CN111540219B - 基于人工智能车路协同的双向公交信号优先协同方法 - Google Patents

基于人工智能车路协同的双向公交信号优先协同方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及基于人工智能车路协同的双向公交信号优先协同方法，包括接收双向行驶的公交车信息，如两者脱班则计算两者到达路口时间范围；如存在冲突，则优化信号灯信息，根据优化后的信号灯信息确定第一推荐速度和第二推荐速度；根据当前的信号灯信息和优化后的信号灯信息分别计算人均延误值；如人均延误值之差不超过预设允许值，则按该方案进行优化。本方法能够协同双向公交车辆的信号优先请求，减少路口的总延误。

Description

基于人工智能车路协同的双向公交信号优先协同方法
技术领域
本发明涉及交通信号控制技术领域，具体涉及基于人工智能车路协同的双向公交信号优先协同方法。
背景技术
随着城市交通拥堵问题的日益加重，以公交车为主的公共交通工具逐渐成为解决大中城市交通问题的主要解决方案。交通走廊公交信号优先（TSP）能够提高走廊整体效率、公交出行速度、可靠性、舒适性和安全性。
可以基于车路协同系统实现公交信号优先。车路协同系统是通过先进的无线通信、物联网、人工智能等技术，全方位实施人、车、路动态信息实时交互。车辆通过车载终端，与路侧端进行实时通信，获取交叉口信号灯状态、行驶速度建议等信息。系统管理中心也可通过车路通信及时掌握车辆及路况信息，从而有效保障道路安全、提升运行效率。车路协同系统可以利用人工智能对车载终端上传的数据、路口路侧上传的数据、来自互联网的路况数据等大数据进行智能分析，根据分析结果协调包括公交车辆在内的各个交通主体的通行。
然而，现有的公交信号优先方法大多只考虑到单向公交车辆的优先通行，如遇到双向通行的公交车辆，多采用先来先得的策略，可能会导致路口的总延误增加。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种基于人工智能车路协同的双向公交信号优先协同方法，该方法能够协同双向公交车辆的信号优先请求，减少路口的总延误。
为实现本发明的目的，本发明提供了基于人工智能车路协同的双向公交信号优先协同方法，其包括以下步骤：
接收第一公交车辆发出的第一公交车辆信息和第二公交车辆发出的第二公交车辆信息；第一公交车辆和第二公交车辆向同一路口双向行驶；
根据第一公交车辆信息确定第一公交车辆是否脱班，根据第二公交车辆信息确定第二公交车辆是否脱班；
如第一公交车辆脱班且第二公交车辆脱班，则执行以下步骤：
接收信号灯控制设备发出的当前的信号灯信息；
根据第一公交车辆信息确定第一公交车辆到达路口时间范围，根据第二公交车辆信息确定第二公交车辆到达路口时间范围；
根据当前的信号灯信息、第一公交车辆到达路口时间范围和第二公交车辆到达路口时间范围判断是否冲突；
如冲突，则优化信号灯信息，根据优化后的信号灯信息和第一公交车辆信息确定第一推荐速度，根据优化后的信号灯信息和第二公交车辆信息确定第二推荐速度，使得第一推荐速度和第二推荐速度未超过预设速度值；
根据当前的信号灯信息和优化后的信号灯信息分别计算人均延误值；
如优化后信号灯信息的人均延误值与所述当前信号灯信息的人均延误值之差不超过预设允许值，向信号灯控制设备发送优化后的信号灯信息，接收信号灯控制设备发送的优化应答信号，并向第一公交车辆发送第一推荐速度和优化后的信号灯信息，向第二公交车辆发送第二推荐速度和优化后的信号灯信息。
