CN110211406B - 一种公交车进站速度引导控制方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种公交车进站速度引导控制方法及系统，其中方法包括：S1：判断路段是否越行，如为是，则执行S2，反之，则执行S4；S2：判断当前车辆是否最早到车站，若为是，则执行S7，反之，则执行S3；S3：实时获取时间队列中前一车辆的预计到达时间作为门限时间，并执行S6；S4：判断前方是否有需要进入相同车站的车辆，若为是，则执行S5，反之，则执行S7；S5：实时获取前方最近车辆的预计到达时间作为门限时间，并执行S6；S6：基于门限时间引导控制当前车辆的速度并更新自身的预计到达时间对外发送；S7：根据车站泊位信息和当前车辆引导控制当前车辆的速度并更新自身的预计到达时间对外发送。与现有技术相比，本发明能够避免集簇现象。

Description

一种公交车进站速度引导控制方法及系统

技术领域

本发明涉及交通信息工程与控制领域，尤其是涉及一种公交车进站速度引导控制方法及系统。

背景技术

公共交通作为一种绿色可持续的出行方式，在大城市中广为提倡。为提高市民满意度，城市公交车保有量逐年攀升，运营数量巨大，运行密度很高。但另一方面，由于单个公交车站规划不合理或泊位有限，若大量公交车短时间内陆续抵达，将造成公交车大量集簇(即公交车在车站的拥堵)，乘车市民在站台外部穿行，若管理不善极易形成道路交通运行瓶颈和安全问题。

在现有技术中，尚无成熟的公交集簇现象控制设备。其中，中国专利CN108681625A公开了一种避免公交集簇的公交优先控制方法及系统，旨在通过交叉路口信号动态控制的方式来缓解公交集簇现象，该方法将部分公交车流进行短时拦截，能够起到一定的优化效果。为降低区域公交延误和提高公交出行安全，但是其会导致车辆运行速度不均衡。

此外，在城市公交网络化发展的背景下，公交车保有量和运营投入增大，部分站点的服务能力与公交车通行需求呈现出不平衡态势，高峰小时公交集簇现象高发频发，普通时段同样偶发。成熟有效的公交车进站引导与管理设备匮乏，相关方法与技术尚不完善。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种公交车进站速度引导控制方法及系统。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种公交车进站速度引导控制方法，包括：

步骤S1：判断路段是否越行，如为是，则执行步骤S2，反之，则执行步骤S4；

步骤S2：判断当前车辆进入待进入车站的预计到达时间是否为所有车辆中最早，若为是，则执行步骤S7，反之，则执行步骤S3；

步骤S3：将各车辆进入车站的预计到达时间并按照先后进行排序，实时获取时间队列中前一车辆的预计到达时间作为门限时间，并执行步骤S6；

步骤S4：判断前方是否有需要进入相同车站的车辆，若为是，则执行步骤S5，反之，则执行步骤S7；

步骤S5：实时获取前方最近车辆的预计到达时间作为门限时间，并执行步骤S6；

步骤S6：基于门限时间和当前车辆与车站的距离，引导控制当前车辆的速度并更新自身的预计到达时间对外发送；

步骤S7：根据车站泊位信息和当前车辆与车站的距离，引导控制当前车辆的速度并更新自身的预计到达时间对外发送。

所述步骤S6具体包括：

步骤S61：基于门限时间和当前车辆与车站的距离，计算最大行驶速度；

步骤S62：引导车辆按照不高于最大行驶速度行驶；

步骤S63：更新自身的预计到达时间对外发送。

所述步骤S7具体包括：

步骤S71：判断车站是否存在空余泊位，若为否，则执行步骤S72；

步骤S72：获取各在站车辆的预计站点停靠剩余时间；

步骤S73：根据第一辆驶离车站的在站车辆的预计站点停靠剩余时间得到预计空出泊位所需时间，结合当前车辆与车站的距离计算最大行驶速度；

步骤S74：引导车辆按照不高于最大行驶速度行驶；

步骤S75：更新自身的预计到达时间对外发送。

所述当前车辆与车站的距离具体为：

其中：s_li为车辆i与车站的距离，

为车辆i与车站的测量距离，s_xi为车辆i与信控交叉口之间的距离，s_zi为车辆i所需经过信控交叉口距离车站的距离。

所述预计到达时间具体为：

其中：t_yi为车辆i的预计到达时间，v_ti为车辆i的当前车速，a_i为车辆i加速度，t_xi为信号灯等待时间，v′_ti为车辆i在进入路口前的匀速行驶速度。

所述信号灯等待时间具体为：

其中：g_ki为信号灯周期中的绿灯相位开始时间，t_wi为信号灯时间，T_i为信号灯周期时长，mod(·)为求余数函数。

预计站点停靠剩余时间为：

t′_zi＝max(t_z(i-1)，t_z(i-2))

