CN108922211A - 考虑站点、信号灯和前车约束的brt公交速度优化推荐方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种考虑站点、信号灯和前车约束的BRT公交速度优化推荐方法，该方法首先确定车辆运行线路上即将到达的站点以及信号灯信息，然后根据车辆即将到达的信号灯的相位，确定车辆通过所述信号灯的可通过区间；最后根据所述的可通过区间、前方排队车辆的个数、前方车辆速度、即将要到达的站点的位置对当前车辆的速度进行优化和推荐；本方案中还提出了一套与该方法适配的推荐系统。本发明方法综合考虑了站点、信号交叉口和前方车辆的约束，为驾驶人提供实时合理的速度建议，降低了燃油消耗，提高了燃油经济性和道路通行能力，满足人们出行需求的同时，提高出行效率。

Description

考虑站点、信号灯和前车约束的BRT公交速度优化推荐方法
技术领域
本发明涉及公共交通与汽车技术领域，具体涉及一种考虑站点、信号灯和前车约束的BRT公交速度优化推荐方法。
背景技术
快速公交系统BRT(Bus Rapid Transit)是一种介于城市轨道交通和常规公共汽车之间的特殊而又新颖的客运模式。BRT作为一种轨道式的公共汽车交通，既有轨道交通固有的快速、大容量的特点，同时又保持传统交通的便利性和经济性的特点，利用现代化公交技术配合智能交通和运营管理，开辟公交专用路(道) 和建造新式公交车站，实现轨道交通式运营服务，达到轻轨的服务水准。全封闭的BRT公交专用道由于受到站点停车和信号交叉口的约束，其通行速度和能力都会下降，尤其在高峰期间无法避免车辆排队等候的状况发生；另一方面，由于驾驶人不能准确获取前方交叉口信号灯信息和站点信息，导致额外的急加减速操作，从而引起不必要的燃油消耗和尾气排放，对交通环境造成影响。
目前针对BRT公交车辆进行引导的研究，主要是对车辆进站的优化以及站台客流引导，尚未有针对综合考虑站点、信号灯和前车的约束的BRT公交速度优化方面的文献和专利，不能有效地在满足在保障人们出行效率前提下提高BRT 公交的燃油经济性。
发明内容
本发明的目的是提供一种考虑站点、信号灯和前车约束的BRT公交速度优化推荐方法，在保证BRT公交安全运行的前提下，提高BRT公交的燃油经济性。
为了实现上述任务，本发明采用以下技术方案：
一种考虑站点、信号灯和前车约束的BRT公交速度优化推荐方法，包括以下步骤：
确定当前车辆运行线路上即将到达的站点以及信号灯；
根据当前车辆即将到达的信号灯的相位，确定当前车辆通过所述信号灯的可通过区间；
根据所述的可通过区间、前方排队车辆的个数、与当前车辆位置最近的前方车辆的位置和速度、即将要到达的站点的位置对当前车辆的速度进行优化和推荐。
进一步地，所述的确定当前车辆运行方向上即将到达的站点，包括：
步骤1.1，站点信息表的建立
(1)添加虚拟站点
若当前运行线路为非环形线路，则在当前线路的起始站点之前、终止站点之后分别添加一个虚拟站点，分别记为前序站点以及后续站点；
若当前运行线路为环形线路，则记终止站点为前序站点，起始站点为后续站点；
(2)建立站点信息表
建立站点信息表，表中内容包括：站点顺序、站点名称、站点经度、站点纬度；所述的站点信息表有两个，分别为上行站点信息表和下行站点信息表；
步骤1.2，确定当前车辆即将要到达的站点
判断当前车辆的运行线路是上行还是下行，确定当前车辆的位置，根据当前车辆的位置以及所述的站点信息表，确定当前车辆即将要到达的站点。
进一步地，所述的确定当前车辆即将要到达的站点，包括：
①在当前运行线路对应的站点信息表中，提取除了距离当前车辆位置最近的站点b、站点b的前一站a、站点b的下一站c这三个站点之外其余的所有站点，构成参考站点集；取参考站点集中的第一个站点为参考站点；
②分别计算参考站点与所述的站点a、站点b、站点c以及当前车辆的距离，分别记为：xi-1,xi,xi+1,xh；
③情况1：若xh在区间[xi-1,xi]内但不在区间(xi,xi+1]内，则距离当前车辆位置最近的站点b为车辆即将到达的站点；
情况2：若xh在区间[xi,xi+1]但不在区间[xi-1,xi)内，则距离当前车辆位置最近的站点b的下一站c为车辆即将到达的站点；
若xh不满足情况1和情况2，则取参考站点集中所述参考站点的下一个站点作为新的参考站点，重复步骤②和步骤③，直至满足情况1或情况2；
④通过步骤②和③确定当前车辆即将要到达的站点为i，若当前车辆的速度小于1m/s，且车辆距离站点i小于1m，则认为车辆已经到达站点i，此时记站点i的下一个站点i+1作为车辆即将到达的站点，否则就以站点i作为车辆即将到达的站点。
进一步地，所述的确定当前车辆运行线路上即将到达的信号灯，包括：