进一步的技术方案是，根据当前的信号灯信息、第一公交车辆到达路口时间范围和第二公交车辆到达路口时间范围判断是否冲突之后，如不冲突，则根据当前的信号灯信息和第一公交车辆信息确定第一推荐速度，根据当前的信号灯信息和第二公交车辆信息确定第二推荐速度；向第一公交车辆发送第一推荐速度和当前的信号灯信息，向第二公交车辆发送第二推荐速度和当前的信号灯信息。
进一步的技术方案是，第一公交车辆信息和第二公交车辆信息分别均包括车辆身份信息、时间状态信息、当前位置信息和当前速度信息；根据所述第一公交车辆信息确定第一公交车辆到达路口时间范围，根据第二公交车辆信息确定第二公交车辆到达路口时间范围包括：根据当前位置信息和当前速度信息计算第一公交车辆到达路口时间范围和第二公交车辆到达路口时间范围。
进一步的技术方案是，根据当前的信号灯信息、第一公交车辆到达路口时间范围和第二公交车辆到达路口时间范围判断是否冲突包括：如第一公交车辆到达路口时间范围与第一方向绿灯时间部分重合且第二公交车辆到达路口时间范围与第二方向绿灯时间部分重合，则判断为不冲突；如第一公交车辆到达路口时间范围与第一方向绿灯时间不重合或第二公交车辆到达路口时间范围与第二方向绿灯时间不重合，则判断为冲突；第一方向绿灯时间和第二方向绿灯时间在时间上是相同的或不同的。
进一步的技术方案是，优化信号灯信息包括：延长或提前第一方向绿灯时间或第二方向绿灯时间。
进一步的技术方案是，第一公交车辆信息和第二公交车辆信息分别均还包括紧急状态信息、时间状态信息和载客量信息，根据紧急状态信息、时间状态信息和载客量信息确定第一公交车辆和第二公交车辆的优先等级，按照优先等级优化信号灯信息。
进一步的技术方案是，根据信号灯信息计算人均延误的方法为：从信号灯信息实现周期开始，计算多个连续信号周期的人均在所述信号灯处的延误时间。
进一步的技术方案是，在接收第一公交车辆发出的第一公交车辆信息和第二公交车辆发出的第二公交车辆信息之前，接收第一公交车辆的第一入网信息和第二公交车辆的第二入网信息，第一入网信息包括第一公交车辆的身份信息，第二入网信息包括第二公交车辆的身份信息，比较身份信息和预设身份信息集；如车辆身份信息在预设身份信息集合内，则发送入网应答信息；如身份信息不在所述预设身份信息集内，则不执行剩余步骤。
进一步的技术方案是，根据优化后的信号灯信息和第一公交车辆信息确定第一推荐速度，根据优化后的信号灯信息和第二公交车辆信息确定第二推荐速度包括：根据第一公交车辆到达路口时间范围选择最接近的优化后的第一方向绿灯时间，根据最接近的优化后的第一方向绿灯时间和第一公交车辆信息确定第一推荐速度；根据第二公交车辆到达路口时间范围选择最接近的优化后的第二方向绿灯时间，根据最接近的优化后的第二方向绿灯时间和第二公交车辆信息确定第二推荐速度。
进一步的技术方案是，在接收第一公交车辆发出的第一公交车辆信息和第二公交车辆发出的第二公交车辆信息后，持续接收第一公交车辆和第二公交车辆发出的心跳信号，根据心跳信号的强弱判断第一公交车辆和所述第二公交车辆是否驶离。
相对于现有技术，本发明能够取得以下有益效果：
本发明的双向公交信号优先协同方法能够协同双向公交车辆的信号优先请求，减少路口的总延误。具体地，本发明接收到双向公交车辆的请求信号后，以是否脱班为标准判断是否需要信号优先协同处理，如均脱班则进一步判断双向公交车辆到达时间是否有冲突，有冲突则优化信号灯信息。本发明能够克服传统的单一“先来先得”策略所带来的问题，解决了最优信号配时问题。此外，本发明还基于人均延误进行判断，当新计划不会对其他交通用户造成不利影响时，才授予优先通行，减少对整体交通效率的影响。
附图说明
图1是本发明双向公交信号优先协同方法实施例的原理流程图。
