CN113053142B - 一种基于车载定位和车路协同技术的公交优先控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于车载定位和车路协同技术的公交优先控制系统，该系统包括公交车辆的车载终端、信号机和控制中心，车载终端向信号机发送公交车辆的优先请求，信号机将车辆信息发送给控制中心，控制中心根据车辆信息确定公交车辆的优先级方向，并将优先级方向发送给信号机，信号机在确定公交车辆的优先级方向为最高级时，确定公交车辆确定当前时刻公交车辆优先请求的相位是否为绿灯，若是，则对公交车辆优先请求的相位进行绿灯延长操作，否则对公交车辆优先请求的相位进行红灯早断操作。基于车载定位和车路协同技术，融合公交优先控制与交通信号优化控制方法，提高路网通行效率，降低人均延误。

Description

一种基于车载定位和车路协同技术的公交优先控制系统

技术领域

本发明涉及智慧网联技术领域，尤其涉及一种基于车载定位和车路协同技术的公交优先控制系统。

背景技术

传统的公交优先控制没有结合交通信号控制的整体策略，常常因公交优先而打乱了信号优化策略，导致干线协调破坏或者造成交叉口群拥堵，无法大面积和全天候应用。

发明内容

本发明实施例提供一种基于车载定位和车路协同技术的公交优先控制系统，以实现提高路网通行效率。

第一方面，本发明实施例提供一种基于车载定位和车路协同技术的公交优先控制系统，包括：公交车辆的车载终端、信号机和控制中心；

在所述公交车辆进入路口的RSU(Road Side Unit，路侧通信单元)接收范围内，所述车载终端向所述信号机发送所述公交车辆的优先请求，所述优先请求包括所述公交车辆的车辆信息；

所述信号机将所述公交车辆的车辆信息发送给所述控制中心；

所述控制中心根据所述公交车辆的车辆信息确定所述公交车辆的优先级方向，并将所述优先级方向发送给所述信号机；

所述信号机在确定所述公交车辆的优先级方向为最高级时，确定所述公交车辆确定当前时刻所述公交车辆优先请求的相位是否为绿灯，若是，则对所述公交车辆优先请求的相位进行绿灯延长操作，否则对所述公交车辆优先请求的相位进行红灯早断操作。

上述技术方案中，基于车载定位和车路协同技术，融合公交优先控制与交通信号优化控制方法，提高路网通行效率，降低人均延误。

可选的，所述车载终端包括车载OBU模块和车载定位模块；

所述车载OBU模块用于与路口的RSU通信，将所述公交车辆的车辆信息发送给所述信号机；

所述车载定位模块用于提供所述公交车辆的位置数据，并将所述位置数据发送给所述控制中心。

可选的，所述控制中心包括公交运行监测模块、线路拥堵识别模块、线路滤波生成模块、线路策略制定模块和优先统计与评价模块；

所述公交运行监测模块用于依据所述车载定位模块提供的公交车辆的位置数据，对公交车辆的运行进行监视；

所述线路拥堵识别模块用于基于交通路网数据，识别各线路中的交通状态、拥堵路段和拥堵方向；

所述线路滤波生成模块用于依据公交车辆的历史位置数据和线路的干线参数，生成线路的干线滤波方案；

所述线路策略制定模块用于依据线路拥堵识别模块提供的各线路的交通状态；

所述优先统计与评价模块用于对所有公交车辆的优先请求进行统计，对优先线路、路口的交通效果进行评价；接收信号机发送的公交车辆的车辆信息，确定公交车辆的优先级方向，并交公交车辆的优先级方向发送给所述信号机。

可选的，所述公交运行监测模块包括车辆实时位置模块和公交运行监视模块；

所述车辆实时位置模块用于依据公交车辆的位置数据确定所述公交车辆的实时位置；

所述公交运行监视模块用于依据所述车辆实时位置模块提供的所述公交车辆的实时位置和所述公交车辆在道路上的行驶参数，对所述公交车辆进行实时监视。

可选的，所述线路拥堵识别模块包括交通路网模块、交通状况模块、拥堵路段模块和拥堵方向模块；

所述交通路网模块用于提供交通路网数据；

所述交通状况模块用于依据所述交通路网数据确定各线路的交通状态；

所述拥堵路段模块用于在线路的交通状态为拥堵状态时，识别线路的拥堵路段；

所述拥堵方向模块用于在线路的交通状态为拥堵状态时，识别拥堵路段的拥堵方向。

可选的，所述线路滤波生成模块包括历史运行数据模块、干线参数模块和生成滤波方案模块；

所述历史运行数据模块用于存储公交车辆的历史运行数据；

所述干线参数模块用于根据公交车辆的历史运行数据，统计各线路的干线的干线参数；

所述生成滤波方案模块用于依据各线路的干线的干线参数生成各线路的干线滤波方案。

可选的，所述公交车辆的车辆信息包括车辆所属线路的优先级、晚点时间和满载率、公交车辆的实时位置、速度和行驶方向；

所述优先统计与评价模块包括公交优先级计算模块；

所述公交优先级计算模块用于根据所述车辆所属线路的优先级、晚点时间和满载率，确定车辆优先级；根据所述预处理范围内的车辆数和各车辆的车辆优先级，确定所述公交车辆的优先级方向。

