CN108364486B - 多场景车辆优先自适应交通信号控制系统及其工作方法 - Google Patents

多场景车辆优先自适应交通信号控制系统及其工作方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及交通信号控制技术领域，公开了一种多场景车辆优先自适应交通信号控制系统及其工作方法。本发明创造可适用于多场景(包括公交专用车道和混合车道)的公交车辆优先控制，不但能够保证在路口交通流正常运行的情况下，最大限度的实现公交车辆优先，还可以避免因公交车辆优先而造成路口交通运行恶化的情况，最终提高整个交通的运行效率，具有很高的经济效益和社会效益。此外，还可以针对在目标路口出现特种车辆的情况进行特种车辆优先控制，并且可以对特种车辆的优先通行给予绝对优先，尽量满足其不停车而通过目标路口的需求，实现及时的特情特批目的。

Description

多场景车辆优先自适应交通信号控制系统及其工作方法
技术领域
本发明涉及交通信号控制技术领域，具体地，涉及一种多场景车辆优先自适应交通信号控制系统及其工作方法。
背景技术
交通信号控制是城市交通组织优化的重要方法之一，现有针对公交车辆优先通过交叉路口的交通信号控制方法主要分为被动优先控制、主动优先控制和自适应优先控制。其中，所述被动优先控制主要是根据乘客出行模式、公交的发车频率以及行驶速度等历史数据，在由交叉路口执行的且离线设计的交通信号控制方案(即由交叉路口信号机执行的信号配时方案，包括信号周期、绿信比和相序优化等)中给予公交车优先权，从而减少公交车延误；所述主动优先控制则是根据公交车运行情况，通过绿灯晚熄和/或绿灯早启等手段来调整交叉路口的交通信号控制方案，从而实时响应公交车的优先通行的需求；而所述自适应优先控制通常是以优化指标函数为目标，对交叉路口的交通信号控制方案进行动态的优化，以保障公交的优先通行权。
对于现有实现公交车辆优先的交通信号控制方法，还缺乏针对不同的车辆类型(例如公交车和特种车)、不同的交通状态及道路条件下(例如有无公交专用车道)全场景的车辆优先控制策略。同时在现有的控制方法中，强调的是通过调整交通信号控制方案来满足公交优先，缺乏对公交车速与交通信号控制方案之间的协同优化，以及在实际中常按固定的时长来晚熄绿灯或早启绿灯，使得绿灯晚熄或绿灯早启时长的利用率不高，缺乏根据公交车辆状态来动态优化绿灯晚熄和绿灯早启时长的考虑。另外，目前国内多数城市的公交车辆优先对社会车辆运行影响较大，在公交车辆优先实施过程中较少考虑其对非优先相位交通流产生的影响，缺乏优先效益的评估，虽然在一定程度上给予了公交优先的通行权，但可能降低了整个交叉路口甚至整个区域的交通运行效率，出现无效优先的问题。
发明内容
针对前述现有公交车辆优先控制方法所存在应用场景有限、灵活性差和缺乏优先效益评估的问题，本发明提供了一种多场景车辆优先自适应交通信号控制系统及其工作方法。
本发明采用的技术方案,一方面提供了一种多场景车辆优先自适应交通信号控制系统，包括数据采集模块、公交优先方案生成模块、公交优先方案评估模块、信号控制平台和信号机，其中，所述公交优先方案生成模块包括专用车道公交优先方案生成单元和/或混合车道公交优先方案生成单元，所述公交优先方案评估模块包括路口公交优先效益评估单元和延误转移判定单元；
所述数据采集模块用于输入预设参数，以及实时采集车载设备数据、信号机交通信号控制方案数据和路口交通状态监控数据；
所述专用车道公交优先方案生成单元通信连接所述数据采集模块，用于根据实时采集的车载设备数据、信号机交通信号控制方案数据和路口交通状态监控数据，实时判断在目标路口的公交专用进口道上是否有新检测到的公交车辆，若有则对当前的交通信号控制方案进行自适应调整，使新检测到的公交车辆优先地通过目标路口；
所述混合车道公交优先方案生成单元通信连接所述数据采集模块，用于根据实时采集的车载设备数据、信号机交通信号控制方案数据和路口交通状态监控数据，在当前相位的初始绿灯熄灭时刻结束时，检测在目标路口的且与当前相位对应的绿灯放行进口道上的公交车辆情况，并根据检测结果对当前的交通信号控制方案进行自适应调整，使已检测到的公交车辆优先地通过目标路口；
所述路口公交优先效益评估单元通信连接所述专用车道公交优先方案生成单元或所述混合车道公交优先方案生成单元，用于判定来自所述专用车道公交优先方案生成单元或所述混合车道公交优先方案生成单元的且经自适应调整的新交通信号控制方案，是否通过优先效益评估，若是则将所述新交通信号控制方案传送至所述延误转移判定单元，否则删除所述新交通信号控制方案；
所述延误转移判定单元通信连接所述路口公交优先效益评估单元，用于判断经自适应调整的新交通信号控制方案是否通过延误转移判定，若是则将所述新交通信号控制方案传送至信号控制平台，否则删除所述新交通信号控制方案；
所述信号控制平台通信连接所述延误转移判定单元，用于将来自所述延误转移判定单元的且经自适应调整的新交通信号控制方案写入所述信号机；
所述信号机通信连接所述信号控制平台，用于执行经自适应调整的新交通信号控制方案。
优化的，所述路口公交优先效益评估单元的工作方法，包括如下步骤：
S101.获取目标路口的且来自所述专用车道公交优先方案生成单元或所述混合车道公交优先方案生成单元的新交通信号控制方案；
S102.从所述新交通信号控制方案中提取目标公交车辆优先相位的绿灯早启时长τΔs和绿灯晚熄时长τΔe，其中，τΔs≥0，τΔe≥0；
S103.按照如下公式计算整个目标路口的人均延误变化值Ddec：
Figure GDA0002347013650000021
式中，x(x＝1,2,…,N)表示目标公交车辆优先相位的相位序号，N表示目标路口的总相位数，qi表示第i(i＝1,2,…,N)个相位的且在所有进口道上的车辆到达率，Si表示第i个相位的且在所有进口道上的饱和流率，Ri表示第i个相位的红灯启亮时长，Gi表示第i个相位的绿灯启亮时长，C表示整个信号周期的周期时长，Ocar表示小汽车的平均实载率，Obus表示公交车辆的平均实载率，Nbus表示优先通行的公交车辆总数；
S104.判断Ddec是否小于0，若是则判定所述新交通信号控制方案通过优先效益评估，并将所述新交通信号控制方案传送至所述延误转移判定单元，否则判定所述新交通信号控制方案未通过优先效益评估，删除所述新交通信号控制方案。
进一步优化的，所述延误转移判定单元的工作方法，包括如下步骤：
S201.获取目标路口的且来自所述路口公交优先效益评估单元的新交通信号控制方案；
S202.从所述新交通信号控制方案中提取目标公交车辆优先相位的绿灯启亮时刻tgs和绿灯熄灭时刻tge；
S203.从实时采集的信号机交通信号控制方案数据中，提取下游路口的且与所述目标公交车辆优先相位相协调的下游公交车辆优先相位的绿灯启亮时刻
Figure GDA0002347013650000031
和绿灯熄灭时刻
Figure GDA0002347013650000032
其中，所述下游路口是指位于目标路口的公交车辆流向下游的交叉路口；
S204.判断不等式
Figure GDA0002347013650000033
或
Figure GDA0002347013650000034
是否成立，若成立则判定所述新交通信号控制方案通过延误转移判定，并将所述新交通信号控制方案传送至信号控制平台，否则判定所述新交通信号控制方案未通过延误转移判定，删除所述新交通信号控制方案，其中，L表示从目标路口至下游路口的车程，vbus表示公交车辆的平均行驶速度。
优化的，还包括分别通信连接所述数据采集模块和所述信号控制平台的特种车辆优先方案生成模块；
所述特种车辆优先方案生成模块用于根据实时采集的车载设备数据、信号机交通信号控制方案数据和路口交通状态监控数据，实时判断在目标路口的进口道上是否有新检测到的特种车辆，若有则对当前的交通信号控制方案进行自适应调整，使特种车辆绝对优先地通过目标路口。
本发明采用的技术方案,另一方面还提供了一种前述多场景车辆优先自适应交通信号控制系统的工作方法，当所述公交优先方案生成模块包括专用车道公交优先方案生成单元时，包括如下步骤：
S301.在时刻tbus结束时，根据实时采集的路口交通状态监控数据，在目标路口的公交专用进口道上，判断是否有新检测到的公交车辆，若是则执行步骤S302，否则执行步骤S308；
S302.根据实时采集的信号机交通信号控制方案数据，设定与新检测到的公交车辆所在公交专用进口道对应的绿灯放行相位为公交车辆优先相位，然后判断公交车辆优先相位是否处于非绿灯状态，若是则执行步骤S304，否则执行步骤S303；
