的图9中步骤302的分解图。
具体实施方式
下面结合具体实施例和附图对本发明作进一步说明，但不应以此限制本发明的保护范围。
在本发明的上下文中，有轨车辆是在轨道上行驶的轻型轨道交通车辆，有轨车辆典型地使用电力。下文将以有轨电车为例说明。
有轨电车的运营系统在平交道口布置道口控制器，实时与道路交通信号控制机通信。
实施例一
平交道口有轨电车通行方案的选择基于优先策略的效率值，以效率值最大者为优。优先策略的效率值与两因素相关：有轨电车在平交道口的延误时间f(t0，t)和平交道口因有轨电车优先增加的延误时间d(t0，t)，其中t0为有轨电车到达平交道口的时刻，t是平交道口道路交通信号控制机延迟开放有轨电车通行线路的时间，t值的取值范围受到有轨电车到达平交道口时间和当前平交道口相位周期组成的限制，考虑安全因素，t的取值存在范围。图1是本实施例的有轨电车平交道口通行控制方法的流程图。本实施例的方法可以在有轨电车的运营系统的道口控制器中进行。参考图1所示，本实施例方法的基本流程为：
步骤101：读取有轨电车到达平交道口信标的时刻t0、t0时刻平交道口信号控制机的周期相位组成Tnow(t0)以及工作状态。
步骤102：根据时刻t0、道路交通信号控制机当前相位周期组成Tnow(t0)、当前相位剩余时间以及道路交通信号控制机已执行完周期的时间总和共同决定t的取值范围。
t是道路交通信号控制机延迟开放有轨电车通行线路的时间。不同的t值意味着道路交通信号控制机在不同时候开放有轨电车的通行线路。平交道口道路交通信号控制机当前的相位周期组成为Tnow(t0)，周期为Tnow，共包含n个相位，Pnow1～Pnown，每个相位的时间及相位顺序为：
Figure BDA0001487069350000061
其中tt为该平交道口的道路交通信号控制机当前周期之前的时间总和。每个相位的时间包含绿灯开放时间和黄灯缓冲时间，比如相位Pnow1的执行时间tnow1＝tgnow1+tynow1，tgnow1为绿灯时间，tynow1为黄灯时间，以此类推。当有轨电车在t0时刻到达平交道口，设道路交通信号控制机当前的相位为Pnowy(y∈[1,n])，当前相位剩余时间tnowyrem＝tt+tnowy-t0，tnowy＝tt+tnowgy+tnowyy，有轨电车的通行线路为c。基于安全的考虑，t值满足以下条件：
(1)取值范围为[0，(tt+Tnow-t0)]；
(2)在包含与线路c冲突的行人线路的相位执行时间范围内，不允许插入线路c；
(3)若c∈Pnowy，且当前相位剩余绿灯时间满足有轨电车通过平交道口，则t＝0；
(4)若
Figure BDA0001487069350000071
且Pnowy不包含与线路c冲突的行人线路，t≥min{tnowyrem，(tnowyy+tsr)}
其中，tsr为线路跳变缓冲时间，一般等于相位黄灯时间。
步骤103：计算平交道口当前相位周期组成Tnow(t0)下的社会车辆总延误时间d0(t0)。
一般情况下，平交道口的相位周期时间的设定均由当前时间段的交通车流量(由交通部门提供)，道口布局(车道数，线路等)决定，本发明不涉及该方面的论述。在有轨电车到达平交道口时，根据当前周期的车流量qTnow/3600(其中q为每小时的车流量，单位veh/h)、道路交通信号控制机相位周期组成Tnow(t0)和道口布局，可以基于阿克塞利克理论，得出平交道口当前周期社会车辆总延误时间d0(t0)，t0为有轨电车到达平交道口的时刻，Tnow为当前周期。此步骤中，基于阿克塞利克理论计算平交道口当前周期Tnow和社会车辆总延误时间d0(t0)的方法是已知的，在此不再展开。
步骤104：计算社会车辆平交道口增加延误时间d(t0，t)。
在此步骤中，社会车辆平交道口增加延误时间d(t0，t)的求取可以依赖于平交道口道路交通信号控制机的当前相位周期组成Tnow(t0)经变换后的相位周期组成Td(t0，t)。
步骤105：计算有轨车辆通过平交道口的延误时间f(t0，t)。