(1)添加虚拟信号灯
若当前运行线路为非环形线路，则在当前线路的起始信号灯之前，以及终止信号灯之后分别添加一个虚拟信号灯，分别记为前序信号灯以及后续信号灯；
若当前运行线路为环形线路，则记终止信号灯为前序信号灯，起始信号灯为后续信号灯；
(2)建立信号灯信息表
建立信号灯信息表，表中内容包括：
信号灯顺序、信号灯名称、信号灯经度、信号灯纬度；所述的信号灯信息表有两个，分别为上行信号灯信息表和下行信号灯信息表。
步骤1.4，确定当前车辆即将要到达的信号灯
判断当前公交的运行线路是上行或下行，确定当前车辆的位置；根据当前车辆的位置及所述的信号灯信息表，确定当前车辆即将要到达的信号灯。
进一步地，所述的确定当前车辆即将要到达的信号灯，包括：
①在当前运行线路对应的信号灯信息表中，提取除了距离当前车辆位置最近的信号灯v、信号灯v的前一个信号灯u、下一个信号灯w这三个信号灯之外其余的所有信号灯，构成参考信号灯集；取参考信号灯集中的第一个信号灯为参考信号灯；
②分别计算参考信号灯与所述的信号灯u、信号灯v、信号灯w以及当前车辆的距离，分别记为：xu,xv,xw,xl；
③情况1：若xl在区间[xu,xv]内但不在区间(xv,xw]内，则距离当前车辆位置最近的信号灯v为车辆即将到达的信号灯；
情况2：若xl在区间[xv,xw]但不在区间[xu,xv)内，则距离当前车辆位置最近的信号灯v的下一个信号灯w为车辆即将到达的信号灯；
若xl不满足情况1和情况2，则取参考信号灯集中所述参考信号灯的下一个信号灯作为新的参考信号灯，重复步骤②和步骤③，直至满足情况1或情况2；
④通过步骤②和③确定了当前车辆即将要到达的信号灯为j；找到当前车辆运行线路上信号灯j的下一个信号灯j+1，确定信号灯j、j+1和起始信号灯的距离，记为xj,xj+1；记车辆当前位置与起始信号灯的距离为xh2，若xh2在区间 [xj,xj+1]中，则将所述的信号灯j+1作为车辆即将到达的信号灯。
进一步地，所述的根据车辆即将到达的信号灯的相位，确定车辆通过所述信号灯的可通过区间，包括：
获取当前车辆即将到达的信号灯的相位、信号灯的各个指示灯在一个周期内的时长、当前点亮的指示灯的剩余时间，结合当前车辆与所述信号灯的距离，确定车辆在信号灯不同相位时，通过所述信号灯的可通过区间。
进一步地，所述的确定车辆在信号灯不同相位时，通过所述信号灯的可通过区间，包括：
记车辆即将到达的信号灯为J，信号灯的相位为Sflag，信号灯的红灯、绿灯两种指示灯在一个周期内的时长分别记为TR和TG，当前点亮的指示灯剩余时间为Trem；
(1)设定车辆初始可通过区间
若车辆即将到达的信号灯J当前的相位是红灯，则将当前车辆可通过区间设定为(Trem，Trem+TG)；如果车辆即将到达的信号灯J当前的相位是绿灯，则将当前车辆可通过区间设定为(0，Trem)或(Trem+TR，Trem+TR+TG)；
(2)对车辆的初始可通过区间进行周期更迭修正
若当前车辆到达信号灯J需要经历k个信号周期，则需要给上述可通过区间 (Trem，Trem+TG)，(Trem+TR，Trem+TR+TG)加上k个更迭周期，即给所述的可通过区间加上k(TR+TG)。
所述k采用下面方法确定：
设当前车辆与信号灯J的距离为S：
第一种情况：若信号灯J的相位为红灯，则记k的初始值为0，进行以下判断：
如k满足：
则输出Rk＝k；否则将k的值加1，继续代入上式判断；其中vmin表示期望的最小车速，vmax表示道路允许的最大速度；
第二种情况：若信号灯J的相位为绿灯，则记k的初始值为0，进行以下判断：
如k满足：
则输出Gk＝k；否则将k的值加1，继续代入上式判断；
因此，修正后的可通过区间为：(Trem+Rk(TG+TR)，Trem+TG+Rk(TG+TR))、或(0，Trem)、或(Trem+TR+Gk(TG+TR)，Trem+(Gk+1)(TG+TR))。
进一步地，所述的根据所述的可通过区间、前方排队车辆的个数、前方车辆速度、即将要到达的站点的位置对当前车辆的速度进行优化和推荐，包括：
步骤3.1，根据车辆即将到达的信号灯不同相位对应的可通过区间，通过判断当车辆在所述的可通过区间内是否能通过即将到达的信号灯，若不能通过，则计算考虑信号灯约束的当前车辆的车速设定值；
步骤3.2，获取当前车辆前方排队车辆的个数，根据排队车辆的消散时间，对步骤3.1计算的设定值进行调整；
步骤3.3，获取与当前车辆位置最近的前方车辆的速度，计算考虑前车约束的当前车辆的车速设定值；
步骤3.4，获取车辆即将到达的站点的位置，计算考虑站点约束的当前车辆的速度设定值；
