CN115578869B - 一种车路协同环境下的交叉口公交动态优先系统及方法 - Google Patents

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CN115578869B CN202211166111.0A CN202211166111A CN115578869B CN 115578869 B CN115578869 B CN 115578869B CN 202211166111 A CN202211166111 A CN 202211166111A CN 115578869 B CN115578869 B CN 115578869B
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Abstract

本发明公开了一种车路协同环境下的交叉口公交动态优先系统及方法，所述具备车路协同功能的交叉口公交动态优先系统，包括雷视一体机单元、车载信息交互单元、路侧设备单元、边缘计算设备单元、车道指示系统单元和信号控制机单元，方法包括交叉口可变公交专用进口道动态控制与时空路权配置方法、公交车辆信号实时优先方法、以及公交车辆车速实时引导方法。本发明的应用能够通过灵活控制公交专用进口道的启闭并提供与之相适应的车速引导和信号优先方法，在保障公交优先的同时提升道路资源利用效率，缓解交通供需紧张状况。

Description

一种车路协同环境下的交叉口公交动态优先系统及方法
技术领域
本发明涉及交通管理技术领域，具体涉及一种车路协同环境下的交叉口公交动态优先系统，还涉及一种车路协同环境下的交叉口公交动态优先方法。
背景技术
随着快速的城市化进程带来的城市规模和出行需求的高速增长，交通拥挤这正在不断影响人民群众的出行体验，并造成环境污染、能源消耗等多种问题。因此，优先发展公共交通，以提高城市交通出行的集约化、绿色化水平，成为必然的选择。其中，设置公交专用道以保障公共交通车辆优先通行成为了常见的公共交通优先措施。
然而，公交专用道，尤其是交叉口公交专用进口道占用了本就紧张的道路资源，增大了社会车辆的出行延误，使得城市交通需求供需矛盾进一步突出。可变公交专用道能够根据运行情况灵活在公交专用道的专用路权和混合路权间进行切换，可有效提升公交专用道运行效率，缓解道路供需矛盾。目前，现有可变专用道设置方法主要包括在固定时段开启公交专用道、在公交车辆周边区域实行公交专用、在公交车辆密度不高存在剩余通行能力或能够提升整体服务水平时时允许社会车辆进入专用道等方法。
综上可知，现有可变公交专用道的设置方法未能统筹考虑公交车辆与社会车辆的运行情况，且未能提供与之相适应的车速引导与信号优先等配套方法与装置。
发明内容
本发明目的：在于提供一种车路协同环境下的交叉口公交动态优先系统及方法，通过灵活控制公交专用进口道的启闭并提供与之相适应的信号实时优先和车速实时引导方法，在保障公交优先的同时提升道路资源利用效率。
为实现以上功能，本发明设计一种车路协同环境下的交叉口公交动态优先方法，目标道路十字交叉口的进口方向包括至少两条预设长度的进口车道，其中一条车道为可变公交专用车道，针对目标道路十字交叉口，执行以下步骤S1-步骤 S4，选择路权配置方案、信号配时方案，调整公交车辆和社会车辆的运行：
步骤S1：在交叉口的交通信号周期起始时刻，获取当前交叉口信号配时方案、特殊车辆存在情况、交叉口进口方向社会车辆整体饱和度、交叉口进口方向公交车流量、可变公交专用车道执行专用路权方案对公交及社会车辆延误的影响、可变公交专用车道执行当前路权配置方案的时长，根据时空路权配置方法，选择可变公交专用车道当前交通信号周期、未来预设时长内的路权配置方案；其中路权配置方案包括专用路权方案和混合路权方案，专用路权方案仅允许公交车辆通行，混合路权方案允许所有车辆通行；
步骤S2：根据所选择的路权配置方案，引入公交车辆运行延误情况、可变公交专用车道清空状态，进一步调整路权配置方案的执行；
步骤S3：根据公交车辆到达交叉口进口方向的预设位置时刻交叉口的交通信号周期相位，采用公交车辆信号实时优先方法，调整信号配时方案；
步骤S4：根据步骤S3所获得的信号配时方案，以及公交车辆当前车速，按照公交车辆车速实时引导方法，判断公交车辆是否需要进行车速引导，并计算经车速引导后公交车辆的目标车速，引导公交车辆通过目标道路十字交叉口。
作为本发明的一种优选技术方案：步骤S1的具体步骤如下：
