CN112678030B - 多请求响应下导向运输车辆动态信号优先控制方法 - Google Patents

多请求响应下导向运输车辆动态信号优先控制方法 Download PDF

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CN112678030B CN202011518717.7A CN202011518717A CN112678030B CN 112678030 B CN112678030 B CN 112678030B CN 202011518717 A CN202011518717 A CN 202011518717A CN 112678030 B CN112678030 B CN 112678030B
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Abstract

本发明公开了一种多请求响应下导向运输车辆动态信号优先控制方法，包括：实时获取导向运输车辆和社会车辆的运行状态以及交叉口信号的开放状态，形成车路协同环境下的综合交通状态信息；判定目标导向运输车辆是否触发优先请求；生成融合多优先请求的自适应信号周期，判定其关联信号相位是否满足多优先请求合并约束；判定所述自适应信号周期的综合效益是否优于当前信号周期的综合效益；当所述自适应信号周期优于当前信号周期时，将目标导向运输车辆的优先请求添加至待执行的优先请求序列中。本发明通过保障导向运输车辆在交叉口优先通行权，提升了综合交通系统的运行效率，为导向运输系统信号控制方面的交通工程实践提供了专用的方法指导。

Description

多请求响应下导向运输车辆动态信号优先控制方法
技术领域
本发明涉及道路交通信号控制领域，尤其涉及一种多请求响应下导向运输车辆动态信号优先控制方法。
背景技术
导向运输系统是一种面向车路协同智能道路环境、结合了轨道车辆运行特性和先进车辆控制技术的新型公共交通方式，相较于传统有轨电车，具有可变编组、半自动化驾驶、循迹自导向运行等新型技术特点，是我国科技部重点研发计划“先进轨道交通”专项的关键研发和装备制造方向之一。
导向运输车辆的特性如图1所示，其摆脱了物理钢轨的约束，可适应于社会车辆混行的复杂交通条件。因此，如何保障导向运输车辆在交叉口信号控制中的优先通行权，是导向运输系统在应用推广中亟待解决的关键问题。一方面，导向运输系统的相关运营理论与技术仍处于探索阶段，尚不具备专用的信号优先控制技术；另一方面，既有的面向传统公交车辆的信号优先控制方法难以直接应用于导向运输系统，主要受限于导向运输车辆的可变编组、超长车体的特性，传统方法无法解决导向运输车辆经过交叉口时对清空时间的特殊需求。另外，现有信号优先控制方法对车路协同环境下的动态交通信息利用存在显著不足，存在信号控制精确度差、多请求响应机制不完备、协同效率低下等问题，成为了制约导向运输系统实际应用与推广的技术瓶颈。
发明内容
基于上述不足，本发明提供一种多请求响应下导向运输车辆动态信号优先控制方法。
为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种多请求响应下导向运输车辆动态信号优先控制方法，包括以下步骤：
S1、实时获取导向运输车辆和社会车辆的运行状态以及交叉口信号的开放状态，形成车路协同环境下的综合交通状态信息；
S2、根据所述综合交通状态信息，判定目标导向运输车辆是否触发优先请求，目标导向运输车辆触发优先请求的，进入步骤S3；
S3、生成同时包含目标导向运输车辆优先请求与待执行优先请求的自适应信号周期，判定所述自适应信号周期的关联信号相位是否满足多优先请求合并约束；
S4、当关联信号相位满足多优先请求合并约束时，根据所述综合交通状态信息，判定所述自适应信号周期的综合效益是否优于当前信号周期的综合效益；
S5、当所述自适应信号周期的综合效益优于当前信号周期的综合效益时，将目标导向运输车辆的优先请求添加至待执行的优先请求序列中，使用最新接收的自适应信号周期覆盖信号配时方案中的当前信号周期，实现多导向运输车辆信号优先请求的协同处置。
进一步的，所述S1具体包括：
S1.1从路面与路侧检测器获取导向运输车辆和社会车辆的运行状态数据，从信号控制处理器获取交叉口信号的开放状态数据，所述导向运输车辆的运行状态数据包括瞬时速度、瞬时加速度、所处车道及位置、列车编组及长度、列车荷载和运行线路，所述社会车辆的运行状态数据包括瞬时速度、瞬时加速度和所处车道及位置，所述信号的开放状态数据包括当前相位剩余时间、信号周期、相位分布和相位长度；
S1.2根据所述导向运输车辆和社会车辆的运行状态数据以及信号的开放状态数据，建立导向运输车辆和社会车辆运行状态和交叉口信号开放状态间的映射关系，融合形成车路协同环境下的综合交通状态信息。
进一步的，所述S2具体包括：
S2.1根据车路协同环境下的综合交通状态信息，计算触发检测器的目标导向运输车辆从检测器到达交叉口停车线所需时间，公式为
Figure BDA0002848287890000031
式中，
Figure BDA0002848287890000032
为导向运输车辆n从检测器到达交叉口停车线所需时间；lstop为检测器与交叉口停车线间的距离；
Figure BDA0002848287890000033
为导向运输车辆n前方至交叉口停车线路段间其它导向运输车辆和社会车辆的平均运行速度；μ为
Figure BDA0002848287890000034
的误差项，服从均值为0方差为σ2的标准正态分布，以反映导向运输车辆运行时间的随机波动特性；
S2.2根据目标导向运输车辆触发检测器时信号相位所处状态，确定目标导向运输车辆触发优先请求的约束条件，利用约束条件判定目标导向运输车辆是否触发优先请求。
进一步的，所述S2.2分为两种情况，
第一种为：
若目标导向运输车辆触发检测器时信号相位处于绿灯状态，目标导向运输车辆触发优先请求的约束条件为
Figure BDA0002848287890000041
Figure BDA0002848287890000042
式中，
Figure BDA0002848287890000043
为导向运输车辆n所在信号相位的绿灯剩余时间；
Figure BDA0002848287890000044
为导向运输车辆n通过交叉口所需的专用清空时间；qn为导向运输车辆n的编组数目；lunit为导向运输车辆单位编组的车身长度；
Figure BDA0002848287890000045
为导向运输车辆n的设定转向速度；κ为