S303.在当前处于绿灯状态的公交车辆优先相位内，判断是否需要延迟熄灭当前公交车辆优先相位的绿灯，若是则重新设置当前公交车辆优先相位的绿灯熄灭时刻，得到具有绿灯延长控制策略的新交通信号控制方案以及用于引导当前公交车辆的运行车速，然后执行步骤S305，否则执行步骤S304；
S304.判断是否需要提前启亮下一个公交车辆优先相位的绿灯，若是则重新设置下一个公交车辆优先相位的绿灯启亮时刻，得到具有绿灯早启控制策略的新交通信号控制方案以及用于引导当前公交车辆的运行车速，然后执行步骤S305，否则执行步骤S308；
S305.通过路口公交优先效益评估单元对新交通信号控制方案进行优先效益评估，若通过优先效益评估，则执行步骤S306，否则执行步骤S308；
S306.通过延误转移判定单元对新交通信号控制方案进行延误转移判定，若通过延误转移判定，则执行步骤S307，否则执行步骤S308；
S307.通过信号控制平台将新交通信号控制方案写入信号机，然后执行步骤S308；
S308.由信号机执行当前的交通信号控制方案，并使时刻tbus自加1，然后返回执行步骤S301。
优化的，所述步骤S303包括如下步骤：
S401.根据实时采集的车载设备数据，计算新检测到的公交车辆到达目标路口停车线的下限时刻tas和上限时刻tae；
S402.判断下限时刻tas和上限时刻tae是否处于当前公交车辆优先相位的初始绿灯启亮时区
Figure GDA0002347013650000041
内，若是则判定不需要延迟熄灭当前公交车辆优先相位的绿灯，同时将车速区间
Figure GDA0002347013650000042
作为用于引导所述新检测到的公交车辆的运行车速，否则执行步骤S403，其中，
Figure GDA0002347013650000043
表示当前公交车辆优先相位的初始绿灯启亮时刻，
Figure GDA0002347013650000044
表示当前公交车辆优先相位的初始绿灯熄灭时刻，Lbus表示新检测到的公交车辆从当前位置至目标路口停车线之间的车程，vmin,bus表示新检测到的公交车辆的最小许可行驶速度，vmax,bus表示新检测到的公交车辆的最大许可行驶速度；
S403.判断tas是否大于
Figure GDA0002347013650000051
若是则判定在当前公交车辆优先相位允许的最大绿灯延迟时刻前，新检测到的公交车辆不能通过目标路口，同时判定不需要延迟熄灭当前公交车辆优先相位的绿灯，否则执行步骤S404；
S404.判断tas是否处于
Figure GDA0002347013650000052
若是则判定需要延迟熄灭当前公交车辆优先相位的绿灯，并设置当前公交车辆优先相位的绿灯晚熄时长
Figure GDA0002347013650000053
得到具有绿灯延长控制策略的新交通信号控制方案，同时将车速vmax,bus作为用于引导所述新检测到的公交车辆的运行车速，其中，Lbus表示新检测到的公交车辆从当前位置至目标路口停车线之间的车程，vmax,bus表示新检测到的公交车辆的最大许可行驶速度，Δτmax表示当前公交车辆优先相位允许的最大绿灯晚熄时长。
进一步优化的，所述步骤S401包括如下步骤：
S501.按照如下公式计算新检测到的公交车辆到达目标路口停车线的下限时刻tas和上限时刻tae：
Figure GDA0002347013650000054
式中，Lbus表示新检测到的公交车辆从当前位置至目标路口停车线之间的车程，vmax,bus表示新检测到的公交车辆的最大许可行驶速度，vmin,bus表示新检测到的公交车辆的最小许可行驶速度；
S502.判断从新检测到的公交车辆的当前位置至目标路口停车线之间是否还存在早期检测到的公交车辆，若是则执行步骤S503，否则结束步骤S401；
S503.根据早期检测到的公交车辆到达目标路口停车线的下限时刻t′as和上限时刻ta′e，判断新检测到的公交车辆以当前速度v0,bus到达目标路口停车线的时刻
Figure GDA0002347013650000055
是否处于时区[t′as t′ae]内，若是则执行步骤S504，否则结束步骤S401；
S504.按照如下公式修正下限时刻tas：
tas＝tp+Th
式中，Th表示预设参数中公交车辆行驶的平均车头时距。
优化的，所述步骤S304包括如下步骤：
S601.根据实时采集的车载设备数据，计算新检测到的公交车辆到达目标路口停车线的下限时刻tas和上限时刻tae；
S602.判断下限时刻tas和上限时刻tae是否处于下一个公交车辆优先相位的初始绿灯启亮时区
Figure GDA0002347013650000061
内，若是则判定不需要提前启亮下一个公交车辆优先相位的绿灯，同时将车速区间
Figure GDA0002347013650000062
作为用于引导所述新检测到的公交车辆的运行车速，否则执行步骤S603，其中，
Figure GDA0002347013650000063
表示下一个公交车辆优先相位的初始绿灯启亮时刻，
Figure GDA0002347013650000064
表示下一个公交车辆优先相位的初始绿灯熄灭时刻，Lbus表示新检测到的公交车辆从当前位置至目标路口停车线之间的车程，vmax,bus表示新检测到的公交车辆的最大许可行驶速度，vmin,bus表示新检测到的公交车辆的最小许可行驶速度；
S603.判断tae是否小于
Figure GDA0002347013650000065
若是则判定需要提前启亮下一个公交车辆优先相位的绿灯，并设置下一个公交车辆优先相位的绿灯早启时长τΔs＝Δsmax，得到第一种具有绿灯早启控制策略的新交通信号控制方案，同时将当前行驶速度v0作为用于引导所述新检测到的公交车辆的运行车速，否则执行步骤S604，其中，
Figure GDA0002347013650000066
表示下一个公交车辆优先相位的初始绿灯启亮时刻，Δsmax表示下一个公交车辆优先允许的最大绿灯早启时长；
S604.判断tae是否处于时区
Figure GDA0002347013650000067
内，若是则判定需要提前启亮下一个公交车辆优先相位的绿灯，并设置下一个公交车辆优先相位的绿灯早启时长
Figure GDA0002347013650000068
得到第二种具有绿灯早启控制策略的新交通信号控制方案，同时将车速vmin,bus作为用于引导所述新检测到的公交车辆的运行车速，否则判定不需要提前启亮下一个公交车辆优先相位的绿灯。
优化的，当所述公交优先方案生成模块包括混合车道公交优先方案生成单元时，包括如下步骤：
S701.在当前相位的初始绿灯熄灭时刻
Figure GDA0002347013650000071
结束时，根据实时采集的路口交通状态监控数据，在目标路口的且与当前相位对应的绿灯放行进口道上，判断是否有检测到的车辆且该车辆的车程目标路口停车线小于车程阈值Lh，若是则执行步骤S702，否则执行步骤S711，其中，Lh表示预设参数中的车程阈值；
S702.判断检测到的所述车辆是否为公交车辆，若是则计算所述公交车辆以当前速度v0,fbus到达目标路口停车线的时刻
Figure GDA0002347013650000072
同时统计位于所述公交车辆之后且已检测到的公交车辆的总数Mbus，并分别计算每部公交车辆以对应的当前速度v0,j到达目标路口停车线的时刻
Figure GDA0002347013650000073
然后执行步骤S703，否则执行步骤S711，其中，Lfbus表示所述公交车辆至目标路口停车线之间的车程，Lj表示位于所述公交车辆之后且已检测到的第j(j＝1,2,…,Mbus)部公交车辆至目标路口停车线之间的车程；
S703.根据在目标路口的且与当前相位对应的绿灯放行进口道上，已检测到的公交车辆占已检测到的所有车辆的比例，确定在当前相位的绿灯放行延长时间内最多可优先通行的公交车辆数目Nprior，然后执行步骤S704，其中，Nprior＝1,2,…,Mbus；
S704.判断时刻tNprior是否大于当前相位允许的最大绿灯放行延长时刻，若是则执行步骤S705，否则设置当前相位的绿灯晚熄时长为
Figure GDA0002347013650000074
得到第一种具有混合车道公交优先策略的新交通信号控制方案，然后执行步骤S706；
S705.使Nprior自减1，然后返回执行步骤S704；
S706.判断Mbus+1-Nprior是否大于0，若是则执行步骤S707，否则执行步骤S708；
S707.判断τΔe是否小于预设参数中的时间阈值τc，若是则执行步骤S708，否则设置下一个与当前相位相同的相位的绿灯早启时长为τΔs＝τc，得到第二种具有混合车道公交优先策略的新交通信号控制方案，然后执行步骤S708；
