CN117198075B - 一种有轨电车路口通行控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种有轨电车路口通行控制方法，有轨电车在通过路口时发送优先请求，有轨电车在信号灯的通行指示下通过路口。如果本次场景为有效且Lcar_i未达到道路交通限值，则下一次该路口的优先模式保持不变；有效且达到交通限值则下一次该路口的优先模式降低一级；如果本次优先请求无效，且Lcar_i未达道路交通限值，下一次该路口的优先模式保持不变；如果连续2次出现这种情况，下一次该路口的优先模式提高一级；如果无效且超过道路交通限值，下一次该路口的优先模式降低一级；如果有轨电车发出优先请求但是被拒绝，则本次通行按照不优先处理，并且下一次该路口的优先模式调整为不优先。本方案适用于轨道和道路交叉的平交路口。

Description

一种有轨电车路口通行控制方法

技术领域

本发明涉及轨道交通领域，尤其是涉及一种服从道路交通信号控制原则的有轨电车路口通行控制方法。

背景技术

有轨电车是采用电力驱动并在轨道上行驶的轻型轨道交通车辆，具有建造成本低、建设难度低、安全系数高、环保系数高、可共同使用车道等优点。有轨电车通过路口时需要申请路权占用，可能会与路口交通信号产生相位冲突，不合理的通行控制策略会对道路交通产生较大的不利影响，进而阻滞整个交通圈的通行状况。

发明内容

本发明主要是提供一种有轨电车路口通行控制方法，一方面提高有轨电车在路口的通过率，另一方面平衡到了交通路口的运行质量与效率。

本发明针对上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：一种有轨电车路口通行控制方法，有轨电车在通过路口时发送优先请求，优先请求被接受时，有轨电车在信号灯的通行指示下通过路口，优先请求包括从高到低的绝对优先、相对优先和不优先三种；即绝对优先降一级为相对优先，再降一级为不优先，不优先提高一级为相对优先，再提高一级为绝对优先；

控制方法如下：

A、如果有轨电车发出优先请求被接受，并判断有轨电车经过路口的时间段落在有轨电车信号灯为绿灯状态时间段内，则本次场景为一次有效；有轨电车正常通过路口；

如果本次通行后冲突相位道路车辆排队长度Lcar_i未达到道路交通限值，则下一次该路口的优先模式保持不变；

如果本次通行后冲突相位道路车辆排队长度Lcar_i达到或超过道路交通限值，则下一次该路口的优先模式降低一级，即如果原本为绝对优先则降为相对优先，如果原本为相对优先则降为不优先，如果原本为不优先则不调整；

B、如果有轨电车发出优先请求被接受，但是判断有轨电车经过路口的时间段未落在有轨电车信号灯为绿灯状态时间段内，则本次场景为一次无效，扩大有轨电车信号灯为绿灯的时间确保有轨电车可以正常通过路口；扩大绿灯时间包括提前切换为绿灯和/或延长绿灯时间；

如果本次优先请求无效，且Lcar_i未达道路交通限值，那么下一次该路口的优先模式保持不变；如果连续2次出现这种情况，则那么下一次该路口的优先模式提高一级；路口的优先模式(或者模式)就是指有轨电车经过这个路口时发出的优先请求(绝对优先或相对优先或不优先)；

如果本次优先请求无效，且Lcar_i超过道路交通限值，那么下一次该路口的优先模式降低一级；

C、如果有轨电车发出优先请求但是被拒绝，则本次通行按照不优先处理，并且下一次该路口的优先模式调整为不优先。

本方案主要针对道路和轨道由交叉的平交路口。

有轨电车信号红灯，有轨电车禁止通行，此时社会交通信号灯按原有规律运行。

有轨电车信号绿灯，有轨电车允许通行，此时社会交通信号灯按预先设定好的另一种规律运行，只有冲突方向的道路车辆会禁止通行。

绝对优先为：当有轨电车接近路口时，路口交通信号灯系统将直接插入有轨电车通行相位，给予优先通行；

相对优先为：当有轨电车接近路口时，路口交通信号系统会延长通行相位或压缩非通行相位时间，以减少有轨电车在路口的等待时间；

不优先为：有轨电车在路口等待社会交通信号相位周期，通过效率与社会车辆一致。

一般来讲绝对优先对有轨电车线路运行来讲最佳，但对道路交通影响往往较恶劣，在现实城市日常运营中较少生效。不优先对道路交通毫无影响，但对有轨电车来说效果最差，往往是现实城市日常运营中妥协的结果。相对优先效果居中，比较灵活，但延时动态不确定。

