CN109979210B - 一种车路协同环境下的公交信号优先控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了提供了一种车路协同环境下的公交信号优先控制方法，包含了依次进行的信号信息采集与处理、公交运行信息监测、信号配时时间自压缩、下一周期信号后补偿四个步骤，通过车路协同系统对公交车辆位置进行的实时检测，并判别公交车辆到达指定位置时交叉口信号灯的状态，在公交车辆可能遇到红灯的情况下，计算与调整交叉口的信号配时方案，尽可能的缩短公交车到达信号交叉口的等候时间，减少公交车辆运行的延误，在实现公交优先的同时，提升交通系统的整体运行效率。

Description

一种车路协同环境下的公交信号优先控制方法

所属领域

本发明属于车路协同、城市公共交通系统及交通信号控制领域，具体涉及一种车路协同环境下的公交信号优先控制方法。

背景技术

一直以来，我国城市交通拥堵这一交通问题日益显现，已逐渐困扰着城市的可持续发展，并对居民的生产与生活带来了诸多不利影响，为了缓解城市中日益严重的交通拥堵问题，包括落实公交优先以优化城市的出行结构、实施信号绿波(优先)控制以提升出行效率等方法正广泛的用于城市的日常交通实践中。

然而，由于实际交通系统的复杂性，公交优先政策对出行结构的影响往往需要较长的时间才能更好的体现，而信号绿波(优先)控制虽然起效快，但是其较容易受到外部交通环境改变的影响；此外，如果公交优先与信号绿波(优先)控制两者间缺乏有效的互动，或者考虑的因素不全面，会出现公交与社会车辆通行相互影响，降低交通系统整体通行效率的情况。

根据定义，车路协同技术是采用先进的无线通信、互联网等技术，全方位实施车车、车路动态实时信息交互，并在全时空动态交通信息采集与融合的基础上开展车辆主动控制和道路协同管理，充分实现人车路的有效协同。在车路协同的环境下，可以提高交通系统的通行效率，形成安全、高效和环保的道路交通系统。但是，若采用传统的公交优先方法，极易受到外部交通环境干扰因素的影响，无法合理的资源优化，难以提供正确的车辆诱导，对交通系统的整体运行效率有所损失。

发明内容

本发明正是针对现有技术中的问题，提供了一种车路协同环境下的公交信号优先控制方法，包含了依次进行的信号信息采集与处理、公交运行信息监测、信号配时时间自压缩、下一周期信号后补偿四个步骤，通过车路协同系统对公交车辆位置进行的实时检测，并判别公交车辆到达指定位置时交叉口信号灯的状态，在公交车辆可能遇到红灯的情况下，计算与调整交叉口的信号配时方案，尽可能的缩短公交车到达信号交叉口的等候时间，减少公交车辆运行的延误，提升公交系统运行的效率。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种车路协同环境下的公交信号优先控制方法，包括如下步骤：

S1，信号信息采集与处理：所述采集的信号信息至少包括交叉口信号灯的周期时长C及信号灯的相位数N，经过处理获得第j个周期第i个相位的可压缩时长

其中,G_j,i为第j个周期第i个相位的绿灯时长；Y_j,i为第j个周期第i个相位的相位交通流量比；

为第i个相位的最小绿灯时长；

S2，公交运行信息监测：确定目标公交车，记录目标公交车当下时刻及该时刻下所属交叉口信号灯的周期序号J_t及所属的相位序号k1；

S3，信号配时时间自压缩：所述步骤通过将目标公交车直接绿灯通行的最大压缩时长和交叉口信号灯所能提供的压缩时长进行对比，确定最大可压缩时间与每个相位的压缩时长，进而获取每个相位的绿灯时长，实现周期序号J_t的信号配时时间的自压缩；