在此步骤中，有轨电车在平交道口的延误时间f(t0，t)与有轨电车到达平交道口的时刻t0、道路交通信号控制机延迟开放有轨电车通行相位的时间t以及有轨电车通过平交道口最短时间tmin相关。
步骤106：根据有轨车辆通过平交道口的延误时间f(t0，t)和社会车辆平交道口增加的延误时间d(t0，t)计算效率值e(t0，t)，并求出t＝td，使得效率值e(t0，t)达到最大。
具体地，有轨电车在平交道口优先策略的效率值e(t0，t)是关于f(t0，t)与d(t0，t)的函数，e(t0，t)越大则表示最大化有轨电车运营效率的同时最小化有轨电车对社会交通造成的延误。
为了平衡有轨电车与社会交通工具在平交道口的冲突，本发明提出半专用路权下，单个平交道口运营效率e(t0，t)的算法。当e(t0，t)取最大值时，平交道口增加的平均延误时间性价比最高。
Figure BDA0001487069350000081
其中，A，B，C为判据系数，A＞B＞C＞0。在t值范围内，存在t＝td，使得e(t0，td)＝max{e(t0，t)}。
步骤107：延迟时间td开放有轨车辆通行线路，并根据时间td调整平交道口的运行周期组成。
具体地，当有轨电车t0时刻到达平交道口，该平交道口给予有轨电车的优先策略是延迟时间td后开放有轨电车通行线路，此时有轨电车通过平交道口的实际时间为g(t0，td)，当前道路交通信号控制机的周期相位组成变为Td(t0，td)。
参考图2所示，在一个实施例中，步骤104可包括：
步骤1041：根据t值得到变化后的周期相位组成Td(t0，t)。
当有轨电车时刻t0到达平交道口，平交道口道路交通信号机将延迟时间t开放包含有轨电车通行线路的相位，开放的绿灯时间不小于tmin。令(t+t0)时刻对应相位为Pnowz，为有轨电车开放的相位根据图3的流程图来确认，进而确认变化后的周期相位组成Td(t0，t)。
图3是本实施例的确定开放相位的流程图。即：
Figure BDA0001487069350000091
其中：
Td1(t0，t)的周期Td1为：t+t0+tmin+tnowzy+Tnow-tnowz-tt。tnowzy为相位Pnowz的黄灯缓冲时间。其相位组成如下所示：
Figure BDA0001487069350000092
Td2(t0，t)的周期Td2为：t+t0+Tnow-tnowz-tt。其相位组成如下所示：
Figure BDA0001487069350000093
Td3(t0，t)的周期Td3为：t+t0+tmin+tvy+Tnow-tnowz-tt。tvy为相位Pv的黄灯缓冲时间，一般为3s。Pv为有轨电车通行线路c与其在该平交道口非冲突线路的组合，该组合可以改变，但相位包含的线路相互之间不能冲突。令该平交道口有轨电车线路c的非冲突线路为c1，c2，…，cm。则道路交通信号控制机能开放包含线路c的相位Pv包含Pv1，Pv2，…，Pvn。Pv的执行时间为：tvg+tvy，其中tvg为绿灯时间，等于tmin。其相位组成如下所示：
Figure BDA0001487069350000101
步骤1042：根据当前周期变化后的相位组成，基于阿克塞利克理论，得出平交道口当前周期变化后的社会车辆总延误时间d1(t0，t)，t0为有轨电车到达平交道口的时刻，t是平交道口道路交通信号控制机延迟开放有轨电车通行线路的时间。
Figure BDA0001487069350000102
变换后相位周期组成为Td1(t0，t)，周期Td1＝t+t0+tmin+tnowzy+Tnow-tnowz-tt，车流量q1为qTd1/3600，道口布局没有变换，根据新的参数，基于阿克塞利克理论，得出平交道口当前周期变为Td1(t0，t)后的社会车辆总延误时间d11(t0，t)。
变换后相位周期组成为Td2(t0，t)，周期Td2＝t+t0+tmin+tvy+Tnow-tnowz-tt，车流量q2为qTd2/3600，道口布局没有变换，根据新的参数，基于阿克塞利克理论，得出平交道口当前周期变为Td2(t0，t)后的社会车辆总延误时间d12(t0，t)。