步骤3.5，根据当前车辆前方即将到达的是信号灯还是站点，结合步骤3.1- 步骤3.4计算的速度设定值给出当前车辆的推荐速度。
一种考虑站点、信号灯和前车约束的BRT公交速度优化推荐系统，包括：
信号灯控制系统，该系统安装在路侧，与信号灯连接，用于实时获取信号灯信息；
车-信号灯通信系统，包括车载端和路侧端，其中路侧端将所述的信号灯信息传输给车载端；
车车通信系统，用于将当前车辆速度和GPS位置以广播方式发送给附近的车辆，并接收附近车辆分时广播的速度和GPS位置；
车载GPS，用于获取本车的速度、经度、纬度；
车载毫米波雷达，用于获取当前车辆和前车的相对速度和相对距离；
前方站点GPS值检索系统，用于确定车辆运行线路上即将到达的站点以及信号灯；
速度优化决策系统，用于根据车辆即将到达的信号灯的相位，确定车辆通过所述信号灯的可通过区间；根据所述的可通过区间、前方排队车辆的个数、前方车辆速度、即将要到达的站点的位置对当前车辆的速度进行优化和推荐；
速度推荐显示提醒系统，包括车载视频显示系统和语音提醒系统；其中车载视频显示系统接收速度优化决策系统提供的推荐速度并进行实时显示，语音提醒系统将所述的推荐速度进行语音播报。
本发明具有以下技术特点：
1.本发明提出的BRT公交速度优化推荐方法综合考虑了站点、信号交叉口和前方车辆的约束，为驾驶员提供实时的合理的速度建议，并通过语音提示避免造成不必要的困扰。
2.本发明考虑了信号交叉口的约束，减少了车辆在交叉口前的空转时间，从而降低了燃油消耗，提高了燃油经济性。
3.本发明提出的BRT公交速度优化推荐方法同时提高了道路通行能力，满足人们出行需求的同时，提高出行效率。
附图说明
图1为本发明方法的流程图；
图2为BRT公交速度优化推荐系统结构示意图；
图3为环形线路和非环形公交线路虚拟站点添加示意图；
图4为确定当前车辆即将要到达的站点示意图；
图5为利用本发明方法的车辆和利用ACC控制方法的车辆运行时间对比图，其中前四辆为采用ACC控制的车辆，后四辆是利用本发明方法的车辆。
具体实施方式
本发明公开了一种考虑站点、信号灯和前车约束的BRT公交速度优化推荐方法，如图1所示，包括以下步骤：
步骤1，确定车辆运行线路上即将到达的站点以及信号灯；
该步骤中，首先进行当前车辆运行方向上即将到达的站点的确定，如图4 所示：
步骤1.1，站点信息表的建立
(1)添加虚拟站点
本发明中，若当前车辆的运行线路为非环形线路，则在当前线路的起始站点之前，以及终止站点之后分别添加一个虚拟站点，分别记为前序站点以及后续站点；其中，前序站点的位置为(m+1)*ps-m*pe，后续站点的位置为 (m+1)*pe-m*ps，ps表示起始站点的位置，pe表示终止站点的位置，其中m 为正数，可取0.5、1或者更大的数；添加的虚拟站点如图3所示。
若当前运行线路为环形线路，则记终止站点为前序站点，起始站点为后续站点；即，将起始站点之前的一个站点作为前序站点，由于是环形线路，所以起始站点之前的一个站点即为该环形线路的终止站点，将该站点作为前序站点；同样地，终止站点之后的站点即为起始站点，因此将终止站点之后的一个站点作为后续站点。
(2)建立站点信息表
建立站点信息表，表中内容包括：站点顺序、站点名称、站点经度、站点纬度；格式如下：
站点顺序 站点名称 站点经度 站点纬度
所述的站点顺序是按照从前序站点至后续站点的顺序进行排列，所述的站点信息表有两个，分别为上行站点信息表和下行站点信息表。
步骤1.2，确定当前车辆即将要到达的站点
根据当前车辆经过站点的顺序判断当前车辆的运行线路是上行还是下行，通过车载GPS确定当前车辆的位置，根据当前车辆的位置以及所述的站点信息表，确定当前车辆即将要到达的站点，具体如下：
以当前车辆的运行线路是上行为例，则根据上行站点信息表确定距离当前车辆位置最近的站点b，并找到该站点的前一站a和下一站c，然后再按照下面的方法确定所述位置最近的站点是否为当前车辆即将要到达的站点：
①在当前运行线路对应的站点信息表中，提取除了距离当前车辆位置最近的站点b、站点b的前一站a、站点b的下一站c这三个站点之外其余的所有站点，构成参考站点集；取参考站点集中的第一个站点为参考站点；
②分别计算参考站点与所述的站点a、站点b、站点c以及当前车辆的距离，分别记为：xi-1,xi,xi+1,xh；
③情况1：若xh在区间[xi-1,xi]内但不在区间(xi,xi+1]内，则距离当前车辆位置最近的站点b为车辆即将到达的站点；
情况2：若xh在区间[xi,xi+1]但不在区间[xi-1,xi)内，则距离当前车辆位置最近的站点b的下一站c为车辆即将到达的站点；
若xh不满足情况1和情况2，则取参考站点集中所述参考站点的下一个站点作为新的参考站点，重复步骤②和步骤③，直至满足情况1或情况2；