S4，下一周期信号补偿：所述步骤通过确定每个相位的补偿时长，确定每个相位的绿灯时长，实现下一个周期的信号补偿。

作为本发明的一种改进，所述步骤S3中最大的可压缩时间为：

其中，T_c为公交车直接绿灯通行的最大压缩时长。

作为本发明的一种改进，所述步骤S3进一步包括：

S31，确定最近的公交绿灯相位，从时刻t+D/v起，沿着时间轴向后找到并记录最近的公交绿灯信号开始时刻T，其中，D为目标公交车离交叉口停车线的距离；v为公交车通过交叉口的诱导行驶速度；t为确定目标公交车的当下时刻；

S32，确定最大压缩时长，所述公交车直接绿灯通行的最大压缩时长T_C为：

T_c＝T-t-D/v；

S33，计算最大可压缩时间，所述交叉口信号灯的最大可压缩的时长

为：

S34，确定每个相位的压缩时长，对第J_t个周期，对从第k1到第N个相位的绿灯时长进行压缩，

若

时，则第J_t个周期第q个相位的压缩时长

为：

若

时，则第J_t个周期第q个相位的压缩时长

为：

S35，确定每个相位的绿灯时长，对第J_t个周期，每个相位的绿灯时长

为：

作为本发明的另一种改进，所述步骤S4进一步包括：

S41，确定每个相位的补偿时长,所述第J_t+1周期，第i个相位的补偿时长

为：

S42，确定每个相位的绿灯时长，所述第J_t+1周期，第i个相位的绿灯时长

为：

作为本发明的又一种改进，当交叉口与其上游交叉口的距离L小于vC时，目标公交车离交叉口停车线的距离D为：D＝L；否则，D＝vC。

作为本发明的更进一步改进，所述步骤S2中，若当下时刻所属的交叉口信号灯周期序号，正好处于信号后补偿过程中，则继续执行上一辆公交的信号后补偿步骤，忽略目标公交的信号配时时间自压缩步骤以及下一周期信号后补偿步骤。

与现有技术相比，本发明提出了一种车路协同环境下的公交信号优先控制方法，通过车路协同系统对公交车辆位置进行的实时检测，并判别公交车辆到达指定位置时交叉口信号灯的状态，在公交车辆可能遇到红灯的情况下，计算与调整交叉口的信号配时方案，尽可能的缩短公交车到达信号交叉口的等候时间，降低传统公交优先方法易受到外部交通环境影响的不足，减少公交车辆运行的延误，提升公交系统运行的效率，有助于落实公交优先政策；同时，通过后后续信号绿灯时长的补偿，降低公交信号优先控制对其他车辆造成的影响，实现公交优先的同时，提升交通系统的整体运行效率，是对交通信号控制领域的一大改进和突破。

附图说明

图1为本发明方法的步骤流程图。

具体实施方式

以下将结合附图和实施例，对本发明进行较为详细的说明。

实施例1

如图1所示为一种基于出行距离的区域交通方式划分方法的总体步骤流程图，所述步骤包括：

S1，信号信息采集与处理；

该步骤中，采集的信号信息包含：交叉口信号灯的周期时长C，信号灯的相位数N，其中，第j个周期第i个相位的绿灯时长G_j,i，第i个相位的最小绿灯时长

第j个周期第i个相位的相位交通流量比Y_j,i，公交车通过交叉口的诱导行驶速度v，其中，i为相位的序号，i∈{1,2L N}，j为周期的序号，j大于0且为整数；随后，处理得到第j个周期第i个相位的可压缩时长

S2，公交运行信息监测；

当有公交车在交叉口上游运行，且距离交叉口停车线的距离小于D时，记录此时的时刻t，记录时刻t所属的交叉口信号灯周期序号J_t，以及时刻t所属的相位序号k1；其中，距离D通过以下方式确定：当该交叉口距离其上游交叉口的距离L小于vC时，D＝L；否则D＝vC；

S3，信号配时时间自压缩；

当时刻t+D/v时，交叉口的信号灯处于非公交绿灯相位时，需要对信号配时时间进行自压缩，包含了依次进行的步骤S31,确定最近的公交绿灯相位、步骤S32，确定最大压缩时长、步骤S33，计算最大可压缩时间、步骤S34，确定每个相位的压缩时长、步骤S35，确定每个相位的绿灯时长几个步骤,具体如下：