变换后相位周期组成为Td3(t0，t)，周期Td3＝t+t0+Tnow-tnowz-tt，车流量q3为qTd3/3600，道口布局没有变换，根据新的参数，基于阿克塞利克理论，得出平交道口当前周期变为Td3(t0，t)后的社会车辆总延误时间d13(t0，t)＝min{d12(t0，t，Pv1)，d12(t0，t，Pv2)，…，d12(t0，t，Pvn)}。
步骤1043：计算社会车辆增加的总延误时间d(t0，t)。
平交道口由于有轨电车的优先，社会车辆增加的总延误时间d(t0，t)等于变化后的社会车辆总延误时间减去变化前的社会车辆总延误时间。
d(t0，t)＝d1(t0，t)-d0(t0)
参考图4所示，在一个实施例中，步骤105可包括：
步骤1051：计算有轨电车通过平交道口的最短时间tmin。
有轨电车通过平交道口最短时间tmin依赖于道口的布局以及车辆工况。
检测有轨电车到达平交道口需要在平交道口有轨电车线路上布置信标或者环线。有轨电车到达平交道口的时刻t0也是有轨电车到达该平交道口信标的时刻。平交道口的示意图如图5所示。
平交道口中心点与正线起始点的距离为Lx(单位：m)，有轨电车行驶方向停车线距离平交道口中心点的距离为L1(单位：m)，平交道口限速牌的位置与信标位置平齐，限速为vl(单位：km/h)，有轨电车困难情况下的制动减速度为a2(单位：m/s2)，有轨电车驾驶员的反应时间为td0(单位：s)，则平交道口信标距离停车线的位置S1(单位：m)为：
S1＝vl(td0+tb)/3.6-0.5αa2tb 2
其中，tb＝vl/(3.6×αa2)，tb为有轨电车从速度vl降至0的时间，α为减速裕量系数，取值区间为[0.7 1]。则该平交道口信标布置位置距离起始点的距离Sx＝Lx-L1-S1(单位：m)。有轨电车通过平交道口指的是有轨电车整车进入对面的隔离带。则有轨电车从进入到离去需要行驶的距离为L＝S1+2×L1+Ls，Ls为有轨电车整车长度。有轨电车通过该平交道口的最短时间tmin为：
Figure BDA0001487069350000111
其中β为加速裕量系数，取值区间为[0.5 1]，ta为有轨电车自对向停车线开始加速行驶Ls的时间。
步骤1052：根据道路交通信号控制机延迟开放有轨电车通行相位的时间t计算有轨电车通过该平交道口实际时间g(t0，t)。
td0为有轨电车驾驶员的反应时间。
若t≤td0，则g(t0，t)＝tmin。
若td0＜t＜(td0+tb)，则：
Figure BDA0001487069350000121
其中l1是驾驶员反应时间形成匀速运动的距离，l2(t)是减速行驶的距离，l3(t)是减速后驾驶员反应时间形成匀速运动的距离，l4(t)是有轨电车加速至vl行驶的距离。
若t≥(td0+tb)，则：
Figure BDA0001487069350000122
步骤1053：计算有轨电车在该平交道口的延误时间f(t0，t)＝g(t0，t)-tmin。
本发明的实施例同时考虑有轨电车和社会交通工具在平交道口延误，提升平交道口的利用率，有利于有轨电车与现有路面交通工具的融合；平交道口优先策略效率值所依赖的参数d(t0，t)是一个相对值，不依赖精确的车流量数据统计；每个不同的有轨电车到达平交道口时刻都会对应一个最佳的优先策略，进而对应有轨电车在平交道口的延误时间，有利于有轨电车在到达平交道口时间的选择。
实施例二
准点率是衡量有轨电车运营服务水平的重要因素，本发明的另一实施例提出一种有轨电车正线通行方案旨在提高准点率的同时最小化对社会交通工具的影响，同时兼顾有轨电车通行速度。
在有轨电车正线各个站台布置站台信标以及各个平交道口布置平交道口信标。原本有轨电车的运营目标是依据时刻表准时到达各个站台信标，现通过平交道口信标把站间区域划分多个小区域，将平交道口信标变为运营有轨电车的目标点，以此缩短起始点与目标点的运行距离，提升运营精度。