其中：t′_zi为车辆i的预计站点停靠剩余时间，t_z(i-1)为较车辆i先到站最近车辆的预计站点停靠剩余时间，t_z(i-2)为较车辆i先到站次近车辆的预计站点停靠剩余时间，max(·)为取最大值函数。

所述预计空出泊位所需时间为：

其中：t′_ki为预计空出泊位时间，t′_ti为车辆已停站时间。

所述最大行驶速度具体为：

其中：v_yi为最大行驶速度，v_max为路段限速，t_y(i-1)为前车预计到站时间，t′_k(i-1)为前车预计空出泊位时间，k_i表示车站是否有空余泊位(用0和1分别代表无和有)，min(·)为取最小值函数。

一种实现公交车进站速度引导控制方法的系统，包括车载单元、车站单元和中央单元，所述车载单元包括第一单片机，以及均与第一单片机连接的第一短距离无线通信模块、第一超远距离无线通信模块、第一电源模块、显示模块、车速采集模块和卫星定位模块，所述车站单元包括第二单片机，以及均与第二单片机连接的第二短距离无线通信模块、第二电源模块，所述中央单元包括第三单片机，以及均与第三单片机连接的第二超远距离无线通信模块、第三电源，所述第一短距离无线通信模块与第二短距离无线通信模块进行信息交互，所述第一超远距离无线通信模块与第二超远距离无线通信模块进行信息交互，所述显示模块上显示所述最大行驶速度。

所述系统还包括信号灯单元，该信号灯单元包括第四单片机，以及与第四单片机连接的第三超远距离无线通信模块、第四电源模块，所述第三超远距离无线通信模块与第二超远距离无线通信模块进行信息交互。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1)运用实时信息和历史信息，计算车辆有泊位情况下抵达公交车站时的最大行驶速度，能够科学和有效地指导车辆运行，为驾驶人驾驶决策或自动驾驶系统车辆速度控制提供有益参考，避免集簇现象的发生。

2)利用了车路协同技术，可以保障数据传输的可靠性。

附图说明

图1为系统结构示意框图；

图2为直行公交、左转公交、右转公交速度引导示意图；

图3为公交车辆速度引导流程示意图；

其中：1、车载单元，2、车站单元，3、中央单元，4、信号灯单元，11、第一单片机，12、第一短距离无线通信模块，13、第一超远距离无线通信模块，14、显示模块，15、车速采集模块，16、卫星定位模块，17、第一电源模块，21、第二单片机，22、第二短距离无线通信模块，23、第二电源模块，31、第三单片机，32、第二超远距离无线通信模块，33、第三电源，41、第四单片机，42、第三超远距离无线通信模块，43、第四电源模块。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