作为优选，将每日时间分为早晨、早高峰、上午、中午、下午、晚高峰和夜间7个时段，针对每个时段，在无数据或数据不足时，按以下方式预设某一路口的优先模式：

道路车流量小于最小流量阈值的路口设为绝对优先；

道路车流量大于最大流量阈值的路口设为不优先；

其它路口设为相对优先。

最小流量阈值和最大流量阈值均由人为设定。各个时间段的控制策略是独立的，以求控制方法与车流量可以尽可能匹配。一般来说，节假日的数据也是独立的，和工作日分开独立计算和控制。

作为优选，无数据或数据不足时，在预设完所有路口的优先模式后，有轨电车开始跑图，并收集数据；此处数据为前一个运营周期所采集到的各路口的冲突相位道路车辆排队长度Lcar_i、冲突相位道路车辆排队时间Tcar_i、有轨电车该路口站间平均旅行速度Vtrain_i、该路口有轨电车通过率Ctrain_i等信息，数据不足是指无法支撑后续计算过程，或者有效数据低于阈值；

针对某一路口在某个时段按以下方式进行调整：如果Vtrain_i<avg(ΣVtrain)且Ctrain_i<avg(ΣCtrain)，同时Lcar_i×Tcar_i的结果小于道路交通允许的车辆总延误值TDi，那么该路口的该时段调整为绝对优先；Vtrain_i为该路口的站间旅行速度，avg(ΣVtrain)为全线路的平均旅行速度，Ctrain_i为该路口有轨电车通过率，avg(ΣCtrain)为全线路所有路口的有轨电车通过率；Tcar_i为冲突相位道路车辆排队时间；

如果Lcar_i×Tcar_i的结果大于道路交通允许的车辆总延误值Tdi(由人为设定)，那么该路口的该时段调整为不优先；

剩余情况，该路口的该时段调整为相对优先。

站间旅行速度是指路口左侧最近的站点和右侧最近的站点之间的平均行驶速度；通过率是指有轨电车不需要停车即可通过路口(信号交叉口)的比例；

作为优选，在有足够数据积累的情况下，针对某一路口在某个时段的优先模式，按以下方式进行预设(当日停运后设定作为第二天的默认模式，或者当周停运后设定作为下一周的默认模式)：

计算上一运营周期内(当天或当周)该路口在此时段内的不同请求被接受的概率，即绝对优先被接受的概率P_绝对优先、相对优先被接受的概率P_相对优先和不优先被接受的概率P_不优先；计算上一运营周期内该路口在此时段内的不同请求的站间旅行速度的平均值，即绝对优先模式下的站间平均旅行速度Vavg_绝对优先、相对优先模式下的站间平均旅行速度Vavg_相对优先和不优先模式下的站间平均旅行速度Vavg_不优先；

最高的被接受的优先请求的概率记为P1，第二高的被接受的优先请求的概率记为P2，如果P1大于或等于两倍的P2，则选定P1所对应的优先请求为下一运营周期内此时段的默认优先模式；

如果P1小于两倍的P2，则选取站间平均旅行速度最高的优先模式作为下一运营周期内此时段的默认优先模式。

作为优选，在有足够数据的情况下，本运营周期内针对某一路口某一时段按以下方式选择优先请求模式：

计算上一运营周期内各时段不同优先请求的站间旅行速度的平均值和标准差，三种标准差记为Avtrain_绝对优先、Avtrain_相对优先和Avtrain_不优先；

第一辆有轨电车经过该路口时，按照预设的优先模式进行；通行后记录该次站间旅行速度；

第二辆及后续有轨电车经过该路口时，计算该路口最近一次通行时站间旅行速度Vtrain_last与三种优先模式下的站间旅行速度平均值的差值，分别记为△V_绝对优先、△V_相对优先和△V_不优先；

将三个差值与三个标准差各自比较，如果以下三种情况至少一种成立，则认为对应优先模式下的速度匹配：

(1)绝对优先：-3×Avtrain_绝对优先<△V_绝对优先<3×Avtrain_绝对优先；

(2)相对优先：-3×Avtrain_相对优先<△V_相对优先<3×Avtrain_相对优先；

(3)不优先：-3×Avtrain_不优先<△V_不优先<3×Avtrain_不优先；

如果三种情况均不成立，则认为速度匹配失败；

如果最近一次通行所用的模式下速度匹配，则继续延用上一次的优先模式；比如最近一次是相对优先，并且第(2)种情况成立，则无论(1)和(3)是否成立，均选择相对优先；

如果最近一次通行所用的模式下速度不匹配，而其他模式下速度匹配，则选择速度匹配的模式下等级最高的优先模式；比如最近一次是相对优先，但是(2)不成立，而(1)和(3)均成立，则选用绝对优先模式；