Figure BDA0002848287890000046
的误差项，服从均值为0方差为α2的标准正态分布，以反映导向运输车辆转向时间的随机波动特性；
第二种为：
若目标导向运输车辆触发检测器时信号相位处于红灯状态，目标导向运输车辆触发优先请求的约束条件为
Figure BDA0002848287890000047
式中，
Figure BDA0002848287890000048
为导向运输车辆n所在信号相位的红灯剩余时间，rmin为该相位的最小红灯时间。
进一步的，所述S3具体包括：
S3.1根据目标车辆到达交叉口停车线时信号相位所处状态，确定要实施的策略，计算目标导向运输车辆该策略下所需的信号优先时间；
S3.2生成该策略下包含目标导向运输车辆优先请求的信号周期；
S3.3从信号控制处理器读取待执行的优先请求信息，所述待执行的优先请求信息包括每个优先请求的触发时间、所在相位、优先时间和结束时间；
S3.4从信号相位最小绿灯时间和多请求累计优先时间两个层面，建立多优先请求合并约束，以确保导向运输车辆信号优先不会对社会车辆的正常运行造成过度干扰；
S3.5根据所述包含目标导向运输车辆优先请求的信号周期以及待执行的优先请求信息，判定目标导向运输车辆的优先请求与待执行的优先请求是否处于相同信号相位，生成同时包含目标导向运输车辆优先请求与待执行优先请求的自适应信号周期，判定关联信号相位是否满足所述多优先请求合并约束。
进一步的，所述S3.1分为两种情况：
第一种，若目标导向运输车辆到达交叉口停车线时信号相位处于绿灯状态，则实施绿灯延长策略，该策略下，目标导向运输车辆通过交叉口需延长的绿灯时间受列车编组及长度的影响，需预留保证导向运输车辆全部编组与绿灯时间内通过交叉口的专用清空时间，需延长的绿灯时间为
Figure BDA0002848287890000051
式中，
Figure BDA0002848287890000052
为导向运输车辆n需延长的绿灯时间；
Figure BDA0002848287890000053
为导向运输车辆n的车头到达检测器的时间；
Figure BDA0002848287890000054
为当前信号周期下导向运输车辆n所在信号相位的绿灯结束时间；
第二种，若目标导向运输车辆到达交叉口停车线时信号相位处于红灯状态，实施红灯早断策略，该情况下，目标导向运输车辆通过交叉口需早断的红灯时间为
Figure BDA0002848287890000055
式中，
Figure BDA0002848287890000056
为导向运输车辆n需早断的红灯时间；
Figure BDA0002848287890000057
为当前信号周期下导向运输车辆n所在信号相位的绿灯开始时间。
进一步的，所述S3.2分为两种情况：
第一种，当采用绿灯延长策略时，延长当前周期目标导向运输车辆优先信号相位的绿灯时间，即需延长的绿灯时间，压缩下一周期该优先信号相位的绿灯时间，以保证后续信号周期免受影响，所得信号周期即为包含目标导向运输车辆优先请求的信号周期；
第二种，当采用红灯早断策略时，压缩当前周期目标导向运输车辆优先信号相位的前置相位的绿灯时间，即需早断的红灯时间，提前当前周期目标导向运输车辆优先信号相位，补偿下一周期该优先信号相位的前置相位的绿灯时间，以保证后续信号周期免受影响，所得信号周期即为包含目标导向运输车辆优先请求的信号周期。
进一步的，所述S3.4具体包括：
S3.4.1为满足行人过街最短时间以及保证社会车辆不发生二次排队现象，建立信号相位的最小绿灯时间约束，可表示为
Figure BDA0002848287890000061
Figure BDA0002848287890000062
Figure BDA0002848287890000063
式中，
Figure BDA0002848287890000064
为信号相位i内满足行人过街最短时间约束的最小绿灯时间；
Figure BDA0002848287890000065
为信号相位i内满足避免社会车辆二次排队约束的最小绿灯时间；
Figure BDA0002848287890000066
为信号相位i内最小绿灯时间，取
Figure BDA0002848287890000067
和
Figure BDA0002848287890000068
中较大者；lwalk为交叉口人行横道长度；vwalk为行人步行的一般速度；
Figure BDA0002848287890000069
为信号相位i的绿灯间隔时间；si为信号相位i内交叉口的饱和流量；lcar为社会车辆的车身长度；
Figure BDA00028482878900000610
为社会车辆排队的平均间距；
Figure BDA00028482878900000611
为信号相位i内绿灯损失时间；
S3.4.2为避免多信号优先请求冲突且保证邻近信号周期不会受到过度干扰，确定信号相位i内多请求累计优先时间阈值
Figure BDA00028482878900000612
S3.4.3利用信号相位的最小绿灯时间约束和多请求累计优先时间阈值建立多优先请求合并约束。
进一步的，所述S3.5分为两种情况：
第一种，当目标导向运输车辆的优先请求与待执行的优先请求处于相同信号相位时，存在三种判定方案：
A)当前车实施红灯早断策略且后车实施绿灯延长策略时，确定自适应信号周期的关联信号相位为当前周期优先信号相位的前置相位以及下一周期优先信号相位，判定前车需早断的红灯时间
Figure BDA0002848287890000071
后车需延长的绿灯时间
Figure BDA0002848287890000072
当前周期优先信号相位的前置相位绿灯时间g1以及下一周期优先信号相位的绿灯时间
Figure BDA0002848287890000073
是否满足下述多优先请求合并的约束条件：
Figure BDA0002848287890000074
B)当前车和后车均实施绿灯延长策略时，确定自适应信号周期的关联信号相位为当前周期优先信号相位以及下一周期优先信号相位，判定前车需延长的绿灯时间
Figure BDA0002848287890000075
后车需延长的绿灯时间
Figure BDA0002848287890000076
以及下一周期优先信号相位的绿灯时间
Figure BDA0002848287890000077
是否满足下述多优先请求合并约束：
Figure BDA0002848287890000078