站间多区域平交道口划分的示意图如图7所示，站台信标的到达时间由有轨电车运营时刻表决定，平交道口信标的到达时刻由通行方案确定，平交道口信标到达时刻不出现在有轨电车运营时刻表上。
该通行方案将每块站间区域看做独立的运营区域，当前站间区域的平交道口信标到达时刻的确定与其它站间区域无关。
图6是本实施例的站间多区域平交道口协同控制方法的流程图。参考图6所示，本实施例方法的基本流程为：
步骤201：确定站台信标和平交道口信标的位置。
确定站台信标和平交道口信标的位置，站台信标将有轨车辆正线划分为多个站间区域，平交道口信标将站间区域分割为多个子区域。
步骤202：判断当前站与下一站之间的平交道口是否为本次运营有轨车辆的预定状态。
判断当前站与下一站之间的平交道口是否为本次运营有轨车辆的预定状态。如果是，跳到步骤205生成本次运营有轨电车到达两站之间各个信标的速度曲线；如果不是，则进行到步骤203。
平交道口预定状态指有轨电车已经制定好到达该平交道口信标的时刻。有轨电车运营系统会在有轨电车到达站台信标(终点站除外)后，将即将驶入站间区域内平交道口是否被预定的信息发送至有轨电车。
由于站间区域有可能出现多辆有轨电车互相影响平交道口优先策略确定的情况，当站间区域当前无有轨电车，第一辆有轨电车准备驶入站间区域时，会考虑当前有轨电车站间运行期间是否有其它有轨电车驶入的可能，若有，则在确定当前有轨电车到达各个平交道口信标时间的同时，也确定即将驶入站间区域有轨电车到达各个平交道口信标的时间，对于当前有轨电车以及即将驶入的有轨电车，站间区域的平交道口为其预定状态。
根据时刻表上参与运营的有轨电车到站时间来判断是否存在其它有轨电车可能驶入站间区域。
令当前有轨电车到达站台M与站台N的时刻分别为tum与tun，如图8所示。读取对向有轨电车到达站台站台M与站台N的时间分刻为tdm与tdn，若tun＞tdn+tdstopm(tdstopm为对向有轨电车在站台N的停车时间)，则当前有轨电车站间运行期间存在对向有轨电车驶入站间区域(上述时间均有时刻表提供)。
步骤203：如果不是预定状态，读取两站之间相位周期组成，确定有轨车辆到达两站之间各平交道口信标的时间范围。
站间区域各个平交道口信标到达时间范围的确定由到站时间，信标位置，有轨电车旅行速度，有轨电车平交道口实际通行时间，车辆工况共同决定。该时间范围是动态的，后一个平交道口信标到达时间的范围依赖于前一个平交道口信标的到达时刻。
由于站台信标的到达时间是由有轨电车运营部门确定的，每两个站台信标划分的区域可以看做独立的运营线路，所以该区域内平交道口信标的到达时间与区域外的因素无关。令站台M与站台N之间共有z个平交道口，有轨电车旅行时间为vtravel(该速度由有轨电车运营部门确定，单位：km/h)，布局如图8所示。
对于上行线，M站台信标的位置为Lum，有轨电车到达M站台信标的时刻为tum，N站台信标的位置为Lun，有轨电车到达N站台信标的时刻是tun，平交道口信标的为位置依次为：Lu1，Lu2，…，Luz，设有轨电车到达平交道口信标的时刻分别为：tau1，tau2，…，tauz。则对应的平交道口延迟为有轨电车开放的时间依次为：tu1，tu2，…，tuz(该时间由实施例一确定)，有轨电车通过平交道口的实际时间依次为：g(tau1，tu1)，g(tau2，tu2)，…，g(tauz，tuz)(该时间由实施例一确定)。
本发明针对的是半专用路权，除开平交道口区域，其它区域是封闭行驶。如图8所示，站间区域上行线封闭空间共有(z+1)个，分别为lm1，l12，l23，…，l(z-1)z，lzn。封闭空间内有轨电车运行的最短时间可以根据限速信息，起点速度，终点速度以及车辆工况求得，则上行线封闭空间有轨电车运行的最短时间依次为：tum1，tu12，tu23，…，tu(z-1)z，tuzn。站间区域上行线平交道口信标的到达时间范围自M站台至N站台推导。
Figure BDA0001487069350000151
