CN115050199A - 一种多线路公交区段优先设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多线路公交区段优先设计方法，主要包括如下步骤：首先采集城市道路和全部公交线路的基本参数；其次，计算全部公交线路理论上分配的交叉口数量；再分别建立全部公交线路实际上分配的交叉口数量以及各交叉口相匹配的公交线路数量的关系式，并对实际分配交叉口数量和各交叉口相匹配的公交线路数量进行约束；最后以公交线路与交叉口的匹配度最大化为目标函数，优化获取公交线路与优先交叉口的匹配方案。本发明方法主要针对城市道路公交区段优先控制问题，将交叉口分配给特定的公交线路，当交叉口有与之相匹配的特定公交线路到达时，优先给予绿灯信号优先，保障了特定公交线路在交叉口的优先通行效益。

Description

一种多线路公交区段优先设计方法

技术领域

本发明属于交通控制领域，更具体地说，涉及一种多线路公交区段优先设计方法。

背景技术

在城市道路上公交线路众多，已有道路多交叉口多公交线路多请求公交优先方法主要从干线层面整体上进行公交优先控制，此外，在交叉口层面，大多为无差别多线路公交优先信号控制，优先服务的公交车具有较大的不确定性，较难保障特定公交线路在交叉口的信号优先请求。例如在学术论文《A Bi-Level Model to Resolve Conflicting TransitPriority Requests at Urban Arterials》中，以公交站点为界限将道路划分为多个子区域，在每一个区域内进行公交绿波协调控制，其中区域划分的规则为两相邻公交站点间的交叉口数不少于3个，但城市道路上大多每个交叉口附近均设有公交站点，即两相邻公交站点间交叉口数量常常小于3个，可见该划分规则并不适用于大多城市道路的区段划分。

因此，本发明提出一种多线路公交区段优先设计方法，该方法将公交线路与交叉口进行匹配，并以交叉口为节点，将道路划分为多个区段，每一区段内的交叉口优先为与之相匹配的特定公交线路提供公交信号优先服务。其中如何将公交线路与交叉口进行匹配是本专利重点解决的问题。

经过现有技术的文献检索发现，目前尚无基于公交区段优先的公交优先控制方法，且已有道路区段划分方法大多基于规则进行，鲜少进行道路区段划分数学模型的建立，此外，已有研究较少考虑将公交线路与交叉口进行匹配。

发明内容

技术问题：针对现有研究的不足，本发明的目的是提供一种多线路公交区段优先设计方法，完成公交线路与优先交叉口的匹配，为公交区段优先控制方法奠定基础。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明的方法，包含如下步骤：

步骤1：采集研究道路上交叉口数量和通过的公交线路数量，采集全部公交线路在各交叉口的平均载客量，采集各公交线路通过的交叉口数量，采集各交叉口通过的公交线路数量；

步骤2：根据公交线路通过的交叉口总数与全部公交线路通过的交叉口总数之比，计算公交线路分配的交叉口数量权重系数；根据公交线路分配的交叉口数量权重系数，计算公交线路的理论分配交叉口数量；

步骤3：建立各公交线路的实际分配交叉口数量关系式，设置实际分配交叉口数量的上限和下限值，对实际分配交叉口数量进行约束；建立各交叉口相匹配的公交线路数量关系式，并对各交叉口相匹配的公交线路数量进行约束；

步骤4：以公交线路与交叉口的匹配度最大化为目标函数，优化获取公交线路与优先交叉口的匹配方案；

步骤5：根据公交线路与交叉口匹配方案进行公交区段优先控制，交叉口首先考虑为分配到的公交线路提供公交优先服务，其次考虑为其它公交线路提供公交优先服务。

所述步骤1，包含如下步骤：

步骤11：采集研究道路上交叉口总数，用n表示，并将交叉口进行编号，用I表示，I＝{1,2…,n}；采集研究道路上通过的公交线路数量，用a表示，并将公交线路进行编号，用R表示，R＝{1,2…,a}；采集公交线路r在交叉口i的平均载客量，用O_ri表示，r∈R，i∈I，单位为人每辆；采集各公交线路通过的交叉口数量，用Q_r表示，r∈R；采集各交叉口通过的公交线路数量，用S_i表示，i∈I；