以下结合附图以及具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
具体实施方式
如图1所示，本实施例提供了一种双向公交信号优先协同方法，该方法基于车路协同系统，尤其是利用了人工智能的车路协同系统。该方法包括以下步骤：
步骤S1：接收第一公交车辆发出的第一公交车辆信息和第二公交车辆发出的第二公交车辆信息。其中，第一公交车辆和第二公交车辆向同一路口双向行驶。
第一公交车辆信息和第二公交车辆信息分别均包括车辆身份信息，还可以包括时间状态信息、当前位置信息、当前速度信息、紧急状态信息、时间状态信息和载客量信息。其中，车辆身份信息例如可以是车辆编号等，路侧系统可以根据车辆编号和后台系统的公交车运营信息确定车辆的路线、班次和行驶方向。或者公交车辆信息可以包括车辆的路线、班次和行驶方向等，直接由车载设备发送到路侧系统。时间状态信息与是否脱班信息关联，是否脱班信息可以由车载设备生成并发送到路侧设备。或者，也可以由车载设备发送当前时间信息，路侧设备根据当前时间信息和后台系统的公交车预设时间信息确定是否脱班。当前位置信息和当前速度信息可以由GPS定位或差分卫星定位获得。载客量信息可以由刷卡量确定，也可以由车内的摄像装置经图像分析确定。紧急状态信息例如可以是应急或非应急等。
优选地，在接收第一公交车辆发出的第一公交车辆信息和第二公交车辆发出的第二公交车辆信息之前，接收第一公交车辆的第一入网信息和第二公交车辆的第二入网信息，第一入网信息包括第一公交车辆的身份信息，第二入网信息包括第二公交车辆的身份信息，比较第一公交车辆的身份信息和预设身份信息集，比较第二公交车辆的身份信息和预设身份信息集；如第一公交车辆的车辆身份信息和第二公交车辆的身份信息均在预设身份信息集合内，则分别向第一公交车辆和第二公交车辆发送入网应答信息；如身份信息不在所述预设身份信息集内，则不执行剩余步骤。即第一公交车辆和/或第二公交车辆如不属于当前路线，则不能入网，对该车辆不予优先通行。如仅有一辆公交车辆能入网，则执行另外的程序仅针对入网的第一公交车辆或第二公交车辆判断是否进行信号优先。
优选地，在接收第一公交车辆发出的第一公交车辆信息和第二公交车辆发出的第二公交车辆信息后，分别持续接收第一公交车辆和第二公交车辆发出的心跳信号，根据心跳信号的强弱判断第一公交车辆和第二公交车辆是否驶离。
步骤S2：根据所述第一公交车辆信息确定第一公交车辆是否脱班，根据所述第二公交车辆信息确定第二公交车辆是否脱班；如第一公交车辆脱班且第二公交车辆脱班，则执行步骤S3。
如只有第一公交车辆脱班或只有第二公交车辆脱班，则执行另外的流程，仅针对第一公交车辆或第二公交车辆进行推荐速度的计算和信号灯信息的优化。
步骤S3：接收信号灯控制设备发出的当前的信号灯信息。
优选地，在接收信号灯控制设备发出当前信号灯信息之前，向信号灯控制设备发出信息请求信号。
步骤S4：根据第一公交车辆信息确定第一公交车辆到达路口时间范围，根据第二公交车辆信息确定第二公交车辆到达路口时间范围。
具体地，根据每一辆公交车辆的当前位置信息和当前速度信息来分别计算第一公交车辆到达路口时间范围和第二公交车辆到达路口时间范围。例如，以公交车辆到路侧设备的距离和路侧设备到路口停止线的距离为总距离，除以公交车辆的速度可以得到到达路口时间，多个路侧设备或一个路侧设备不同时刻测定的位置和速度计算得到的时间可以构成时间范围，例如在最大值与最小值之间的一个时间范围。
步骤S5：根据当前的信号灯信息、第一公交车辆到达路口时间范围和第二公交车辆到达路口时间范围判断是否冲突。