④通过步骤②和③确定当前车辆即将要到达的站点(即站点b或站点c)，记为站点i，若当前车辆的速度小于1m/s，且车辆距离站点i小于1m，则认为车辆已经到达站点i，此时记站点i的下一个站点i+1作为车辆即将到达的站点，否则就以站点i作为车辆即将到达的站点。
步骤1中，确定车辆运行线路上即将到达的信号灯的方法与确定即将到达的站点的方法类似，具体如下：
步骤1.3，信号灯信息表的建立
(1)添加虚拟信号灯
为了简化算法，本方法中给道路上所有的信号灯两端各添加一个虚拟信号灯：
若当前运行线路为非环形线路，则在当前线路的起始信号灯(即在车辆运行方向上，距离车辆起始站点最近的一个信号灯)之前，以及终止信号灯之后分别添加一个虚拟信号灯，分别记为前序信号灯以及后续信号灯；
其中，前序信号灯的位置为(n+1)*qs-n*qe，后续信号灯的位置为 (n+1)*qe-n*qs，qs表示起始信号灯的位置，qe表示终止信号灯的位置，其中n为正数，可取0.5、1或者更大的数。
若当前运行线路为环形线路，则记终止信号灯为前序信号灯，起始信号灯为后续信号灯；即，将起始信号灯之前的一个信号灯作为前序信号灯，由于是环形线路，所以起始信号灯之前的一个信号灯即为该环形线路的终止信号灯，将该信号灯作为前序信号灯；同样地，终止信号灯之后的信号灯即为起始信号灯，因此将终止信号灯之后的一个信号灯作为后续信号灯。
(2)建立信号灯信息表，表中内容包括：
信号灯顺序、信号灯名称、信号灯经度、信号灯纬度，格式如下：
信号灯顺序 信号灯名称 信号灯经度 信号灯纬度
所述的信号灯顺序是按照从前序信号灯至后续信号灯的顺序进行排列，所述的信号灯信息表有两个，分别为上行信号灯信息表和下行信号灯信息表。
步骤1.4，确定当前车辆即将要到达的信号灯
判断当前公交的运行线路是上行或下行，然后通过车载GPS确定当前车辆的位置；如果当前运行线路是上行，则根据上行信号灯信息表确定距离当前车辆位置最近的信号灯v，并找到该信号灯的前一个信号灯u和下一个信号灯w，然后再按照下面的方法确定所述位置最近的信号灯是否当前车辆即将要到达的信号灯：
①在当前运行线路对应的信号灯信息表中，提取除了距离当前车辆位置最近的信号灯v、信号灯v的前一个信号灯u、下一个信号灯w这三个信号灯之外其余的所有信号灯，构成参考信号灯集；取参考信号灯集中的第一个信号灯为参考信号灯；
②分别计算参考信号灯与所述的信号灯u、信号灯v、信号灯w以及当前车辆的距离，分别记为：xu,xv,xw,xl；
③情况1：若xl在区间[xu,xv]内但不在区间(xv,xw]内，则距离当前车辆位置最近的信号灯v为车辆即将到达的信号灯；
情况2：若xl在区间[xv,xw]但不在区间[xu,xv)内，则距离当前车辆位置最近的信号灯v的下一个信号灯w为车辆即将到达的信号灯；
若xl不满足情况1和情况2，则取参考信号灯集中所述参考信号灯的下一个信号灯作为新的参考信号灯，重复步骤②和步骤③，直至满足情况1或情况2；
④通过步骤②和③确定了当前车辆即将要到达的信号灯(即信号灯v或w)，记为信号灯j；找到当前车辆运行线路上信号灯j的下一个信号灯j+1，确定信号灯j、j+1和起始信号灯的距离，记为xj,xj+1；记车辆当前位置与起始信号灯的距离为xh2，若xh2在区间[xj,xj+1]中，则将所述的信号灯j+1作为车辆即将到达的信号灯。
步骤2，根据车辆即将到达的信号灯的相位，确定车辆通过所述信号灯的可通过区间；
在该步骤中，获取当前车辆即将到达的信号灯的相位、信号灯的各个指示灯在一个周期内的时长、当前点亮的指示灯的剩余时间，结合当前车辆与所述信号灯的距离，确定车辆在信号灯不同相位时，通过所述信号灯的可通过区间。具体步骤如下：
根据步骤1确定的车辆即将到达的信号灯J，获取所述车辆即将到达的信号灯J的相位Sflag(红灯r还是绿灯g，根据通行规范，将黄灯折合到红灯周期上，即将黄灯的剩余时间、在一个周期内的时长分别记在红灯上)、当前点亮的指示灯剩余时间Trem，红灯、绿灯在一个周期内的时长：TR和TG，并据此给出当前车辆速度优化引导的信号灯约束条件；
(1)设定车辆初始可通过区间
若车辆即将到达的信号灯J当前的相位是红灯，则将当前车辆可通过区间设定为(Trem，Trem+TG)；如果车辆即将到达的信号灯J当前的相位是绿灯，则将当前车辆可通过区间设定为(0，Trem)或(Trem+TR，Trem+TR+TG)；
(2)对车辆的初始可通过区间进行周期更迭修正
若当前车辆到达信号灯J需要经历k个信号周期，则需要给上述可通过区间 (Trem，Trem+TG)，(Trem+TR，Trem+TR+TG)加上k个更迭周期，即给所述的可通过区间加上k(TR+TG)。