S708.通过路口公交优先效益评估单元对新交通信号控制方案进行优先效益评估，若通过优先效益评估，则执行步骤S709，否则执行步骤S711；
S709.通过延误转移判定单元对新交通信号控制方案进行延误转移判定，若通过延误转移判定，则执行步骤S710，否则执行步骤S711；
S710.通过信号控制平台将新交通信号控制方案写入信号机，然后执行步骤S711；
S711.由信号机执行当前的交通信号控制方案。
优化的，包括如下步骤：
S801.在时刻tSpecial结束时，根据实时采集的路口交通状态监控数据，在目标路口的各个流向的进口道上，分别判断是否有新检测到的特种车辆，若是则执行步骤S802，否则执行步骤S808；
S802.根据实时采集的信号机交通信号控制方案数据，设定与新检测到的特种车辆所在流向对应的绿灯放行相位为特种车辆优先相位，设定其它绿灯放行相位为特种车辆非优先相位，然后判断特种车辆优先相位是否处于非绿灯状态，若是则执行步骤S805，否则执行步骤S803；
S803.在当前处于绿灯状态的特种车辆优先相位内，判断特种车辆优先相位的绿灯熄灭时刻是否大于tSpecial+τmargin，若是则执行步骤S808，否则执行步骤S804，其中，τmargin表示预设参数中的时间裕度；
S804.判断新检测到的特种车辆至目标路口停车线之间的车程LSpecial是否大于Lmargin，若是则使特种车辆优先相位的绿灯熄灭时刻延迟至tSpecial+τSpecial，得到第一种具有特种车辆优先通行策略的新交通信号控制方案，然后执行步骤S807，否则执行步骤S808，其中，Lmargin表示预设参数中的车程裕度，τSpecial表示预设参数中的延时裕度；
S805.计算允许特种车辆优先相位继续处于非绿灯状态的最大时长τNgmax,Special，然后判断下一个特种车辆优先相位的初始绿灯启亮时刻是否大于tSpecial+τNgmax,Special，若是则执行步骤S808，否则执行步骤S806，其中，按照如下公式计算所述最大时长τNgmax,Special：
Figure GDA0002347013650000091
式中，SSpecial表示在特种车辆所在流向的进口道上的饱和流率，qSpecial表示在特种车辆所在流向的进口道上的车辆达到率，τr,Special表示特种车辆优先相位连续处于非绿灯状态的时长，DSpecial表示在特种车辆所在流向的进口道上的且已检测到的所有车辆的平均车头间距，v0,Special表示特种车辆的当前行驶速度，τdelay为预设的延误时长；
S806.判断当前执行的特种车辆非优先相位的绿灯熄灭时刻tge,NSpecial是否小于tSpecial+τNgmax,Special，若是则设置下一个特种车辆优先相位的绿灯启亮时刻为tge,NSpecial，得到第二种具有特种车辆优先通行策略的新交通信号控制方案，然后执行步骤S807，否则设置当前执行的特种车辆非优先相位的绿灯熄灭时刻tge,NSpecial＝tSpecial+τNgmax,Special，设置下一个特种车辆优先相位的绿灯启亮时刻为tSpecial+τNgmax,Special，得到第三种具有特种车辆优先通行策略的新交通信号控制方案，否则执行步骤S807；
S807.通过信号控制平台将新交通信号控制方案写入信号机，然后执行步骤S808；
S808.由信号机执行当前的交通信号控制方案，并使时刻tSpecial自加1，然后返回执行步骤S801。
综上，采用本发明所提供的一种多场景车辆优先自适应交通信号控制系统及其工作方法，具有如下有益效果。
(1)本发明创造可适用于多场景(包括公交专用车道和混合车道)的公交车辆优先控制，不但能够保证在路口交通流正常运行的情况下，最大限度的实现公交车辆优先，还可以避免因公交车辆优先而造成路口交通运行恶化的情况，最终提高整个交通的运行效率，具有很高的经济效益和社会效益。
(2)本发明创造的发明构思是：通过由数据采集模块实时采集的车载设备数据、信号机交通信号控制方案数据和路口交通状态监控数据，实时地获取目标车辆(例如公交车辆以及特种车辆)的当前运行速度、当前距目标路口停车线的车程、当前交通信号控制方案的相位配时参数和目标路口的当前交通流量状态等基础数据，通过对这些数据的处理、分析和逻辑判断，触发相应的车辆优先方案生成模块(例如公交优先方案生成模块或特种车辆优先方案生成模块)，生成根据预制算法规则而得到的且针对目标车辆优先的新交通信号控制方案。同时，为了不干扰目标路口的正常交通流运行以及能够与下游路口的公交车辆优先相位相协调，通过公交优先方案评估模块对实现公交优先的新交通信号控制方案进行效益评估，仅在评估通过后允许新交通信号控制方案被下发至目标路口的信号机去执行，否则放弃执行新交通信号控制方案。
通过实时采集目标车辆的位置及速度信息等数据，可判断目标车辆到达目标路口停车线的预期情况，进而在据此动态地调整对应目标车辆优先相位的绿灯晚熄时长或绿灯早启时长之后，可避免了出现当前因设置固定时长而导致利用率不高的问题，保障了目标车辆的有效通行。
可以对特种车辆的优先通行给予绝对优先，尽量满足其不停车而通过目标路口的需求，实现及时的特情特批目的。
由本发明创造所提供的技术方案，一方面可通过路口公交优先效益评估单元，判断在目标路口执行具有公交车辆优先策略的新交通信号控制方案后，整个目标路口的人均延误变化值是否降低，实现目标路口的效益评估；另一方面可通过延误转移判定单元判断公交在路口所节省的时间是否会在下游路口的等灯中抵消，实现对整个区域的交通运行效率进行效益评估，双重确保避免出现无效优先。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述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是本发明提供的多场景车辆优先自适应交通信号控制系统的结构示意图。
图2是本发明提供的多场景车辆优先自适应交通信号控制系统在具有专用车道公交优先方案生成单元时的工作方法流程示意图。
图3是本发明提供的多场景车辆优先自适应交通信号控制系统在具有混合车道公交优先方案生成单元时的工作方法流程示意图。
图4是本发明提供的多场景车辆优先自适应交通信号控制系统在具有特种车辆优先方案生成模块时的工作方法流程示意图。
具体实施方式
以下将参照附图，通过实施例方式详细地描述本发明提供的多场景车辆优先自适应交通信号控制系统及其工作方法。在此需要说明的是，对于这些实施例方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。
本文中术语“和/或”，仅仅是一种描述绑定对象的绑定关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，单独存在B，同时存在A和B三种情况，本文中术语“/和”是描述另一种绑定对象关系，表示可以存在两种关系，例如，A/和B，可以表示：单独存在A，单独存在A和B两种情况，另外，本文中字符“/”，一般表示前后绑定对象是一种“或”关系。
实施例一
图1示出了本发明提供的多场景车辆优先自适应交通信号控制系统的结构示意图，图2示出了本发明提供的多场景车辆优先自适应交通信号控制系统在具有专用车道公交优先方案生成单元时的工作方法流程示意图，图3示出了本发明提供的多场景车辆优先自适应交通信号控制系统在具有混合车道公交优先方案生成单元时的工作方法流程示意图，图4示出了本发明提供的多场景车辆优先自适应交通信号控制系统在具有特种车辆优先方案生成模块时的工作方法流程示意图。
本实施例提供的所述多场景车辆优先自适应交通信号控制系统，包括数据采集模块、公交优先方案生成模块、公交优先方案评估模块、信号控制平台和信号机，其中，所述公交优先方案生成模块包括专用车道公交优先方案生成单元和/或混合车道公交优先方案生成单元，所述公交优先方案评估模块包括路口公交优先效益评估单元和延误转移判定单元。
所述数据采集模块用于输入预设参数，以及实时采集车载设备数据、信号机交通信号控制方案数据和路口交通状态监控数据。具体的，所述车载设备数据可以但不限于包括目标车辆的当前运行速度、当前距目标路口停车线的车程等基础信息；所述信号机交通信号控制方案数据可以但不限于包括目标路口的当前交通信号控制方案，如信号周期的周期时长、相位数、目标车辆优先通行相位的初始绿灯启亮时刻、初始绿灯熄灭时刻等；所述路口交通状态监控数据可以但不限于包括在目标路口进口道上的车辆到达率或路口流量等。
