CN111311909A - 一种车路协同环境下港湾公交停靠站车辆离站控制方法 - Google Patents

一种车路协同环境下港湾公交停靠站车辆离站控制方法 Download PDF

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CN111311909A CN202010101078.8A CN202010101078A CN111311909A CN 111311909 A CN111311909 A CN 111311909A CN 202010101078 A CN202010101078 A CN 202010101078A CN 111311909 A CN111311909 A CN 111311909A
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Abstract

本发明公开了一种车路协同环境下港湾公交停靠站车辆离站控制方法，包括步骤：构建车路协同环境下港湾公交停靠站范围车辆运行数据集；确定不同车速区段内外侧车道小汽车运行最小安全跟车时距；确定港湾停靠站公交车离站换道可接受车头时距；确定公交离站换道过程的最优换道间隙；计算外侧车道小汽车乘客出行总延误；计算停靠站公交车乘客出行延误；确定公交车辆从最优换道间隙离站换道过程外侧车道小汽车运行控制方案；本发明利用车路协同环境可实现车‑车自动感知、信息交互的特点，在公交车与外侧车道小汽车、外侧车道小汽车间实现信息交互的基础上，引导公交车选择最优换道间隙离站，从而减小港湾公交停靠站车辆离站系统总延误。

Description

一种车路协同环境下港湾公交停靠站车辆离站控制方法
技术领域
本发明涉及一种公交车辆离站控制方法，特别是涉及一种车路协同环境下港湾公交停靠站车辆离站控制方法，属于智能交通管理与控制技术领域。
背景技术
近年来，港湾公交停靠站点处公交车的出站过程始终使外侧车道小汽车受到较大干扰，在早晚高峰期间甚至阻断社会车流，直接影响到整个路网的通行效率和车辆的使用效率。随着计算机技术和信息技术的飞速发展，车路协同技术的出现为缓解交通拥堵，提高交通效率，提供了新的技术手段，并引发了管理理念上的革命性变化。
然而，由于目前公交车与小汽车、小汽车与小汽车之间尚未实现信息交互，公交车从港湾公交停靠站出站时常与外侧车道小汽车产生冲突，没有选择最优间隙出站，造成了社会车流行车秩序混乱，从而引发了社会车流不必要的行车延误。
因此，需要进一步研究港湾公交停靠站点公交车出站过程，分析公交车出站间隙选择、受影响外侧车道范围、公交换道可接受间隙等，并利用车-车通讯模块实现对车辆运行信息、运行状态的实时交互，实现小汽车与小汽车、公交车与小汽车间速度、位置、距离等信息的感知，从而使公交车选择最优的离站换道间隙，减小出站系统延误。
发明内容
本发明的主要目的在于，克服现有技术中的不足，提供一种车路协同环境下港湾公交停靠站车辆离站控制方法，能利用车路协同环境下车-车通讯模块实现公交车与小汽车、小汽车与小汽车间的信息交互，为公交车选择最优换道出站间隙提供条件，从而降低公交车出站对外侧车道小汽车的影响，减小公交车离站换道延误，极具有产业上的利用价值。
为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：
一种考虑停靠站排队溢出影响的公交车辆运行调度方法，包括以下步骤：
1)构建车路协同环境下港湾公交停靠站范围车辆运行数据集；
对于车路协同环境下港湾公交停靠站范围车辆离站，需界定车路协同环境港湾公交停靠站车辆运行数据时空要素，构建外侧车道小汽车跟驰运行状态数据集，公交车换道离站时间数据集；
2)确定不同车速区段内外侧车道小汽车运行最小安全跟车时距；
根据采集的外侧车道小汽车距离停靠站的距离及车速，计算外侧车道小汽车的车头时距；根据采集到的外侧车道小汽车车速，选取合适的车速间隔，确定车速区段；根据计算得到的外侧车道小汽车的车头时距，按照从大到小进行排序，选取最优位次车头时距作为该车速区段的外侧车道小汽车最小安全跟车时距；
3)确定港湾停靠站公交车离站换道可接受车头时距；
根据采集到的各车速区段内公交车离站换道时间，按照从小到大的顺序进行排列，选取最优位次公交车离站换道时间作为该车速区段的公交车最小安全离站换道时间；根据公交车最小安全离站换道时间和外侧车道小汽车最小安全跟车时距，计算各车速区段内公交车最小安全离站换道时间；
4)确定公交离站换道过程的最优换道间隙；
对比距离停靠站最近的外侧车道小汽车到停靠站的运行时距与外侧车道小汽车最小安全跟车时距，确定可供公交车离站换道的间隙；根据各离站换道间隙的外侧车道小汽车乘客出行延误大小，确定受到公交车离站换道影响的小汽车数量；根据各离站换道间隙外侧车道小汽车乘客出行延误和停靠站公交车乘客出行延误，计算港湾公交停靠站公交车离站换道系统总延误；并根据不同间隙的公交车离站换道系统总延误，确定系统最小延误间隙为公交车离站换道最优间隙；
5)计算外侧车道小汽车乘客出行总延误；
根据外侧车道受公交车换道离站影响的小汽车数量和外侧车道受影响的每辆小汽车乘客出行延误，计算各离站换道间隙外侧车道小汽车乘客出行总延误；
6)计算停靠站公交车乘客出行延误；