所述步骤2，包含如下步骤：

步骤21：计算公交线路r分配的交叉口数量权重系数ρ_r，如公式(1)所示：

公式(1)中，σ_ri为0-1参数，表示公交线路r是否经过交叉口i，σ_ri＝1表示公交线路r经过交叉口i，σ_ri＝0 表示公交线路r不经过交叉口i；

步骤22：公交线路r理论上分配到的交叉口数N_r等于研究道路上交叉口总数n乘以公交线路r分配的交叉口数量权重系数ρ_r，如公式(2)所示：

所述步骤3，包含如下步骤：

步骤31：所有公交线路分配到的优先交叉口数量q_r满足公式(3)和公式(4)：

公式(3)中，P_ri为0-1变量，表示公交线路r在交口i是否有优先权，P_ri＝1表示公交线路r在交口i有优先权，P_ri＝0表示公交线路r在交口i无优先权，公式(4)中，N_max表示公交线路的最大分配交叉口数；

步骤32：与交叉口相匹配的公交线路数量L_i满足公式(5)-(7)：

公式(6)中，S_i表示交叉口i通过的公交线路总数，公式(7)中，q_min表示与交叉口相匹配的最小公交线路数量；

所述步骤4，包含如下步骤：

步骤41：计算公交线路为r的公交在交叉口i的平均载客量权重系数μ_ri，如公式(8)所示：

公式(8)中，O_ri表示公交线路r在交叉口i的平均载客量，单位为人每辆；

步骤42：以研究道路上全部公交线路与交叉口的匹配度最大化为目标函数，如公式(9)所示：

公式(9)中，M表示研究道路上全部公交线路与交叉口的匹配度，结合公式(1)-(9)，优化获取公交线路与优先交叉口的匹配方案。

有益效果：本发明与现有技术相比，具有以下优点：

本发明根据城市道路上交叉口数量、通过的公交线路数量等数据，计算各公交线路理论上分配到的交叉口数，此外，建立各公交线路的实际分配交叉口数量关系式时，考虑了各公交线路的平均载客量，最后以公交线路与交叉口的匹配度最大化为目标函数，优化获取公交线路与优先交叉口的匹配方案。

附图说明

图1为本发明方法的流程图；

图2为本发明方法实施例的研究道路上交叉口和公交线路的分布示意图；

图3为本发明方法实施例的多线路公交区段优先控制示意图；

具体实施方式

下面结合附图1-3和实施例，对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。本发明的实施方式并不受所述实施例的限制，其它的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

示例：根据步骤1所述，采集研究道路上的交叉口和公交线路的布设情况，各交叉口通过的公交线路数量、各公交线路在研究道路上通过的交叉口数量、各公交线路在交叉口的平均载客量等数据作为公交线路与交叉口匹配模型的输入，在实施例中，如图2所示，选取某一条城市道路，途径7个信号交叉口，即n＝7，并将交叉口进行编号，用I表示，I＝{1,2,…,7}；采集通过该道路的公交线路数量，即a＝3，并将公交线路进行编号，用R表示，R＝{1,2,3}；采集公交线路通过道路上交叉口的情况，用0-1参数σ_ri来表示，σ_ri＝1表示公交线路r经过交叉口i，σ_ri＝0表示公交线路r不经过交叉口i，具体情况如表1所示；采集各公交线路在交叉口的平均载客量O_ri，单位为人每辆，具体数据如表2所示；根据表1计算各公交线路通过的交叉口数量分别为：Q₁＝7，Q₂＝4，Q₃＝3；根据表1计算各交叉口通过的公交线路数量，如表3所示。

表1 公交线路通过道路上交叉口的情况

表2 各公交线路在交叉口的平均载客量

表3 交叉口通过的公交线路数量

交叉口编号i	1	2	3	4	5	6	7
								交叉口通过的公交线路数量S<sub>i</sub>	2	3	2	2	2	2	2

根据步骤2所述，首先根据公式(1)计算公交线路分配的交叉口数量权重系数，再根据公式(2)计算公交线路的理论分配交叉口数量。

根据步骤3所述，建立各公交线路的实际分配交叉口数量关系式，设置实际分配交叉口数量的上限和下限值，对实际分配交叉口数量进行约束，其中公交线路的最大分配交叉口数的取值为N_max＝3。建立各交叉口相匹配的公交线路数量关系式，并对各交叉口相匹配的公交线路数量进行约束，其中与交叉口相匹配的最小公交线路数量的取值为q_min＝1，各交叉口通过的公交线路数量S_i的取值如表3所示。

根据步骤4所述，根据公式(8)计算公交线路为r的公交在交叉口i的平均载客量权重系数μ_ri，以研究道路上全部公交线路与交叉口的匹配度最大化为目标函数，如公式(9)所示，并结合约束公式(1)-(8)，优化获取公交线路与优先交叉口的匹配方案。公交线路与交叉口的匹配结果如表4所示。