一种公交车进站速度引导控制方法，如图3所示，包括：

步骤S1：判断路段是否越行，如为是，则执行步骤S2，反之，则执行步骤S4；

步骤S2：判断当前车辆进入待进入车站的预计到达时间是否为所有车辆中最早，若为是，则执行步骤S7，反之，则执行步骤S3；

步骤S3：将各车辆进入车站的预计到达时间并按照先后进行排序，实时获取时间队列中前一车辆的预计到达时间作为门限时间，并执行步骤S6；

步骤S4：判断前方是否有需要进入相同车站的车辆，若为是，则执行步骤S5，反之，则执行步骤S7；

步骤S5：实时获取前方最近车辆的预计到达时间作为门限时间，并执行步骤S6；

步骤S6：基于门限时间和当前车辆与车站的距离，引导控制当前车辆的速度并更新自身的预计到达时间对外发送，具体包括：

步骤S61：基于门限时间和当前车辆与车站的距离，计算最大行驶速度；

步骤S62：引导车辆按照不高于最大行驶速度行驶；

步骤S63：更新自身的预计到达时间对外发送。

步骤S7：根据车站泊位信息和当前车辆与车站的距离，引导控制当前车辆的速度并更新自身的预计到达时间对外发送，具体包括：

步骤S71：判断车站是否存在空余泊位，若为否，则执行步骤S72；

步骤S72：获取各在站车辆的预计站点停靠剩余时间；

步骤S73：根据第一辆驶离车站的在站车辆的预计站点停靠剩余时间得到预计空出泊位所需时间，结合当前车辆与车站的距离计算最大行驶速度；

步骤S74：引导车辆按照不高于最大行驶速度行驶；

步骤S75：更新自身的预计到达时间对外发送。

一种实现公交车进站速度引导控制方法的系统，如图1所示，包括车载单元、车站单元和中央单元，车载单元包括第一单片机，以及均与第一单片机连接的第一短距离无线通信模块、第一超远距离无线通信模块、第一电源模块、显示模块、车速采集模块和卫星定位模块，车站单元包括第二单片机，以及均与第二单片机连接的第二短距离无线通信模块、第二电源模块，中央单元包括第三单片机，以及均与第三单片机连接的第二超远距离无线通信模块、第三电源，第一短距离无线通信模块与第二短距离无线通信模块进行信息交互，第一超远距离无线通信模块与第二超远距离无线通信模块进行信息交互，显示模块上显示最大行驶速度。

系统还包括信号灯单元，该信号灯单元包括第四单片机，以及与第四单片机连接的第三超远距离无线通信模块、第四电源模块，第三超远距离无线通信模块与第二超远距离无线通信模块进行信息交互。

在城市公交网络化发展的背景下，公交车保有量和运营投入增大，部分站点的服务能力与公交车通行需求呈现出不平衡态势，高峰小时公交集簇现象高发频发，普通时段同样偶发。成熟有效的公交车进站引导与管理设备匮乏，相关方法与技术尚不完善。对此，本发明通过分析公交车进站停车需要，设计了一种公交车进站速度引导系统，用以改善公交集簇现象，以促进公交车发车、运行、运营管理以及公交车自动驾驶技术的科学化与专业化。

车载单元能够采集与传输车辆自身的速度与位置信息，接收与处理来自中央单元的交通信息，显示引导车辆行驶的最大速度。同时，包含数据计算功能，并与车站单元通信收集车辆站点停靠时间信息。该终端基于单片机技术实现，能实现数据存储和处理功能，包含短距离无线传输模块、超远距离无线传输模型、电源模块、卫星定位模块和显示模块。

车站单元用于收集与传输公交车站点停靠时间信息。该单元基于单片机技术，能实现数据存储和处理功能，并配备有短距离无线传输模块和电源模块。

中央单元用于实时获取与传输其覆盖范围内的车辆位置、速度与预计到站时间信息，以及信号灯实时状态与相位信息，该终端基于单片机技术，能实现数据存储和处理功能，并包括超远距离无线通信模块和电源模块。

信号灯单元则用于传输实时相位信息，采用单片机技术实现，能实现数据存储和处理功能，并包含超远距离无线通信模块和电源模块。

综上，车载单元与车站单元基于短距离无线通信模块相互通信，确定公交车的站点停靠时间信息。中央单元与信号灯单元基于超远距离无线通信模块相互通信，进而向车载单元发送信号灯实时相位信息，用于判断是否会等待红灯和计算公交车辆预计到站时间。车载单元与中央单元基于超远距离无线通信模块相互通信，车载单元传输自身的位置信息、速度信息、预计到站时间信息和站点停靠时间信息，并接收来自中央单元的其它车辆预计到站时间信息及站点停靠信息。车载单元基于其它车辆预计到站时间、站点停靠信息以及车辆位置信息等，实时计算在有泊位的情况下抵达公交车站的最大速度，并在显示模块上显示，供车辆行驶参考。

如图2所示，所发明的系统能够指导直行进站车辆、左转进站车辆和右转进站车辆。具体的指导流程如图3所示。

以抵达某站点的某公交车为例，首先需要先判定路段是否允许公交车之间超车或越行。

若不能够越行：则车载单元根据中央单元所传输的信息，对前往该站点的公交车按照距离站点实际距离大小进行排序，正在驶离该车站的车辆编号为B₀，距离车站最近车辆编号为B₁，其次，B₂，依此类推。则该车辆编号为B_i。

进而，根据自身编号判断前方否有同站到达行驶车辆，如果有前方同站到达行驶车辆，则进一步根据所接收到的前方最近车辆B_i-1预计到站所需时间t_y(i-1)和预计站点停靠剩余时间t_z(i-1)，判断自身车辆最大行驶速度v_yi(满足限速要求)，并返回自身的预计到站所需时间t_yi。

如果前方没有同站到达行驶车辆，则判断该站点是否有空余泊位。果有空余泊位，则正常行驶抵达站点。如果没有空余泊位，则获取空出泊位所需的时间t_zk，并计算自身车辆最大行驶速度v_yi(需满足限速要求)，并返回自身的预计到站所需时间t_yi。由此，车辆参考最大行驶速度进行行驶，直至到达站点。