根据外侧车道小汽车车头时距和公交乘客数量，计算各离站换道间隙停靠站公交车乘客出行延误；
7)确定公交车辆从最优换道间隙离站换道过程外侧车道小汽车运行控制方案；
根据车路协同环境中车-车通讯模块对外侧车道小汽车的运行时间进行控制，计算外侧车道小汽车延后到达港湾公交停靠站的时间，确定公交车从最优换道间隙离站换道过程外侧车道小汽车运行控制方案。
本发明进一步设置为：所述步骤1)中构建车路协同环境下港湾公交停靠站影响范围车辆运行特征数据集，具体为，
1-1)界定车路协同环境港湾公交停靠站车辆运行数据时空要素
车辆运行数据主要统计工作日高峰时段在港湾公交停靠站上游影响区段范围内外侧车道小汽车跟驰运行状态数据、公交车辆换道离站时间数据；
1-2)构建车路协同环境下港湾公交停靠站范围车辆运行数据集
外侧车道小汽车跟驰运行状态数据集CFS＝{CFSi|t}，其中，CFSi|t为第i辆车在t时刻的跟驰运行状态数据子集，
Figure BDA0002386891490000041
其中，di|t、vi|t分别为第i辆小汽车在t时刻距离停靠站的距离、车速；
Figure BDA0002386891490000042
为第i辆小汽车的载客人数；
公交车换道离站时间数据集
Figure BDA0002386891490000043
其中，
Figure BDA0002386891490000044
表示第j辆公交车在港湾停靠站内从开始离站换道到完成换道的总时间，
Figure BDA0002386891490000045
表示第j辆公交车的载客人数。
本发明进一步设置为：所述步骤2)中确定不同车速区段内外侧车道小汽车运行最小安全跟车时距，具体为，
2-1)计算外侧车道小汽车车头时距
根据已采集的第i、i-1辆车在t时刻距停靠站的距离di|t、d(i-1)|t，第i辆车在t时刻的车速vi|t，计算第i辆车在t时刻的车头时距
Figure BDA0002386891490000046
Figure BDA0002386891490000047
2-2)界定小汽车运行车速区段与区间范围
根据已采集的小汽车速度数据，将设定的车速v0作为间隔，划分为不同的车速区段v(r)∈[(r-1)v0,rv0)，其中，v(r)表示第r个车速区段的车速区段；
2-3)确定不同车速区段外侧车道小汽车最小安全跟车时距
将车速区段v(r)外侧车道小汽车的车头时距按照从大到小进行排序，计算第αf％位车头时距
Figure BDA0002386891490000051
则车速区段v(r)外侧车道小汽车最小安全跟车时距
Figure BDA0002386891490000052
本发明进一步设置为：所述步骤3)中确定港湾停靠站公交车离站换道可接受车头时距间隙，具体为，
3-1)确定不同车速区段公交车离站换道最小安全时间
将车速区段v(r)内公交车离站换道时间tbd|v(r)按照从小到大进行排序，计算第αbd％位(一般取85％)离站换道时间
Figure BDA0002386891490000053
则车速区段v(r)停靠站公交车最小安全离站换道时间
Figure BDA0002386891490000054
3-2)确定不同车速区段公交车离站换道可接受车头时距
由于公交车从港湾停靠站离站换道过程需借助外侧车道小汽车车头间隙，车速区段v(r)内公交车离站换道可接受车头时距为hbd(min)|v(r)＝tbd(min)|v(r)+hf(min)|v(r)。
本发明进一步设置为：所述步骤4)中确定公交离站换道过程的最优换道间隙，具体为，
4-1)确定可供公交车离站换道的外侧车道小汽车的车头间隙
当港湾公交停靠站内公交车准备离站时，港湾停靠站影响范围内临近外侧车道共有m辆小汽车，如果第1辆小汽车(距离停靠站最近的外侧车道小汽车)到停靠站的运行时距
Figure BDA0002386891490000055
不小于最小安全跟车时距hf(min)，则该车前方间隙可作为公交车离站换道的第1个间隙
Figure BDA0002386891490000056
后续小汽车与前车的间隙分别为
Figure BDA0002386891490000061
此时共有m个可供使用的车头间隙；
4-2)确定外侧车道受公交车换道离站影响的小汽车数量
若公交车选择从第m个间隙
Figure BDA0002386891490000062
离站换道，此时该间隙上游第n辆小汽车乘客出行延误为
Figure BDA0002386891490000063
式中，hbd(min)为公交车离站换道可接受车头时距、hf(min)为最小安全跟车时距、
Figure BDA0002386891490000064
为距离停靠站最近的外侧车道第n辆小汽车到停靠站的运行时距、
Figure BDA0002386891490000065
为第n辆小汽车的载客人数、N为距离停靠站最近的外侧车道小汽车总数量；
如果
Figure BDA0002386891490000066
且
Figure BDA0002386891490000067
则此时受到公交车辆离站换道影响的小汽车共有n辆；
4-3)计算公交车从不同间隙换道造成的乘客出行延误
若第j辆公交车选择从第m个间隙
Figure BDA0002386891490000068
离站换道，此时乘客出行总延误