表4 公交线路与交叉口的匹配结果

公交线路编号r	匹配的优先交叉口编号i
		1	1、2、7
2	4、5、6
		3	3

根据步骤5所述，按照以上求解获取的公交线路与交叉口匹配方案进行公交区段优先控制，即编号为1、2、7的交叉口首先为公交线路编号为1的公交车辆提供公交优先服务，其次考虑为其它公交线路提供公交优先服务；编号为4、5、6的交叉口首先为公交线路编号为2的公交车辆提供公交优先服务，其次考虑为其它公交线路提供公交优先服务；编号为3的交叉口首先为公交线路编号为3的公交车辆提供公交优先服务，其次考虑为其它公交线路提供公交优先服务，多线路公交区段优先控制示意图如图3所示。

Claims (5)

1.一种多线路公交区段优先设计方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

步骤1：采集研究道路上交叉口数量和通过的公交线路数量，采集全部公交线路在各交叉口的平均载客量，采集各公交线路通过的交叉口数量，采集各交叉口通过的公交线路数量；

步骤2：根据公交线路通过的交叉口总数与全部公交线路通过的交叉口总数之比，计算公交线路分配的交叉口数量权重系数；根据公交线路分配的交叉口数量权重系数，计算公交线路的理论分配交叉口数量；

步骤3：建立各公交线路的实际分配交叉口数量关系式，设置实际分配交叉口数量的上限和下限值，对实际分配交叉口数量进行约束；建立各交叉口相匹配的公交线路数量关系式，并对各交叉口相匹配的公交线路数量进行约束；

步骤4：以公交线路与交叉口的匹配度最大化为目标函数，优化获取公交线路与优先交叉口的匹配方案；

步骤5：根据公交线路与交叉口匹配方案进行公交区段优先控制，交叉口首先考虑为分配到的公交线路提供公交优先服务，其次考虑为其他公交线路提供公交优先服务。

2.根据权利要求1所述一种多线路公交区段优先设计方法，其特征在于，所述步骤1中，基本参数的采集包括如下步骤：

步骤11：采集研究道路上交叉口总数，用n表示，并将交叉口进行编号，用I表示，I＝{1,2…,n}；采集研究道路上通过的公交线路数量，用a表示，并将公交线路进行编号，用R表示，R＝{1,2…,a}；采集公交线路r在各交叉口i的平均载客量，用O_ri表示，r∈R，i∈I，单位为人每辆；采集各公交线路通过的交叉口数量，用Q_r表示，r∈R；采集各交叉口通过的公交线路数量，用S_i表示，i∈I。

3.根据权利要求1所述一种多线路公交区段优先设计方法，其特征在于，所述步骤2，包含如下步骤：

步骤21：计算公交线路r分配的交叉口数量权重系数ρ_r，如公式(1)所示：

公式(1)中，σ_ri为0-1参数，表示公交线路r是否经过交叉口i，σ_ri＝1表示公交线路r经过交叉口i，σ_ri＝0表示公交线路r不经过交叉口i；

步骤22：公交线路r理论上分配到的交叉口数N_r等于研究道路上交叉口总数n乘以公交线路r分配的交叉口数量权重系数ρ_r，如公式(2)所示：

。

4.根据权利要求1所述一种多线路公交区段优先设计方法，其特征在于，所述步骤3，包含如下步骤：

步骤31：所有公交线路分配到的优先交叉口数量q_r满足公式(3)和公式(4)：

公式(3)中，P_ri为0-1变量，表示公交线路r在交口i是否有优先权，P_ri＝1表示公交线路r在交口i有优先权，P_ri＝0表示公交线路r在交口i无优先权，公式(4)中，N_max表示公交线路的最大分配交叉口数；

步骤32：与交叉口相匹配的公交线路数量L_i满足公式(5)-(7)：

公式(6)中，S_i表示交叉口i通过的公交线路总数，公式(7)中，q_min表示与交叉口相匹配的最小公交线路数量。

5.根据权利要求1所述一种多线路公交区段优先设计方法，其特征在于，所述步骤4，包含如下步骤：

步骤41：计算公交线路为r的公交在交叉口i的平均载客量权重系数μ_ri，如公式(8)所示：

公式(8)中，O_ri表示公交线路r在交叉口i的平均载客量，单位为人每辆；

步骤42：以研究道路上全部公交线路与交叉口的匹配度最大化为目标函数，如公式(9)所示：

公式(9)中，M表示研究道路上全部公交线路与交叉口的匹配度，结合公式(1)-(9)，优化获取公交线路与优先交叉口的匹配方案。

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