步骤S1-1：判断交叉口是否有特殊车辆存在，若存在，则对可变公交专用车道执行专用路权方案，若不存在，则执行步骤S1-2；
步骤S1-2：计算交叉口进口方向社会车辆整体饱和度，若持续大于0.75的时长大于预设阈值，则执行步骤S1-3，否则对可变公交专用车道执行混合路权方案；
步骤S1-3：采集交叉口进口方向公交车流量，若大于50辆/小时，则执行步骤S1-4，否则对可变公交专用车道执行混合路权方案；
步骤S1-4：计算可变公交专用车道执行专用路权方案对公交车辆延误的影响，若延误降低预设指标值以上，对可变公交专用车道执行专用路权方案，否则执行步骤S1-5；
步骤S1-5：计算可变公交专用车道执行专用路权方案对社会车辆延误的影响，若延误增加预设指标值以上，对可变公交专用车道执行混合路权方案，否则执行步骤S1-6；
步骤S1-6：获取当前可变公交专用车道执行现有路权配置方案的时长，若现有路权配置方案已连续执行两个交通信号周期以上，对可变公交专用车道执行专用路权方案，否则保持现有路权配置方案不变；
步骤S1-7：判断步骤S1-6所选择执行的路权配置方案与当前路权配置方案是否一致，若一致，则以当前时刻为起始，未来8个交通信号周期内路权配置方案不变，若不一致，根据可变公交专用车道开启情况、当前交叉口排队长度计算清空可变公交专用车道的交通信号周期数，并在该交通信号周期后切换至所选择执行的路权配置方案。
作为本发明的一种优选技术方案：步骤S1-7中清空可变公交专用车道的交通信号周期数t的计算如下式：
式中，K为目标车道车辆排队长度，单位为pcu，S为饱和流率，单位为pcu/h， u为绿信比，c为交通信号周期。
作为本发明的一种优选技术方案：步骤S2的具体方法如下：
若公交车辆提前到达交叉口进口方向的预设位置，可变公交专用车道尚未开始清空，则公交车辆与社会车辆一起通过，对可变公交专用车道执行步骤S1所选择的路权配置方案；
若公交车辆提前到达交叉口进口方向的预设位置，可变公交专用车道已经执行专用路权方案，正在清空社会车辆，但尚未清空完毕，则公交车辆与社会车辆一起通过，对可变公交专用车道执行步骤S1所选择的路权配置方案；
若公交车辆提前到达交叉口进口方向的预设位置，可变公交专用车道已经执行专用路权方案，社会车辆已经清空完毕，对可变公交专用车道执行步骤S1所选择的路权配置方案；
若公交车辆正常到达交叉口进口方向的预设位置，可变公交专用车道尚未清空完毕，则公交车辆与社会车辆一起通过，对可变公交专用车道执行步骤S1所选择的路权配置方案；
若公交车辆晚点，可变公交专用车道已经执行专用路权方案，社会车辆已经清空完毕，则对可变公交专用车道继续执行专用路权方案，直到公交车辆到达通过后停止执行专用路权方案。
作为本发明的一种优选技术方案：步骤S3的公交车辆信号实时优先方法包括如下信号配时方案：
若公交车辆到达交叉口进口方向预设位置的时刻，交叉口路口处于公交通行相位，且交叉口的绿灯剩余时长不能维持到公交车辆通过交叉口停车线时，判断当前绿灯相位延长后是否满足各相位车流饱和度不大于0.9、延长后的绿灯相位时长不超过最大绿灯时间，且延长后交叉口所有车辆的总体延误降低三个条件，若满足，则将绿灯时间延长一个单位，并重复执行所述判断和公交车辆信号实时优先方法；
若公交车辆到达交叉口进口方向预设位置的时刻，交叉口路口处于非公交通行相位，且下一相位为公交通行相位时，判断当前相位缩短后是否满足当前相位放行方向的饱和度不大于0.9、公交车辆到达交叉口时当前相位放行方向的绿灯时长已达到最小绿灯时长，且当前相位缩短后交叉口所有车辆的总体延误降低三个条件，若满足，则将当前非公交相位放行方向的绿灯时间缩短一个单位，并重复执行所述判断和公交车辆信号实时优先方法；
若公交车辆到达交叉口进口方向预设位置的时刻，交叉口路口处于非公交通行相位，且下一相位仍为非公交通行相位时，判断是否满足当前交通信号周期尚未执行过相位插入，且当前相位结束后插入一公交通行相位后各相位车流饱和度不大于0.9两个条件，其中，相位长度需满足在可变公交专用车道上等待的公交车辆能够在该相位执行期间通过停车线，若满足，则在当前相位结束后在交通信号周期中插入一公交通行相位；
若上述条件均不满足，则维持当前信号配时方案不变。
作为本发明的一种优选技术方案：目标道路十字交叉口的进口方向包括与其对接的主路和支路，主路包括至少两条进口车道，若公交车辆到达主路进口方向预设位置，则对主路执行公交车辆信号实时优先方法，支路不执行公交车辆信号实时优先方法，若主路上没有公交车辆，公交车辆到达支路进口方向预设位置，则主路不执行公交车辆信号实时优先方法，对支路执行公交车辆信号实时优先方法。