Figure BDA0002386891490000069
包括外侧车道小汽车乘客出行延误
Figure BDA00023868914900000610
与停靠站公交车乘客出行延误
Figure BDA00023868914900000611
即
Figure BDA00023868914900000612
4-4)确定公交车离站换道的最优间隙
对于公交车来说，其离站换道过程对系统造成的最小延误
Figure BDA00023868914900000613
Figure BDA00023868914900000614
所对应的换道间隙即为公交车离站换道的最优换道间隙gbd，式中
Figure BDA00023868914900000615
为公交车从第m个间隙出站的乘客出行总延误。
本发明进一步设置为：所述步骤5)中计算外侧车道小汽车乘客出行总延误，具体为，
根据外侧车道受公交车换道离站影响的小汽车数量n和公交车从第m个间隙出站的外侧车道受影响的第n辆小汽车乘客出行延误
Figure BDA0002386891490000071
计算公交车从第m个间隙出站的外侧车道小汽车乘客出行总延误
Figure BDA0002386891490000072
为：
Figure BDA0002386891490000073
本发明进一步设置为：所述步骤6)中计算停靠站公交车乘客出行延误，具体为，
根据外侧车道第m个公交可接受换道间隙前的每辆小汽车的车头时距
Figure BDA0002386891490000074
和第j辆公交车乘客数量
Figure BDA0002386891490000075
计算各离站换道间隙停靠站公交车乘客出行延误
Figure BDA0002386891490000076
为：
Figure BDA0002386891490000077
式中，M为外侧车道公交可接受换道间隙总数量。
本发明进一步设置为：所述步骤7)中确定公交车辆从最优换道间隙离站换道过程外侧车道小汽车运行控制方案，具体为，
利用车路协同环境中车-车通讯模块对外侧车道小汽车的运行时间进行控制，延后小汽车到达公交停靠站的时间，第n辆小汽车的延后时间Δhn为
每辆小汽车的延迟到达停靠站的时间控制方案即为公交车辆从最优换道间隙离站换道过程外侧车道小汽车运行控制方案。
与现有技术相比，本发明具有的有益效果是：
本发明提供的一种车路协同环境下港湾公交停靠站车辆离站控制方法，通过确定不同车速区段内外侧车道小汽车运行最小安全跟车时距和港湾停靠站公交车离站换道可接受车头时距，从而确定公交离站换道过程的最优换道间隙，并为受到公交车辆从最优换道间隙离站换道过程影响的外侧车道小汽车提供运行控制方案；因此，本发明能利用车路协同环境下车-车通讯模块实现公交车与小汽车、小汽车与小汽车间的信息交互，为公交车选择最优换道出站间隙提供条件，从而降低公交车出站对外侧车道小汽车的影响，减小公交车离站换道延误。
上述内容仅是本发明技术方案的概述，为了更清楚的了解本发明的技术手段，下面结合附图对本发明作进一步的描述。
附图说明
图1是本实施例的流程图；
图2是本实施例步骤1)中确定港湾公交停靠站上游影响区段范围示意图；
图3是本实施例步骤2)中外侧车道小汽车车头时距示意图；
图4是本实施例步骤2)中以确定车速间隔划分的车速区间示意图；
图5是本实施例步骤4)中可供公交车离站换道的外侧车道小汽车车头间隙示意图；
图6是本实施例步骤4)中外侧车道受公交车换道离站影响的小汽车数量示意图。
具体实施方式
下面结合说明书附图，对本发明作进一步的说明。
一种车路协同环境下港湾公交停靠站车辆离站控制方法，如图1所示，包括以下步骤：
1)构建车路协同环境下港湾公交停靠站范围车辆运行数据集；对于车路协同环境下港湾公交停靠站范围车辆离站，需界定车路协同环境港湾公交停靠站车辆运行数据时空要素，构建外侧车道小汽车跟驰运行状态数据集，公交车换道离站时间数据集；
具体为，
1-1)界定车路协同环境港湾公交停靠站车辆运行数据时空要素
车辆运行数据需统计工作日(周一至周五)高峰时段(一般可取7:00-9:00,17:00-19:00)、在港湾公交停靠站上游影响区段范围内，如图2所示(一般可取停靠站上游200米范围)外侧车道小汽车跟驰运行状态数据、公交车辆换道离站时间数据；
1-2)构建车路协同环境下港湾公交停靠站范围车辆运行数据集
外侧车道小汽车跟驰运行状态数据集CFS＝{CFSi|t}，其中，CFSi|t为第i辆车在t时刻的跟驰运行状态数据子集，
Figure BDA0002386891490000091
其中，di|t、vi|t分别为第i辆小汽车在t时刻距离停靠站的距离、车速；
Figure BDA0002386891490000092
为第i辆小汽车的载客人数；
公交车换道离站时间数据集
Figure BDA0002386891490000093
其中，
Figure BDA0002386891490000094
表示第j辆公交车在港湾停靠站内从开始离站换道到完成换道的总时间，
Figure BDA0002386891490000095
表示第j辆公交车的载客人数。
2)确定不同车速区段内外侧车道小汽车运行最小安全跟车时距；