所述k采用下面方法确定：
设当前车辆与信号灯J的距离为S：
第一种情况：若信号灯J的相位为红灯，则记k的初始值为0，进行以下判断：
如k满足：
则输出Rk＝k；否则将k的值加1，继续代入上式判断；其中vmin表示期望的最小车速，vmax表示道路允许的最大速度。
第二种情况：若信号灯J的相位为绿灯，则记k的初始值为0，进行以下判断：
如k满足：
则输出Gk＝k；否则将k的值加1，继续代入上式判断。
因此，修正后的可通过区间为：(Trem+Rk(TG+TR)，Trem+TG+Rk(TG+TR))、或(0，Trem)、或(Trem+TR+Gk(TG+TR)，Trem+(Gk+1)(TG+TR))。
步骤3，所述的根据所述的可通过区间、前方排队车辆的个数、与当前车辆位置最近的前方车辆速度、即将要到达的站点的位置对当前车辆的速度进行优化和推荐；具体如下：
步骤3.1，根据车辆即将到达的信号灯不同相位对应的可通过区间，通过判断当车辆在所述的可通过区间内是否能通过即将到达的信号灯，若不能通过，则计算考虑信号灯约束的当前车辆的车速设定值；
(1)如果当前信号灯J相位为绿灯，则判断车辆的可通过区间是(0，Trem) 还是(Trem+TR+Gk(TG+TR)，Trem+(Gk+1)(TG+TR))；如车辆在当前道路的限速下可通过信号灯J，则将车辆的可通过区间设定为(0，Trem)，否则车辆的可通过区间设定为(Trem+TR+Gk(TG+TR)，Trem+(Gk+1)(TG+TR))。
第一种情况：当车辆的可通过区间为(0，Trem)时：
如果则表示车辆可以直接跟驰通过前方信号灯J；否则使车辆在下个信号灯的绿灯开始时刻通过信号灯J，利用下面的公式计算期望调节车速：
则考虑信号灯约束的当前车辆的车速设定值为：
vnxt＝min(max(max(vadj,vk-bT),vmin),vmax)
其中Ts表示采样周期，n＝floor(Trem/Ts)，floor(·)为向下取整。其中，v(nTs) 表示车辆在nTs时的速度；所述的采样周期为车辆速度的采样周期，本实施例中采样周期为0.1s，当前车辆与信号灯J的距离为S；
T是速度调节的时间间隔，该时间间隔是设定的固定时间间隔；其中vmin表示期望的最小车速，vmax表示道路允许的最大速度，vk表示kT时刻(当前时刻)车辆的速度，b表示车辆的减速度，一般取值为3-5m/s2，TD＝Trem+TR。
第二种情况：当车辆的可通过区间为(Trem+TR+Gk(TG+TR)，Trem+(Gk+1)(TG +TR))时：
如果下面两式同时满足，则车辆可以通过信号灯J，无需对车速调整；
上式中：
n＝floor((Trem+(Gk+1)(TG+TR))/Ts)，
m＝floor((Trem+TR+Gk(TG+TR))/Ts)+1；
如果则车辆不能通过信号灯J，需要提前减速，在本周期绿灯时间通过，此时计算：TD＝Trem+TR+Gk(TG+TR)；
如果则车辆不能通过信号灯J，需要提前减速在下一信号周期通过，此时计算：TD＝Trem+TR+(Gk+1)(TG+TR)；
确定TD的值后，将TD的值代入期望调节车速的公式中：
则考虑信号灯约束的当前车辆的车速设定值为：
vnxt＝min(max(max(vadj,vk-bT),vmin),vmax)。
(2)如果当前信号灯J相位为红灯，则判断车辆在区间(Trem+Rk(TG+TR)， Trem+TG+Rk(TG+TR))内是否能通过信号灯J：
其中n＝floor((Trem+TG+Rk(TG+TR))/Ts)，
m＝floor((Trem+Rk(TG+TR))/Ts)+1；
若上面两个不等式同时成立，则车辆可以通过信号灯J，无需对车速进行调整；
若则车辆不能通过信号灯J，需要提前减速在本周期绿灯时间通过，此时计算：TD＝Trem+Rk(TG+TR)；
若则车辆不能通过信号灯J，需要提前减速在下一信号周期通过，此时计算：TD＝Trem+(Rk+1)(TG+TR)；
确定TD的值后，将TD的值代入期望调节车速的公式中：
则考虑信号灯约束的当前车辆的车速设定值为：
vnxt＝min(max(max(vadj,vk-bT),vmin),vmax)。
步骤3.2，获取当前车辆前方排队车辆的个数，根据排队车辆的消散时间，对步骤3.1计算的设定值进行调整；具体地：
获取当前车辆附近车辆的速度和位置，确定附近车辆V到起始信号灯的位移SV，若该位移SV介于当前车辆(本车)到起始信号灯之间的位移和当前车辆前方的信号灯J与起始信号灯之间的位移，则车辆V属于前方排队的车辆；通过该方法可确定前方排队车辆的个数，按照每辆车Tq时长的消散时间，一般取值为2～4s；则步骤3.1的TD应更新为TD+nqTq，再计算vnxt；其中nq为前方排队车辆个数。