S31，确定最近的公交绿灯相位；

从时刻t+D/v起，沿着时间轴向后找到并记录最近的公交绿灯信号开始时刻T；

S32，确定最大压缩时长；

公交车直接绿灯通行的最大压缩时长T_C可以由下式计算得到，T_c＝T-t-D/v；

S33，计算最大可压缩时间；

交叉口信号灯的最大可压缩的时长

可以由下式计算得到，

S34，确定每个相位的压缩时长；

对第J_t个周期，对从第k1到第N个相位的绿灯时长进行压缩；

若

时，则第J_t个周期第q个相位的压缩时长

可以通过下式计算得到：

若

时，则第J_t个周期第q个相位的压缩时长

可以通过下式计算得到：

S35，确定每个相位的绿灯时长；

对第J_t个周期，每个相位的绿灯时长

可以通过下式计算得到：

S4，下一周期信号后补偿；

对第J_t+1周期，对第k1到第N个相位的绿灯时长进行补偿，包含了依次进行的步骤S41，确定每个相位的补偿时长、步骤S42，确定每个相位的绿灯时长；

S41，确定每个相位的补偿时长；

第J_t+1周期，第i个相位的补偿时长

可以通过下式确定

S42，确定每个相位的绿灯时长；

第J_t+1周期，第i个相位的绿灯时长

可以通过下式确定

所述实施例中，每个周期的第一个相位是公交绿灯相位，其余相位为非公交绿灯相位；每天从0点0分0秒开始为第一个周期的第一个相位的开始时间。

当步骤S2时刻t所属的交叉口信号灯周期序号J_t，正好处于信号后补偿过程中，此时继续执行上一辆公交的信号后补偿步骤，而不执行这一辆公交的信号配时时间自压缩步骤以及下一周期信号后补偿步骤。

实施例2

在我国某大城市的建成区选择了一个交叉口进行该发明的实施例测试，经过该交叉口的公交线路有1条，该公交线路的平均发车间隔为5min。需要额外说明的，为了简化计算，在信号信息采集与处理步骤中，将信号灯的黄灯时长(3s/相位)并入到对应相位的绿灯时长中，这对该发明方法的流程与方法的创新并不会造成影响。

S1，信号信息采集与处理；

该步骤中，采集的信号信息包含：交叉口信号灯的周期时长C＝80s，信号灯的相位数N＝4，其中，第j个周期第1、2、3、4个相位的绿灯时长G_j,1＝G_j,2＝G_j,3＝G_j,4＝20s，第1、2、3、4个相位的最小绿灯时长

第j个周期第1、2、3、4个相位的相位交通流量比分别为Y_j,1＝Y_j,3＝0.15、Y_j,2＝Y_j,4＝0.10，公交车通过交叉口的诱导行驶速度v＝10m/s，第j个周期第1、2、3、4个相位的可压缩时长

每个周期的第一个相位是公交绿灯相位，其余相位为非公交绿灯相位；从0点0分0秒开始为第一个周期的第一个相位的开始时间。

S2，公交运行信息监测；

在时刻t＝8:0:9(即上午8点0分9秒)时，有公交车在交叉口上游运行，且正好距离交叉口停车线的距离小于D＝600m时，此时，所属的交叉口信号灯周期序号J_t＝361，相位序号k1＝1；

并且，时刻t＝8:0:9所属的交叉口信号灯周期序号J_t＝361，不处于信号后补偿过程中，所以可以继续执行这一辆公交的信号配时时间自压缩步骤以及下一周期信号后补偿步骤。