借助采集的外侧车道小汽车距离停靠站的距离及车速，计算外侧车道小汽车的车头时距；根据采集到的外侧车道小汽车车速，选取合适的车速间隔，确定车速区段；借助计算得到的外侧车道小汽车的车头时距，按照从大到小进行排序，选取最优位次车头时距作为该速度区间的外侧车道小汽车最小安全跟车时距；
具体为，
2-1)计算外侧车道小汽车车头时距
根据已采集的第i、i-1辆车在t时刻距停靠站的距离di|t、d(i-1)|t，第i辆车在t时刻的车速vi|t，计算第i辆车在t时刻的车头时距
Figure BDA0002386891490000101
Figure BDA0002386891490000102
如图3所示；
2-2)界定小汽车运行速度区段与区间范围
根据已采集的小汽车速度数据，将车速用v0作为间隔，划分为不同的车速区段v(r)∈[(r-1)v0,rv0)，其中，v(r)表示第r个车速区段的车速区间，如图4所示；
2-3)确定不同车速区段外侧车道小汽车最小安全跟车时距
将车速区段v(r)外侧车道小汽车的车头时距按照从大到小进行排序，计算第αf％位(一般取85％)车头时距
Figure BDA0002386891490000103
则车速区段v(r)外侧车道小汽车最小安全跟车时距
Figure BDA0002386891490000104
3)确定港湾停靠站公交车离站换道可接受车头时距间隙；
借助采集到的各车速区段内公交车离站换道时间，按照从小到大的顺序进行排列，选取最优位次公交车离站换道时间作为该速度区间的公交车最小安全离站换道时间；根据公交车最小安全离站换道时间和外侧车道小汽车最小安全跟车时距，计算各车速区段内公交车最小安全离站换道时间；
具体为，
3-1)确定不同车速区段公交车离站换道最小安全时间
将车速区段v(r)内公交车离站换道时间tbd|v(r)按照从小到大进行排序，计算第αbd％位(一般取85％)离站换道时间
Figure BDA0002386891490000111
则车速区段v(r)停靠站公交车最小安全离站换道时间
Figure BDA0002386891490000112
3-2)确定不同车速区段公交车离站换道可接受车头时距
由于公交车从港湾停靠站离站换道过程需借助外侧车道小汽车车头间隙，车速区段v(r)内公交车离站换道可接受车头时距为hbd(min)|v(r)＝tbd(min)|v(r)+hf(min)|v(r)。
4)确定公交车离站换道过程的最优换道间隙；
对比距离停靠站最近的外侧车道小汽车到停靠站的运行时距与外侧车道小汽车最小安全跟车时距，确定可供公交车离站换道的间隙；根据外侧车道小汽车车头时距、最小安全跟车时距、公交车离站换道可接受车头时距、乘客数，计算外侧车道小汽车乘客出行延误，并根据出行延误大小，确定受到公交车离站换道影响的小汽车数量；根据外侧车道小汽车受到的总延误与离站公交车受到的延误，计算港湾公交停靠站公交车离站换道系统总延误；并根据不同间隙的公交车离站换道系统总延误，确定系统最小延误间隙为公交车离站换道最优换道间隙；
具体为，
4-1)确定可供公交车离站换道的外侧车道小汽车的车头间隙
当港湾公交停靠站内公交车准备离站时，港湾停靠站影响范围内临近外侧车道共有m辆小汽车，如果第1辆小汽车(距离停靠站最近的外侧车道小汽车)到停靠站的运行时距
Figure BDA0002386891490000113
不小于最小安全跟车时距hf(min)，则该车前方间隙可作为公交车离站换道的第1个间隙
Figure BDA0002386891490000114
后续小汽车与前车的间隙分别为
Figure BDA0002386891490000121
此时共有m个可供使用的车头间隙，如图5所示；
4-2)确定外侧车道受公交车换道离站影响的小汽车数量
若公交车选择从第m个间隙
Figure BDA0002386891490000122
离站换道，此时该间隙上游第n辆小汽车乘客出行延误为
Figure BDA0002386891490000123
式中，hbd(min)为公交车离站换道可接受车头时距、hf(min)为最小安全跟车时距、
Figure BDA0002386891490000124
为距离停靠站最近的外侧车道第n辆小汽车到停靠站的运行时距、
Figure BDA0002386891490000125
为第n辆小汽车的载客人数、N为距离停靠站最近的外侧车道小汽车总数量；
如果
Figure BDA0002386891490000126
且
Figure BDA0002386891490000127
则此时受到公交车辆离站换道影响的小汽车共有n辆，如图6所示；
4-3)计算公交车从不同间隙换道造成的乘客出行延误
若第j辆公交车选择从第m个间隙
Figure BDA0002386891490000128
离站换道，此时乘客出行总延误
Figure BDA0002386891490000129
包括外侧车道小汽车乘客出行延误
Figure BDA00023868914900001210
与停靠站公交车乘客出行延误
Figure BDA00023868914900001211
即
Figure BDA00023868914900001212
其中，；
4-4)确定公交车离站换道的最优间隙
对于公交车来说，其离站换道过程对系统造成的最小延误
Figure BDA00023868914900001213