C)当前车和后车均实施红灯早断策略时，判定后车优先请求与前车冲突，选择服从触发时间优先原则、载客量优先原则或延误时间优先原则三者之一，对优先级别较高的导向运输车辆实行信号优先，拒绝优先级别较低的导向运输车辆的优先请求；
第二种，当目标导向运输车辆的优先请求与待执行的优先请求处于不同信号相位时，存在四种判定方案：
A)当前车和后车均实施红灯早断策略时，确定自适应信号周期的关联信号相位为当前周期前车优先信号相位的前置相位以及前车和后车的优先信号相位，判定前车需早断的红灯时间
Figure BDA0002848287890000081
后车需早断的红灯时间
Figure BDA0002848287890000082
当前周期前车优先信号相位的前置相位绿灯时间g1以及前车优先信号相位的绿灯时间
Figure BDA0002848287890000083
是否满足下述多优先请求合并约束：
Figure BDA0002848287890000084
B)当前车实施红灯早断策略且后车实施绿灯延长策略时，确定自适应信号周期的关联信号相位为当前周期前车优先信号相位的前置相位以及下一周期后车优先信号相位，判定前车需早断的红灯时间
Figure BDA0002848287890000085
后车需延长的绿灯时间
Figure BDA0002848287890000086
当前周期前车优先信号相位的前置相位绿灯时间g1以及下一周期后车优先信号相位的绿灯时间
Figure BDA0002848287890000087
是否满足下述多优先请求合并约束：
Figure BDA0002848287890000088
C)当前车和后车均实施绿灯延长策略时，确定自适应信号周期的关联信号相位为下一周期前车和后车优先信号相位，判定前车需延长的绿灯时间
Figure BDA0002848287890000089
后车需延长的绿灯时间
Figure BDA00028482878900000810
下一周期前车优先信号相位的绿灯时间
Figure BDA00028482878900000811
以及后车优先信号相位的绿灯时间
Figure BDA00028482878900000812
是否满足下述多优先请求合并约束：
Figure BDA00028482878900000813
D)当前车实施绿灯延长策略且后车实施红灯早断策略时，判定后车优先请求与前车冲突，选择服从触发时间优先原则、载客量优先原则或延误时间优先原则三者之一，对优先级别较高的导向运输车辆实行信号优先，拒绝优先级别较低的导向运输车辆的优先请求。
进一步的，所述S4具体包括：
S4.1根据所述综合交通状态信息，分别计算在自适应信号周期和当前信号周期两种情况下的导向运输车辆与社会车辆的人均延误，公式为
Figure BDA0002848287890000091
式中，
Figure BDA0002848287890000092
为信号周期内导向运输车辆与社会车辆的人均延误；I为信号周期的关联信号相位集合，i∈I；N和M分别为导向运输车辆和社会车辆的集合，n∈N，m∈M；|N|和|M|分别为单位时间通过交叉口的导向运输车辆和社会车辆的数量；δ和θ分别为导向运输车辆和社会车辆的载客人数；
Figure BDA0002848287890000093
和
Figure BDA0002848287890000094
分别为信号相位i内导向运输车辆n和社会车辆m的延误时间；
S4.2根据所述综合交通状态信息，分别计算在自适应信号周期和当前信号周期两种情况下的导向运输车辆的电能消耗与社会车辆的汽油消耗，并折算为人均能耗，即统一量纲后的煤炭消耗，公式为
Figure BDA0002848287890000095
Figure BDA0002848287890000096
Figure BDA0002848287890000097
式中，
Figure BDA0002848287890000098
为信号周期内导向运输车辆与社会车辆的人均能耗，即人均煤炭消耗；
Figure BDA0002848287890000099
为导向运输车辆电能消耗与煤炭消耗间的折算系数；ω为社会车辆汽油消耗与煤炭消耗间的折算系数；
Figure BDA00028482878900000910
为信号相位i内导向运输车辆n关于时间t的电能消耗方程；
Figure BDA00028482878900000911
为信号相位i内社会车辆m关于时间t的汽油消耗方程；X{·}和Y{·}分别为计算导向运输车辆电能消耗和社会车辆汽油消耗时，关于瞬时速度和瞬时加速度指数形式组合项的微观能耗方程；Φ为导向运输车辆微观电能消耗方程X{·}的系数向量；Γ为社会车辆微观汽油消耗方程Y{·}的系数向量；a和b分别为微观能耗方程X{·}和Y{·}中瞬时速度和瞬时加速度的指数项；
S4.3利用得到的人均延误和人均能耗，分别计算在自适应信号周期和当前信号周期两种情况下的综合效益值，公式为
Figure BDA0002848287890000101
式中，Z为信号周期的综合效益值；ψ1和ψ2分别为人均延误
Figure BDA0002848287890000102
和人均能耗
Figure BDA0002848287890000103
的效益权重系数；η和λ分别为人均延误
Figure BDA0002848287890000104
和人均能耗
Figure BDA0002848287890000105
的效益价值折算系数；
S4.4通过比较，判定所述自适应信号周期是否优于当前信号周期。
本发明的有益效果是：本发明利用车路协同环境下的多源动态交通数据，对多个到达交叉口的导向运输车辆实现协同的优先控制，重点解决了导向运输车辆可变编组、超长车体在动态信号优先控制中的独特需求；此外，所提出的自适应信号周期生成方法，能够在实现多请求响应的同时，最小化对当前配时方案的负面影响，极大程度降低了导向运输车辆信号优先控制对社会车辆的延误影响。本发明通过保障导向运输车辆在交叉口优先通行权，提升了综合交通系统的运行效率，为导向运输系统信号控制方面的交通工程实践提供了专用的方法指导。
附图说明
图1为导向运输车辆的特性示意图；
图2本发明多请求响应下导向运输车辆动态信号优先控制方法的流程图；
图3为导向运输车辆通过交叉口所需的专用清空时间示意图；
图4a为绿灯延长策略下包含目标导向运输车辆优先请求的信号周期示意图；
图4b为红灯早断策略下包含目标导向运输车辆优先请求的信号周期示意图；
图5为多导向运输车辆优先请求处于相同信号相位时自适应信号周期示意图；