所述专用车道公交优先方案生成单元通信连接所述数据采集模块，用于根据实时采集的车载设备数据、信号机交通信号控制方案数据和路口交通状态监控数据，实时判断在目标路口的公交专用进口道上是否有新检测到的公交车辆，若有则对当前的交通信号控制方案进行自适应调整，使新检测到的公交车辆优先地通过目标路口。
所述混合车道公交优先方案生成单元通信连接所述数据采集模块，用于根据实时采集的车载设备数据、信号机交通信号控制方案数据和路口交通状态监控数据，在当前相位的初始绿灯熄灭时刻结束时，检测在目标路口的且与当前相位对应的绿灯放行进口道上的公交车辆情况，并根据检测结果对当前的交通信号控制方案进行自适应调整，使已检测到的公交车辆优先地通过目标路口。
所述路口公交优先效益评估单元通信连接所述专用车道公交优先方案生成单元或所述混合车道公交优先方案生成单元，用于判定来自所述专用车道公交优先方案生成单元或所述混合车道公交优先方案生成单元的且经自适应调整的新交通信号控制方案，是否通过优先效益评估，若是则将所述新交通信号控制方案传送至所述延误转移判定单元，否则删除所述新交通信号控制方案。
优化的，所述路口公交优先效益评估单元的工作方法，可以但不限于包括如下步骤：
S101.获取目标路口的且来自所述专用车道公交优先方案生成单元或所述混合车道公交优先方案生成单元的新交通信号控制方案；
S102.从所述新交通信号控制方案中提取目标公交车辆优先相位的绿灯早启时长τΔs和绿灯晚熄时长τΔe，其中，τΔs≥0，τΔe≥0；
S103.按照如下公式计算整个目标路口的人均延误变化值Ddec：
Figure GDA0002347013650000121
式中，x(x＝1,2,…,N)表示目标公交车辆优先相位的相位序号，N表示目标路口的总相位数，qi表示第i(i＝1,2,…,N)个相位的且在所有进口道上的车辆到达率，Si表示第i个相位的且在所有进口道上的饱和流率，Ri表示第i个相位的红灯启亮时长，Gi表示第i个相位的绿灯启亮时长，C表示整个信号周期的周期时长，Ocar表示小汽车的平均实载率，具体可预设为1.8，Obus表示公交车辆的平均实载率，Nbus表示优先通行的公交车辆总数；
S104.判断Ddec是否小于0，若是(即表示因在目标路口的信号机执行新交通信号控制方案而导致整个路口的人均延误变化值增加)则判定所述新交通信号控制方案通过优先效益评估，并将所述新交通信号控制方案传送至所述延误转移判定单元，否则判定所述新交通信号控制方案未通过优先效益评估，删除所述新交通信号控制方案。
所述延误转移判定单元通信连接所述路口公交优先效益评估单元，用于判断经自适应调整的新交通信号控制方案是否通过延误转移判定，若是则将所述新交通信号控制方案传送至信号控制平台，否则删除所述新交通信号控制方案。
优化的，所述延误转移判定单元的工作方法，可以但不限于包括如下步骤：
S201.获取目标路口的且来自所述路口公交优先效益评估单元的新交通信号控制方案；
S202.从所述新交通信号控制方案中提取目标公交车辆优先相位的绿灯启亮时刻tgs和绿灯熄灭时刻tge；
S203.从实时采集的信号机交通信号控制方案数据中，提取下游路口的且与所述目标公交车辆优先相位相协调的下游公交车辆优先相位的绿灯启亮时刻
Figure GDA0002347013650000131
和绿灯熄灭时刻
Figure GDA0002347013650000132
其中，所述下游路口是指位于目标路口的公交车辆流向下游的交叉路口；
S204.判断不等式
Figure GDA0002347013650000133
是否成立，若成立则判定所述新交通信号控制方案通过延误转移判定，并将所述新交通信号控制方案传送至信号控制平台，否则判定所述新交通信号控制方案未通过延误转移判定，删除所述新交通信号控制方案，其中，L表示从目标路口至下游路口的车程，vbus表示公交车辆的平均行驶速度。在所述步骤S203中，所述下游公交车辆优先相位与所述目标公交车辆优先相位相协调是指公交车辆在停车等灯的情况下能够分别在所述目标公交车辆优先相位内通过目标路口和在所述下游公交车辆优先相位内通过下游路口，由此在所述步骤S204中，当不等式
Figure GDA0002347013650000134
或
Figure GDA0002347013650000135
成立时，表明在目标路口的信号机执行新交通信号控制方案后，能够保证公交车辆在以平均行驶速度行驶的情况下不停车地通过下游路口，由此可以判断公交在路口所节省的时间是否会在下游路口的等灯中抵消。
所述信号控制平台通信连接所述延误转移判定单元，用于将来自所述延误转移判定单元的且经自适应调整的新交通信号控制方案写入所述信号机。所述信号机通信连接所述信号控制平台，其布置在对应的目标路口，用于执行经自适应调整的新交通信号控制方案。
如图2所示，当前述多场景车辆优先自适应交通信号控制系统在包括专用车道公交优先方案生成单元时，其工作方法可以但不限于包括如下步骤。
S301.在时刻tbus结束时，根据实时采集的路口交通状态监控数据，在目标路口的公交专用进口道上，判断是否有新检测到的公交车辆，若是则执行步骤S302，否则执行步骤S308。
S302.根据实时采集的信号机交通信号控制方案数据，设定与新检测到的公交车辆所在公交专用进口道对应的绿灯放行相位为公交车辆优先相位，然后判断公交车辆优先相位是否处于非绿灯状态，若是则执行步骤S304，否则执行步骤S303。
S303.在当前处于绿灯状态的公交车辆优先相位内，判断是否需要延迟熄灭当前公交车辆优先相位的绿灯，若是则重新设置当前公交车辆优先相位的绿灯熄灭时刻，得到具有绿灯延长控制策略的新交通信号控制方案以及用于引导当前公交车辆的运行车速，然后执行步骤S305，否则执行步骤S304。
在所述步骤S303中，优化的，可以但不限于包括如下步骤：
S401.根据实时采集的车载设备数据，计算新检测到的公交车辆到达目标路口停车线的下限时刻tas和上限时刻tae；
S402.判断下限时刻tas和上限时刻tae是否处于当前公交车辆优先相位的初始绿灯启亮时区
Figure GDA0002347013650000141
内，若是则判定不需要延迟熄灭当前公交车辆优先相位的绿灯，同时将车速区间
Figure GDA0002347013650000142
作为用于引导所述新检测到的公交车辆的运行车速(该运行车速将无线反馈至所述新检测到的公交车辆，以便引导该公交车辆以不停车方式通过目标路口)，否则执行步骤S403，其中，
Figure GDA0002347013650000143
表示当前公交车辆优先相位的初始绿灯启亮时刻，
Figure GDA0002347013650000144
表示当前公交车辆优先相位的初始绿灯熄灭时刻，Lbus表示新检测到的公交车辆从当前位置至目标路口停车线之间的车程，vmin,bus表示新检测到的公交车辆的最小许可行驶速度，vmax,bus表示新检测到的公交车辆的最大许可行驶速度；
S403.判断tas是否大于
Figure GDA0002347013650000145
若是则判定在当前公交车辆优先相位允许的最大绿灯延迟时刻前，新检测到的公交车辆不能通过目标路口，同时判定不需要延迟熄灭当前公交车辆优先相位的绿灯，否则执行步骤S404；
S404.判断tas是否处于
Figure GDA0002347013650000146
若是则判定需要延迟熄灭当前公交车辆优先相位的绿灯，并设置当前公交车辆优先相位的绿灯晚熄时长
Figure GDA0002347013650000147
得到具有绿灯延长控制策略的新交通信号控制方案，同时将车速vmax,bus作为用于引导所述新检测到的公交车辆的运行车速(该运行车速将无线反馈至所述新检测到的公交车辆，以便引导该公交车辆以不停车方式通过目标路口)，其中，Lbus表示新检测到的公交车辆从当前位置至目标路口停车线之间的车程，vmax,bus表示新检测到的公交车辆的最大许可行驶速度，Δτmax表示当前公交车辆优先相位允许的最大绿灯晚熄时长。
在所述步骤S401中，进一步优化的，可以但不限于如下步骤：
S501.按照如下公式计算新检测到的公交车辆到达目标路口停车线的下限时刻tas和上限时刻tae：
Figure GDA0002347013650000151
式中，Lbus表示新检测到的公交车辆从当前位置至目标路口停车线之间的车程，vmax,bus表示新检测到的公交车辆的最大许可行驶速度，vmin,bus表示新检测到的公交车辆的最小许可行驶速度；
S502.判断从新检测到的公交车辆的当前位置至目标路口停车线之间是否还存在早期检测到的公交车辆，若是则执行步骤S503，否则结束步骤S401；