Figure BDA00023868914900001214
所对应的换道间隙即为公交车离站换道的最优换道间隙gbd，式中
Figure BDA00023868914900001215
为公交车从第m个间隙出站的乘客出行总延误。
5)计算外侧车道小汽车乘客出行总延误；
根据外侧车道受公交车换道离站影响的小汽车数量和外侧车道受影响的每辆小汽车乘客出行延误，计算各离站换道间隙外侧车道小汽车乘客出行总延误；
具体为，
根据外侧车道受公交车换道离站影响的小汽车数量n和公交车从第m个间隙出站的外侧车道受影响的第n辆小汽车乘客出行延误
Figure BDA0002386891490000131
计算公交车从第m个间隙出站的外侧车道小汽车乘客出行总延误
Figure BDA0002386891490000132
为：
Figure BDA0002386891490000133
6)计算停靠站公交车乘客出行延误；
根据外侧车道小汽车车头时距和公交乘客数量，计算各离站换道间隙停靠站公交车乘客出行延误；
具体为，
根据外侧车道第m个公交可接受换道间隙前的每辆小汽车的车头时距
Figure BDA0002386891490000134
和第j辆公交车乘客数量
Figure BDA0002386891490000135
计算各离站换道间隙停靠站公交车乘客出行延误
Figure BDA0002386891490000136
为：
Figure BDA0002386891490000137
式中，M为外侧车道公交可接受换道间隙总数量。
7)确定公交车辆从最优换道间隙离站换道过程外侧车道小汽车运行控制方案；
借助车路协同环境中车-车通讯模块对外侧车道小汽车的运行时间进行控制，计算外侧车道小汽车延后到达港湾公交停靠站的时间，确定公交车从最优换道间隙离站换道过程外侧车道小汽车运行控制方案。
具体为，
利用车路协同环境中车-车通讯模块对外侧车道小汽车的运行时间进行控制，延后小汽车到达公交停靠站的时间，第n辆小汽车的延后时间Δhn为
Figure BDA0002386891490000141
每辆小汽车的延迟到达停靠站的时间控制方案即为公交车辆从最优换道间隙离站换道过程外侧车道小汽车运行控制方案。
实施例：
通过一个实例对本发明考虑车路协同环境下港湾公交停靠站车辆离站控制方法给出进一步说明，下面考虑车路协同环境下港湾公交停靠站车辆离站控制方法的具体步骤。
S1：构建车路协同环境下港湾公交停靠站范围车辆运行数据集。
S11：调查“恒达广场站”周二早高峰7:00-9:00外侧车道小汽车跟驰运行状态数据、公交车辆换道离站时间数据等，确定以该港湾公交停靠站上游200米作为公交车离站影响区段。
S12：借助实地调研数据，构建外侧车道小汽车跟驰运行状态数据集，具体为外侧车道小汽车距离停靠站的距离di|t、载客数
Figure BDA0002386891490000142
车速vi|t，如表1所示(列举部分数据)；构建公交车换道离站时间数据集，具体为公交车在港湾停靠站内从开始离站换道到完成换道的总时间
Figure BDA0002386891490000143
公交车的载客人数
Figure BDA0002386891490000144
如表2所示(列举部分数据)。
Figure BDA0002386891490000145
Figure BDA0002386891490000151
Figure BDA0002386891490000161
表1
Figure BDA0002386891490000162
Figure BDA0002386891490000171
表2
S2：确定不同车速区段内外侧车道小汽车运行最小安全跟车时距。
S21：根据表1中采集到的外侧车道小汽车跟驰运行状态数据，计算每辆车的车头时距，如表3所示。
Figure BDA0002386891490000172
Figure BDA0002386891490000181
表3
S22：根据已采集的小汽车速度数据，将10km/h作为车速间隔，划分车速区间为：[0，10)、…[90，100)。
S23：将各车速区间外侧车道小汽车的车头时距按照从大到小进行排序，如表4所示，取第85％的车头时距作为相应车速区段外侧车道小汽车最小安全跟车时距，本例选取车速区间[50，60)，该车速区间的外侧车道小汽车最小安全跟车时距为2.2s。
Figure BDA0002386891490000191
Figure BDA0002386891490000201
表4
S3：确定港湾停靠站公交车离站换道可接受车头时距间隙。
S31：将车速区间[50，60)内公交车离站换道时间按照从小到大进行排序，如表5所示，取第85％位离站换道时间作为公交车最小安全离站换道时间，本例中车速区间[50，60)内公交车最小安全离站换道时间为7.5s；
Figure BDA0002386891490000202
Figure BDA0002386891490000211
表5
S32：根据S23和S31计算得到的车速区间[50，60)内的外侧车道小汽车最小车速和公交车最小安全离站换道时间，确定车速区间[50，60)内公交车离站换道可接受车头时距为9.7s。
S4：确定公交离站换道过程的最优换道间隙。