可选的，所述信号机包括路口优先控制模块、更改信号配时模块和公交信息模块；

所述路口优先控制模块用于接收所述控制中心发送的所述公交车辆的优先级方向，在对所述公交车辆优先请求的相位进行绿灯延长操作时，具体用于确定所述公交车辆是否配置有延长时间，若是，则根据所述延长时间对所述公交车辆优先请求的相位的绿灯时间进行延长；否则所述信号机确定所述公交车辆的到达路口停止线的到达时间；将所述公交车辆的到达时间与所述优先请求的相位的绿灯剩余时间的差值确定为所述公交车辆的绿灯延长时间；所述信号机根据所述公交车辆的绿灯延长时间对所述公交车辆优先请求的相位的绿灯时间进行延长；或

所述路口优先控制模块用于在确定所述公交车辆优先请求的相位允许红灯早断时，确定所述公交车辆的到达路口停止线的到达时间；若所述公交车辆的到达时间小于等于所述公交车辆优先请求的相位的绿灯启亮时间与红灯当前运行时间以及最大可压缩时间的差值，则所述信号机根据所述最大可压缩时间对所述公交车辆优先请求的相位进行红灯早断；所述最大可压缩时间为其它优先请求的相位或协调相位到所述公交车辆优先请求的相位的前一相位之间的所有相位的可压缩时间之和；若所述公交车辆的到达时间大于所述公交车辆优先请求的相位的绿灯启亮时间与红灯当前运行时间以及最大可压缩时间的差值且小于所述公交车辆优先请求的相位的绿灯启亮时间与红灯当前运行时间的差值，则所述信号机根据所述公交车辆优先请求的相位的绿灯启亮时间、红灯当前运行时间和所述公交车辆的到达时间确定红灯早断时间，根据所述红灯早断时间对所述公交车辆优先请求的相位进行红灯早断；若所述公交车辆的到达时间大于等于所述公交车辆优先请求的相位的绿灯启亮时间与红灯当前运行时间的差值，则所述信号机不响应所述公交车辆的优先请求；

所述更改信号配时模块用于在所述路口优先控制模块确定出绿灯延长时间或红灯早断时间时，依据所述绿灯延长时间或红灯早断时间更改信号配时；

所述公交信息模块用于将RSU发送的公交车辆的车辆信息发送给所述控制中心。

可选的，所述路口优先控制模块具体用于根据下述步骤确定各相位的可压缩时间：

周期性的采集各相位对应的行驶方向的平均车道时间占有率和平均转向流量；

确定连续两个周期所述各相位对应的行驶方向的平均车道时间占有率是否大于占有率阈值和平均转向流量是否大于流量阈值；

若是，则确定所述各相位对应的行驶方向的交通状态为拥堵状态，不对拥堵状态的相位进行绿灯时间压缩；

否则，根据所述各相位的当前绿灯剩余时间、排队清空时间、平均饱和度和平均时间占有率，确定所述各相位的可压缩时间；

其中，所述排队清空时间依据车道饱和流率和排队车辆数确定。

可选的，所述路口优先控制模块具体用于根据下述步骤确定所述公交车辆的到达路口停止线的到达时间：

获取所述公交车辆在当前时刻与所述路口的停止线的距离和当前时刻的车速；

所述信号机根据所述在当前时刻与所述路口的停止线的距离和所述当前时刻的车速，确定所述公交车辆的到达路口停止线的到达时间。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简要介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种系统架构的示意图；

图2为本发明实施例提供的一种系统架构的示意图；

图3为本发明实施例提供的一种路口控制的示意图；

图4为本发明实施例提供的一种RSU接收范围的示意图；

图5为本发明实施例提供的一种绿灯延长操作的示意图；

图6为本发明实施例提供的一种相位的示意图；

图7为本发明实施例提供的一种相位的示意图；

图8为本发明实施例提供的一种相位的示意图；

图9为本发明实施例提供的一种相位的示意图；

图10为本发明实施例提供的一种相位补偿的示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述，显然，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它实施例，都属于本发明保护的范围。

图1为本发明实施例提供的一种系统架构。如图1所示，该系统架构可以包括车载终端100、信号机200和控制中心300。

其中，车载终端100位于公交车辆上，车载终端100与信号机之间通过RSU进行通信。当公交车辆驶入交通路口的RSU接收范围内会向信号机200发送优先请求。RSU接收范围可以依据经验设置。优先请求包括公交车辆的车辆信息。