作为本发明的一种优选技术方案：所述交叉口所有车辆的总体延误用性能指标表示，所述性能指标定义为采取公交车辆信号实时优先方法，交叉口公交通行相位各进口方向降低的车辆总加权延误与非公交通行相位各进口方向增加的社会车辆总延误之差，其中，车辆加权延误ω的计算如下式：
式中，Pb为公交车辆车均载客量，Ps为社会车辆车均载客量，Fb为公交车辆平均出行费用，其单位为元/公里/人，Fs为社会车辆平均出行费用，其单位为元 /公里/人，Fg为公交车辆平均政府补贴，其单位为元/公里，fL为公交准点系数。
作为本发明的一种优选技术方案：步骤S4的公交车辆车速实时引导方法包括如下车速引导方案：
根据公交车辆到达交叉口进口方向预设位置的时刻，计算公交车辆按照当前车速到达交叉口路口的时刻；
若公交车辆到达交叉口进口方向预设位置的时刻，交叉口路口的公交车辆相位为绿灯，则不进行车速引导；
若公交车辆到达交叉口进口方向预设位置的时刻，交叉口路口的公交车辆相位由绿灯变为红灯，则指定速度V1满足下式：
式中，t1为剩余绿灯时间，ac为公交车的舒适加速度，L为车辆距停车线距离，V0为公交车辆当前车速；
若指定速度V1小于路段限速Vmax，则对公交车辆发出车速引导信号，引导车辆加速至V1，若引导后的指定速度V1大于路段限速Vmax，则公交车辆不做车速引导；
若公交车辆到达交叉口进口方向预设位置的时刻，交叉口路口的公交车辆相位为红灯，且公交车辆相位的下一相位为绿灯，则计算公交车辆可以不停车通过交叉口路口的指定速度V2，指定速度V2满足下式：
式中，t2为剩余红灯时间，ac′为公交车的舒适减速度；
若指定速度V2大于设定的最小限速Vmin，则对公交车辆发出车速引导信号，引导公交车辆减速至V2，若引导后的指定速度V2小于设定的最小限速Vmin，则公交车辆不做车速引导。
本发明还设计一种车路协同环境下的交叉口公交动态优先系统，包括雷视一体机单元、车载信息交互单元、路侧设备单元、边缘计算设备单元、车道指示系统单元、信号控制机单元，使得所述交叉口公交动态优先系统实现所述的一种车路协同环境下的交叉口公交动态优先方法；
其中，雷视一体机单元设置于目标道路十字交叉口进口车道的路口处，用于获取交叉口进口车道的实时信息，所述实时信息包括车辆的排队长度和交通流量；
车载信息交互单元设置于公交车辆上，用于存储并传输公交车辆信息，所述公交车辆信息包括公交车辆位置、线路、运行过程中的延误时间与平均运行速度；
路侧设备单元设置于目标道路十字交叉口路口进口方向的预设位置，用于从车载信息交互单元无线获取公交车辆信息；
边缘计算设备单元，与雷视一体机和路侧设备单元相连接，用于计算公交车辆到达交叉口路口的时间、路权配置方案、车速引导方案与信号配时方案；
车道指示系统单元与边缘计算设备单元相连接，用于从中获取并显示路权配置方案和车速引导方案；
信号控制机单元与边缘计算设备单元相连接，用于从中获取并执行信号配时方案。
作为本发明的一种优选技术方案：在目标道路十字交叉口及其上游的预设范围内的各交叉口均安装路侧设备单元，用于提前获取公交车辆信息。
有益效果：相对于现有技术，本发明的优点包括：
本发明所设计的一种车路协同环境下的交叉口公交动态优先系统及方法，能够根据社会车辆与公交车辆的运行状态，从车辆整体延误角度预测可变公交专用车道开启与关闭的运行效益，并灵活启闭交叉口可变公交专用车道。本发明采用了与可变公交专用车道相匹配的信号实时优先与车速实时引导方法，系统提升交叉口通行效率。本发明能够在满足公交优先的同时实现交叉口资源高效利用，保障公交和社会车辆合理有序通行。
附图说明
图1是根据本发明实施例提供的车路协同环境下的交叉口公交动态优先系统流程图；
图2是根据本发明实施例提供的车路协同环境下的交叉口公交动态优先系统布置示意图；
图3是根据本发明实施例提供的车道指示系统单元布置示意图；
图4是根据本发明实施例提供的可变公交专用车道时空路权配置方法流程图；
图5是根据本发明实施例提供的绿时延长信号优先方案执行流程图；
图6是根据本发明实施例提供的红灯早断信号优先方案执行流程图；
图7是根据本发明实施例提供的相位插入信号优先方案执行流程图；
图8是根据本发明实施例提供的多路公交信号优先方案执行流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