S503.根据早期检测到的公交车辆到达目标路口停车线的下限时刻t′as和上限时刻t′ae，判断新检测到的公交车辆以当前速度v0,bus到达目标路口停车线的时刻
Figure GDA0002347013650000152
是否处于时区[t′as t′ae]内，若是则执行步骤S504，否则结束步骤S401；
S504.按照如下公式修正下限时刻tas：
tas＝tp+Th
式中，Th表示预设参数中公交车辆行驶的平均车头时距。
在所述步骤S403中，具体的，可以但不限于按照如下公式计算当前公交车辆优先相位允许的最大绿灯晚熄时长Δτmax：
Figure GDA0002347013650000153
式中，N表示目标路口的总相位数，XU表示预设参数中的目标路口允许的最大饱和度，具体可预设为0.95，Xi表示第i(i＝1,2,…,N)个相位的饱和度，Gi表示第i(i＝1,2,…,N)个相位的初始绿灯显示时长，
Figure GDA0002347013650000154
表示在目标路口的当前信号周期内可调剂的时间。
S304.判断是否需要提前启亮下一个公交车辆优先相位的绿灯，若是则重新设置下一个公交车辆优先相位的绿灯启亮时刻，得到具有绿灯早启控制策略的新交通信号控制方案以及用于引导当前公交车辆的运行车速，然后执行步骤S305，否则执行步骤S308。
在所述步骤S304中，优化的，可以但不限于包括如下步骤：
S601.根据实时采集的车载设备数据，计算新检测到的公交车辆到达目标路口停车线的下限时刻tas和上限时刻tae；
S602.判断下限时刻tas和上限时刻tae是否处于下一个公交车辆优先相位的初始绿灯启亮时区
Figure GDA0002347013650000161
内，若是则判定不需要提前启亮下一个公交车辆优先相位的绿灯，同时将车速区间
Figure GDA0002347013650000162
作为用于引导所述新检测到的公交车辆的运行车速(该运行车速将无线反馈至所述新检测到的公交车辆，以便引导该公交车辆以不停车方式通过目标路口)，否则执行步骤S603，其中，
Figure GDA0002347013650000163
表示下一个公交车辆优先相位的初始绿灯启亮时刻，
Figure GDA0002347013650000168
表示下一个公交车辆优先相位的初始绿灯熄灭时刻，Lbus表示新检测到的公交车辆从当前位置至目标路口停车线之间的车程，vmax,bus表示新检测到的公交车辆的最大许可行驶速度，vmin,bus表示新检测到的公交车辆的最小许可行驶速度；
S603.判断tae是否小于
Figure GDA0002347013650000164
若是则判定需要提前启亮下一个公交车辆优先相位的绿灯，并设置下一个公交车辆优先相位的绿灯早启时长τΔs＝Δsmax，得到第一种具有绿灯早启控制策略的新交通信号控制方案，同时将当前行驶速度v0作为用于引导所述新检测到的公交车辆的运行车速(该运行车速将无线反馈至所述新检测到的公交车辆，以便引导该公交车辆在目标路口停车，并等待绿灯通过)，否则执行步骤S604，其中，
Figure GDA0002347013650000165
表示下一个公交车辆优先相位的初始绿灯启亮时刻，Δsmax表示下一个公交车辆优先允许的最大绿灯早启时长；
S604.判断tae是否处于时区
Figure GDA0002347013650000166
内，若是则判定需要提前启亮下一个公交车辆优先相位的绿灯，并设置下一个公交车辆优先相位的绿灯早启时长
Figure GDA0002347013650000167
得到第二种具有绿灯早启控制策略的新交通信号控制方案，同时将车速vmin,bus作为用于引导所述新检测到的公交车辆的运行车速(该运行车速将无线反馈至所述新检测到的公交车辆，以便引导该公交车辆以不停车方式通过目标路口)，否则判定不需要提前启亮下一个公交车辆优先相位的绿灯。
在所述步骤S601中，根据实时采集的车载设备数据，计算新检测到的公交车辆到达目标路口停车线的下限时刻tas和上限时刻tae的方法与前述步骤S501～S504所描述的方法完全一致，于此不再赘述。在所述步骤S602中，可以但不限于按照如下公式计算下一个公交车辆优先允许的最大绿灯早启时长Δsmax：
Figure GDA0002347013650000171
式中，min()为求最小值函数，τc表示预设参数中的时间阈值，具体可预设为5秒，N表示目标路口的总相位数，XU表示预设参数中的目标路口允许的最大饱和度，具体可预设为0.95，Xi表示第i(i＝1,2,…,N)个相位的饱和度，Gi表示第i(i＝1,2,…,N)个相位的初始绿灯显示时长，
Figure GDA0002347013650000172
表示在目标路口的当前信号周期内可调剂的时间。
S305.通过路口公交优先效益评估单元对新交通信号控制方案进行优先效益评估，若通过优先效益评估，则执行步骤S306，否则执行步骤S308。所述步骤S305中的评估方法已在前述步骤S101～S104中具体描述，于此不再赘述。
S306.通过延误转移判定单元对新交通信号控制方案进行延误转移判定，若通过延误转移判定，则执行步骤S307，否则执行步骤S308。所述步骤S306中的判定方法已在前述步骤S201～S204中具体描述，于此不再赘述。
S307.通过信号控制平台将新交通信号控制方案写入信号机，然后执行步骤S308。
S308.由信号机执行当前的交通信号控制方案，并使时刻tbus自加1，然后返回执行步骤S301。
通过前述步骤S301～S308，可以针对目标路口具有公交专用车道的情况进行公交车辆优先控制，不但能够保证在路口交通流正常运行的情况下，最大限度的实现公交车辆优先，还可以避免因公交车辆优先而造成路口交通运行恶化的情况，最终提高整个交通的运行效率，具有很高的经济效益和社会效益。
如图3所示，前述多场景车辆优先自适应交通信号控制系统在包括混合车道公交优先方案生成单元时，其工作方法可以但不限于包括如下步骤。
S701.在当前相位的初始绿灯熄灭时刻
Figure GDA0002347013650000181
结束时，根据实时采集的路口交通状态监控数据，在目标路口的且与当前相位对应的绿灯放行进口道上，判断是否有检测到的车辆且该车辆的车程目标路口停车线小于车程阈值Lh，若是则执行步骤S702，否则执行步骤S711，其中，Lh表示预设参数中的车程阈值,具体可预设为10米。
S702.判断检测到的所述车辆是否为公交车辆，若是则计算所述公交车辆以当前速度v0,fbus到达目标路口停车线的时刻
Figure GDA0002347013650000182
同时统计位于所述公交车辆之后且已检测到的公交车辆的总数Mbus，并分别计算每部公交车辆以对应的当前速度v0,j到达目标路口停车线的时刻
Figure GDA0002347013650000183
然后执行步骤S703，否则执行步骤S711，其中，Lfbus表示所述公交车辆至目标路口停车线之间的车程，Lj表示位于所述公交车辆之后且已检测到的第j(j＝1,2,…,Mbus)部公交车辆至目标路口停车线之间的车程。
S703.根据在目标路口的且与当前相位对应的绿灯放行进口道上，已检测到的公交车辆占已检测到的所有车辆的比例，确定在当前相位的绿灯放行延长时间内最多可优先通行的公交车辆数目Nprior，然后执行步骤S704，其中，Nprior＝1,2,…,Mbus。
在所述步骤S703中，举例的，可以但不限于按照如下三种情况确定在当前相位的绿灯放行延长时间内最多可优先通行的公交车辆数目Nprior：
(1)当所述比例小于0.15时，设定Nprior＝1；
(2)当所述比例介于0.15～0.35之间时，设定Nprior＝2；
(3)当所述比例大于0.35时，设定Nprior＝3。
S704.判断时刻
Figure GDA0002347013650000184
是否大于当前相位允许的最大绿灯放行延长时刻，若是则执行步骤S705，否则设置当前相位的绿灯晚熄时长为
Figure GDA0002347013650000185
得到第一种具有混合车道公交优先策略的新交通信号控制方案，然后执行步骤S706。
S705.使Nprior自减1，然后返回执行步骤S704。
S706.判断Mbus+1-Nprior是否大于0，若是则执行步骤S707，否则执行步骤S708。
S707.判断τΔe是否小于预设参数中的时间阈值τc，若是则执行步骤S708，否则设置下一个与当前相位相同的相位的绿灯早启时长为τΔs＝τc，得到第二种具有混合车道公交优先策略的新交通信号控制方案，然后执行步骤S708,其中，所述时间阈值τc具体可预设为5秒。