具体地，如第一公交车辆到达路口时间范围与第一方向绿灯时间部分重合且第二公交车辆到达路口时间范围与第二方向绿灯时间部分重合，则判断为不冲突。如第一公交车辆到达路口时间范围与第一方向绿灯时间不重合或第二公交车辆到达路口时间范围与第二方向绿灯时间不重合，则判断为冲突。其中，第一方向绿灯时间和第二方向绿灯时间在时间上是相同的或不同的。此处第一方向绿灯时间和第二方向绿灯时间可以是绿灯时间变化的时间节点。例如，两车相向行驶时对向的第一方向绿灯时间和第二方向绿灯时间可以相同以供相向直行的两辆车同时通过。又例如，两车相向行驶时，第一方向绿灯时间与第二方向绿灯时间不同，供第一方向的车和二方向的车分开通过，此时第一方向绿灯时间与第二方向绿灯时间可以交错设置，第一方向绿灯时间过后第二方向绿灯时间才开始。无论两个方向的绿灯采用何种方式，根据第一方向绿灯时间判断第一公交车辆的时间是否冲突，根据第二方向绿灯时间判断第二公交车辆的时间是否冲突。与第一公交车辆到达路口时间范围重合的第一方向绿灯时间的具体时间段，和与第二公交车辆到达路口时间范围重合的第二方向绿灯时间的具体时间段，可以是在时间上重合的、交替的或者是间隔的。
如不冲突，则根据当前的信号灯信息和第一公交车辆信息确定第一推荐速度，根据当前的信号灯信息和第二公交车辆信息确定第二推荐速度。然后向第一公交车辆发送第一推荐速度和当前的信号灯信息，向第二公交车辆发送第二推荐速度和当前的信号灯信息。
步骤S6：如冲突，则优化信号灯信息，根据优化后的信号灯信息和第一公交车辆信息确定第一推荐速度，根据优化后的信号灯信息和第二公交车辆信息确定第二推荐速度，使得第一推荐速度和第二推荐速度未超过预设速度值。
其中，优化信号灯信息的方式可以是延长或提前第一方向绿灯时间，或延长或提前第二方向绿灯时间。例如，当第一公交车辆与第二公交车辆相向行驶且第一方向绿灯时间与第二绿灯时间相同时，如第一公交车辆要在第一绿灯时间段通过，第二公交车辆要在与第一绿灯时间段间隔的第二绿灯时间段通过，那么可以根据第一公交车辆和第二公交车辆各自的需求分别调整第一绿灯时间段和第二绿灯时间段，同时保证期间的红灯时间段足够行人通过；如第一公交车辆和第二公交车辆要在同一绿灯时间段通过，则调整该共同的绿灯时间段，使第一公交车辆和第二公交车辆均能通过，同时保证前后的红灯时间段足够行人通过。当第一公交车辆与第二公交车辆相向行驶且第一方向绿灯时间与第二方向绿灯时间错位时，调整第一公交车辆的第一方向绿灯时间会导致第二方向绿灯时间变化，此时可以兼顾第一公交车辆与第二公交车辆进行调整，使得两者均能在限定速度范围内通过绿灯，如第一公交车辆到达路口时间范围与第二公交车辆到达路口时间范围存在重合，则可以将第一方向绿灯时间和第二方向绿灯时间的变化点设在重合范围内；如第一公交车辆到达路口时间范围与第二公交车辆到达路口时间范围中间存在间隔，将第一方向绿灯时间和第二方向绿灯时间的变化点设在间隔范围内。
优选地，根据第一公交车辆和第二公交车辆的紧急状态信息、时间状态信息和载客量信息分别确定第一公交车辆和第二公交车辆的优先等级。例如，优先等级可以划分为由高到低的第一等级到第四等级，例如当紧急状态信息为应急时优先等级确定为第一等级；当载客量为满载则优先等级确定为第二等级，如载客量为一般则优先等级确定为第三等级，如载客量为轻载则优先等级确定为第四等级。如根据时间状态信息确定该公交车辆距离同一线路同一方向的上一辆公交车辆的班间距过大，则第二等级至第四等级可以提高一级。然后按照优先等级优化信号灯信息，当第一公交车辆和第二公交车辆要通过路口的绿灯时间段矛盾时，优先等级高的公交车辆优先通过路口，可兼顾优先等级低的公交车辆或者调整优先等级低的公交车辆在其他绿灯时间段通过。