参照图1、图2、图3，本发明实施例提供的一种车路协同环境下的交叉口公交动态优先方法，目标道路十字交叉口的进口方向包括至少两条预设长度的进口车道，其中一条车道为可变公交专用车道，可变公交专用车道长度80-100米，根据高峰小时公交车辆排队长度确定，且与上游交叉口应相距至少350米。所述方法包括以下步骤：
针对目标道路十字交叉口，执行以下步骤S1-步骤S4，选择路权配置方案、信号配时方案，调整公交车辆和社会车辆的运行：
步骤S1：在交叉口的交通信号周期起始时刻，获取当前交叉口信号配时方案、特殊车辆存在情况、交叉口进口方向社会车辆整体饱和度、交叉口进口方向公交车流量、可变公交专用车道执行专用路权方案对公交及社会车辆延误的影响、可变公交专用车道执行当前路权配置方案的时长，根据时空路权配置方法，选择可变公交专用车道当前交通信号周期、未来预设时长内的路权配置方案；其中路权配置方案包括专用路权方案和混合路权方案，专用路权方案仅允许公交车辆通行，混合路权方案允许所有车辆通行；
参照图4，步骤S1的具体步骤如下：
步骤S1-1：判断交叉口是否有特殊车辆存在，包括紧急救援车辆、突发事件车辆，若存在，则对可变公交专用车道执行专用路权方案，若不存在，则执行步骤S1-2；
步骤S1-2：计算交叉口进口方向社会车辆整体饱和度，若持续大于0.75的时长大于预设阈值，则执行步骤S1-3，否则对可变公交专用车道执行混合路权方案；
交叉口进口方向社会车辆整体饱和度采用直行相位社会车辆整体饱和度计算，并采用移动平均方法获取交叉口进口方向社会车辆整体饱和度预测值，其中直行相位社会车辆整体饱和度为直行相位社会车辆实际流量与该方向车流的饱和通行能力的比值。
步骤S1-3：采集交叉口进口方向公交车流量，若大于50辆/小时，则执行步骤S1-4，否则对可变公交专用车道执行混合路权方案；
步骤S1-4：计算可变公交专用车道执行专用路权方案对公交车辆延误的影响，若延误降低预设指标值以上，对可变公交专用车道执行专用路权方案，否则执行步骤S1-5；
所述预设指标值为延误降低5％，采用Webster模型进行计算。
步骤S1-5：计算可变公交专用车道执行专用路权方案对社会车辆延误的影响，若延误增加预设指标值以上，对可变公交专用车道执行混合路权方案，否则执行步骤S1-6；
所述预设指标值为延误增加10％，采用Webster模型进行计算。
步骤S1-6：车道功能的变化会对其驾驶行为产生直接影响，可能造成驾驶员的困惑，从而引发安全隐患，因此应限制其变化频率。获取当前可变公交专用车道执行现有路权配置方案的时长，若现有路权配置方案已连续执行两个交通信号周期以上，对可变公交专用车道执行专用路权方案，否则保持现有路权配置方案不变；
步骤S1-7：判断步骤S1-6所选择执行的路权配置方案与当前路权配置方案是否一致，若一致，则以当前时刻为起始，未来8个交通信号周期内路权配置方案不变，若不一致，根据可变公交专用车道开启情况、当前交叉口排队长度计算清空可变公交专用车道的交通信号周期数，并在该交通信号周期后切换至所选择执行的路权配置方案。
在一个实施例中，路权配置方案的切换还可采用定时切换模式。所述定时切换模式适用于进口车道出现不均衡公交车流的时段较为集中、持续时间长，或进口车道直行交通流量周期性变化规律明显的情况。
由于可变公交专用车道激活是一个过程，需要准备时间，还存在路权配置方案的切换过程中社会车辆已占用可变公交专用车道的情况。故需要根据公交车辆集中到达的预测时间，以及交叉口的车辆排队情况，额外考虑激活过程的时间。步骤S1-7中清空可变公交专用车道的交通信号周期数t的计算如下式：
式中，K为目标车道车辆排队长度，单位为pcu，S为饱和流率，单位为pcu/h， u为绿信比，c为交通信号周期。
步骤S2：根据所选择的路权配置方案，引入公交车辆运行延误情况、可变公交专用车道清空状态，进一步调整路权配置方案的执行；
步骤S2的具体方法如下：
若公交车辆提前到达交叉口进口方向的预设位置，可变公交专用车道尚未开始清空，则公交车辆与社会车辆一起通过，对可变公交专用车道执行步骤S1所选择的路权配置方案；
若公交车辆提前到达交叉口进口方向的预设位置，可变公交专用车道已经执行专用路权方案，正在清空社会车辆，但尚未清空完毕，则公交车辆与社会车辆一起通过，对可变公交专用车道执行步骤S1所选择的路权配置方案；
若公交车辆提前到达交叉口进口方向的预设位置，可变公交专用车道已经执行专用路权方案，社会车辆已经清空完毕，对可变公交专用车道执行步骤S1所选择的路权配置方案；