步骤3.3，获取与当前车辆位置最近的前方车辆的位置和速度，计算考虑前车约束的当前车辆的车速设定值；具体步骤如下：
计算考虑前车约束的当前车辆的车速设定值：
其中，vk+1表示(k+1)T时刻当前车辆的速度(即所述的设定值)，vk是 kT时刻当前车辆的速度，T是速度调节的时间间隔，vmax表示道路允许的最大速度，a是当前车辆的最大加速度，本实施例中取值为1.0-2.0m/s2，δ表示自由加速指数，本实施例中取值为3-5；sk是kT时刻当前车辆到前车的相对距离，确定方法如下：
如果当前车辆和前车之间的距离大于当前车辆的雷达的检测范围，则将kT 时刻当前车辆到前车的距离sk设定为两车的相对距离，该相对距离通过两车的GPS位置来确定；否则sk用当前车辆的车载毫米波雷达检测到的相对距离表示。
sdes表示期望最小间距，其表达式为：
其中，b0表示期望减速度，本实施例中取值为2-3m/s2；s0表示堵塞距离，本实施例中取值为2-4m；Tsafe表示安全车头时距，本实施例中取值为0.5-1s；vl表示前车的速度。
步骤3.4，获取车辆即将到达的站点的位置，计算考虑站点约束的当前车辆的速度设定值；
记当前车辆即将到达的站点为I，将站点I看作当前车辆前方的一个静止车辆，计算考虑站点约束的当前车辆的速度设定值v′k+1：
上式中，站点I的速度vl＝0，sK＝||psta-phost||。其中，sK表示当前车辆与即将到达的站点I的距离，psta表示当前车辆即将到达的站点I的GPS位置，phost表示当前车辆的GPS位置。
步骤3.5，根据当前车辆前方即将到达的是信号灯还是站点，结合步骤3.1- 步骤3.4计算的速度设定值给出当前车辆的推荐速度。
若当前车辆前方即将到达的是信号灯且经过步骤3.1判断当前车辆无需调整车速即能通过该信号灯，则当前车辆的推荐速度v＝vk+1；如车辆需要调整速度，则当前车辆的推荐速度v＝min(vk+1,vnxt)；
若当前车辆前方即将到达的是站点，则当前车辆的推荐速度 v＝min(vk+1,vk′+1)。
确定推荐速度后，通过显示屏和语音提示的方式提供给当前车辆的驾驶员，使驾驶员根据推荐车速调整当前车辆的速度。
如图5所示，为本发明方法与现有的ACC方法应用在车辆上的时间对比图。其中前四辆车是ACC方法控制，后面的四辆车利用本发明的方法。从图中可以明显看到，采用本发明方法的BRT公交车有效缩短了在红灯相位的等待时间避免了较长的空转等待时间，从而提高了BRT公交的燃油经济性。
本发明进一步提供了一种与本发明推荐方法相适配的一套推荐系统，如图2 所示，该系统包括：
(1)信号灯控制系统
信号灯控制系统安装在路侧，与信号灯连接，用于实时获取信号灯信息，包括：
红黄绿三种指示灯的相位，当前点亮的指示灯的剩余时间、三种指示灯在一个周期内的时长，以及信号灯的GPS位置信息。所述的一个周期是指三种指示灯依次从点亮到熄灭的总时长；所述的一个周期内的时长，是指该指示灯在一个周期内的倒计时总长度。
(2)车-信号灯通信系统
车-信号灯通信系统(车载端和路侧端)包括路侧端车-信号灯通信系统和车载端车-信号灯通信系统。所述通信系统可采用LTE-V通信设备，其中路侧端将所述的信号灯信息传输给车载端。
(3)车车通信系统
车车通信系统(车载端)用于将本车速度和GPS位置以广播方式发送给附近的车辆，并接收附近车辆分时广播的速度和GPS位置，所述的车车通信系统可采用LTE-V通信设备。
(4)车载GPS
车载GPS用于获取本车的速度、经度、纬度。
(5)车载毫米波雷达
车载毫米波雷达用于获取当前车辆(本车)和前车(与当前车辆最近的一辆车)的相对速度和相对距离。
(6)前方站点GPS值检索系统
确定车辆运行线路上即将到达的站点以及信号灯；具体地，前方站点本车 GPS提供的本车位置信息确定前方即将到达的站点位置、信号灯位置；本方案的步骤1利用该系统实现。
(7)速度优化决策系统
根据车辆即将到达的信号灯的相位，确定车辆通过所述信号灯的可通过区间；根据所述的可通过区间、前方排队车辆的个数、前方车辆速度、即将要到达的站点的位置对当前车辆的速度进行优化和推荐。
具体地，速度优化决策系统根据信号灯、前车和前方站点的约束，向本车的驾驶员提供速度建议，驾驶员根据所述的建议调整车速，以使得BRT公交可以平稳地在站点停靠，并减少信号交叉口附近的停车次数，降低能源消耗。本方案的步骤2、3利用该系统实现。
(8)速度推荐显示提醒系统