也就是说当公交车辆的车载终端100进入RSU接收范围内之后，通过RSU与信号机建立通信，然后由车载终端100的车载OBU(On board Unit，车载单元)通过RSU将优先请求发送给信号机200，该优先请求包括了公交车辆的车辆信息。该车辆信息可以包括公交车辆的车辆位置(例如GPS信息)，满载率、晚点时间、车速、行驶方向、所在车道等信息。

OBU与RSU之间可以通过LTE-V(Long Term Evolution-Vehicle，长期演进技术-车辆通信))进行通信。

信号机200在依据车辆信息确定了优先结果后，可以通过RSU将优先结果发送给车载终端100的车载OBU，然后有车载OBU通过无线的方式发送给公交车辆的上的HMI(HumanMachineInterface，人机界面)。

RSU是安装于路侧与车载终端100进行通信的装置，可以把车载终端100发送的优先请求传输给信号机200。

信号机200为交通路口的信号控制设备，可以依据控制策略对交通信号灯进行控制。信号机200与RSU可以通过有线方式进行连接，用于接收RSU传输的优先请求，并可以向RSU发送优先结果，以反馈给车载终端100。同时，信号机200在接收到优先请求之后，会通过有线或无线的方式将该优先请求发送给控制中心300。

控制中心300在接收到公交车辆的车辆信息后，可以根据公交车辆的车辆信息确定公交车辆的优先级方向，并将优先级方向发送给信号机200。

当信号机200接收到控制中心300发送的上述公交车辆的优先级方向之后，当公交车辆优先请求的相位为绿灯时，需要对公交车辆优先请求的相位进行绿灯延长操作，首先确定公交车辆是否配置有延长时间，若是，则根据延长时间对公交车辆优先请求的相位的绿灯时间进行延长。否则确定公交车辆的到达路口停止线的到达时间；将公交车辆的到达时间与优先请求的相位的绿灯剩余时间的差值确定为公交车辆的绿灯延长时间。最后根据公交车辆的绿灯延长时间对公交车辆优先请求的相位的绿灯时间进行延长。

具体的，如图2所示的结构，其中，车载终端100可以包括车载OBU模块110和车载定位模块120。车载OBU模块110用于与路口的RSU通信，将公交车辆的车辆信息发送给信号机200。车载定位模块120用于提供公交车辆的位置数据，并将位置数据发送给控制中心300。

控制中心300可以包括公交运行监测模块310、线路拥堵识别模块320、线路滤波生成模块330、线路策略制定模块340和优先统计与评价模块350。

其中，公交运行监测模块310用于依据车载定位模块120提供的公交车辆的位置数据，对公交车辆的运行进行监视。也就是说，通过公交车辆的车载实时GPS数据，获取车辆在道路上的行驶参数，包括行驶速度、途径站点和路口、实时位置、车载人数、发车时间、行驶里程等。

线路拥堵识别模块320用于基于交通路网数据，识别各线路中的交通状态、拥堵路段和拥堵方向。也就是说，通过交通路况数据，识别线路中的拥堵路段和拥堵方向。

线路滤波生成模块330用于依据公交车辆的历史位置数据和线路的干线参数，生成线路的干线滤波方案。也就是说，根据公交车辆的历史GPS数据，统计线路干线中公交行程时间、平均速度、停靠站时间生成干线绿波方案。

线路策略制定模块340用于依据线路拥堵识别模块320提供的各线路的交通状态。也就是说，根据干线交通状态，制定线路的路口控制策略，分为协调策略、拥堵策略和单路口策略。

其中，当公交车辆的车载终端100的OBU进入路口RSU接收范围内，每秒发送车辆位置、速度、满载率等信号机200，信号机200将公交数据发送给控制中心300，控制中心300根据当先优先方向的控制策略、车辆晚点率、车队等级计算该车辆在路口的优先等级，并反馈给信号机200，信号机200权衡路口范围内公交信息，制定优先方案。如图3所示。

上述路口控制策略可以包括下述策略：

高峰拥堵策略：

通过交通路况识别拥堵路段和拥堵方向，计算该拥堵路段缓进路口和缓进方向，以及疏散路口和疏散方向。

优先规则：当疏散路口和方向与优先方向符合时，需要促进优先；当缓进路口和方向与优先方向符合时，需要抑制优先。

策略与优先的符合结果：

其中，a为符合系数，默认为1；η为当前时刻与历史拥堵比，即：

I_i为当前时段的拥堵指数，I₀为历史拥堵指数。

平峰协调策略：

1)公交相位差计算：

根据公交车辆在路段的平均速度和站点停靠时间，计算公交车辆的相位差：

式中，L为路段长度，v为平均速度，C为信号周期时长，T为停靠时间。

2)综合相位差计算：

利用枚举法同时计算社会车绿波带和公交车绿波带，求解两类绿波带加和最大的相位差集合，若该值有多个，取社会车辆和公交车辆绿波带宽差值最小的解O_a，若该值有多个，则取其中间值，其对应正反绿波带宽度加和为S₁；