若公交车辆正常到达交叉口进口方向的预设位置，可变公交专用车道尚未清空完毕，则公交车辆与社会车辆一起通过，对可变公交专用车道执行步骤S1所选择的路权配置方案；
若公交车辆晚点，可变公交专用车道已经执行专用路权方案，社会车辆已经清空完毕，则对可变公交专用车道继续执行专用路权方案，直到公交车辆到达通过后停止执行专用路权方案。
步骤S3：根据公交车辆到达交叉口进口方向的预设位置时刻交叉口的交通信号周期相位，采用公交车辆信号实时优先方法，调整信号配时方案；
步骤S3的公交车辆信号实时优先方法包括如下信号配时方案：
绿时延长信号优先方案：参照图5，若公交车辆到达交叉口进口方向预设位置的时刻，交叉口路口处于公交通行相位，且交叉口的绿灯剩余时长不能维持到公交车辆通过交叉口停车线时，判断当前绿灯相位延长后是否满足各相位车流饱和度不大于0.9(以避免交叉口流量接近甚至过饱和)、延长后的绿灯相位时长不超过最大绿灯时间，且延长后交叉口所有车辆的总体延误降低三个条件，若多辆车同时满足上述条件，以最后一辆车进行估算；若满足，则将绿灯时间延长一个单位，并重复执行所述判断和公交车辆信号实时优先方法；待排队的公交车辆驶过交叉口停车线后，交通信号恢复为原来的相位配时，且该交通信号周期所有后续n个相位的绿灯时间均按比例减少。其中相位车流饱和度为该相位车流实际流量与车流的饱和通行能力的比值。
红灯早断信号优先方案：参照图6，若公交车辆到达交叉口进口方向预设位置的时刻，交叉口路口处于非公交通行相位，且下一相位为公交通行相位时，判断当前相位缩短后是否满足当前相位放行方向的饱和度不大于0.9、公交车辆到达交叉口时当前相位放行方向的绿灯时长已达到最小绿灯时长，且当前相位缩短后交叉口所有车辆的总体延误降低三个条件，若多辆车同时满足上述条件，以最后一辆车进行估算；若满足，则将当前非公交相位放行方向的绿灯时间缩短一个单位，并重复执行所述判断和公交车辆信号实时优先方法；当前相位放行方向的饱和度为当前相位放行方向实际交通流量与该方向车流的饱和通行能力的比值。
相位插入信号优先方案：参照图7，若公交车辆到达交叉口进口方向预设位置的时刻，交叉口路口处于非公交通行相位，且下一相位仍为非公交通行相位时，判断是否满足当前交通信号周期尚未执行过相位插入，且当前相位结束后插入一公交通行相位后各相位车流饱和度不大于0.9两个条件，其中，相位长度需满足在可变公交专用车道上等待的公交车辆能够在该相位执行期间通过停车线，若满足，则在当前相位结束后在交通信号周期中插入一公交通行相位；公交通行相位时长由公交从预设位置到停车线的行程时间确定。当公交车顺利驶过交叉口停车线后，交通信号相位恢复为原来的相位配时，当前交通信号周期剩余的非公交通行相位时长按比例减少。
若上述条件均不满足，则维持当前信号配时方案不变。
在一个实施例中，公交车辆信号实时优先方法还包括多路公交信号优先方案，参照图8，目标道路十字交叉口的进口方向包括与其对接的主路和支路，主路包括至少两条进口车道，若公交车辆到达主路进口方向预设位置，则对主路执行公交车辆信号实时优先方法，支路不执行公交车辆信号实时优先方法，若主路上没有公交车辆，公交车辆到达支路进口方向预设位置，则主路不执行公交车辆信号实时优先方法，对支路执行公交车辆信号实时优先方法。
所述交叉口所有车辆的总体延误用性能指标表示，所述性能指标定义为采取公交车辆信号实时优先方法，交叉口公交通行相位各进口方向降低的车辆总加权延误与非公交通行相位各进口方向增加的社会车辆总延误之差，由于公交车辆载客量大，其运营效益远高于社会车辆，因此在交叉口性能指标的计算中需要对公交车辆进行加权。车辆权值根据载客量、准点率、出行费用以及公共交通政策导向因素计算，其中，车辆加权延误ω的计算如下式：
式中，Pb为公交车辆车均载客量，Ps为社会车辆车均载客量，Fb为公交车辆平均出行费用，其单位为元/公里/人，Fs为社会车辆平均出行费用，其单位为元 /公里/人，Fg为公交车辆平均政府补贴，其单位为元/公里，fL为公交准点系数。
步骤S4：根据步骤S3所获得的信号配时方案，以及公交车辆当前车速，按照公交车辆车速实时引导方法，判断公交车辆是否需要进行车速引导，并计算经车速引导后公交车辆的目标车速，引导公交车辆通过目标道路十字交叉口。
步骤S4的公交车辆车速实时引导方法包括如下车速引导方案：
根据公交车辆到达交叉口进口方向预设位置的时刻，计算公交车辆按照当前车速到达交叉口路口的时刻；
若公交车辆到达交叉口进口方向预设位置的时刻，交叉口路口的公交车辆相位为绿灯，则不进行车速引导；
若公交车辆到达交叉口进口方向预设位置的时刻，交叉口路口的公交车辆相位由绿灯变为红灯，则指定速度V1满足下式：