S41：借助实地调研数据，车速区间[50，60)内，距离停靠站最近的外侧车道第1辆小汽车到停靠站的运行时距
Figure BDA0002386891490000212
为2.0s，大于最小安全跟车时距。故该车前方间隙可作为公交车离站换道的第1个间隙
Figure BDA0002386891490000213
后续小汽车与前车的间隙分别为
Figure BDA0002386891490000214
此时共有7个可供使用的车头间隙。
S42：以7：05时刻为例，当公交车选择第1个间隙
Figure BDA0002386891490000215
出站时，计算外侧车道每辆小汽车的延误：
Figure BDA0002386891490000221
Figure BDA0002386891490000222
Figure BDA0002386891490000223
Figure BDA0002386891490000224
Figure BDA0002386891490000225
Figure BDA0002386891490000226
Figure BDA0002386891490000227
由计算结果可知，当公交车选择第1个间隙
Figure BDA0002386891490000228
出站时，受到延误的小汽车数量为6辆，总延误为69.7s。
当公交车选择第2个间隙
Figure BDA0002386891490000229
出站时，计算外侧车道每辆小汽车的延误：
Figure BDA00023868914900002210
Figure BDA00023868914900002211
Figure BDA00023868914900002212
Figure BDA00023868914900002213
Figure BDA00023868914900002214
Figure BDA00023868914900002215
由计算结果可知，当公交车选择第1个间隙
Figure BDA00023868914900002216
出站时，受到延误的小汽车数量为5辆，总延误为39.7s。
当公交车选择第3个间隙
Figure BDA00023868914900002217
出站时，计算外侧车道每辆小汽车的延误：
Figure BDA00023868914900002218
Figure BDA00023868914900002219
Figure BDA00023868914900002220
由
Figure BDA0002386891490000231
且
Figure BDA0002386891490000232
可知公交车选择第3个间隙
Figure BDA0002386891490000233
出站比选择第2个间隙
Figure BDA0002386891490000234
出站延误大。
S43：借助实地调研数据，当载客人数为13人的公交车从第1个间隙
Figure BDA0002386891490000235
出站时，公交车自身不受到延误，即乘客出行总延误
Figure BDA0002386891490000236
Figure BDA0002386891490000237
当公交车从第2间隙
Figure BDA0002386891490000238
出站，乘客出行总延误：
Figure BDA0002386891490000239
Figure BDA00023868914900002310
所以选择从第2个间隙出站，乘客出行总延误最小。
S44：由S42和S43可知，公交车从第2间隙出站，乘客出行总延误最小，即第2个间隙
Figure BDA00023868914900002311
为公交车离站换道的最优间隙。
S5：计算外侧车道小汽车乘客出行总延误。
由S43可知，当载客人数为13人的公交车从第1个间隙
Figure BDA00023868914900002312
出站时，公交车自身不受到延误，即小汽车乘客出行总延误为
Figure BDA00023868914900002313
Figure BDA00023868914900002314
当公交车从第2间隙
Figure BDA00023868914900002315
出站，小汽车乘客出行总延误为
Figure BDA00023868914900002316
S6：计算停靠站公交车乘客出行延误。
由S42可知，当载客人数为13人的公交车从第1个间隙
Figure BDA00023868914900002317
出站时，公交车自身不受到延误，即公交车乘客出行延误为0s，当公交车从第2间隙
Figure BDA00023868914900002318
出站，公交车乘客出行总延误为
Figure BDA00023868914900002319
Figure BDA00023868914900002320
S7：确定公交车辆从最优换道间隙离站换道过程外侧车道小汽车运行控制方案。
利用车路协同环境中车-车通讯模块对外侧车道小汽车的运行时间进行控制，告知受到影响的外侧车道小汽车延迟到达停靠站的时间，本例中公交车从第2间隙出站，受到影响的外侧车道小汽车有5辆，其需延后的时间为：
Δh1＝9.7-8.8＝0.9s
Δh2＝9.7+1×2.2-8.8-1.4＝1.7s