若能够越行：则车载单元根据中央单元所传输的信息，对前往该站点的公交车按照预计到站时间大小进行排序，正在驶离该车站的车辆编号为B₀，预计到站时间最小的车辆编号为B₁，其次，B₂，依此类推。则该车辆编号为B_i。

进而，根据自身编号判断前方否有到站时间次小的同站到达行驶车辆，如果有，则进一步根据所接收的车辆B_i-1预计到站所需时间t_y(i-1)和预计站点停靠剩余时间t_z(i-1)，判断自身车辆最大行驶速度v_yi(满足限速要求，最大限速为v_max)，并返回自身的预计到站所需时间t_yi。

如果前方没有同站到达行驶车辆，则判断该站点是否有空余泊位，如果有空余泊位，则正常行驶抵达站点。如果没有空余泊位，则获取空出泊位所需的时间t_zk，计算自身车辆最大行驶速度v_yi(满足限速要求)，并返回自身的预计到站所需时间t_yi。由此，车辆参考最大行驶速度进行行驶。由此，车辆参考最大行驶速度进行行驶，直至到达站点。

在信息需求上，对于车辆B_i而言，车载单元能够提供当前车速v_ti，车辆进入路口前的匀速速度v′_ti，车辆加速度a_i以及站点停靠剩余时间t_zi等信息。中央单元向车载单元提供车辆距离车站的距离s_li，车站间的交叉口距离车站的距离s_zi，车辆与信控交叉口之间的距离s_xi，车辆能否越行，前车预计到站时间t_y(i-1)，前两次车辆的站点停靠剩余时间t_z(i-1)和t_z(i-2)，信号灯周期T_i，信号灯时间t_wi，对应的绿灯相位开始时间g_ki和结束时间g_ji，以及信号灯等待时间t_xi。

其中，车辆能否越行由中央单元通过匹配车载单元提供的位置信息进行确定。车站是否有空余泊位k_i(用0和1分别代表无和有)，站点停靠剩余时间t_zi和车辆已停站时间t′_ti由车载单元和车站单元共同确定，并由车载单元发送至中央单元。预计到站时间t_yi由车载单元结合自身信息和中央单元提供信息共同确定，并返回至中央单元。信号灯相关属性由信号灯单元传输至中央单元。

对于s_li、s_zi和s_xi，如果s_li≤s_zi，车辆距离车站的距离即为该距离，如果s_li＞s_zi，则有s_li＝s_xi+s_zi。

对于车辆B_i(i＝1，2，3，...，n)，预计到站所需时间t_yi，信号灯等待时间t_xi，预计站点停靠剩余时间t′_zi，预计空出泊位所需时间t′_ki，以及车载单元所显示的最大行驶速度v_yi等的计算方式如下。

当前车辆与车站的距离具体为：

其中：s_li为车辆i与车站的距离，

为车辆i与车站的测量距离，s_xi为车辆i与信控交叉口之间的距离，s_zi为车辆i所需经过信控交叉口距离车站的距离。

预计到达时间为：

其中：t_yi为车辆i的预计到达时间，v_ti为车辆i的当前车速，a_i为车辆i加速度，t_xi为信号灯等待时间，v′_ti为车辆i在进入路口前的匀速行驶速度。

信号灯等待时间为：

其中：g_ki为信号灯周期中的绿灯相位开始时间，t_wi为信号灯时间，T_i为信号灯周期时长，mod(·)为求余数函数。

预计站点停靠剩余时间为：

t′_zi＝max(t_z(i-1)，t_z(i-2))

其中：t′_zi为车辆i的预计站点停靠剩余时间，t_z(i-1)为较车辆i先到站最近车辆的预计站点停靠剩余时间，t_z(i-2)为较车辆i先到站次近车辆的预计站点停靠剩余时间，max(·)为取最大值函数。

预计空出泊位所需时间为：

其中：t′_ki为预计空出泊位时间，t′_ti为车辆已停站时间。

最大行驶速度为：

其中：v_yi为最大行驶速度，v_max为路段限速，t_y(i-1)为前车预计到站时间，t′_k(i-1)为前车预计空出泊位时间，k_i表示车站是否有空余泊位(用0和1分别代表无和有)，min(·)为取最小值函数。

以上时间精度建议以“秒”为单位，距离精度建议以“米”为单位，对于信息更新、传输与计算频率，可以根据实际情况进行调整，建议以5-20s为间隔。

Claims (9)