确定推荐速度的方法为：根述第一公交车辆到达路口时间范围选择接近的优化后的第一方向绿灯时间段，根据接近的优化后的第一方向绿灯时间段和所述第一公交车辆信息确定第一推荐速度；根据第二公交车辆到达路口时间范围选择接近的优化后的第二方向绿灯时间段，根据接近的优化后的第二方向绿灯时间段确定第二推荐速度。在本实施例中，预设速度值可以是60km/h。
步骤S7：根据当前的信号灯信息和优化后的信号灯信息分别计算人均延误值。
具体地，计算人均延误值的方法为：从信号灯信息实现周期开始，计算多个例如3个连续信号周期的人均在该路口信号灯处的延误时间。人均误差值在车路协同系统中能够实现，车路协同系统能够获得车辆中载客量，例如根据刷卡量或根据公交车辆内的照片视频图像识别确定公交车车辆中的载客量。
步骤S8：如优化后的信号灯信息的人均延误值与当前的信号灯信息的人均延误值之差不超过预设允许值，向信号灯控制设备发送优化后的信号灯信息，接收信号灯控制设备发送的优化应答信号，并向第一公交车辆发送第一推荐速度和优化后的信号灯信息，向第二公交车辆发送第二推荐速度和优化后的信号灯信息。
预设允许值是指允许第二人均延误值超过第一人均延误值的值，反映了对公交车辆的优先通行影响其他交通车辆的容忍程度。在本实施例中，预设允许值可以是0。
如优化后信号灯信息的人均延误值与当前信号灯信息的人均延误值之差不超过预设允许值之差大于预设允许值，则不允许优先通行，按正常信号运行。
最后需要强调的是，以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明。凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.基于人工智能车路协同的双向公交信号优先协同方法，其特征在于：
接收第一公交车辆发出的第一公交车辆信息和第二公交车辆发出的第二公交车辆信息；所述第一公交车辆和所述第二公交车辆向同一路口双向行驶；
根据所述第一公交车辆信息确定所述第一公交车辆是否脱班，根据所述第二公交车辆信息确定所述第二公交车辆是否脱班；所述第一公交车辆信息和所述第二公交车辆信息分别均包括紧急状态信息、时间状态信息和载客量信息；
如所述第一公交车辆脱班且所述第二公交车辆脱班，则执行以下步骤：
接收信号灯控制设备发出的当前的信号灯信息；
根据所述第一公交车辆信息确定第一公交车辆到达路口时间范围，根据所述第二公交车辆信息确定第二公交车辆到达路口时间范围；
根据当前的所述信号灯信息、所述第一公交车辆和所述第二公交车辆到达路口时间范围判断是否冲突：如所述第一公交车辆到达路口时间范围与第一方向绿灯时间部分重合且所述第二公交车辆到达路口时间范围与第二方向绿灯时间部分重合，则判断为不冲突；如所述第一公交车辆到达路口时间范围与所述第一方向绿灯时间不重合或所述第二公交车辆到达路口时间范围与所述第二方向绿灯时间不重合，则判断为冲突；所述第一方向绿灯时间和所述第二方向绿灯时间在时间上是相同的或不同的；
如不冲突，则根据当前的所述信号灯信息和所述第一公交车辆信息确定第一推荐速度，根据当前的所述信号灯信息和所述第二公交车辆信息确定第二推荐速度；向所述第一公交车辆发送所述第一推荐速度和当前的所述信号灯信息，向所述第二公交车辆发送所述第二推荐速度和当前的所述信号灯信息；