图6为多导向运输车辆优先请求处于不同信号相位时自适应信号周期示意图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
如图2所示，一种多请求响应下导向运输车辆动态信号优先控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、实时获取导向运输车辆和社会车辆的运行状态以及交叉口信号的开放状态，形成车路协同环境下的综合交通状态信息。
S1.1从路面与路侧检测器获取导向运输车辆和社会车辆的运行状态数据，从信号控制处理器获取交叉口信号的开放状态数据，所述导向运输车辆的运行状态数据包括瞬时速度、瞬时加速度、所处车道及位置、列车编组及长度、列车荷载和运行线路，所述社会车辆的运行状态数据包括瞬时速度、瞬时加速度和所处车道及位置，所述信号的开放状态数据包括当前相位剩余时间、信号周期、相位分布和相位长度；
S1.2根据所述导向运输车辆和社会车辆的运行状态数据以及信号的开放状态数据，建立导向运输车辆和社会车辆运行状态和交叉口信号开放状态间的映射关系，融合形成车路协同环境下的综合交通状态信息。
S2、根据所述综合交通状态信息，判定目标导向运输车辆是否触发优先请求，目标导向运输车辆触发优先请求的，进入步骤S3。
S2.1根据车路协同环境下的综合交通状态信息，计算触发检测器的目标导向运输车辆从检测器到达交叉口停车线所需时间，公式为
Figure BDA0002848287890000121
式中，
Figure BDA0002848287890000122
为导向运输车辆n从检测器到达交叉口停车线所需时间；lstop为检测器与交叉口停车线间的距离；
Figure BDA0002848287890000123
为导向运输车辆n前方至交叉口停车线路段间其它导向运输车辆和社会车辆的平均运行速度；μ为
Figure BDA0002848287890000124
的误差项，服从均值为0方差为σ2的标准正态分布，以反映导向运输车辆运行时间的随机波动特性；
S2.2根据目标导向运输车辆触发检测器时信号相位所处状态，确定目标导向运输车辆触发优先请求的约束条件，约束条件分为两种情况，
第一种为：
若目标导向运输车辆触发检测器时信号相位处于绿灯状态，目标导向运输车辆触发优先请求的约束条件为
Figure BDA0002848287890000125
Figure BDA0002848287890000126
式中，
Figure BDA0002848287890000127
为导向运输车辆n所在信号相位的绿灯剩余时间；
Figure BDA0002848287890000128
为导向运输车辆n通过交叉口所需的专用清空时间，如图3所示；qn为导向运输车辆n的编组数目；lunit为导向运输车辆单位编组的车身长度；
Figure BDA0002848287890000129
为导向运输车辆n的设定转向速度；κ为
Figure BDA00028482878900001210
的误差项，服从均值为0方差为α2的标准正态分布，以反映导向运输车辆转向时间的随机波动特性；
第二种为：
若目标导向运输车辆触发检测器时信号相位处于红灯状态，目标导向运输车辆触发优先请求的约束条件为
Figure BDA0002848287890000131
式中，
Figure BDA0002848287890000132
为导向运输车辆n所在信号相位的红灯剩余时间，rmin为该相位的最小红灯时间。
在不同情况下利用相应约束条件判定目标导向运输车辆是否触发优先请求。
S3、生成同时包含目标导向运输车辆优先请求与待执行优先请求的自适应信号周期，判定所述自适应信号周期的关联信号相位是否满足多优先请求合并约束。
S3.1根据目标车辆到达交叉口停车线时信号相位所处状态，确定要实施的策略，计算目标导向运输车辆该策略下所需的信号优先时间；策略分为两种：
第一种，若目标导向运输车辆到达交叉口停车线时信号相位处于绿灯状态，则实施绿灯延长策略，该策略下，目标导向运输车辆通过交叉口需延长的绿灯时间受列车编组及长度的影响，需预留保证导向运输车辆全部编组与绿灯时间内通过交叉口的专用清空时间，如图3所示，需延长的绿灯时间为
Figure BDA0002848287890000133
式中，
Figure BDA0002848287890000134
为导向运输车辆n需延长的绿灯时间；
Figure BDA0002848287890000135
为导向运输车辆n的车头到达检测器的时间；
Figure BDA0002848287890000136
为当前信号周期下导向运输车辆n所在信号相位的绿灯结束时间；
第二种，若目标导向运输车辆到达交叉口停车线时信号相位处于红灯状态，实施红灯早断策略，该情况下，目标导向运输车辆通过交叉口需早断的红灯时间为
Figure BDA0002848287890000141
式中，
Figure BDA0002848287890000142
为导向运输车辆n需早断的红灯时间；
Figure BDA0002848287890000143
为当前信号周期下导向运输车辆n所在信号相位的绿灯开始时间。
S3.2生成该策略下包含目标导向运输车辆优先请求的信号周期；分为两种情况：
第一种，当采用绿灯延长策略时，延长当前周期目标导向运输车辆优先信号相位的绿灯时间，即需延长的绿灯时间，压缩下一周期该优先信号相位的绿灯时间，以保证后续信号周期免受影响，所得信号周期即为包含目标导向运输车辆优先请求的信号周期，如图4a所示；
第二种，当采用红灯早断策略时，压缩当前周期目标导向运输车辆优先信号相位的前置相位的绿灯时间，即需早断的红灯时间，提前当前周期目标导向运输车辆优先信号相位，补偿下一周期该优先信号相位的前置相位的绿灯时间，以保证后续信号周期免受影响，所得信号周期即为包含目标导向运输车辆优先请求的信号周期，如图4b所示。
S3.3从信号控制处理器读取待执行的优先请求信息，所述待执行的优先请求信息包括每个优先请求的触发时间、所在相位、优先时间和结束时间；
S3.4从信号相位最小绿灯时间和多请求累计优先时间两个层面，建立多优先请求合并约束，以确保导向运输车辆信号优先不会对社会车辆的正常运行造成过度干扰；具体包括：
S3.4.1为满足行人过街最短时间以及保证社会车辆不发生二次排队现象，建立信号相位的最小绿灯时间约束，可表示为
Figure BDA0002848287890000144
Figure BDA0002848287890000151
Figure BDA0002848287890000152
式中，
Figure BDA0002848287890000153