其中η与λ为设计时间裕量系数，η取值范围为(1.0 1.1]，λ取值范围为[0.91.0)。由于tau1的取值范围是固定的，且后一个平交道口信标到达时间的范围依赖于前一个平交道口信标的到达时刻，那么每一个tau1的取值将对应多个tau2，每一个tau2的取值对应多个tau3…，本次运营有轨电车将得到多组满足范围约束的各个平交道口信标到达时刻组成的数组A。
若站间区域平交道口k道路交通信号控制机故障，则不设定有轨电车到达平交道口k信标的时刻，站间区域由z个平交道口变为(z-1)个，有轨电车通过平交道口k的实际时间g(k)取一个经验值(该值由有轨电车运营部门决定)，则有轨电车到达平交道口各个信标的时间范围变为：
Figure BDA0001487069350000152
步骤204：根据所述时间范围确定有轨车辆到达两站之间各平交道口信标的时间，使得所述各平交道口的效率值总和取最大值。
站间区域多辆有轨电车平交道口信标到达时间范围的确定需要充分考虑互相影响的因素，可能存在平交道口道路交通信号控制机在一个周期内出现多辆有轨电车到达的情况，此时后到达的有轨电车将前一辆有轨电车改变后的相位周期组成作为当前相位周期组成，根据实施例一计算其通行策略效率值。
依据步骤203的方法，可以得到即将驶入站间区域有轨电车平交道口信标到达时间的范围。它们的时间范围是互相影响的关系，表达式虽然相同，但是在各个平交道口的实际通行时间会根据相位周期组成的变换而变化。设即将有F辆有轨电车驶入站间区域，由于每辆有轨电车到达其第一个平交道口的时间范围是固定，且后一个平交道口信标到达时间的范围依赖于前一个平交道口信标的到达时刻，依次推导，即将驶入站间区域的所有有轨电车将得到多组满足其范围约束的各个平交道口信标到达时刻组成的数组A1，A2，…，AF。
站间区域各个平交道口信标到达时刻的确定基于本次运营有轨电车该站间区域优先策略效率值总和最大原则。
在数组A中得到一组本次运营有轨电车到达各个平交道口信标到达时刻，使得各个平交道口效率值相加的总和最大。该组数据则为本次运营有轨电车到达各个平交道口信标到达时刻，各个平交道口效率值的计算参考实施例一。
在数组A1，A2，…，AF中各取得一组数据，使得各个平交道口效率值相加的总和最大。各组数据则为其对应有轨电车到达各个平交道口信标到达时刻。
步骤205：生成有轨车辆到达两站之间各个平交道口信标的速度曲线。
基于站间区域各个信标的到达时刻，信标之间的距离，限速信息，车辆工况按照轨道交通速度曲线的生成算法(本发明不详细阐述)生成相应的速度曲线。
步骤206：判断预定状态的平交道口是否在有轨电车预定时间之前发生相位周期组成变化。
判断预定状态的平交道口是否在有轨电车预定时间之前发生相位周期组成变化，如果是，则跳转到提升运营的鲁棒性方案；如果否，则进行到步骤207。
步骤207：有轨电车到达目标信标，判断当前信标是否为站台信标。
有点电车到达目标信标之后，判断当前信标是否为站台信标，如果否，则返回上一步骤重新判断预定状态的平交道口是否在有轨电车预定时间之前发生相位周期组成变化；如果是，则进行到步骤208。
步骤208：判断当前站台是否为终点站。
当前站台如果是终点站，则结束营运；如果否，则返回到步骤201。
本发明的实施例将有轨电车正线划分为若干个区域，每个区域相互独立，缩短目标点距离，提高定位精度，避免累积误差；实时修正有轨电车驶向目标信标的速度曲线，并考虑裕量因素，提高到达目标信标时间的准确性；设定站间区域平交道口信标的到达时刻，消除有轨电车平交道口通行策略的不确定性，提高有轨电车到站准点率；考虑上下行线有轨电车平交道口通行策略相互影响的情况，遵循站间区域内平交道口优先策略的效率值总和最大原则，最大化平交道口的利用率。
实施例三
本发明设计的有轨电车平交道口通行方案要求有轨电车在规定的时间到达各个平交道口信标，实现有轨电车高准点率以及平交道口利用率最大化。然而平交道口道路交通信号控制机故障等因素有可能导致预定状态道路交通信号控制机相位周期组成发生变化，使得原定策略无法实现。本发明的另一实施例提出有轨电车平交道口通行方案鲁棒性提升方案。