求解社会车绿波带宽和公交车绿波带宽差值为0或1的相位差集合，在此集合中选取加和最大的解O_b，若该值有多个，则取其中间值，其对应正反绿波带宽度加和为S₂；

对比相位差为O_a、O_b时的社会车和公交车绿波带宽加和S₁、S₂，若S₁＞S₂，且(S₁-S₂)/S₁＞θ，则取O_a，否则取O_b。其中θ可配，默认0.2。

优先统计与评价模块350用于对所有公交车辆的优先请求进行统计，对优先线路、路口的交通效果进行评价；接收信号机发送的公交车辆的车辆信息，确定公交车辆的优先级方向，并交公交车辆的优先级方向发送给信号机。也就是说，对所有公交优先进行统计，优先线路、路口交通效果评价。

上述公交运行监测模块310可以包括车辆实时位置模块311和公交运行监视模块312。其中，车辆实时位置模块311用于依据公交车辆的位置数据确定公交车辆的实时位置。公交运行监视模块312用于依据车辆实时位置模块311提供的公交车辆的实时位置和公交车辆在道路上的行驶参数，对公交车辆进行实时监视。

上述线路拥堵识别模块320包括交通路网模块321、交通状况模块322、拥堵路段模块323和拥堵方向模块324。其中，交通路网模块321用于提供交通路网数据；交通状况模块322用于依据交通路网数据确定各线路的交通状态；拥堵路段模块323用于在线路的交通状态为拥堵状态时，识别线路的拥堵路段；拥堵方向模块324用于在线路的交通状态为拥堵状态时，识别拥堵路段的拥堵方向。

上述线路滤波生成模块330包括历史运行数据模块331、干线参数模块332和生成滤波方案模块333。历史运行数据模块331用于存储公交车辆的历史运行数据；干线参数模块332用于根据公交车辆的历史运行数据，统计各线路的干线的干线参数；生成滤波方案模块333用于依据各线路的干线的干线参数生成各线路的干线滤波方案。

公交车辆的车辆信息包括车辆所属线路的优先级、晚点时间和满载率、公交车辆的实时位置、速度和行驶方向；

优先统计与评价模块350包括公交优先级计算模块351。该公交优先级计算模块351用于根据车辆所属线路的优先级、晚点时间和满载率，确定车辆优先级；根据预处理范围内的车辆数和各车辆的车辆优先级，确定公交车辆的优先级方向。

其中，公交车辆的晚点时间可以依据下述方式来确定：

(1)线路到达站点的上边界时间计算：

保存滚动6周的各优先线路，从起始站点到达途径各停靠站点的旅行时间。根据发车时刻，每30min进行时段划分，如6:00-6:30,6:30-7:00…，分工作日和非工作日两种情形保存。

根据6周的线路数据，统计出每个时间段内，计算车辆从起始站点开始，途径各停靠站的旅行时间上边界，进行存储。

旅行时间计算方法以站点1为例，方法如下：

例如，6周时间内时段共有车辆数为N，将N个数据的旅行时间从小到大进行排列，取数据的75％分位数、25％分位数、分位差IQR、上边界UpLimit。

IQR＝75％分位数-25％分位数；

UpLimit＝75％分位数+IQR*1.5。

其中，IQR为上下四分位差，UpLimit为上边界。

(2)晚点时间计算：

车辆的发车时刻(或起始站)为00:00点，若车辆到达站点的时间为t，与上边界时间进行比较T，若t＞T则车辆晚点，晚点时间为t_d＝t-T，晚点程度

否则，不晚点。

在本发明实施例中，RSU设有接收范围和预处理范围以及优先响应范围，具体可以如图4所示，其中，接收范围可以位于公交站点至停止线之间。

在具体实施过程中，公交优先级计算模块351计算公交车辆的优先级方向时，需先计算车辆优先级，具体为：车辆优先级(P_c)：由公交车辆所属线路的优先级、晚点时间和满载率确定。具体见公式(1)：

其中，线路优先级(P_l)：公交车辆的线路等级，范围0～1。无法获取时，赋值0。

晚点时间(T_d)：公交车辆到达时间与预期到达时间的差值。无法获取时，赋值0。

期望旅行时间(T_i)：公交车辆期望达到时间与公交车辆发车时间的差值。非0值，无法获取时，赋值1。

满载率计算(R_f)：根据接收到的公交车辆载客数量和核载数量，计算满载率。满载率＝载客数/核载量。

然后公交优先级计算模块351再依据车辆优先级确定优先级方向，具体的，优先级方向：由预判区范围内车辆优先级和车辆数确定。具体见公式(2)：

式中，P_p,i为方向i的优先级，P_c,i,j为方向i中车辆j的优先级，n为公交车辆的车辆数。

通过上述方式公交优先级计算模块351就可以计算出公交车辆的优先级方向。

如图2所示，上述信号机200包括路口优先控制模块210、更改信号配时模块220和公交信息模块230。

其中，路口优先控制模块210用于接收控制中心300发送的公交车辆的优先级方向，在对公交车辆优先请求的相位进行绿灯延长操作时，具体用于确定公交车辆是否配置有延长时间，若是，则根据延长时间对公交车辆优先请求的相位的绿灯时间进行延长；否则确定公交车辆的到达路口停止线的到达时间；将公交车辆的到达时间与优先请求的相位的绿灯剩余时间的差值确定为公交车辆的绿灯延长时间；根据公交车辆的绿灯延长时间对公交车辆优先请求的相位的绿灯时间进行延长。