Δh3＝9.7+2×2.2-10.2-1.5＝2.4s
Δh4＝9.7+3×2.2-11.7-1.7＝2.9s
Δh5＝9.7+4×2.2-13.4-1.6＝3.5s
每辆小汽车的延迟到达停靠站的时间控制方案即为公交车辆从最优换道间隙离站换道过程外侧车道小汽车运行控制方案。

Claims (8)

1.一种车路协同环境下港湾公交停靠站车辆离站控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)构建车路协同环境下港湾公交停靠站范围车辆运行数据集；
对于车路协同环境下港湾公交停靠站范围车辆离站，界定车路协同环境港湾公交停靠站车辆运行数据时空要素，构建外侧车道小汽车跟驰运行状态数据集，公交车换道离站时间数据集；
2)确定不同车速区段内外侧车道小汽车运行最小安全跟车时距；
根据采集的外侧车道小汽车距离停靠站的距离及车速，计算外侧车道小汽车的车头时距；根据采集到的外侧车道小汽车车速，选取合适的车速间隔，确定车速区段；根据计算得到的外侧车道小汽车的车头时距，按照从大到小进行排序，选取最优位次车头时距作为该车速区段的外侧车道小汽车最小安全跟车时距；
3)确定港湾停靠站公交车离站换道可接受车头时距；
根据采集到的各车速区段内公交车离站换道时间，按照从小到大的顺序进行排列，选取最优位次公交车离站换道时间作为该车速区段的公交车最小安全离站换道时间；根据公交车最小安全离站换道时间和外侧车道小汽车最小安全跟车时距，计算各车速区段内公交车最小安全离站换道时间；
4)确定公交离站换道过程的最优换道间隙；
对比距离停靠站最近的外侧车道小汽车到停靠站的运行时距与外侧车道小汽车最小安全跟车时距，确定可供公交车离站换道的间隙；根据各离站换道间隙的外侧车道小汽车乘客出行延误大小，确定受到公交车离站换道影响的小汽车数量；根据各离站换道间隙外侧车道小汽车乘客出行延误和停靠站公交车乘客出行延误，计算港湾公交停靠站公交车离站换道系统总延误；并根据不同间隙的公交车离站换道系统总延误，确定系统最小延误间隙为公交车离站换道最优间隙；
5)计算外侧车道小汽车乘客出行总延误；
根据外侧车道受公交车换道离站影响的小汽车数量和外侧车道受影响的每辆小汽车乘客出行延误，计算各离站换道间隙外侧车道小汽车乘客出行总延误；
6)计算停靠站公交车乘客出行延误；
根据外侧车道小汽车车头时距和公交乘客数量，计算各离站换道间隙停靠站公交车乘客出行延误；
7)确定公交车辆从最优换道间隙离站换道过程外侧车道小汽车运行控制方案；
根据车路协同环境中车-车通讯模块对外侧车道小汽车的运行时间进行控制，计算外侧车道小汽车延后到达港湾公交停靠站的时间，确定公交车从最优换道间隙离站换道过程外侧车道小汽车运行控制方案。
2.根据权利要求1所述的一种车路协同环境下港湾公交停靠站车辆离站控制方法，其特征在于：所述步骤1)中构建车路协同环境下港湾公交停靠站影响范围车辆运行特征数据集，具体为，
1-1)界定车路协同环境港湾公交停靠站车辆运行数据时空要素
车辆运行数据主要统计工作日高峰时段在港湾公交停靠站上游影响区段范围内外侧车道小汽车跟驰运行状态数据、公交车辆换道离站时间数据；
1-2)构建车路协同环境下港湾公交停靠站范围车辆运行数据集
外侧车道小汽车跟驰运行状态数据集CFS＝{CFSi|t}，其中，CFSi|t为第i辆车在t时刻的跟驰运行状态数据子集，
Figure FDA0002386891480000031
其中，di|t、vi|t分别为第i辆小汽车在t时刻距离停靠站的距离、车速，
Figure FDA0002386891480000032
为第i辆小汽车的载客人数；
公交车换道离站时间数据集
Figure FDA0002386891480000033
其中，
Figure FDA0002386891480000034
表示第j辆公交车在港湾停靠站内从开始离站换道到完成换道的总时间，
Figure FDA0002386891480000035
表示第j辆公交车的载客人数。
3.根据权利要求1所述的一种车路协同环境下港湾公交停靠站车辆离站控制方法，其特征在于：所述步骤2)中确定不同车速区段内外侧车道小汽车运行最小安全跟车时距，具体为，
2-1)计算外侧车道小汽车车头时距
根据已采集的第i、i-1辆车在t时刻距停靠站的距离di|t、d(i-1)|t，第i辆车在t时刻的车速vi|t，计算第i辆车在t时刻的车头时距
Figure FDA0002386891480000036
Figure FDA0002386891480000037
2-2)界定小汽车运行车速区段与区间范围
根据已采集的小汽车速度数据，将设定的车速v0作为间隔，划分为不同的车速区段v(r)∈[(r-1)v0,rv0)，其中，v(r)表示第r个车速区段的车速区段；
2-3)确定不同车速区段外侧车道小汽车最小安全跟车时距
将车速区段v(r)外侧车道小汽车的车头时距按照从大到小进行排序，计算第αf％位车头时距
Figure FDA0002386891480000038
则车速区段v(r)外侧车道小汽车最小安全跟车时距
Figure FDA0002386891480000039
4.根据权利要求1所述的一种车路协同环境下港湾公交停靠站车辆离站控制方法，其特征在于：所述步骤3)中确定港湾停靠站公交车离站换道可接受车头时距间隙，具体为，