式中，t1为剩余绿灯时间，ac为公交车的舒适加速度(可根据实际情况自定义数值)，L为车辆距停车线距离，V0为公交车辆当前车速；
若指定速度V1小于路段限速Vmax，则对公交车辆发出车速引导信号，引导车辆加速至V1，若引导后的指定速度V1大于路段限速Vmax，则公交车辆不做车速引导；
若公交车辆到达交叉口进口方向预设位置的时刻，交叉口路口的公交车辆相位为红灯，且公交车辆相位的下一相位为绿灯，则计算公交车辆可以不停车通过交叉口路口的指定速度V2，指定速度V2满足下式：
式中，t2为剩余红灯时间，ac′为公交车的舒适减速度(可根据实际情况自定义数值)；
若指定速度V2大于设定的最小限速Vmin，则对公交车辆发出车速引导信号，引导公交车辆减速至V2，若引导后的指定速度V2小于设定的最小限速Vmin，则公交车辆不做车速引导。
本发明实施例提供的一种车路协同环境下的交叉口公交动态优先系统，参照图1，包括雷视一体机单元、车载信息交互单元、路侧设备单元、边缘计算设备单元、车道指示系统单元、信号控制机单元，使得所述交叉口公交动态优先系统实现所述的一种车路协同环境下的交叉口公交动态优先方法；
其中，雷视一体机单元设置于目标道路十字交叉口进口车道的路口处，用于获取交叉口进口车道的实时信息，所述实时信息包括车辆的排队长度和交通流量；
雷视一体机单元存储并提供以当前时刻为起点，向历史时间方向推移30分钟或者15个交通信号周期内交叉口各进口车道公交车辆历史排队长度交通流量、以及交叉口上一交通信号周期内各进口车道的交通流量。
车载信息交互单元设置于公交车辆上，用于存储并与路侧设备单元传输公交车辆信息，所述公交车辆信息包括公交车辆位置、线路、运行过程中的延误时间与平均运行速度；
路侧设备单元设置于目标道路十字交叉口路口进口方向的预设位置，用于从车载信息交互单元无线获取公交车辆信息，并更新目标道路十字交叉口各进口车道过去一个交通信号周期内的公交车辆信息。所述路侧设备单元因受其覆盖范围限制(约500米)，在一个实施例中，在目标道路十字交叉口及其上游的多个交叉口安装路侧设备单元，用于提前获取公交车辆信息；具体在分别距离目标道路十字交叉口约10分钟、5分钟和2分钟车程的三个上游交叉口安装路侧设备单元。
边缘计算设备单元，与雷视一体机和路侧设备单元相连接，用于根据雷视一体机和路侧设备单元提供的交叉口进口车道的实时信息、公交车辆信息，计算公交车辆到达交叉口路口的时间、路权配置方案、车速引导方案与信号配时方案；
车道指示系统单元与边缘计算设备单元相连接，用于从中获取并显示路权配置方案和车速引导方案；
在一个实施例中，参照图3，车道指示系统单元包括车道指示标志位、车道提示标志位，车道指示标志位设置在交叉口路口的进口车道起点，车道提示标志位设置在距离交叉口路口的200-300米处，在交叉口路口的进口车道起点以外、车道提示标志位以内设置提醒前方为可变公交车道的标志或路面文字标记，可变公交专用车道执行专用路权方案时，开启车道指示标志位、车道提示标志位。
信号控制机单元与边缘计算设备单元相连接，用于从中获取并执行信号配时方案，如各进口车道的信号机灯色显示方案。
为了验证方案的有效性，采用仿真技术完成了基于车路协同技术实现数字化标志标牌控制逻辑、车速引导以及公交信号优先三种算法的实际模拟。
设置条件：选取南京市江宁区昌盛路示范路段交叉口为仿真交叉口，测试无公交专用道、无任何智慧控制策略，固定公交专用道、无任何智慧控制策略，可变公交专用道与智慧控制策略三种策略下交叉口交通运行的性能。
仿真结果：采用交叉口可变公交专用车道能够降低社会车辆平均延误达15％，显著地提升公交车辆以及社会车辆在交叉口的通行效率。
本发明所提出的可变公交专用车道动态控制方法能够在对公交车辆运行效率不产生显著影响的情况下提升交叉口道路资源的利用率。
上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。

Claims (4)

1.一种车路协同环境下的交叉口公交动态优先方法，其特征在于，目标道路十字交叉口的进口方向包括至少两条预设长度的进口车道，其中一条车道为可变公交专用车道，针对目标道路十字交叉口，执行以下步骤S1-步骤S4，选择路权配置方案、信号配时方案，调整公交车辆和社会车辆的运行：