或者路口优先控制模块210用于在确定公交车辆优先请求的相位允许红灯早断时，确定公交车辆的到达路口停止线的到达时间；若公交车辆的到达时间小于等于公交车辆优先请求的相位的绿灯启亮时间与红灯当前运行时间以及最大可压缩时间的差值，则根据最大可压缩时间对公交车辆优先请求的相位进行红灯早断；最大可压缩时间为其它优先请求的相位或协调相位到公交车辆优先请求的相位的前一相位之间的所有相位的可压缩时间之和；若公交车辆的到达时间大于公交车辆优先请求的相位的绿灯启亮时间与红灯当前运行时间以及最大可压缩时间的差值且小于公交车辆优先请求的相位的绿灯启亮时间与红灯当前运行时间的差值，则根据公交车辆优先请求的相位的绿灯启亮时间、红灯当前运行时间和公交车辆的到达时间确定红灯早断时间，根据红灯早断时间对公交车辆优先请求的相位进行红灯早断；若公交车辆的到达时间大于等于公交车辆优先请求的相位的绿灯启亮时间与红灯当前运行时间的差值，则不响应公交车辆的优先请求。

更改信号配时模块220用于在路口优先控制模块210确定出绿灯延长时间或红灯早断时间时，依据绿灯延长时间或红灯早断时间更改信号配时。

公交信息模块230用于将RSU发送的公交车辆的车辆信息发送给控制中心300。

路口优先控制模块210在进行绿灯延长操作时，还包括下述几种情况：

若绿灯延长时间小于0，则确定不对公交车辆优先请求的相位的绿灯时间进行延长，并删除公交车辆的优先请求。此种情况标识无需进行绿灯延长，可以删除公交车辆的优先请求。

若公交车辆的到达时间大于公交车辆优先请的相位的剩余可延长时间，则确定不对公交车辆优先请求的相位的绿灯时间进行延长，保留公交车辆的优先请求。剩余可延长时间为最大可延长时间与已延长时间的差值。最大可延长时间为路口其他相位的可压缩时间之和。此种情况表明，延长时间不足，也不需要进行绿灯时间的延长，但可以保留公交车辆的优先请求。

若公交车辆的到达时间与公交车辆优先请的相位的当前绿灯时间之和大于公交车辆优先请的相位的最大绿灯时间，则确定不对公交车辆优先请求的相位的绿灯时间进行延长。此种情况表明，没有充足的时间进行延长，无需进行绿灯时间延长，可以保留公交车辆的优先请求。

此外，在进行上述绿灯延长操作之前，路口优先控制模块210还需要判断路口的出口是否发送溢出，若公交车辆优先请求的相位的出口驶离的车辆的车速连续预设时间均小于预设车速时，确定公交车辆优先请求的相位的出口发生溢出，不响应公交车辆的优先请求。

公交相位绿灯延长时间要满足其他各个相位临界绿灯(绿灯时间-可压缩时间)需求。公交相位绿灯延长时间之前，需要计算交叉口其他相位能够压缩的绿灯时间，即可延长的绿灯时间。交叉口可延长的绿灯时间由各环压缩相位所能提供的压缩时间值确定。

在RSU接收范围内，有公交车辆的车载OBU模块110触发优先请求，根据触发位置点与停止线的距离与当前车速确定公交到达时间。

公交到达时间有三种计算模式，根据配置进行选择：如果配置了延长时间，优先采用配置的时间，如果配置有触发距离，则采用配置距离和速度计算到达时间，如果不配置，则采用默认距离和车辆速度自动计算。