为信号相位i内满足行人过街最短时间约束的最小绿灯时间；
Figure BDA0002848287890000154
为信号相位i内满足避免社会车辆二次排队约束的最小绿灯时间；
Figure BDA0002848287890000155
为信号相位i内最小绿灯时间，取
Figure BDA0002848287890000156
和
Figure BDA0002848287890000157
中较大者；lwalk为交叉口人行横道长度；vwalk为行人步行的一般速度；
Figure BDA0002848287890000158
为信号相位i的绿灯间隔时间；si为信号相位i内交叉口的饱和流量；lcar为社会车辆的车身长度；
Figure BDA0002848287890000159
为社会车辆排队的平均间距；
Figure BDA00028482878900001510
为信号相位i内绿灯损失时间；
S3.4.2为避免多信号优先请求冲突且保证邻近信号周期不会受到过度干扰，确定信号相位i内多请求累计优先时间阈值
Figure BDA00028482878900001511
S3.4.3利用信号相位的最小绿灯时间约束和多请求累计优先时间阈值建立多优先请求合并约束。
S3.5根据所述包含目标导向运输车辆优先请求的信号周期以及待执行的优先请求信息，判定目标导向运输车辆的优先请求与待执行的优先请求是否处于相同信号相位，生成同时包含目标导向运输车辆优先请求与待执行优先请求的自适应信号周期，判定关联信号相位是否满足所述多优先请求合并约束。包括两种情况：
第一种，当目标导向运输车辆的优先请求与待执行的优先请求处于相同信号相位时，如图5所示，存在三种判定方案：
A)当前车实施红灯早断策略且后车实施绿灯延长策略时，确定自适应信号周期的关联信号相位为当前周期优先信号相位的前置相位以及下一周期优先信号相位，判定前车需早断的红灯时间
Figure BDA0002848287890000161
后车需延长的绿灯时间
Figure BDA0002848287890000162
当前周期优先信号相位的前置相位绿灯时间g1以及下一周期优先信号相位的绿灯时间
Figure BDA0002848287890000163
是否满足下述多优先请求合并的约束条件：
Figure BDA0002848287890000164
B)当前车和后车均实施绿灯延长策略时，确定自适应信号周期的关联信号相位为当前周期优先信号相位以及下一周期优先信号相位，判定前车需延长的绿灯时间
Figure BDA0002848287890000165
后车需延长的绿灯时间
Figure BDA0002848287890000166
以及下一周期优先信号相位的绿灯时间
Figure BDA0002848287890000167
是否满足下述多优先请求合并约束：
Figure BDA0002848287890000168
C)当前车和后车均实施红灯早断策略时，判定后车优先请求与前车冲突，选择服从触发时间优先原则、载客量优先原则或延误时间优先原则三者之一，对优先级别较高的导向运输车辆实行信号优先，拒绝优先级别较低的导向运输车辆的优先请求；
第二种，当目标导向运输车辆的优先请求与待执行的优先请求处于不同信号相位时，如图6所示，存在四种判定方案：
A)当前车和后车均实施红灯早断策略时，确定自适应信号周期的关联信号相位为当前周期前车优先信号相位的前置相位以及前车和后车的优先信号相位，判定前车需早断的红灯时间
Figure BDA0002848287890000169
后车需早断的红灯时间
Figure BDA00028482878900001610
当前周期前车优先信号相位的前置相位绿灯时间g1以及前车优先信号相位的绿灯时间
Figure BDA00028482878900001611
是否满足下述多优先请求合并约束：
Figure BDA00028482878900001612
B)当前车实施红灯早断策略且后车实施绿灯延长策略时，确定自适应信号周期的关联信号相位为当前周期前车优先信号相位的前置相位以及下一周期后车优先信号相位，判定前车需早断的红灯时间
Figure BDA0002848287890000171
后车需延长的绿灯时间
Figure BDA0002848287890000172
当前周期前车优先信号相位的前置相位绿灯时间g1以及下一周期后车优先信号相位的绿灯时间
Figure BDA0002848287890000173
是否满足下述多优先请求合并约束：
Figure BDA0002848287890000174
C)当前车和后车均实施绿灯延长策略时，确定自适应信号周期的关联信号相位为下一周期前车和后车优先信号相位，判定前车需延长的绿灯时间
Figure BDA0002848287890000175
后车需延长的绿灯时间
Figure BDA0002848287890000176
下一周期前车优先信号相位的绿灯时间
Figure BDA0002848287890000177
以及后车优先信号相位的绿灯时间
Figure BDA0002848287890000178
是否满足下述多优先请求合并约束：
Figure BDA0002848287890000179
D)当前车实施绿灯延长策略且后车实施红灯早断策略时，判定后车优先请求与前车冲突，选择服从触发时间优先原则、载客量优先原则或延误时间优先原则三者之一，对优先级别较高的导向运输车辆实行信号优先，拒绝优先级别较低的导向运输车辆的优先请求。
S4、当关联信号相位满足多优先请求合并约束时，根据所述综合交通状态信息，判定所述自适应信号周期的综合效益是否优于当前信号周期的综合效益。具体包括：
S4.1根据所述综合交通状态信息，分别计算在自适应信号周期和当前信号周期两种情况下的导向运输车辆与社会车辆的人均延误，公式为
Figure BDA00028482878900001710
式中，
Figure BDA00028482878900001711
为信号周期内导向运输车辆与社会车辆的人均延误；I为信号周期的关联信号相位集合，i∈I；N和M分别为导向运输车辆和社会车辆的集合，n∈N，m∈M；|N|和|M|分别为单位时间通过交叉口的导向运输车辆和社会车辆的数量；δ和θ分别为导向运输车辆和社会车辆的载客人数；
Figure BDA0002848287890000181
和
Figure BDA0002848287890000182
分别为信号相位i内导向运输车辆n和社会车辆m的延误时间；