步骤S1：在交叉口的交通信号周期起始时刻，获取当前交叉口信号配时方案、特殊车辆存在情况、交叉口进口方向社会车辆整体饱和度、交叉口进口方向公交车流量、可变公交专用车道执行专用路权方案对公交及社会车辆延误的影响、可变公交专用车道执行当前路权配置方案的时长，根据时空路权配置方法，选择可变公交专用车道当前交通信号周期、未来预设时长内的路权配置方案；其中路权配置方案包括专用路权方案和混合路权方案，专用路权方案仅允许公交车辆通行，混合路权方案允许所有车辆通行；
步骤S1的具体步骤如下：
步骤S1-1：判断交叉口是否有特殊车辆存在，若存在，则对可变公交专用车道执行专用路权方案，若不存在，则执行步骤S1-2；
步骤S1-2：计算交叉口进口方向社会车辆整体饱和度，若持续大于0.75的时长大于预设阈值，则执行步骤S1-3，否则对可变公交专用车道执行混合路权方案；
步骤S1-3：采集交叉口进口方向公交车流量，若大于50辆/小时，则执行步骤S1-4，否则对可变公交专用车道执行混合路权方案；
步骤S1-4：计算可变公交专用车道执行专用路权方案对公交车辆延误的影响，若延误降低预设指标值以上，对可变公交专用车道执行专用路权方案，否则执行步骤S1-5；
步骤S1-5：计算可变公交专用车道执行专用路权方案对社会车辆延误的影响，若延误增加预设指标值以上，对可变公交专用车道执行混合路权方案，否则执行步骤S1-6；
步骤S1-6：获取当前可变公交专用车道执行现有路权配置方案的时长，若现有路权配置方案已连续执行两个交通信号周期以上，对可变公交专用车道执行专用路权方案，否则保持现有路权配置方案不变；
步骤S1-7：判断步骤S1-6所选择执行的路权配置方案与当前路权配置方案是否一致，若一致，则以当前时刻为起始，未来8个交通信号周期内路权配置方案不变，若不一致，根据可变公交专用车道开启情况、当前交叉口排队长度计算清空可变公交专用车道的交通信号周期数，并在该交通信号周期后切换至所选择执行的路权配置方案；
步骤S1-7中清空可变公交专用车道的交通信号周期数t的计算如下式：
式中，K为目标车道车辆排队长度，单位为pcu，S为饱和流率，单位为pcu/h，u为绿信比，c为交通信号周期；
步骤S2：根据所选择的路权配置方案，引入公交车辆运行延误情况、可变公交专用车道清空状态，进一步调整路权配置方案的执行；
步骤S2的具体方法如下：
若公交车辆提前到达交叉口进口方向的预设位置，可变公交专用车道尚未开始清空，则公交车辆与社会车辆一起通过，对可变公交专用车道执行步骤S1所选择的路权配置方案；
若公交车辆提前到达交叉口进口方向的预设位置，可变公交专用车道已经执行专用路权方案，正在清空社会车辆，但尚未清空完毕，则公交车辆与社会车辆一起通过，对可变公交专用车道执行步骤S1所选择的路权配置方案；
若公交车辆提前到达交叉口进口方向的预设位置，可变公交专用车道已经执行专用路权方案，社会车辆已经清空完毕，对可变公交专用车道执行步骤S1所选择的路权配置方案；
若公交车辆正常到达交叉口进口方向的预设位置，可变公交专用车道尚未清空完毕，则公交车辆与社会车辆一起通过，对可变公交专用车道执行步骤S1所选择的路权配置方案；
若公交车辆晚点，可变公交专用车道已经执行专用路权方案，社会车辆已经清空完毕，则对可变公交专用车道继续执行专用路权方案，直到公交车辆到达通过后停止执行专用路权方案；
步骤S3：根据公交车辆到达交叉口进口方向的预设位置时刻交叉口的交通信号周期相位，采用公交车辆信号实时优先方法，调整信号配时方案；
步骤S3的公交车辆信号实时优先方法包括如下信号配时方案：
若公交车辆到达交叉口进口方向预设位置的时刻，交叉口路口处于公交通行相位，且交叉口的绿灯剩余时长不能维持到公交车辆通过交叉口停车线时，判断当前绿灯相位延长后是否满足各相位车流饱和度不大于0.9、延长后的绿灯相位时长不超过最大绿灯时间，且延长后交叉口所有车辆的总体延误降低三个条件，若满足，则将绿灯时间延长一个单位，并重复执行所述判断和公交车辆信号实时优先方法；
若公交车辆到达交叉口进口方向预设位置的时刻，交叉口路口处于非公交通行相位，且下一相位为公交通行相位时，判断当前相位缩短后是否满足当前相位放行方向的饱和度不大于0.9、公交车辆到达交叉口时当前相位放行方向的绿灯时长已达到最小绿灯时长，且当前相位缩短后交叉口所有车辆的总体延误降低三个条件，若满足，则将当前非公交相位放行方向的绿灯时间缩短一个单位，并重复执行所述判断和公交车辆信号实时优先方法；