S708.通过路口公交优先效益评估单元对新交通信号控制方案进行优先效益评估，若通过优先效益评估，则执行步骤S709，否则执行步骤S711。所述步骤S708中的评估方法已在前述步骤S101～S104中具体描述，于此不再赘述。
S709.通过延误转移判定单元对新交通信号控制方案进行延误转移判定，若通过延误转移判定，则执行步骤S710，否则执行步骤S711。所述步骤S709中的判定方法已在前述步骤S201～S204中具体描述，于此不再赘述。
S710.通过信号控制平台将新交通信号控制方案写入信号机，然后执行步骤S711。
S711.由信号机执行当前的交通信号控制方案。
通过前述步骤S701～S711，可以针对目标路口具有混合车道的情况进行公交车辆优先控制，不但能够保证在路口交通流正常运行的情况下，最大限度的实现公交车辆优先，还可以避免因公交车辆优先而造成路口交通运行恶化的情况，最终提高整个交通的运行效率，具有很高的经济效益和社会效益。
优化的，所述多场景车辆优先自适应交通信号控制系统，还包括分别通信连接所述数据采集模块和所述信号控制平台的特种车辆优先方案生成模块；
所述特种车辆优先方案生成模块用于根据实时采集的车载设备数据、信号机交通信号控制方案数据和路口交通状态监控数据，实时判断在目标路口的进口道上是否有新检测到的特种车辆，若有则对当前的交通信号控制方案进行自适应调整，使特种车辆绝对优先地通过目标路口。
如图4所述，当前述多场景车辆优先自适应交通信号控制系统包括特种车辆优先方案生成模块时，其工作方法可以但不限于包括如下步骤。
S801.在时刻tSpecial结束时，根据实时采集的路口交通状态监控数据，在目标路口的各个流向的进口道上，分别判断是否有新检测到的特种车辆，若是则执行步骤S802，否则执行步骤S808。
S802.根据实时采集的信号机交通信号控制方案数据，设定与新检测到的特种车辆所在流向对应的绿灯放行相位为特种车辆优先相位，设定其它绿灯放行相位为特种车辆非优先相位，然后判断特种车辆优先相位是否处于非绿灯状态，若是则执行步骤S805，否则执行步骤S803。
S803.在当前处于绿灯状态的特种车辆优先相位内，判断特种车辆优先相位的绿灯熄灭时刻是否大于tSpecial+τmargin，若是则执行步骤S808，否则执行步骤S804，其中，τmargin表示预设参数中的时间裕度,具体可设为3秒；
S804.判断新检测到的特种车辆至目标路口停车线之间的车程LSpecial是否大于Lmargin，若是则使特种车辆优先相位的绿灯熄灭时刻延迟至tSpecial+τSpecial，得到第一种具有特种车辆优先通行策略的新交通信号控制方案，然后执行步骤S807，否则执行步骤S808，其中，Lmargin表示预设参数中的车程裕度,具体可设计为0米，τSpecial表示预设参数中的延时裕度，具体可设计为5秒。
S805.计算允许特种车辆优先相位继续处于非绿灯状态的最大时长τNgmax,Special，然后判断下一个特种车辆优先相位的初始绿灯启亮时刻是否大于tSpecial+τNgmax,Special，若是则执行步骤S808，否则执行步骤S806，其中，按照如下公式计算所述最大时长τNgmax,Special：
Figure GDA0002347013650000201
式中，SSpecial表示在特种车辆所在流向的进口道上的饱和流率，qSpecial表示在特种车辆所在流向的进口道上的车辆达到率，τr,Special表示特种车辆优先相位连续处于非绿灯状态的时长，DSpecial表示在特种车辆所在流向的进口道上的且已检测到的所有车辆的平均车头间距，v0,Special表示特种车辆的当前行驶速度，τdelay为预设的延误时长,具体可设计为2秒。
S806.判断当前执行的特种车辆非优先相位的绿灯熄灭时刻tge,NSpecial是否小于tSpecial+τNgmax,Special，若是则设置下一个特种车辆优先相位的绿灯启亮时刻为tge,NSpecial，得到第二种具有特种车辆优先通行策略的新交通信号控制方案，然后执行步骤S807，否则设置当前执行的特种车辆非优先相位的绿灯熄灭时刻tge,NSpecial＝tSpecial+τNgmax,Special，设置下一个特种车辆优先相位的绿灯启亮时刻为tSpecial+τNgmax,Special，得到第三种具有特种车辆优先通行策略的新交通信号控制方案，否则执行步骤S807。
S807.通过信号控制平台将新交通信号控制方案写入信号机，然后执行步骤S808；
S808.由信号机执行当前的交通信号控制方案，并使时刻tSpecial自加1，然后返回执行步骤S801。
通过前述步骤S801～S808，还可以针对在目标路口出现特种车辆的情况进行特种车辆优先控制，并且可以对特种车辆的优先通行给予绝对优先，尽量满足其不停车而通过目标路口的需求，实现及时的特情特批目的。
综上，本实施例所提供的多场景车辆优先自适应交通信号控制系统及其工作方法，具有如下有益效果。
(1)本发明创造可适用于多场景(包括公交专用车道和混合车道)的公交车辆优先控制，不但能够保证在路口交通流正常运行的情况下，同时还可引导公交车运行速度，最大限度的实现公交车辆优先，还可以避免因公交车辆优先而造成路口交通运行恶化的情况，最终提高整个交通的运行效率，具有很高的经济效益和社会效益。
(2)本发明创造的发明构思是：通过由数据采集模块实时采集的车载设备数据、信号机交通信号控制方案数据和路口交通状态监控数据，实时地获取目标车辆(例如公交车辆以及特种车辆)的当前运行速度、当前距目标路口停车线的车程、当前交通信号控制方案的相位配时参数和目标路口的当前交通流量状态等基础数据，通过对这些数据的处理、分析和逻辑判断，触发相应的车辆优先方案生成模块(例如公交优先方案生成模块或特种车辆优先方案生成模块)，生成根据预制算法规则而得到的且针对目标车辆优先的新交通信号控制方案以及用于引导公交车辆的运行速度。同时，为了不干扰目标路口的正常交通流运行以及能够与下游路口的公交车辆优先相位相协调，通过公交优先方案评估模块对实现公交优先的新交通信号控制方案进行效益评估，仅在评估通过后允许新交通信号控制方案被下发至目标路口的信号机去执行，否则放弃执行新交通信号控制方案。
通过实时采集目标车辆的位置及速度信息等数据，可判断目标车辆到达目标路口停车线的预期情况，进而在据此动态地调整对应目标车辆优先相位的绿灯晚熄时长或绿灯早启时长之后，可避免了出现当前因设置固定时长而导致利用率不高的问题，同时引导目标车辆的运行速度，保障目标车辆的有效通行。
可以对特种车辆的优先通行给予绝对优先，尽量满足其不停车而通过目标路口的需求，实现及时的特情特批目的。
由本发明创造所提供的技术方案，一方面可通过路口公交优先效益评估单元，判断在目标路口执行具有公交车辆优先策略的新交通信号控制方案后，整个目标路口的人均延误变化值是否降低，实现目标路口的效益评估；另一方面可通过延误转移判定单元判断公交在路口所节省的时间是否会在下游路口的等灯中抵消，实现对整个区域的交通运行效率进行效益评估，双重确保避免出现无效优先。
如上所述，可较好地实现本发明。对于本领域的技术人员而言，根据本发明的教导，设计出不同形式的多场景车辆优先自适应交通信号控制系统及其工作方法并不需要创造性的劳动。在不脱离本发明的原理和精神的情况下对这些实施例进行变化、修改、替换、整合和变型仍落入本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种多场景车辆优先自适应交通信号控制系统，其特征在于，包括数据采集模块、公交优先方案生成模块、公交优先方案评估模块、信号控制平台和信号机，其中，所述公交优先方案生成模块包括专用车道公交优先方案生成单元和/或混合车道公交优先方案生成单元，所述公交优先方案评估模块包括路口公交优先效益评估单元和延误转移判定单元；
所述数据采集模块用于输入预设参数，以及实时采集车载设备数据、信号机交通信号控制方案数据和路口交通状态监控数据；
所述专用车道公交优先方案生成单元通信连接所述数据采集模块，用于根据实时采集的车载设备数据、信号机交通信号控制方案数据和路口交通状态监控数据，实时判断在目标路口的公交专用进口道上是否有新检测到的公交车辆，若有则对当前的交通信号控制方案进行自适应调整，使新检测到的公交车辆优先地通过目标路口；
所述混合车道公交优先方案生成单元通信连接所述数据采集模块，用于根据实时采集的车载设备数据、信号机交通信号控制方案数据和路口交通状态监控数据，在当前相位的初始绿灯熄灭时刻结束时，检测在目标路口的且与当前相位对应的绿灯放行进口道上的公交车辆情况，并根据检测结果对当前的交通信号控制方案进行自适应调整，使已检测到的公交车辆优先地通过目标路口；