图9是本实施例的提升有轨电车运行鲁棒性的流程图。
步骤301：读取站间区域内所有有轨电车当前速度、当前位置，站间区域所有有轨电车的位置变为虚拟站台。
当预定的平交道口在有轨电车到达之前出现相位周期组成变化，读取站间区域内所有有轨电车当前速度、当前位置，站间区域所有有轨电车的位置变为虚拟站台，虚拟站台与实际站台之间，即为虚拟站间区域，当前时间即为有轨电车虚拟站台的出发时间。
步骤302：确定有轨电车到达前端站台信标的时刻以及到达后续站台信标的时刻。
根据平交道口道路交通信号控制机的相位周期组成，非平交道口区域有轨电车最短运行时间，确定有轨电车到达前端站台信标的时刻以及到达后续站台信标的时刻。
步骤303：生成新的速度曲线。
参考图10所示，在一个实施例中，步骤302可包括：
步骤3021：根据有轨电车离开最后一个平交道口的时间确定其当前位置到达前端站台信标的最短时间。
取有轨电车到达前端站台信标的时刻仍然为tun，根据步骤204得出沿途各个平交道口信标到达时间的范围，从中移除η[tun-3.6(Lun-Luz)/vtravel]≤tauz≤λ[tun-tuzn-g(tauz,tuz)]的限制条件，然后选取一组时刻组合使得[tauz+g(tauz，tuz)]最小。则有轨电车当前位置到达前端站台信标的最短时间tunmin为：
tunmin＝min{[tauz+g(tauz，tuz)]}+tzn
步骤3022：根据对比有轨电车到达前端站台信标的最短时间与原时间，得出当前到达前端站台信标的时刻。
令有轨电车当前前到达前端站台信标的时刻为tunc，则tunc＝max{tunmin，tun}。若tunmin大于tun，有轨电车出现晚点。
步骤3033：有轨电车晚点后后续站台信标的到达时刻的确认是重复步骤3021和3022，直到时刻表原定的时间大于等于最短时间，或者到达终点站。
本发明的实施例考虑有轨电车晚点、平交道口道路交通信号控制机故障情况的处理方法，提升有轨电车平交道口通行方案的鲁棒性。
尽管为使解释简单化将上述方法图示并描述为一系列动作，但是应理解并领会，这些方法不受动作的次序所限，因为根据一个或多个实施例，一些动作可按不同次序发生和/或与来自本文中图示和描述或本文中未图示和描述但本领域技术人员可以理解的其他动作并发地发生。
本领域技术人员将进一步领会，结合本文中所公开的实施例来描述的各种解说性逻辑板块、模块、电路、和算法步骤可实现为电子硬件、计算机软件、或这两者的组合。为清楚地解说硬件与软件的这一可互换性，各种解说性组件、框、模块、电路、和步骤在上面是以其功能性的形式作一般化描述的。此类功能性是被实现为硬件还是软件取决于具体应用和施加于整体系统的设计约束。技术人员对于每种特定应用可用不同的方式来实现所描述的功能性，但这样的实现决策不应被解读成导致脱离了本发明的范围。
结合本文所公开的实施例描述的各种解说性逻辑板块、模块、和电路可用通用处理器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)或其它可编程逻辑器件、分立的门或晶体管逻辑、分立的硬件组件、或其设计成执行本文所描述功能的任何组合来实现或执行。通用处理器可以是微处理器，但在替换方案中，该处理器可以是任何常规的处理器、控制器、微控制器、或状态机。处理器还可以被实现为计算设备的组合，例如DSP与微处理器的组合、多个微处理器、与DSP核心协作的一个或多个微处理器、或任何其他此类配置。
结合本文中公开的实施例描述的方法或算法的步骤可直接在硬件中、在由处理器执行的软件模块中、或在这两者的组合中体现。软件模块可驻留在RAM存储器、闪存、ROM存储器、EPROM存储器、EEPROM存储器、寄存器、硬盘、可移动盘、CD-ROM、或本领域中所知的任何其他形式的存储介质中。示例性存储介质耦合到处理器以使得该处理器能从/向该存储介质读取和写入信息。在替换方案中，存储介质可以被整合到处理器。处理器和存储介质可驻留在ASIC中。ASIC可驻留在用户终端中。在替换方案中，处理器和存储介质可作为分立组件驻留在用户终端中。