如冲突，则根据所述紧急状态信息、所述时间状态信息和所述载客量信息确定所述第一公交车辆和所述第二公交车辆的优先等级，优先等级划分为由高到低的第一等级到第四等级，当所述紧急状态信息为应急时优先等级确定为第一等级，当载客量为满载则优先等级确定为第二等级，当载客量为一般则优先等级确定为第三等级，当载客量为轻载则优先等级确定为第四等级，如根据所述时间状态信息确定该公交车辆距离同一线路同一方向的上一辆公交车辆的班间距过大，则第二等级至第四等级提高一级；按照优先等级优化所述信号灯信息；所述优化所述信号灯信息包括：延长或提前所述第一方向绿灯时间或所述第二方向绿灯时间；根据优化后的所述信号灯信息和所述第一公交车辆信息确定第一推荐速度，根据优化后的所述信号灯信息和所述第二公交车辆信息确定第二推荐速度，使得所述第一推荐速度和所述第二推荐速度未超过预设速度值；
根据当前的所述信号灯信息和优化后的所述信号灯信息分别计算人均延误值；
如优化后的所述信号灯信息的人均延误值与当前的所述信号灯信息的人均延误值之差不超过预设允许值，向所述信号灯控制设备发送优化后的所述信号灯信息，接收所述信号灯控制设备发送的优化应答信号，并向所述第一公交车辆发送所述第一推荐速度和优化后的所述信号灯信息，向所述第二公交车辆发送所述第二推荐速度和优化后的所述信号灯信息。
2.根据权利要求1所述的基于人工智能车路协同的双向公交信号优先协同方法，其特征在于：
所述第一公交车辆信息和所述第二公交车辆信息分别均包括车辆身份信息、时间状态信息、当前位置信息和当前速度信息；
所述根据所述第一公交车辆信息确定第一公交车辆到达路口时间范围，根据所述第二公交车辆信息确定第二公交车辆到达路口时间范围包括：根据所述当前位置信息和所述当前速度信息计算所述第一公交车辆到达路口时间范围和所述第二公交车辆到达路口时间范围。
3.根据权利要求1至2任一项所述的基于人工智能车路协同的双向公交信号优先协同方法，其特征在于：
根据信号灯信息计算人均延误的方法为：从所述信号灯信息实现周期开始，计算多个连续信号周期的人均在该路口信号灯处的延误时间。
4.根据权利要求1至2任一项所述的基于人工智能车路协同的双向公交信号优先协同方法，其特征在于：
在接收第一公交车辆发出的第一公交车辆信息和第二公交车辆发出的第二公交车辆信息之前，接收所述第一公交车辆的第一入网信息和所述第二公交车辆的第二入网信息，所述第一入网信息包括第一公交车辆的身份信息，所述第二入网信息包括第二公交车辆的身份信息，比较所述身份信息和预设身份信息集；如所述车辆身份信息在所述预设身份信息集合内，则发送入网应答信息；如所述身份信息不在所述预设身份信息集内，则不执行剩余步骤。
5.根据权利要求1至2任一项所述的基于人工智能车路协同的双向公交信号优先协同方法，其特征在于：
所述根据优化后的所述信号灯信息和所述第一公交车辆信息确定第一推荐速度，根据优化后的所述信号灯信息和所述第二公交车辆信息确定第二推荐速度包括：
根据所述第一公交车辆到达路口时间范围选择接近的优化后的第一方向绿灯时间段，根据所述第一方向绿灯时间段和所述第一公交车辆信息确定第一推荐速度；根据所述第二公交车辆到达路口时间范围选择接近的优化后的第二方向绿灯时间段，根据所述第二方向绿灯时间段和所述第二公交车辆信息确定第二推荐速度。
6.根据权利要求1至2任一项所述的基于人工智能车路协同的双向公交信号优先协同方法，其特征在于：
在所述接收第一公交车辆发出的第一公交车辆信息和第二公交车辆发出的第二公交车辆信息后，持续接收所述第一公交车辆和所述第二公交车辆发出的心跳信号，根据所述心跳信号的强弱判断所述第一公交车辆和所述第二公交车辆是否驶离。
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