速度推荐显示提醒系统包括车载视频显示系统和语音提醒系统。其中车载视频显示系统接收速度优化决策系统提供的推荐速度并进行实时显示，呈现给驾驶员。语音提醒系统将推荐速度进行语音播报，避免驾驶员在行驶途中因过度依赖视频显示系统而引起不必要的安全问题。实现推荐速度的实时显示，并对未正确采取的驾驶行为进行提醒，若车速与推荐速度的差异超过5km/h，启动低频次的闪烁提醒，若超过了10km/h，则启动较高频次的闪烁，若超过20km/h,则启动语音告警。

Claims (9)

1.一种考虑站点、信号灯和前车约束的BRT公交速度优化推荐方法，其特征在于，包括以下步骤：
确定当前车辆运行线路上即将到达的站点以及信号灯；
根据当前车辆即将到达的信号灯的相位，确定当前车辆通过所述信号灯的可通过区间；
根据所述的可通过区间、前方排队车辆的个数、与当前车辆位置最近的前方车辆的位置和速度、即将要到达的站点的位置对当前车辆的速度进行优化和推荐。
2.如权利要求1所述的考虑站点、信号灯和前车约束的BRT公交速度优化推荐方法，其特征在于，所述的确定当前车辆运行方向上即将到达的站点，包括：
步骤1.1，站点信息表的建立
(1)添加虚拟站点
若当前运行线路为非环形线路，则在当前线路的起始站点之前、终止站点之后分别添加一个虚拟站点，分别记为前序站点以及后续站点；
若当前运行线路为环形线路，则记终止站点为前序站点，起始站点为后续站点；
(2)建立站点信息表
建立站点信息表，表中内容包括：站点顺序、站点名称、站点经度、站点纬度；所述的站点信息表有两个，分别为上行站点信息表和下行站点信息表；
步骤1.2，确定当前车辆即将要到达的站点
判断当前车辆的运行线路是上行还是下行，确定当前车辆的位置，根据当前车辆的位置以及所述的站点信息表，确定当前车辆即将要到达的站点。
3.如权利要求2所述的考虑站点、信号灯和前车约束的BRT公交速度优化推荐方法，其特征在于，所述的确定当前车辆即将要到达的站点，包括：
①在当前运行线路对应的站点信息表中，提取除了距离当前车辆位置最近的站点b、站点b的前一站a、站点b的下一站c这三个站点之外其余的所有站点，构成参考站点集；取参考站点集中的第一个站点为参考站点；
②分别计算参考站点与所述的站点a、站点b、站点c以及当前车辆的距离，分别记为：xi-1,xi,xi+1,xh；
③情况1：若xh在区间[xi-1,xi]内但不在区间(xi,xi+1]内，则距离当前车辆位置最近的站点b为车辆即将到达的站点；
情况2：若xh在区间[xi,xi+1]但不在区间[xi-1,xi)内，则距离当前车辆位置最近的站点b的下一站c为车辆即将到达的站点；
若xh不满足情况1和情况2，则取参考站点集中所述参考站点的下一个站点作为新的参考站点，重复步骤②和步骤③，直至满足情况1或情况2；
④通过步骤②和③确定当前车辆即将要到达的站点为i，若当前车辆的速度小于1m/s，且车辆距离站点i小于1m，则认为车辆已经到达站点i，此时记站点i的下一个站点i+1作为车辆即将到达的站点，否则就以站点i作为车辆即将到达的站点。
4.如权利要求1所述的考虑站点、信号灯和前车约束的BRT公交速度优化推荐方法，其特征在于，所述的确定当前车辆运行线路上即将到达的信号灯，包括：
(1)添加虚拟信号灯
若当前运行线路为非环形线路，则在当前线路的起始信号灯之前，以及终止信号灯之后分别添加一个虚拟信号灯，分别记为前序信号灯以及后续信号灯；
若当前运行线路为环形线路，则记终止信号灯为前序信号灯，起始信号灯为后续信号灯；
(2)建立信号灯信息表
建立信号灯信息表，表中内容包括：
信号灯顺序、信号灯名称、信号灯经度、信号灯纬度；所述的信号灯信息表有两个，分别为上行信号灯信息表和下行信号灯信息表。
步骤1.4，确定当前车辆即将要到达的信号灯
判断当前公交的运行线路是上行或下行，确定当前车辆的位置；根据当前车辆的位置及所述的信号灯信息表，确定当前车辆即将要到达的信号灯。
5.如权利要求4所述的考虑站点、信号灯和前车约束的BRT公交速度优化推荐方法，其特征在于，所述的确定当前车辆即将要到达的信号灯，包括：
①在当前运行线路对应的信号灯信息表中，提取除了距离当前车辆位置最近的信号灯v、信号灯v的前一个信号灯u、下一个信号灯w这三个信号灯之外其余的所有信号灯，构成参考信号灯集；取参考信号灯集中的第一个信号灯为参考信号灯；
②分别计算参考信号灯与所述的信号灯u、信号灯v、信号灯w以及当前车辆的距离，分别记为：xu,xv,xw,xl；
③情况1：若xl在区间[xu,xv]内但不在区间(xv,xw]内，则距离当前车辆位置最近的信号灯v为车辆即将到达的信号灯；
情况2：若xl在区间[xv,xw]但不在区间[xu,xv)内，则距离当前车辆位置最近的信号灯v的下一个信号灯w为车辆即将到达的信号灯；
若xl不满足情况1和情况2，则取参考信号灯集中所述参考信号灯的下一个信号灯作为新的参考信号灯，重复步骤②和步骤③，直至满足情况1或情况2；