所述路口公交优先效益评估单元通信连接所述专用车道公交优先方案生成单元或所述混合车道公交优先方案生成单元，用于判定来自所述专用车道公交优先方案生成单元或所述混合车道公交优先方案生成单元的且经自适应调整的新交通信号控制方案，是否通过优先效益评估，若是则将所述新交通信号控制方案传送至所述延误转移判定单元，否则删除所述新交通信号控制方案；
所述路口公交优先效益评估单元的工作方法，包括如下步骤：
S101.获取目标路口的且来自所述专用车道公交优先方案生成单元或所述混合车道公交优先方案生成单元的新交通信号控制方案；
S102.从所述新交通信号控制方案中提取目标公交车辆优先相位的绿灯早启时长τΔs和绿灯晚熄时长τΔe，其中，τΔs≥0，τΔe≥0；
S103.按照如下公式计算整个目标路口的人均延误变化值Ddec：
Figure FDA0002347013640000011
式中，x表示目标公交车辆优先相位的相位序号，x,i＝1,2,…,N，N表示目标路口的总相位数，qi表示第i个相位的且在所有进口道上的车辆到达率，Si表示第i个相位的且在所有进口道上的饱和流率，Ri表示第i个相位的红灯启亮时长，Gi表示第i个相位的绿灯启亮时长，C表示整个信号周期的周期时长，Ocar表示小汽车的平均实载率，Obus表示公交车辆的平均实载率，Nbus表示优先通行的公交车辆总数；
S104.判断Ddec是否小于0，若是则判定所述新交通信号控制方案通过优先效益评估，并将所述新交通信号控制方案传送至所述延误转移判定单元，否则判定所述新交通信号控制方案未通过优先效益评估，删除所述新交通信号控制方案；
所述延误转移判定单元通信连接所述路口公交优先效益评估单元，用于判断经自适应调整的新交通信号控制方案是否通过延误转移判定，若是则将所述新交通信号控制方案传送至信号控制平台，否则删除所述新交通信号控制方案；
所述延误转移判定单元的工作方法，包括如下步骤：
S201.获取目标路口的且来自所述路口公交优先效益评估单元的新交通信号控制方案；
S202.从所述新交通信号控制方案中提取目标公交车辆优先相位的绿灯启亮时刻tgs和绿灯熄灭时刻tge；
S203.从实时采集的信号机交通信号控制方案数据中，提取下游路口的且与所述目标公交车辆优先相位相协调的下游公交车辆优先相位的绿灯启亮时刻
Figure FDA0002347013640000021
和绿灯熄灭时刻
Figure FDA0002347013640000022
其中，所述下游路口是指位于目标路口的公交车辆流向下游的交叉路口；
S204.判断不等式
Figure FDA0002347013640000023
或
Figure FDA0002347013640000024
是否成立，若成立则判定所述新交通信号控制方案通过延误转移判定，并将所述新交通信号控制方案传送至信号控制平台，否则判定所述新交通信号控制方案未通过延误转移判定，删除所述新交通信号控制方案，其中，L表示从目标路口至下游路口的车程，vbus表示公交车辆的平均行驶速度；
所述信号控制平台通信连接所述延误转移判定单元，用于将来自所述延误转移判定单元的且经自适应调整的新交通信号控制方案写入所述信号机；
所述信号机通信连接所述信号控制平台，用于执行经自适应调整的新交通信号控制方案。
2.如权利要求1所述的一种多场景车辆优先自适应交通信号控制系统，其特征在于，还包括分别通信连接所述数据采集模块和所述信号控制平台的特种车辆优先方案生成模块；
所述特种车辆优先方案生成模块用于根据实时采集的车载设备数据、信号机交通信号控制方案数据和路口交通状态监控数据，实时判断在目标路口的进口道上是否有新检测到的特种车辆，若有则对当前的交通信号控制方案进行自适应调整，使特种车辆绝对优先地通过目标路口。
3.一种如权利要求1～2任意一项所述的多场景车辆优先自适应交通信号控制系统的工作方法，其特征在于，当所述公交优先方案生成模块包括专用车道公交优先方案生成单元时，包括如下步骤：
S301.在时刻tbus结束时，根据实时采集的路口交通状态监控数据，在目标路口的公交专用进口道上，判断是否有新检测到的公交车辆，若是则执行步骤S302，否则执行步骤S308；
S302.根据实时采集的信号机交通信号控制方案数据，设定与新检测到的公交车辆所在公交专用进口道对应的绿灯放行相位为公交车辆优先相位，然后判断公交车辆优先相位是否处于非绿灯状态，若是则执行步骤S304，否则执行步骤S303；
S303.在当前处于绿灯状态的公交车辆优先相位内，判断是否需要延迟熄灭当前公交车辆优先相位的绿灯，若是则重新设置当前公交车辆优先相位的绿灯熄灭时刻，得到具有绿灯延长控制策略的新交通信号控制方案以及用于引导当前公交车辆的运行车速，然后执行步骤S305，否则执行步骤S304；
S304.判断是否需要提前启亮下一个公交车辆优先相位的绿灯，若是则重新设置下一个公交车辆优先相位的绿灯启亮时刻，得到具有绿灯早启控制策略的新交通信号控制方案以及用于引导当前公交车辆的运行车速，然后执行步骤S305，否则执行步骤S308；
S305.通过路口公交优先效益评估单元对新交通信号控制方案进行优先效益评估，若通过优先效益评估，则执行步骤S306，否则执行步骤S308；
S306.通过延误转移判定单元对新交通信号控制方案进行延误转移判定，若通过延误转移判定，则执行步骤S307，否则执行步骤S308；
S307.通过信号控制平台将新交通信号控制方案写入信号机，然后执行步骤S308；
S308.由信号机执行当前的交通信号控制方案，并使时刻tbus自加1，然后返回执行步骤S301。
4.如权利要求3所述的一种多场景车辆优先自适应交通信号控制系统的工作方法，其特征在于，所述步骤S303包括如下步骤：
S401.根据实时采集的车载设备数据，计算新检测到的公交车辆到达目标路口停车线的下限时刻tas和上限时刻tae；
S402.判断下限时刻tas和上限时刻tae是否处于当前公交车辆优先相位的初始绿灯启亮时区
Figure FDA0002347013640000041
内，若是则判定不需要延迟熄灭当前公交车辆优先相位的绿灯，同时将车速区间
Figure FDA0002347013640000042
作为用于引导所述新检测到的公交车辆的运行车速，否则执行步骤S403，其中，
Figure FDA0002347013640000043
表示当前公交车辆优先相位的初始绿灯启亮时刻，
Figure FDA0002347013640000044
表示当前公交车辆优先相位的初始绿灯熄灭时刻，Lbus表示新检测到的公交车辆从当前位置至目标路口停车线之间的车程，vmin,bus表示新检测到的公交车辆的最小许可行驶速度，vmax,bus表示新检测到的公交车辆的最大许可行驶速度；
S403.判断tas是否大于
Figure FDA0002347013640000045
若是则判定在当前公交车辆优先相位允许的最大绿灯延迟时刻前，新检测到的公交车辆不能通过目标路口，同时判定不需要延迟熄灭当前公交车辆优先相位的绿灯，否则执行步骤S404；
S404.判断tas是否处于
Figure FDA0002347013640000046
若是则判定需要延迟熄灭当前公交车辆优先相位的绿灯，并设置当前公交车辆优先相位的绿灯晚熄时长
Figure FDA0002347013640000047
得到具有绿灯延长控制策略的新交通信号控制方案，同时将车速vmax,bus作为用于引导所述新检测到的公交车辆的运行车速，其中，Lbus表示新检测到的公交车辆从当前位置至目标路口停车线之间的车程，vmax,bus表示新检测到的公交车辆的最大许可行驶速度，Δτmax表示当前公交车辆优先相位允许的最大绿灯晚熄时长。
5.如权利要求4所述的一种多场景车辆优先自适应交通信号控制系统的工作方法，其特征在于，所述步骤S401包括如下步骤：
S501.按照如下公式计算新检测到的公交车辆到达目标路口停车线的下限时刻tas和上限时刻tae：
Figure FDA0002347013640000051
式中，Lbus表示新检测到的公交车辆从当前位置至目标路口停车线之间的车程，vmax,bus表示新检测到的公交车辆的最大许可行驶速度，vmin,bus表示新检测到的公交车辆的最小许可行驶速度；
S502.判断从新检测到的公交车辆的当前位置至目标路口停车线之间是否还存在早期检测到的公交车辆，若是则执行步骤S503，否则结束步骤S401；
S503.根据早期检测到的公交车辆到达目标路口停车线的下限时刻t′as和上限时刻t′ae，判断新检测到的公交车辆以当前速度v0,bus到达目标路口停车线的时刻