在公交优先相位放行完初始绿灯时间绿后，进行绿灯延长，绿灯延长时间＝公交到达时间－绿灯剩余时间，若绿灯延长时间＜0，表示无需延长，删除公交申请。

若公交到达时间大于剩余可延长时间，则时间不足，无需延长，保留公交申请。

若当前相位绿灯时间与公交到达时间之和大于相位最大绿灯时间，则无充足时间延长，无需延长，保留公交申请。

剩余可延长时间＝最大可延长时间－已延长时间。

此外，路口优先控制模块210还需进行连续绿灯延长出口溢出检查：

当通过优先级判断可以执行绿灯延长之前，需要进行出口溢出检查。

当周期内溢出判断：当判断车辆驶离路口(接受到车辆距离小于0)且连续3秒速度均小于5km/h，则认为该出口发生溢出，对应的进口方向绿灯延长请求将不响应。

在具体实施过程中，如图5所示的绿灯延长操作，具体包括：

步骤501，绿灯延长请求。

当确定公交车辆优先请求的相位为绿灯时，发出绿灯延长请求。

步骤502，判断是否有更高优先级请求，若是，则转入步骤503，否则转入步骤504。

此时判断当前各公交车辆的优先级方向，看是否有更高优先级请求，如果没有就响应本次绿灯延长请求，否则就不响应本次绿灯延长请求。

步骤503，不响应绿灯延长。

不响应该公交车辆的本次绿灯延长请求。

步骤504，判断是否有溢出，若是，则转入步骤503，否则转入步骤505。

判断公交车辆所在路口的出口方向是否有溢出，如果有溢出也是不响应本次绿灯延长请求，否则就进行下一步。

步骤505，判断是否配置触发距离，若是，则转入步骤507，否则转入步骤506。

判断当前公交车辆是否配置了触发距离，如果有就获取该触发距离，如果没有就采用默认距离作为触发距离。

步骤506，采用默认距离。

获取配置的默认距离作为触发距离。

步骤507，获取触发距离。

获取公交车辆配置的优先请求的触发距离。

步骤508，判断是否配置延迟时间，若是，则转入步骤510，否则，转入步骤509。

判断是否配置了延迟时间，如果有，则直接获取该延迟时间，否则就进行计算。

步骤509，采用OBU上传车辆位置和速度计算。

通过车辆位置和速度来计算公交车辆的延迟时间。该车辆位置可以是触发距离的位置或OBU上传的当前位置。

步骤510，获取延迟时间。

当公交车辆优先请求的相位不是绿灯时，可以路口优先控制模块210对公交车辆优先请求的相位进行红灯早断操作。

上述公交车辆的到达时间可以由路口优先控制模块210根据下述步骤进行确定：获取公交车辆在当前时刻与路口的停止线的距离和当前时刻的车速。根据在当前时刻与路口的停止线的距离和当前时刻的车速，确定公交车辆的到达路口停止线的到达时间。

对公交车辆优先请求的相位进行红灯早断操作之后，还需要根据当前周期内压缩时间的相位的可压缩时间对下一周期的中压缩时间的相位对应的相位进行补偿。

例如，通过压缩优先相位或协调相位(包含)至优先相位的前一相位的所有相位时间实现红灯早断。每个相位的可压缩时间记为

判断当前相位是否允许红灯早断：允许红灯早断的相位为优先相位的前序最近的协调相位的后一个相位至优先相位。如图6所示，P2和P3相位可红灯早断。

若未配置延迟时间，根据公交车辆的优先请求，以及当前位置和速度计算到达路口时间t_fast，具体如公式(3)。

式中，L为车辆与停止线的距离，V为车辆速度。

计算红灯早断的相关参数：

1)计算当前时间剩余可压缩的最大时间，如公式(4)：

2)记录当前相位运行时间T_g。

3)计算原始方案中，公交相位的起亮时间T_g公。

确定是否红灯早断和红灯早断时间，确定规则：

a)若：

(达到停止线为红灯)，需红灯早断，可压缩的最大时间和为

即最大程度压缩。当前执行红灯早断时间对应相位压缩时间为：min(g₀-g,g₀-g_ci)，其他相位压缩时间为：g₀-g_ci。如图7。

b)若：

(按需压缩，防止过渡压缩导致优先相位绿灯空放)，需红灯早断，压缩的最大时间和为T_g公-T_g-t_fast。各相位的压缩时间，按照可压缩时间进行等比例分配红灯早断时间；最后一个相位的压缩时间纠正为t_fast-其余相位压缩时间。如图8。