3-1)确定不同车速区段公交车离站换道最小安全时间
将车速区段v(r)内公交车离站换道时间tbd|v(r)按照从小到大进行排序，计算第αbd％位离站换道时间
Figure FDA0002386891480000041
则车速区段v(r)停靠站公交车最小安全离站换道时间
Figure FDA0002386891480000042
3-2)确定不同车速区段公交车离站换道可接受车头时距
车速区段v(r)内公交车离站换道可接受车头时距为hbd(min)|v(r)＝tbd(min)|v(r)+hf(min)|v(r)。
5.根据权利要求1所述的一种车路协同环境下港湾公交停靠站车辆离站控制方法，其特征在于：所述步骤4)中确定公交离站换道过程的最优换道间隙，具体为，
4-1)确定可供公交车离站换道的外侧车道小汽车的车头间隙
当港湾公交停靠站内公交车准备离站时，设港湾停靠站影响范围内临近外侧车道共有m辆小汽车，如果距离停靠站最近的外侧车道第1辆小汽车到停靠站的运行时距
Figure FDA0002386891480000043
不小于最小安全跟车时距hf(min)，则该车前方间隙可作为公交车离站换道的第1个间隙
Figure FDA0002386891480000044
后续小汽车与前车的间隙分别为
Figure FDA0002386891480000045
此时共有m个可供使用的车头间隙；
4-2)确定外侧车道受公交车换道离站影响的小汽车数量
若公交车选择从第m个间隙
Figure FDA0002386891480000046
离站换道，此时该间隙上游第n辆小汽车乘客出行延误为
Figure FDA0002386891480000051
式中，hbd(min)为公交车离站换道可接受车头时距、hf(min)为最小安全跟车时距、
Figure FDA0002386891480000052
为距离停靠站最近的外侧车道第n辆小汽车到停靠站的运行时距、
Figure FDA0002386891480000053
为第n辆小汽车的载客人数、N为距离停靠站最近的外侧车道小汽车总数量；
如果
Figure FDA0002386891480000054
且
Figure FDA0002386891480000055
则此时受到公交车辆离站换道影响的小汽车共有n辆；
4-3)计算公交车从不同间隙换道造成的乘客出行延误
若第j辆公交车选择从第m个间隙
Figure FDA0002386891480000056
离站换道，此时乘客出行总延误
Figure FDA0002386891480000057
包括外侧车道小汽车乘客出行延误
Figure FDA0002386891480000058
与停靠站公交车乘客出行延误
Figure FDA0002386891480000059
即
Figure FDA00023868914800000510
4-4)确定公交车离站换道的最优间隙
对于公交车来说，其离站换道过程对系统造成的最小延误
Figure FDA00023868914800000511
Figure FDA00023868914800000512
所对应的换道间隙即为公交车离站换道的最优换道间隙gbd，式中
Figure FDA00023868914800000513
为公交车从第m个间隙出站的乘客出行总延误。
6.根据权利要求5所述的一种车路协同环境下港湾公交停靠站车辆离站控制方法，其特征在于：所述步骤5)中计算外侧车道小汽车乘客出行总延误，具体为，
根据外侧车道受公交车换道离站影响的小汽车数量n和公交车从第m个间隙出站的外侧车道受影响的第n辆小汽车乘客出行延误
Figure FDA00023868914800000514
计算公交车从第m个间隙出站的外侧车道小汽车乘客出行总延误
Figure FDA00023868914800000515
为：
Figure FDA0002386891480000061
7.根据权利要求5所述的一种车路协同环境下港湾公交停靠站车辆离站控制方法，其特征在于：所述步骤6)中计算停靠站公交车乘客出行延误，具体为，
根据外侧车道第m个公交可接受换道间隙前的每辆小汽车的车头时距
Figure FDA0002386891480000062
和第j辆公交车乘客数量
Figure FDA0002386891480000063
计算各离站换道间隙停靠站公交车乘客出行延误
Figure FDA0002386891480000064
为：
Figure FDA0002386891480000065
式中，M为外侧车道公交可接受换道间隙总数量。
8.根据权利要求5所述的一种车路协同环境下港湾公交停靠站车辆离站控制方法，其特征在于：所述步骤7)中确定公交车辆从最优换道间隙离站换道过程外侧车道小汽车运行控制方案，具体为，
利用车路协同环境中车-车通讯模块对外侧车道小汽车的运行时间进行控制，延后小汽车到达公交停靠站的时间，第n辆小汽车的延后时间Δhn为
Figure FDA0002386891480000066
每辆小汽车的延迟到达停靠站的时间控制方案即为公交车辆从最优换道间隙离站换道过程外侧车道小汽车运行控制方案。
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