S4.2根据所述综合交通状态信息，分别计算在自适应信号周期和当前信号周期两种情况下的导向运输车辆的电能消耗与社会车辆的汽油消耗，并折算为人均能耗，即统一量纲后的煤炭消耗，公式为
Figure BDA0002848287890000183
Figure BDA0002848287890000184
Figure BDA0002848287890000185
式中，
Figure BDA0002848287890000186
为信号周期内导向运输车辆与社会车辆的人均能耗，即人均煤炭消耗；
Figure BDA0002848287890000187
为导向运输车辆电能消耗与煤炭消耗间的折算系数；ω为社会车辆汽油消耗与煤炭消耗间的折算系数；
Figure BDA0002848287890000188
为信号相位i内导向运输车辆n关于时间t的电能消耗方程；
Figure BDA0002848287890000189
为信号相位i内社会车辆m关于时间t的汽油消耗方程；X{·}和Y{·}分别为计算导向运输车辆电能消耗和社会车辆汽油消耗时，关于瞬时速度和瞬时加速度指数形式组合项的微观能耗方程；Φ为导向运输车辆微观电能消耗方程X{·}的系数向量；Γ为社会车辆微观汽油消耗方程Y{·}的系数向量；a和b分别为微观能耗方程X{·}和Y{·}中瞬时速度和瞬时加速度的指数项；
S4.3利用得到的人均延误和人均能耗，分别计算在自适应信号周期和当前信号周期两种情况下的综合效益值，公式为
Figure BDA0002848287890000191
式中，Z为信号周期的综合效益值；ψ1和ψ2分别为人均延误
Figure BDA0002848287890000192
和人均能耗
Figure BDA0002848287890000193
的效益权重系数；η和λ分别为人均延误
Figure BDA0002848287890000194
和人均能耗
Figure BDA0002848287890000195
的效益价值折算系数；
S4.4通过比较，判定所述自适应信号周期是否优于当前信号周期。
S5、当所述自适应信号周期的综合效益优于当前信号周期的综合效益时，将目标导向运输车辆的优先请求添加至待执行的优先请求序列中，使用最新接收的自适应信号周期覆盖信号配时方案中的当前信号周期，实现多导向运输车辆信号优先请求的协同处置。
所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

Claims (9)

1.一种多请求响应下导向运输车辆动态信号优先控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、实时获取导向运输车辆和社会车辆的运行状态以及交叉口信号的开放状态，形成车路协同环境下的综合交通状态信息；
S2、根据所述综合交通状态信息，判定目标导向运输车辆是否触发优先请求，目标导向运输车辆触发优先请求的，进入步骤S3；
S3、生成同时包含目标导向运输车辆优先请求与待执行优先请求的自适应信号周期，判定所述自适应信号周期的关联信号相位是否满足多优先请求合并约束；
S4、当关联信号相位满足多优先请求合并约束时，根据所述综合交通状态信息，判定所述自适应信号周期的综合效益是否优于当前信号周期的综合效益；
S5、当所述自适应信号周期的综合效益优于当前信号周期的综合效益时，将目标导向运输车辆的优先请求添加至待执行的优先请求序列中，使用最新接收的自适应信号周期覆盖信号配时方案中的当前信号周期，实现多导向运输车辆信号优先请求的协同处置；
所述S2具体包括：
S2.1根据车路协同环境下的综合交通状态信息，计算触发检测器的目标导向运输车辆从检测器到达交叉口停车线所需时间，公式为
Figure FDA0003143218800000011
式中，
Figure FDA0003143218800000012
为导向运输车辆n从检测器到达交叉口停车线所需时间；lstop为检测器与交叉口停车线间的距离；
Figure FDA0003143218800000013
为导向运输车辆n前方至交叉口停车线路段间其它导向运输车辆和社会车辆的平均运行速度；μ为
Figure FDA0003143218800000021
的误差项，服从均值为0方差为σ2的标准正态分布，以反映导向运输车辆运行时间的随机波动特性；
S2.2根据目标导向运输车辆触发检测器时信号相位所处状态，确定目标导向运输车辆触发优先请求的约束条件，利用约束条件判定目标导向运输车辆是否触发优先请求。
2.如权利要求1所述的一种多请求响应下导向运输车辆动态信号优先控制方法，其特征在于，所述S1具体包括：
S1.1从路面与路侧检测器获取导向运输车辆和社会车辆的运行状态数据，从信号控制处理器获取交叉口信号的开放状态数据，所述导向运输车辆的运行状态数据包括瞬时速度、瞬时加速度、所处车道及位置、列车编组及长度、列车荷载和运行线路，所述社会车辆的运行状态数据包括瞬时速度、瞬时加速度和所处车道及位置，所述信号的开放状态数据包括当前相位剩余时间、信号周期、相位分布和相位长度；
S1.2根据所述导向运输车辆和社会车辆的运行状态数据以及信号的开放状态数据，建立导向运输车辆和社会车辆运行状态和交叉口信号开放状态间的映射关系，融合形成车路协同环境下的综合交通状态信息。
3.如权利要求1所述的一种多请求响应下导向运输车辆动态信号优先控制方法，其特征在于，所述S2.2分为两种情况，
第一种为：
若目标导向运输车辆触发检测器时信号相位处于绿灯状态，目标导向运输车辆触发优先请求的约束条件为
Figure FDA0003143218800000022
Figure FDA0003143218800000023
式中，
Figure FDA0003143218800000024
为导向运输车辆n所在信号相位的绿灯剩余时间；
Figure FDA0003143218800000025
为导向运输车辆n通过交叉口所需的专用清空时间；qn为导向运输车辆n的编组数目；lunit为导向运输车辆单位编组的车身长度；
Figure FDA0003143218800000031
为导向运输车辆n的设定转向速度；κ为
Figure FDA0003143218800000032
的误差项，服从均值为0方差为α2的标准正态分布，以反映导向运输车辆转向时间的随机波动特性；
第二种为：
若目标导向运输车辆触发检测器时信号相位处于红灯状态，目标导向运输车辆触发优先请求的约束条件为
Figure FDA0003143218800000033
式中，