c)若：T_g公-T_g≤t_fast，公交到达停止线时，优先相位已处于绿灯状态，则不必响应红灯早断，删除公交申请。如图9。

红灯早断后的时间补偿机制。

红灯早断后，优先相位时间不加长，对已压缩相位下一周期进行补偿。

响应红灯早断后，计算压缩相位的总压缩时间(即红灯早断总时间)，对优先相位不再加长，对已压缩的相位，在下一周期进行补偿(即，生成下一周期临时方案)。如图10所示。

路口优先控制模块210具体用于根据下述步骤确定各相位的可压缩时间：

周期性的采集各相位对应的行驶方向的平均车道时间占有率和平均转向流量；

确定连续两个周期各相位对应的行驶方向的平均车道时间占有率是否大于占有率阈值和平均转向流量是否大于流量阈值；

若是，则确定各相位对应的行驶方向的交通状态为拥堵状态，不对拥堵状态的相位进行绿灯时间压缩；

否则，根据各相位的当前绿灯剩余时间、排队清空时间、平均饱和度和平均时间占有率，确定各相位的可压缩时间；

其中，排队清空时间依据车道饱和流率和排队车辆数确定。

例如，当公交优先请求时，需压缩其余相位的绿灯时间，为避免过度压缩造成拥堵或者拥堵加重；在压缩相位时，需提前对该相位对应方向的交通状态进行判断。

若交通状态满足阈值，则不允许压缩；否则，可压缩，压缩时间最大值等于剩余绿灯时间减去临界绿灯时间(公交最小绿灯时间)。该阈值可以依据经验设置。

交通状态计算方法：

因传统检测范围有限，对于静态的车辆(如停车等待时)，可能无法检测到，时间占有率的采集就会造成很大偏差和跳动；因此，时间占有率只采集流动的车辆经过检测器的时间。一般为，绿灯启亮后10秒，进行压占时间的采集，持续采集时长为绿灯时长；那么，时间占有率为压占时间和与绿灯时长的比值。

判断逻辑：

判断粒度：每周期进行一次判断。

当流量和时间占有率同时满足以下条件，则认为交通状态发生变化，发生了拥堵：

平均车道时间占有率为转向车道的平均时间占有率。

n为转向车道数。

平均转向流量为转向车道的流量均值。

n为转向车道数。

S_i为实际采集的车道饱和流率，默认为1600。

当连续两个周期满足以上条件，则认为该方向的交通状态为交通拥堵，不允许压缩。即：当有公交车辆优先请求压缩相位时，需要判断当前相位的前两个周期是否满足上述判断条件，若满足则不压缩；

若不满足条件则可压缩，压缩时间根据当前相位时间占有率和饱和度确定。压缩时间，如公式(5)：

式中，g_t为当前绿灯剩余时间，g_lc为排队清空时间，

为平均饱和度，

为平均时间占有率。其中排队清空时间，如公式(6)：

S为车道饱和流率，N为排队车辆数。

本发明实施例通过公交车辆历史运行规律和线路交通路况，自动划分协调时段和协调范围，生成兼顾社会车辆和公交车辆的基本控制方案；根据历史线路运行到站时间计算不同时段车辆每个站点的旅行时间，得出车辆时刻表，计算车辆晚点时间，通过结合满载率、晚点率、线路等级、车队等级等综合判定方向优先等级，处理多方向多辆车同时到达路口时的优先机制；高峰时结合车辆位置、车辆优先级和线路拥堵位置、拥堵程度，综合决策，生成符合于信号优化策略的优先方案。提高路网通行效率，降低人均延误。

结合公交实时GPS位置和车路协同路口范围内的高精定位，实现公交优先控制；车载GPS位置主要作用于控制中心端，制定宏观控制策略；车路协同技术主要作用于路口端，执行优先控制。通过公交优先控制与交通信号优化进行结合，生成符合于信号优化策略的公交优先控制方案，提高整体路网通行效率。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种基于车载定位和车路协同技术的公交优先控制系统，其特征在于，包括：公交车辆的车载终端、信号机和控制中心；

在所述公交车辆进入路口的路侧通信单元RSU接收范围内，所述车载终端向所述信号机发送所述公交车辆的优先请求，所述优先请求包括所述公交车辆的车辆信息；

所述信号机将所述公交车辆的车辆信息发送给所述控制中心；

所述控制中心根据所述公交车辆的车辆信息中车辆所属线路的优先级、晚点时间和满载率，确定所述公交车辆的车辆优先级，根据预处理范围内各公交车辆的车辆数和所述各公交车辆的车辆优先级确定所述公交车辆的优先级方向，并将所述优先级方向发送给所述信号机；

所述信号机在确定所述公交车辆的优先级方向为最高级时，确定所述公交车辆确定当前时刻所述公交车辆优先请求的相位是否为绿灯，若是，则对所述公交车辆优先请求的相位进行绿灯延长操作，否则对所述公交车辆优先请求的相位进行红灯早断操作；

所述信号机包括路口优先控制模块；所述路口优先控制模块用于在确定所述公交车辆优先请求的相位允许红灯早断时，确定所述公交车辆的到达路口停止线的到达时间；若所述公交车辆的到达时间小于等于所述公交车辆优先请求的相位的绿灯启亮时间与红灯当前运行时间以及最大可压缩时间的差值，则所述信号机根据所述最大可压缩时间对所述公交车辆优先请求的相位进行红灯早断；所述最大可压缩时间为其它优先请求的相位或协调相位到所述公交车辆优先请求的相位的前一相位之间的所有相位的可压缩时间之和；若所述公交车辆的到达时间大于所述公交车辆优先请求的相位的绿灯启亮时间与红灯当前运行时间以及最大可压缩时间的差值且小于所述公交车辆优先请求的相位的绿灯启亮时间与红灯当前运行时间的差值，则所述信号机根据所述公交车辆优先请求的相位的绿灯启亮时间、红灯当前运行时间和所述公交车辆的到达时间确定红灯早断时间，根据所述红灯早断时间对所述公交车辆优先请求的相位进行红灯早断；若所述公交车辆的到达时间大于等于所述公交车辆优先请求的相位的绿灯启亮时间与红灯当前运行时间的差值，则所述信号机不响应所述公交车辆的优先请求。