④通过步骤②和③确定了当前车辆即将要到达的信号灯为j；找到当前车辆运行线路上信号灯j的下一个信号灯j+1，确定信号灯j、j+1和起始信号灯的距离，记为xj,xj+1；记车辆当前位置与起始信号灯的距离为xh2，若xh2在区间[xj,xj+1]中，则将所述的信号灯j+1作为车辆即将到达的信号灯。
6.如权利要求1所述的考虑站点、信号灯和前车约束的BRT公交速度优化推荐方法，其特征在于，所述的根据车辆即将到达的信号灯的相位，确定车辆通过所述信号灯的可通过区间，包括：
获取当前车辆即将到达的信号灯的相位、信号灯的各个指示灯在一个周期内的时长、当前点亮的指示灯的剩余时间，结合当前车辆与所述信号灯的距离，确定车辆在信号灯不同相位时，通过所述信号灯的可通过区间。
7.如权利要求6所述的考虑站点、信号灯和前车约束的BRT公交速度优化推荐方法，其特征在于，所述的确定车辆在信号灯不同相位时，通过所述信号灯的可通过区间，包括：
记车辆即将到达的信号灯为J，信号灯的相位为Sflag，信号灯的红灯、绿灯两种指示灯在一个周期内的时长分别记为TR和TG，当前点亮的指示灯剩余时间为Trem；
(1)设定车辆初始可通过区间
若车辆即将到达的信号灯J当前的相位是红灯，则将当前车辆可通过区间设定为(Trem，Trem+TG)；如果车辆即将到达的信号灯J当前的相位是绿灯，则将当前车辆可通过区间设定为(0，Trem)或(Trem+TR，Trem+TR+TG)；
(2)对车辆的初始可通过区间进行周期更迭修正
若当前车辆到达信号灯J需要经历k个信号周期，则需要给上述可通过区间(Trem，Trem+TG)，(Trem+TR，Trem+TR+TG)加上k个更迭周期，即给所述的可通过区间加上k(TR+TG)。
所述k采用下面方法确定：
设当前车辆与信号灯J的距离为S：
第一种情况：若信号灯J的相位为红灯，则记k的初始值为0，进行以下判断：
如k满足：
则输出Rk＝k；否则将k的值加1，继续代入上式判断；其中vmin表示期望的最小车速，vmax表示道路允许的最大速度；
第二种情况：若信号灯J的相位为绿灯，则记k的初始值为0，进行以下判断：
如k满足：
则输出Gk＝k；否则将k的值加1，继续代入上式判断；
因此，修正后的可通过区间为：(Trem+Rk(TG+TR)，Trem+TG+Rk(TG+TR))、或(0，Trem)、或(Trem+TR+Gk(TG+TR)，Trem+(Gk+1)(TG+TR))。
8.如权利要求1所述的考虑站点、信号灯和前车约束的BRT公交速度优化推荐方法，其特征在于，所述的根据所述的可通过区间、前方排队车辆的个数、前方车辆速度、即将要到达的站点的位置对当前车辆的速度进行优化和推荐，包括：
步骤3.1，根据车辆即将到达的信号灯不同相位对应的可通过区间，通过判断当车辆在所述的可通过区间内是否能通过即将到达的信号灯，若不能通过，则计算考虑信号灯约束的当前车辆的车速设定值；
步骤3.2，获取当前车辆前方排队车辆的个数，根据排队车辆的消散时间，对步骤3.1计算的设定值进行调整；
步骤3.3，获取与当前车辆位置最近的前方车辆的速度，计算考虑前车约束的当前车辆的车速设定值；
步骤3.4，获取车辆即将到达的站点的位置，计算考虑站点约束的当前车辆的速度设定值；
步骤3.5，根据当前车辆前方即将到达的是信号灯还是站点，结合步骤3.1-步骤3.4计算的速度设定值给出当前车辆的推荐速度。
9.一种考虑站点、信号灯和前车约束的BRT公交速度优化推荐系统，其特征在于，包括：
信号灯控制系统，该系统安装在路侧，与信号灯连接，用于实时获取信号灯信息；
车-信号灯通信系统，包括车载端和路侧端，其中路侧端将所述的信号灯信息传输给车载端；
车车通信系统，用于将当前车辆速度和GPS位置以广播方式发送给附近的车辆，并接收附近车辆分时广播的速度和GPS位置；
车载GPS，用于获取本车的速度、经度、纬度；
车载毫米波雷达，用于获取当前车辆和前车的相对速度和相对距离；
前方站点GPS值检索系统，用于确定车辆运行线路上即将到达的站点以及信号灯；
速度优化决策系统，用于根据当前车辆即将到达的信号灯的相位，确定当前车辆通过所述信号灯的可通过区间；根据所述的可通过区间、前方排队车辆的个数、最近的前方车辆速度、即将要到达的站点的位置对当前车辆的速度进行优化和推荐；
速度推荐显示提醒系统，包括车载视频显示系统和语音提醒系统；其中车载视频显示系统接收速度优化决策系统提供的推荐速度并进行实时显示，语音提醒系统将所述的推荐速度进行语音播报。
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