Figure FDA0003143218800000034
为导向运输车辆n所在信号相位的红灯剩余时间，rmin为该相位的最小红灯时间。
4.如权利要求1所述的一种多请求响应下导向运输车辆动态信号优先控制方法，其特征在于，所述S3具体包括：
S3.1根据目标车辆到达交叉口停车线时信号相位所处状态，确定要实施的策略，计算目标导向运输车辆该策略下所需的信号优先时间；
S3.2生成该策略下包含目标导向运输车辆优先请求的信号周期；
S3.3从信号控制处理器读取待执行的优先请求信息，所述待执行的优先请求信息包括每个优先请求的触发时间、所在相位、优先时间和结束时间；
S3.4从信号相位最小绿灯时间和多请求累计优先时间两个层面，建立多优先请求合并约束，以确保导向运输车辆信号优先不会对社会车辆的正常运行造成过度干扰；
S3.5根据所述包含目标导向运输车辆优先请求的信号周期以及待执行的优先请求信息，判定目标导向运输车辆的优先请求与待执行的优先请求是否处于相同信号相位，生成同时包含目标导向运输车辆优先请求与待执行优先请求的自适应信号周期，判定关联信号相位是否满足所述多优先请求合并约束。
5.如权利要求4所述的一种多请求响应下导向运输车辆动态信号优先控制方法，其特征在于，所述S3.1分为两种情况：
第一种，若目标导向运输车辆到达交叉口停车线时信号相位处于绿灯状态，则实施绿灯延长策略，该策略下，目标导向运输车辆通过交叉口需延长的绿灯时间受列车编组及长度的影响，需预留保证导向运输车辆全部编组与绿灯时间内通过交叉口的专用清空时间，需延长的绿灯时间为
Figure FDA0003143218800000041
式中，
Figure FDA0003143218800000042
为导向运输车辆n需延长的绿灯时间；
Figure FDA0003143218800000043
为导向运输车辆n的车头到达检测器的时间；
Figure FDA0003143218800000044
为导向运输车辆n从检测器到达交叉口停车线所需时间；
Figure FDA0003143218800000045
为导向运输车辆n通过交叉口所需的专用清空时间；
Figure FDA0003143218800000046
为当前信号周期下导向运输车辆n所在信号相位的绿灯结束时间；
第二种，若目标导向运输车辆到达交叉口停车线时信号相位处于红灯状态，实施红灯早断策略，该情况下，目标导向运输车辆通过交叉口需早断的红灯时间为
Figure FDA0003143218800000047
式中，
Figure FDA0003143218800000048
为导向运输车辆n需早断的红灯时间；
Figure FDA0003143218800000049
为当前信号周期下导向运输车辆n所在信号相位的绿灯开始时间。
6.如权利要求4所述的一种多请求响应下导向运输车辆动态信号优先控制方法，其特征在于，所述S3.2分为两种情况：
第一种，当采用绿灯延长策略时，延长当前周期目标导向运输车辆优先信号相位的绿灯时间，即需延长的绿灯时间，压缩下一周期该优先信号相位的绿灯时间，以保证后续信号周期免受影响，所得信号周期即为包含目标导向运输车辆优先请求的信号周期；
第二种，当采用红灯早断策略时，压缩当前周期目标导向运输车辆优先信号相位的前置相位的绿灯时间，即需早断的红灯时间，提前当前周期目标导向运输车辆优先信号相位，补偿下一周期该优先信号相位的前置相位的绿灯时间，以保证后续信号周期免受影响，所得信号周期即为包含目标导向运输车辆优先请求的信号周期。
7.如权利要求4所述的一种多请求响应下导向运输车辆动态信号优先控制方法，其特征在于，所述S3.4具体包括：
S3.4.1为满足行人过街最短时间以及保证社会车辆不发生二次排队现象，建立信号相位的最小绿灯时间约束，可表示为
Figure FDA0003143218800000051
Figure FDA0003143218800000052
Figure FDA0003143218800000053
式中，
Figure FDA0003143218800000054
为信号相位i内满足行人过街最短时间约束的最小绿灯时间；
Figure FDA0003143218800000055
为信号相位i内满足避免社会车辆二次排队约束的最小绿灯时间；
Figure FDA0003143218800000056
为信号相位i内最小绿灯时间，取
Figure FDA0003143218800000057
和
Figure FDA0003143218800000058
中较大者；lwalk为交叉口人行横道长度；vwalk为行人步行的一般速度；
Figure FDA0003143218800000059
为信号相位i的绿灯间隔时间；si为信号相位i内交叉口的饱和流量；lcar为社会车辆的车身长度；
Figure FDA00031432188000000510
为社会车辆排队的平均间距；
Figure FDA00031432188000000511
为信号相位i内绿灯损失时间；
S3.4.2为避免多信号优先请求冲突且保证邻近信号周期不会受到过度干扰，确定信号相位i内多请求累计优先时间阈值
Figure FDA00031432188000000512
S3.4.3利用信号相位的最小绿灯时间约束和多请求累计优先时间阈值建立多优先请求合并约束。
8.如权利要求4所述的一种多请求响应下导向运输车辆动态信号优先控制方法，其特征在于，所述S3.5分为两种情况：
第一种，当目标导向运输车辆的优先请求与待执行的优先请求处于相同信号相位时，存在三种判定方案：
A)当前车实施红灯早断策略且后车实施绿灯延长策略时，确定自适应信号周期的关联信号相位为当前周期优先信号相位的前置相位以及下一周期优先信号相位，判定前车需早断的红灯时间
Figure FDA0003143218800000061
后车需延长的绿灯时间
Figure FDA0003143218800000062
当前周期优先信号相位的前置相位绿灯时间g1以及下一周期优先信号相位的绿灯时间
Figure FDA0003143218800000063
是否满足下述多优先请求合并的约束条件：
Figure FDA0003143218800000064
其中，
Figure FDA0003143218800000065
为信号相位1内最小绿灯时间；
Figure FDA0003143218800000066
为信号相位2内最小绿灯时间；
Figure FDA00031432188000000613
为信号相位2内多请求累计优先时间阈值；