2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述车载终端包括车载OBU模块和车载定位模块；

所述车载OBU模块用于与路口的RSU通信，将所述公交车辆的车辆信息发送给所述信号机；

所述车载定位模块用于提供所述公交车辆的位置数据，并将所述位置数据发送给所述控制中心。

3.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述控制中心包括公交运行监测模块、线路拥堵识别模块、线路绿波生成模块、线路策略制定模块和优先统计与评价模块；

所述公交运行监测模块用于依据所述车载定位模块提供的公交车辆的位置数据，对公交车辆的运行进行监视；

所述线路拥堵识别模块用于基于交通路网数据，识别各线路中的交通状态、拥堵路段和拥堵方向；

所述线路绿波生成模块用于依据公交车辆的历史位置数据和线路的干线参数，生成线路的干线绿波方案；

所述线路策略制定模块用于依据线路拥堵识别模块提供的各线路的交通状态；

所述优先统计与评价模块用于对所有公交车辆的优先请求进行统计，对优先线路、路口的交通效果进行评价；接收信号机发送的公交车辆的车辆信息，确定公交车辆的优先级方向，并交公交车辆的优先级方向发送给所述信号机。

4.如权利要求3所述的系统，其特征在于，所述公交运行监测模块包括车辆实时位置模块和公交运行监视模块；

所述车辆实时位置模块用于依据公交车辆的位置数据确定所述公交车辆的实时位置；

所述公交运行监视模块用于依据所述车辆实时位置模块提供的所述公交车辆的实时位置和所述公交车辆在道路上的行驶参数，对所述公交车辆进行实时监视。

5.如权利要求3所述的系统，其特征在于，所述线路拥堵识别模块包括交通路网模块、交通状况模块、拥堵路段模块和拥堵方向模块；

所述交通路网模块用于提供交通路网数据；

所述交通状况模块用于依据所述交通路网数据确定各线路的交通状态；

所述拥堵路段模块用于在线路的交通状态为拥堵状态时，识别线路的拥堵路段；

所述拥堵方向模块用于在线路的交通状态为拥堵状态时，识别拥堵路段的拥堵方向。

6.如权利要求3所述的系统，其特征在于，所述线路绿波生成模块包括历史运行数据模块、干线参数模块和生成绿波方案模块；

所述历史运行数据模块用于存储公交车辆的历史运行数据；

所述干线参数模块用于根据公交车辆的历史运行数据，统计各线路的干线的干线参数；

所述生成绿波方案模块用于依据各线路的干线的干线参数生成各线路的干线绿波方案。

7.如权利要求3所述的系统，其特征在于，所述公交车辆的车辆信息包括车辆所属线路的优先级、晚点时间和满载率、公交车辆的实时位置、速度和行驶方向；

所述优先统计与评价模块包括公交优先级计算模块；

所述公交优先级计算模块用于根据所述车辆所属线路的优先级、晚点时间和满载率，确定车辆优先级；根据所述预处理范围内的车辆数和各车辆的车辆优先级，确定所述公交车辆的优先级方向。

8.如权利要求1至7任一项所述的系统，其特征在于，所述信号机还包括更改信号配时模块和公交信息模块；

所述更改信号配时模块用于在所述路口优先控制模块确定出绿灯延长时间或红灯早断时间时，依据所述绿灯延长时间或红灯早断时间更改信号配时；

所述公交信息模块用于将RSU发送的公交车辆的车辆信息发送给所述控制中心。

9.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述路口优先控制模块具体用于根据下述步骤确定各相位的可压缩时间：

周期性的采集各相位对应的行驶方向的平均车道时间占有率和平均转向流量；

确定连续两个周期所述各相位对应的行驶方向的平均车道时间占有率是否大于占有率阈值和平均转向流量是否大于流量阈值；

若是，则确定所述各相位对应的行驶方向的交通状态为拥堵状态，不对拥堵状态的相位进行绿灯时间压缩；

否则，根据所述各相位的当前绿灯剩余时间、排队清空时间、平均饱和度和平均时间占有率，确定所述各相位的可压缩时间；

其中，所述排队清空时间依据车道饱和流率和排队车辆数确定。

10.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述路口优先控制模块具体用于根据下述步骤确定所述公交车辆的到达路口停止线的到达时间：

获取所述公交车辆在当前时刻与所述路口的停止线的距离和当前时刻的车速；

所述信号机根据所述在当前时刻与所述路口的停止线的距离和所述当前时刻的车速，确定所述公交车辆的到达路口停止线的到达时间。

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