若公交车辆到达交叉口进口方向预设位置的时刻，交叉口路口处于非公交通行相位，且下一相位仍为非公交通行相位时，判断是否满足当前交通信号周期尚未执行过相位插入，且当前相位结束后插入一公交通行相位后各相位车流饱和度不大于0.9两个条件，其中，相位长度需满足在可变公交专用车道上等待的公交车辆能够在该相位执行期间通过停车线，若满足，则在当前相位结束后在交通信号周期中插入一公交通行相位；
若上述条件均不满足，则维持当前信号配时方案不变；
所述交叉口所有车辆的总体延误用性能指标表示，所述性能指标定义为采取公交车辆信号实时优先方法，交叉口公交通行相位各进口方向降低的车辆总加权延误与非公交通行相位各进口方向增加的社会车辆总延误之差，其中，车辆加权延误ω的计算如下式：
式中，Pb为公交车辆车均载客量，Ps为社会车辆车均载客量，Fb为公交车辆平均出行费用，其单位为元/公里/人，Fs为社会车辆平均出行费用，其单位为元/公里/人，Fg为公交车辆平均政府补贴，其单位为元/公里，fL为公交准点系数；
步骤S4：根据步骤S3所获得的信号配时方案，以及公交车辆当前车速，按照公交车辆车速实时引导方法，判断公交车辆是否需要进行车速引导，并计算经车速引导后公交车辆的目标车速，引导公交车辆通过目标道路十字交叉口；
步骤S4的公交车辆车速实时引导方法包括如下车速引导方案：
根据公交车辆到达交叉口进口方向预设位置的时刻，计算公交车辆按照当前车速到达交叉口路口的时刻；
若公交车辆到达交叉口进口方向预设位置的时刻，交叉口路口的公交车辆相位为绿灯，则不进行车速引导；
若公交车辆到达交叉口进口方向预设位置的时刻，交叉口路口的公交车辆相位由绿灯变为红灯，则指定速度V1满足下式：
式中，t1为剩余绿灯时间，ac为公交车的舒适加速度，L为车辆距停车线距离，V0为公交车辆当前车速；
若指定速度V1小于路段限速Vmax，则对公交车辆发出车速引导信号，引导车辆加速至V1，若引导后的指定速度V1大于路段限速Vmax，则公交车辆不做车速引导；
若公交车辆到达交叉口进口方向预设位置的时刻，交叉口路口的公交车辆相位为红灯，且公交车辆相位的下一相位为绿灯，则计算公交车辆可以不停车通过交叉口路口的指定速度V2，指定速度V2满足下式：
式中，t2为剩余红灯时间,ac′为公交车的舒适减速度；
若指定速度V2大于设定的最小限速Vmin，则对公交车辆发出车速引导信号，引导公交车辆减速至V2，若引导后的指定速度V2小于设定的最小限速Vmin，则公交车辆不做车速引导。
2.根据权利要求1所述的一种车路协同环境下的交叉口公交动态优先方法，其特征在于，目标道路十字交叉口的进口方向包括与其对接的主路和支路，主路包括至少两条进口车道，若公交车辆到达主路进口方向预设位置，则对主路执行公交车辆信号实时优先方法，支路不执行公交车辆信号实时优先方法，若主路上没有公交车辆，公交车辆到达支路进口方向预设位置，则主路不执行公交车辆信号实时优先方法，对支路执行公交车辆信号实时优先方法。
3.一种车路协同环境下的交叉口公交动态优先系统，其特征在于，包括雷视一体机单元、车载信息交互单元、路侧设备单元、边缘计算设备单元、车道指示系统单元、信号控制机单元，使得所述交叉口公交动态优先系统实现权利要求1-2中任一项所述的一种车路协同环境下的交叉口公交动态优先方法；
其中，雷视一体机单元设置于目标道路十字交叉口进口车道的路口处，用于获取交叉口进口车道的实时信息，所述实时信息包括车辆的排队长度和交通流量；
车载信息交互单元设置于公交车辆上，用于存储并传输公交车辆信息，所述公交车辆信息包括公交车辆位置、线路、运行过程中的延误时间与平均运行速度；
路侧设备单元设置于目标道路十字交叉口路口进口方向的预设位置，用于从车载信息交互单元无线获取公交车辆信息；
边缘计算设备单元，与雷视一体机和路侧设备单元相连接，用于计算公交车辆到达交叉口路口的时间、路权配置方案、车速引导方案与信号配时方案；
车道指示系统单元与边缘计算设备单元相连接，用于从中获取并显示路权配置方案和车速引导方案；
信号控制机单元与边缘计算设备单元相连接，用于从中获取并执行信号配时方案。
4.根据权利要求3所述的一种车路协同环境下的交叉口公交动态优先系统，其特征在于，在目标道路十字交叉口及其上游的预设范围内的各交叉口均安装路侧设备单元，用于提前获取公交车辆信息。
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结合车速引导的单点交叉口公交优先信号控制方法;罗浩顺;徐良杰;陈国俊;程加琪;;武汉理工大学学报(交通科学与工程版)(第03期);全文 *

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