Figure FDA0002347013640000052
是否处于时区[t′as t′ae]内，若是则执行步骤S504，否则结束步骤S401；
S504.按照如下公式修正下限时刻tas：
tas＝tp+Th
式中，Th表示预设参数中公交车辆行驶的平均车头时距。
6.如权利要求3所述的一种多场景车辆优先自适应交通信号控制系统的工作方法，其特征在于，所述步骤S304包括如下步骤：
S601.根据实时采集的车载设备数据，计算新检测到的公交车辆到达目标路口停车线的下限时刻tas和上限时刻tae；
S602.判断下限时刻tas和上限时刻tae是否处于下一个公交车辆优先相位的初始绿灯启亮时区
Figure FDA0002347013640000053
内，若是则判定不需要提前启亮下一个公交车辆优先相位的绿灯，同时将车速区间
Figure FDA0002347013640000054
作为用于引导所述新检测到的公交车辆的运行车速，否则执行步骤S603，其中，
Figure FDA0002347013640000055
表示下一个公交车辆优先相位的初始绿灯启亮时刻，
Figure FDA0002347013640000056
表示下一个公交车辆优先相位的初始绿灯熄灭时刻，Lbus表示新检测到的公交车辆从当前位置至目标路口停车线之间的车程，vmax,bus表示新检测到的公交车辆的最大许可行驶速度，vmin,bus表示新检测到的公交车辆的最小许可行驶速度；
S603.判断tae是否小于
Figure FDA0002347013640000061
若是则判定需要提前启亮下一个公交车辆优先相位的绿灯，并设置下一个公交车辆优先相位的绿灯早启时长τΔs＝Δsmax，得到第一种具有绿灯早启控制策略的新交通信号控制方案，同时将当前行驶速度v0作为用于引导所述新检测到的公交车辆的运行车速，否则执行步骤S604，其中，
Figure FDA0002347013640000062
表示下一个公交车辆优先相位的初始绿灯启亮时刻，Δsmax表示下一个公交车辆优先允许的最大绿灯早启时长；
S604.判断tae是否处于时区
Figure FDA0002347013640000063
内，若是则判定需要提前启亮下一个公交车辆优先相位的绿灯，并设置下一个公交车辆优先相位的绿灯早启时长
Figure FDA0002347013640000064
得到第二种具有绿灯早启控制策略的新交通信号控制方案，同时将车速vmin,bus作为用于引导所述新检测到的公交车辆的运行车速，否则判定不需要提前启亮下一个公交车辆优先相位的绿灯。
7.一种如权利要求1～2任意一项所述的多场景车辆优先自适应交通信号控制系统的工作方法，其特征在于，当所述公交优先方案生成模块包括混合车道公交优先方案生成单元时，包括如下步骤：
S701.在当前相位的初始绿灯熄灭时刻
Figure FDA0002347013640000065
结束时，根据实时采集的路口交通状态监控数据，在目标路口的且与当前相位对应的绿灯放行进口道上，判断是否有检测到的车辆且该车辆的车程目标路口停车线小于车程阈值Lh，若是则执行步骤S702，否则执行步骤S711，其中，Lh表示预设参数中的车程阈值；
S702.判断检测到的所述车辆是否为公交车辆，若是则计算所述公交车辆以当前速度v0,fbus到达目标路口停车线的时刻
Figure FDA0002347013640000066
同时统计位于所述公交车辆之后且已检测到的公交车辆的总数Mbus，并分别计算每部公交车辆以对应的当前速度v0,j到达目标路口停车线的时刻
Figure FDA0002347013640000071
然后执行步骤S703，否则执行步骤S711，其中，Lfbus表示所述公交车辆至目标路口停车线之间的车程，Lj表示位于所述公交车辆之后且已检测到的第j部公交车辆至目标路口停车线之间的车程，j＝1,2,…,Mbus；
S703.根据在目标路口的且与当前相位对应的绿灯放行进口道上，已检测到的公交车辆占已检测到的所有车辆的比例，确定在当前相位的绿灯放行延长时间内最多可优先通行的公交车辆数目Nprior，然后执行步骤S704，其中，Nprior＝1,2,…,Mbus；
S704.判断时刻tNprior是否大于当前相位允许的最大绿灯放行延长时刻，若是则执行步骤S705，否则设置当前相位的绿灯晚熄时长为
Figure FDA0002347013640000072
得到第一种具有混合车道公交优先策略的新交通信号控制方案，然后执行步骤S706；
S705.使Nprior自减1，然后返回执行步骤S704；
S706.判断Mbus+1-Nprior是否大于0，若是则执行步骤S707，否则执行步骤S708；
S707.判断τΔe是否小于预设参数中的时间阈值τc，若是则执行步骤S708，否则设置下一个与当前相位相同的相位的绿灯早启时长为τΔs＝τc，得到第二种具有混合车道公交优先策略的新交通信号控制方案，然后执行步骤S708；
S708.通过路口公交优先效益评估单元对新交通信号控制方案进行优先效益评估，若通过优先效益评估，则执行步骤S709，否则执行步骤S711；
S709.通过延误转移判定单元对新交通信号控制方案进行延误转移判定，若通过延误转移判定，则执行步骤S710，否则执行步骤S711；
S710.通过信号控制平台将新交通信号控制方案写入信号机，然后执行步骤S711；
S711.由信号机执行当前的交通信号控制方案。
8.一种如权利要求2所述的多场景车辆优先自适应交通信号控制系统的工作方法，其特征在于，包括如下步骤：
S801.在时刻tSpecial结束时，根据实时采集的路口交通状态监控数据，在目标路口的各个流向的进口道上，分别判断是否有新检测到的特种车辆，若是则执行步骤S802，否则执行步骤S808；
S802.根据实时采集的信号机交通信号控制方案数据，设定与新检测到的特种车辆所在流向对应的绿灯放行相位为特种车辆优先相位，设定其它绿灯放行相位为特种车辆非优先相位，然后判断特种车辆优先相位是否处于非绿灯状态，若是则执行步骤S805，否则执行步骤S803；
S803.在当前处于绿灯状态的特种车辆优先相位内，判断特种车辆优先相位的绿灯熄灭时刻是否大于tSpecial+τmargin，若是则执行步骤S808，否则执行步骤S804，其中，τmargin表示预设参数中的时间裕度；
S804.判断新检测到的特种车辆至目标路口停车线之间的车程LSpecial是否大于Lmargin，若是则使特种车辆优先相位的绿灯熄灭时刻延迟至tSpecial+τSpecial，得到第一种具有特种车辆优先通行策略的新交通信号控制方案，然后执行步骤S807，否则执行步骤S808，其中，Lmargin表示预设参数中的车程裕度，τSpecial表示预设参数中的延时裕度；
S805.计算允许特种车辆优先相位继续处于非绿灯状态的最大时长τNgmax,Special，然后判断下一个特种车辆优先相位的初始绿灯启亮时刻是否大于tSpecial+τNgmax,Special，若是则执行步骤S808，否则执行步骤S806，其中，按照如下公式计算所述最大时长τNgmax,Special：
Figure FDA0002347013640000081
式中，SSpecial表示在特种车辆所在流向的进口道上的饱和流率，qSpecial表示在特种车辆所在流向的进口道上的车辆达到率，τr,Special表示特种车辆优先相位连续处于非绿灯状态的时长，DSpecial表示在特种车辆所在流向的进口道上的且已检测到的所有车辆的平均车头间距，v0,Special表示特种车辆的当前行驶速度，τdelay为预设的延误时长；
S806.判断当前执行的特种车辆非优先相位的绿灯熄灭时刻tge,NSpecial是否小于tSpecial+τNgmax,Special，若是则设置下一个特种车辆优先相位的绿灯启亮时刻为tge,NSpecial，得到第二种具有特种车辆优先通行策略的新交通信号控制方案，然后执行步骤S807，否则设置当前执行的特种车辆非优先相位的绿灯熄灭时刻tge,NSpecial＝tSpecial+τNgmax,Special，设置下一个特种车辆优先相位的绿灯启亮时刻为tSpecial+τNgmax,Special，得到第三种具有特种车辆优先通行策略的新交通信号控制方案，否则执行步骤S807；
S807.通过信号控制平台将新交通信号控制方案写入信号机，然后执行步骤S808；
S808.由信号机执行当前的交通信号控制方案，并使时刻tSpecial自加1，然后返回执行步骤S801。
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