在一个或多个示例性实施例中，所描述的功能可在硬件、软件、固件或其任何组合中实现。如果在软件中实现为计算机程序产品，则各功能可以作为一条或更多条指令或代码存储在计算机可读介质上或藉其进行传送。计算机可读介质包括计算机存储介质和通信介质两者，其包括促成计算机程序从一地向另一地转移的任何介质。存储介质可以是能被计算机访问的任何可用介质。作为示例而非限定，这样的计算机可读介质可包括RAM、ROM、EEPROM、CD-ROM或其它光盘存储、磁盘存储或其它磁存储设备、或能被用来携带或存储指令或数据结构形式的合意程序代码且能被计算机访问的任何其它介质。任何连接也被正当地称为计算机可读介质。例如，如果软件是使用同轴电缆、光纤电缆、双绞线、数字订户线(DSL)、或诸如红外、无线电、以及微波之类的无线技术从web网站、服务器、或其它远程源传送而来，则该同轴电缆、光纤电缆、双绞线、DSL、或诸如红外、无线电、以及微波之类的无线技术就被包括在介质的定义之中。如本文中所使用的盘(disk)和碟(disc)包括压缩碟(CD)、激光碟、光碟、数字多用碟(DVD)、软盘和蓝光碟，其中盘(disk)往往以磁的方式再现数据，而碟(disc)用激光以光学方式再现数据。上述的组合也应被包括在计算机可读介质的范围内。
提供对本公开的先前描述是为使得本领域任何技术人员皆能够制作或使用本公开。对本公开的各种修改对本领域技术人员来说都将是显而易见的，且本文中所定义的普适原理可被应用到其他变体而不会脱离本公开的精神或范围。由此，本公开并非旨在被限定于本文中所描述的示例和设计，而是应被授予与本文中所公开的原理和新颖性特征相一致的最广范围。

Claims (12)

1.一种有轨车辆半专用路权下平交道口通行的控制方法，所述方法包括：
读取有轨车辆到达平交道口信标的时刻t0、所述t0时刻平交道口信号控制机的相位周期组成Tnow(t0)以及工作状态；
根据所述时刻t0、相位周期组成Tnow(t0)和工作状态确定延迟开放有轨车辆通行线路的时间t的取值范围；
计算有轨车辆通过平交道口的延误时间f(t0，t)和社会车辆平交道口增加的延误时间d(t0，t)；
根据所述有轨车辆通过平交道口的延误时间f(t0，t)和所述社会车辆平交道口增加的延误时间d(t0，t)计算效率值e(t0，t)，并求出t＝td，使得所述效率值e(t0，t)达到最大；
延迟所述时间td开放有轨车辆通行线路，并根据所述时间td调整所述平交道口的运行周期组成；
其中，所述d(t0，t)＝d1(t0，t)-d0(t0)，其中d1(t0，t)基于阿克塞利克理论根据变化后的相位周期组成Td(t0，t)确定，d0(t0)基于阿克塞利克理论根据相位周期组成Tnow(t0)确定，其中，根据(t+t0)时刻的当前相位、该相位剩余时间以及相位周期组成Tnow(t0)来确定变化后的相位周期组成Td(t0，t)；
所述f(t0，t)＝g(t0，t)-tmin，其中
g(t0，t)是有轨车辆实际通过平交道口的时间，tmin是有轨车辆通过平交道口的最短时间；
所述
Figure FDA0002559778510000011
其中，A，B，C为判据系数，A＞B＞C＞0；在t值范围内，存在t＝td，使得e(t0，td)取最大值。
2.如权利要求1所述的控制方法，其特征在于，基于安全因素确定所述t的取值范围。
3.如权利要求1所述的控制方法，其特征在于，有轨车辆通过该平交道口的最短时间tmin为
S1＝vl(td0+tb)/3.6-0.5αa2tb 2
Figure FDA0002559778510000021
其中，S1为平交道口信标距离停车线的位置，vl为限速，td0是有轨车辆驾驶员的反应时间，tb为有轨车辆从速度vl降至0的时间，tb＝vl/(3.6×αa2)，α是减速裕量系数，a2是有轨车辆的减速度，ta为有轨车辆自对向停车线开始加速行驶Ls的时间，Ls为有轨车辆整车长度，β是加速裕量系数，a1是有轨车辆的加速度，L1为有轨车辆行驶方向停车线距离平交道口中心点的距离。