B)当前车和后车均实施绿灯延长策略时，确定自适应信号周期的关联信号相位为当前周期优先信号相位以及下一周期优先信号相位，判定前车需延长的绿灯时间
Figure FDA0003143218800000067
后车需延长的绿灯时间
Figure FDA0003143218800000068
以及下一周期优先信号相位的绿灯时间
Figure FDA0003143218800000069
是否满足下述多优先请求合并约束：
Figure FDA00031432188000000610
C)当前车和后车均实施红灯早断策略时，判定后车优先请求与前车冲突，选择服从触发时间优先原则、载客量优先原则或延误时间优先原则三者之一，对优先级别较高的导向运输车辆实行信号优先，拒绝优先级别较低的导向运输车辆的优先请求；
第二种，当目标导向运输车辆的优先请求与待执行的优先请求处于不同信号相位时，存在四种判定方案：
A)当前车和后车均实施红灯早断策略时，确定自适应信号周期的关联信号相位为当前周期前车优先信号相位的前置相位以及前车和后车的优先信号相位，判定前车需早断的红灯时间
Figure FDA00031432188000000611
后车需早断的红灯时间
Figure FDA00031432188000000612
当前周期前车优先信号相位的前置相位绿灯时间g1以及前车优先信号相位的绿灯时间
Figure FDA0003143218800000071
是否满足下述多优先请求合并约束：
Figure FDA0003143218800000072
其中，
Figure FDA00031432188000000713
为信号相位3内多请求累计优先时间阈值；
B)当前车实施红灯早断策略且后车实施绿灯延长策略时，确定自适应信号周期的关联信号相位为当前周期前车优先信号相位的前置相位以及下一周期后车优先信号相位，判定前车需早断的红灯时间
Figure FDA0003143218800000073
后车需延长的绿灯时间
Figure FDA0003143218800000074
当前周期前车优先信号相位的前置相位绿灯时间g1以及下一周期后车优先信号相位的绿灯时间
Figure FDA0003143218800000075
是否满足下述多优先请求合并约束：
Figure FDA0003143218800000076
其中，
Figure FDA0003143218800000077
为信号相位3内最小绿灯时间；
C)当前车和后车均实施绿灯延长策略时，确定自适应信号周期的关联信号相位为下一周期前车和后车优先信号相位，判定前车需延长的绿灯时间
Figure FDA0003143218800000078
后车需延长的绿灯时间
Figure FDA0003143218800000079
下一周期前车优先信号相位的绿灯时间
Figure FDA00031432188000000710
以及后车优先信号相位的绿灯时间
Figure FDA00031432188000000711
是否满足下述多优先请求合并约束：
Figure FDA00031432188000000712
D)当前车实施绿灯延长策略且后车实施红灯早断策略时，判定后车优先请求与前车冲突，选择服从触发时间优先原则、载客量优先原则或延误时间优先原则三者之一，对优先级别较高的导向运输车辆实行信号优先，拒绝优先级别较低的导向运输车辆的优先请求。
9.如权利要求1所述的一种多请求响应下导向运输车辆动态信号优先控制方法，其特征在于，所述S4具体包括：
S4.1根据所述综合交通状态信息，分别计算在自适应信号周期和当前信号周期两种情况下的导向运输车辆与社会车辆的人均延误，公式为
Figure FDA0003143218800000081
式中，
Figure FDA0003143218800000082
为信号周期内导向运输车辆与社会车辆的人均延误；I为信号周期的关联信号相位集合，i∈I；N和M分别为导向运输车辆和社会车辆的集合，n∈N，m∈M；|N|和|M|分别为单位时间通过交叉口的导向运输车辆和社会车辆的数量；δ和θ分别为导向运输车辆和社会车辆的载客人数；
Figure FDA0003143218800000083
和
Figure FDA0003143218800000084
分别为信号相位i内导向运输车辆n和社会车辆m的延误时间；
S4.2根据所述综合交通状态信息，分别计算在自适应信号周期和当前信号周期两种情况下的导向运输车辆的电能消耗与社会车辆的汽油消耗，并折算为人均能耗，即统一量纲后的煤炭消耗，公式为
Figure FDA0003143218800000085
Figure FDA0003143218800000086
Figure FDA0003143218800000087
式中，
Figure FDA0003143218800000088
为信号周期内导向运输车辆与社会车辆的人均能耗，即人均煤炭消耗；
Figure FDA0003143218800000089
为导向运输车辆电能消耗与煤炭消耗间的折算系数；ω为社会车辆汽油消耗与煤炭消耗间的折算系数；
Figure FDA00031432188000000810
为信号相位i内导向运输车辆n关于时间t的电能消耗方程；
Figure FDA00031432188000000811
为信号相位i内社会车辆m关于时间t的汽油消耗方程；X{·}和Y{·}分别为计算导向运输车辆电能消耗和社会车辆汽油消耗时，关于瞬时速度和瞬时加速度指数形式组合项的微观能耗方程；Φ为导向运输车辆微观电能消耗方程X{·}的系数向量；Γ为社会车辆微观汽油消耗方程Y{·}的系数向量；a和b分别为微观能耗方程X{·}和Y{·}中瞬时速度和瞬时加速度的指数项；
S4.3利用得到的人均延误和人均能耗，分别计算在自适应信号周期和当前信号周期两种情况下的综合效益值，公式为
Figure FDA0003143218800000091
式中，Z为信号周期的综合效益值；ψ1和ψ2分别为人均延误
Figure FDA0003143218800000092
和人均能耗
Figure FDA0003143218800000093
的效益权重系数；η和λ分别为人均延误
Figure FDA0003143218800000094
和人均能耗
Figure FDA0003143218800000095
的效益价值折算系数；
S4.4通过比较，判定所述自适应信号周期是否优于当前信号周期。
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