S3，信号配时时间自压缩；

当时刻t+D/v＝8:1:9时，交叉口的信号灯处于第4个相位，为非公交绿灯相位时，需要对信号配时时间进行自压缩：

步骤S31，确定最近的公交绿灯相位；

最近的公交绿灯信号开始时刻T＝8:1:20；

步骤S32，确定最大压缩时长；

公交车直接绿灯通行的最大压缩时长T_C＝11s；

步骤S33，计算最大可压缩时间

交叉口信号灯的最大可压缩的时长

步骤S34，确定每个相位的压缩时长；

对第J_t＝361个周期，对从第k1＝1到第N＝4个相位的绿灯时长进行压缩，根据专利的计算式，得到每个相位的压缩时长均为2.75s，即

步骤S35，确定每个相位的绿灯时长；

对第J_t＝361个周期，对从第k1＝1到第N＝4个相位的绿灯时长

S4，下一周期信号后补偿；

对第J_t+1周期，对第k1到第N个相位的绿灯时长进行补偿，包含了依次进行的步骤S41，确定每个相位的补偿时长、步骤S42，确定每个相位的绿灯时长；

步骤S41，确定每个相位的补偿时长；

第J_t+1＝362周期，对第1～第4相位进行补偿，补偿时长

步骤S42，确定每个相位的绿灯时长；

第J_t+1＝362周期，第1～第4相位的绿灯时长

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实例的限制，上述实例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims (5)

1.一种车路协同环境下的公交信号优先控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1，信号信息采集与处理：所述采集的信号信息至少包括交叉口信号灯的周期时长C及信号灯的相位数N，经过处理获得第j个周期第i个相位的可压缩时长

其中,G_j,i为第j个周期第i个相位的绿灯时长；Y_j,i为第j个周期第i个相位的相位交通流量比；

为第i个相位的最小绿灯时长；

S2，公交运行信息监测：确定目标公交车，记录目标公交车当下时刻及该时刻下所属交叉口信号灯的周期序号J_t及所属的相位序号k1；

S3，信号配时时间自压缩：本步骤通过将目标公交车直接绿灯通行的最大压缩时长和交叉口信号灯所能提供的压缩时长进行对比，确定最大可压缩时间与每个相位的压缩时长，进而获取每个相位的绿灯时长，实现周期序号J_t的信号配时时间的自压缩，所述最大可压缩时间为：

其中，T_c为公交车直接绿灯通行的最大压缩时长；t为确定目标公交车的当下时刻；

S4，下一周期信号补偿：所述步骤通过确定每个相位的补偿时长，确定每个相位的绿灯时长，实现下一个周期的信号补偿。

2.如权利要求1所述的一种车路协同环境下的公交信号优先控制方法，其特征在于所述步骤S3进一步包括：

S31，确定最近的公交绿灯相位，从时刻t+D/v起，沿着时间轴向后找到并记录最近的公交绿灯信号开始时刻T，其中，D为目标公交车离交叉口停车线的距离；v为公交车通过交叉口的诱导行驶速度；

S32，确定最大压缩时长，所述公交车直接绿灯通行的最大压缩时长T_C为：

T_c＝T-t-D/v；

S33，计算最大可压缩时间，所述交叉口信号灯的最大可压缩时间

为：

S34，确定每个相位的压缩时长，对第J_t个周期，对从第k1到第N个相位的绿灯时长进行压缩，

若

时，则第J_t个周期第q个相位的压缩时长

为：

若

时，则第J_t个周期第q个相位的压缩时长

为：

S35，确定每个相位的绿灯时长，对第J_t个周期，每个相位的绿灯时长

为：

3.如权利要求2所述的一种车路协同环境下的公交信号优先控制方法，其特征在于所述步骤S4进一步包括：

S41，确定每个相位的补偿时长,所述第J_t+1周期，第i个相位的补偿时长

为：

S42，确定每个相位的绿灯时长，所述第J_t+1周期，第i个相位的绿灯时长

为：

4.如权利要求3所述的一种车路协同环境下的公交信号优先控制方法，其特征在于：当交叉口与其上游交叉口的距离L小于vC时，目标公交车离交叉口停车线的距离D为：D＝L；否则，D＝vC。

5.如权利要求1所述的一种车路协同环境下的公交信号优先控制方法，其特征在于所述步骤S2中，若当下时刻所属的交叉口信号灯周期序号，正好处于信号后补偿过程中，则继续执行上一辆公交的信号后补偿步骤，忽略目标公交的信号配时时间自压缩步骤以及下一周期信号后补偿步骤。

Images