4.如权利要求3所述的控制方法，其特征在于，
若t≤td0，则g(t0，t)＝tmin；
若td0＜t＜(td0+tb)，则：
Figure FDA0002559778510000022
其中l1是驾驶员反应时间形成匀速运动的距离，l2(t)是减速行驶的距离，l3(t)是减速后驾驶员反应时间形成匀速运动的距离，l4(t)是有轨车辆加速至vl行驶的距离；
若t≥(td0+tb)，则：
Figure FDA0002559778510000023
5.一种多区域平交道口协同控制方法，所述方法包括：
确定站台信标和平交道口信标的位置，站台信标将有轨车辆正线划分为多个站间区域，平交道口信标将站间区域分割为多个子区域；
判断当前站与下一站之间的平交道口是否为本次运营有轨车辆的预定状态；
如果不是预定状态，读取两站之间相位周期组成，确定有轨车辆到达两站之间各平交道口信标的时间范围；
根据所述时间范围确定有轨车辆到达两站之间各平交道口信标的时间，使得所述各平交道口的效率值总和取最大值；
生成有轨车辆到达两站之间各个平交道口信标的速度曲线；
其中各平交道口的效率值按照如下方式计算：
读取有轨车辆到达平交道口信标的时刻t0、所述t0时刻平交道口信号控制机的相位周期组成Tnow(t0)以及工作状态；
根据所述时刻t0、相位周期组成Tnow(t0)和工作状态确定延迟开放有轨车辆通行线路的时间t的取值范围；
计算有轨车辆通过平交道口的延误时间f(t0，t)和社会车辆平交道口增加的延误时间d(t0，t)；
根据所述有轨车辆通过平交道口的延误时间f(t0，t)和所述社会车辆平交道口增加的延误时间d(t0，t)计算效率值e(t0，t)；
其中，所述d(t0，t)＝d1(t0，t)-d0(t0)，其中d1(t0，t)基于阿克塞利克理论根据变化后的相位周期组成Td(t0，t)确定，d0(t0)基于阿克塞利克理论根据相位周期组成Tnow(t0)确定，其中，根据(t+t0)时刻的当前相位、该相位剩余时间以及相位周期组成Tnow(t0)来确定变化后的相位周期组成Td(t0，t)；
所述f(t0，t)＝g(t0，t)-tmin，其中
g(t0，t)是有轨车辆实际通过平交道口的时间，tmin是有轨车辆通过平交道口的最短时间；
所述
Figure FDA0002559778510000031
其中，A，B，C为判据系数，A＞B＞C＞0；在t值范围内，存在t＝td，使得e(t0，td)取最大值。
6.如权利要求5所述的控制方法，其特征在于，所述预定状态是指有轨车辆已经制定好到达该平交道口信标的时刻。
7.如权利要求5所述的控制方法，其特征在于，判断当前站与下一站之间的平交道口是否为本次运营有轨车辆的预定状态之后，还包括判断是否存在其它有轨车辆即将驶入站间区域。
8.如权利要求7所述的控制方法，其特征在于，如果存在其它有轨车辆即将驶入站间区域，后到达的有轨车辆将前一辆有轨车辆改变后的相位周期组成作为当前相位周期组成。
9.如权利要求5所述的控制方法，其特征在于，生成速度曲线之后，如果预定时间之前相位周期组成发生变化，则将有轨车辆的当前位置虚拟成站台信标。
10.如权利要求5所述的控制方法，其特征在于，判断当前信标是否为终点站台，如果是则结束运营。
11.一种有轨车辆半专用路权下平交道口通行的控制装置，包括存储器、处理器以及存储在存储器中的计算机可执行指令，当所述处理器执行所述计算机可执行指令时，实现如权利要求1-4任一项所述的方法。
12.一种有轨车辆半专用路权下平交道口通行的控制装置，包括存储器、处理器以及存储在存储器中的计算机可执行指令，当所述处理器执行所述计算机可执行指令时，实现如权利要求5-10任一项所述的方法。
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