1.一种公交车进站速度引导控制方法，其特征在于，包括：

步骤S1：判断路段是否越行，如为是，则执行步骤S2，反之，则执行步骤S4，

步骤S2：判断当前车辆进入待进入车站的预计到达时间是否为所有车辆中最早，若为是，则执行步骤S7，反之，则执行步骤S3，

步骤S3：将各车辆进入车站的预计到达时间按照先后进行排序，实时获取时间队列中前一车辆的预计到达时间作为门限时间，并执行步骤S6，

步骤S4：判断前方是否有需要进入相同车站的车辆，若为是，则执行步骤S5，反之，则执行步骤S7，

步骤S5：实时获取前方最近车辆的预计到达时间作为门限时间，并执行步骤S6，

步骤S6：基于门限时间和当前车辆与车站的距离，引导控制当前车辆的速度并更新自身的预计到达时间对外发送，

步骤S7：根据车站泊位信息和当前车辆与车站的距离，引导控制当前车辆的速度并更新自身的预计到达时间对外发送；

所述步骤S7具体包括：

步骤S71：判断车站是否存在空余泊位，若为否，则执行步骤S72，

步骤S72：获取各在站车辆的预计站点停靠剩余时间，

步骤S73：根据第一辆驶离车站的在站车辆的预计站点停靠剩余时间得到预计空出泊位所需时间，结合当前车辆与车站的距离计算最大行驶速度，

步骤S74：引导车辆按照不高于最大行驶速度行驶，

步骤S75：更新自身的预计到达时间对外发送。

2.根据权利要求1所述的一种公交车进站速度引导控制方法，其特征在于，所述步骤S6具体包括：

步骤S61：基于门限时间和当前车辆与车站的距离，计算最大行驶速度；

步骤S62：引导车辆按照不高于最大行驶速度行驶；

步骤S63：更新自身的预计到达时间对外发送。

3.根据权利要求2所述的一种公交车进站速度引导控制方法，其特征在于，所述当前车辆与车站的距离具体为：

其中：s_li为车辆i与车站的距离，

为车辆i与车站的测量距离，s_xi为车辆i与信控交叉口之间的距离，s_zi为车辆i所需经过信控交叉口距离车站的距离。

4.根据权利要求3所述的一种公交车进站速度引导控制方法，其特征在于，所述预计到达时间具体为：

其中：t_yi为车辆i的预计到达时间，v_ti为车辆i的当前车速，a_i为车辆i加速度，t_xi为信号灯等待时间，v′_ti为车辆i在进入路口前的匀速行驶速度。

5.根据权利要求4所述的一种公交车进站速度引导控制方法，其特征在于，所述信号灯等待时间具体为：

其中：g_ki为信号灯周期中的绿灯相位开始时间，g_ji为信号灯周期中的绿灯相位结束时间，t_wi为信号灯时间，T_i为信号灯周期时长，mod(·)为求余数函数。

6.根据权利要求1所述的一种公交车进站速度引导控制方法，其特征在于，预计站点停靠剩余时间为：

t′_zi＝max(t_z(i-1)，t_z(i-2))

其中：t′_zi为车辆i的预计站点停靠剩余时间，t_z(i-1)为较车辆i先到站最近车辆的预计站点停靠剩余时间，t_z(i-2)为较车辆i先到站次近车辆的站点停靠剩余时间，max(·)为取最大值函数；

所述预计空出泊位所需时间为：

其中：t′_ki为预计空出泊位时间，t′_ti为车辆已停站时间。

7.根据权利要求5所述的一种公交车进站速度引导控制方法，其特征在于，所述最大行驶速度具体为：

其中：v_yi为最大行驶速度，v_max为路段限速，t_y(i-1)为前车预计到站时间，t′_k(i-1)为前车预计空出泊位时间，k_i表示车站是否有空余泊位，用0和1分别代表无和有，min(·)为取最小值函数。

8.一种实现如权利要求1-7任一所述的公交车进站速度引导控制方法的系统，其特征在于，包括车载单元、车站单元和中央单元，所述车载单元包括第一单片机，以及均与第一单片机连接的第一短距离无线通信模块、第一超远距离无线通信模块、第一电源模块、显示模块、车速采集模块和卫星定位模块，所述车站单元包括第二单片机，以及均与第二单片机连接的第二短距离无线通信模块、第二电源模块，所述中央单元包括第三单片机，以及均与第三单片机连接的第二超远距离无线通信模块、第三电源，所述第一短距离无线通信模块与第二短距离无线通信模块进行信息交互，所述第一超远距离无线通信模块与第二超远距离无线通信模块进行信息交互，所述显示模块上显示所述最大行驶速度。

9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述系统还包括信号灯单元，该信号灯单元包括第四单片机，以及与第四单片机连接的第三超远距离无线通信模块、第四电源模块，所述第三超远距离无线通信模块与第二超远距离无线通信模块进行信息交互。

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