如果速度匹配失败，则按照步骤A-C确定优先模式。

本发明带来的实质性效果是，尽可能避免路权冲突或尽可能提高有轨电车运行效率，保证道路交通与有轨电车能够相互影响较小，整体交通效率较高。

附图说明

图1是本发明的一种基本控制方法流程图。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。

实施例：有轨电车平交路口信号子系统实现有轨电车在交叉路口的信号优先控制功能，与交管部门道路交通控制器协调联动共同完成路口信号系统的功能扩充。对于有轨电车信号系统整体而言，平交路口信号子系统是服务有轨电车在路口的通行，与有轨电车车载信号子系统在本路口区域进行一段区间内的数据通信。

现代交通理论一般以车辆延误、停车次数、排队长度、等待时间以及油耗等为信号交叉路口的交通效益评价指标。本处以排队长度与排队时间的乘积作为车辆延误模型的评价指标。排队时间指车辆从开始排队到排队结束所需要的时间，排队长度指交叉路口某相位上的排队的车辆数。

道路的设定：

1)针对主支相交(有轨电车所在道路为主干道)路口，由于相交支路道路等级低，车流量较小，且交通流量波动性较大。

2)针对主次相交(有轨电车所在道路为主干道)路口，相交道路等级不同，适当兼顾冲突相次干道的交通情况，在保证主干道有轨电车顺畅通行的同时，尽量减少对次干道的交通延误影响。

3)针对主主相交(相交的2条道路均为主干道)路口，相交道路等级均较高，且车流量均较高。

4)无相交(有轨电车线路与双向道路平行，无冲突)路口。人行道路口也可归此类。

路口优先请求动态调整策略特指在某一路口不设固定的优先模式(绝对优先、相对优先、不优先)，而是自动选用(三种中的一种)，从一天的整体维度看，同一路口可能在不同时间段存在不同模式的多次优先请求。可以把每日时间分为多个时间段T1～Tx，例如：早晨、早高峰、上午、中午、下午、晚高峰、夜间，此时x＝7。

路口信号子系统对某一路口的预设优先请求模式：

简单原则：

道路车流量小于最小流量阈值的路口设为绝对优先；

道路车流量大于最大流量阈值的路口设为不优先；

其它路口设为相对优先。

有轨电车跑图后的首次调整优先请求模式：

有轨电车跑图的过程中会调整运营时刻表，从而保证有轨电车与道路交通的相互融合。在跑图过程中，可以收集到各路口的冲突相位道路车辆排队长度Lcar_i、冲突相位道路车辆排队时间Tcar_i、有轨电车该路口站间平均旅行速度Vtrain_i、该路口有轨电车通过率Ctrain_i。

按不同时间段T1～Tx，分别计算

一条有轨电车线路全程往往有多个路口，可以分时间段统计出全线所有路口的平均avg(ΣVtrain)、avg(ΣCtrain)，

情况1：如果某路口Vtrain_i<avg(ΣVtrain)且Ctrain_i<avg(ΣCtrain)，同时Lcar_i×Tcar_i的结果小于道路交通允许的车辆总延误值TDi，那么该路口的该时段可调整为绝对优先。

情况2：如果Lcar_i×Tcar_i的结果大于道路交通允许的车辆总延误值TDi，那么该路口的该时段可调整为不优先。

情况3：剩余场景，该路口的该时段可调整为相对优先。

有轨电车持续运营期的动态调整算法：

持续运营期的时刻表大多是固定不变的，少量时期会有时刻表调整，此时有轨电车该路口站间平均旅行速度Vtrain_i预期为固定的，较小偏差。路口每日优先请求模式依旧是动态调整，使用自适应进化策略。

路口信号子系统的优先请求模式在不同路口不同设置，同一路口不同方向均独立设置。某一方向发出优先请求，该请求点位置为固定Li；道路交通信号灯反馈请求结果(正ACK＝1或负ACK＝0)并提供有效相位剩余时间TWtrain_i；路口还可以获得冲突相位道路车辆排队长度Lcar_i从而实现简单自适应优先模式调整。决策依据为平衡最小化冲突相位道路车辆排队长度Lcar_i。具体方法如图1所示：

A、为保证电车发出请求被接受(正反馈)且能够顺利驶入路口，路口能够获取有轨电车信号剩余时间TWtrain_i；只有TWtrain_i≥Li/Vtrain_i时(有轨电车经过路口的时间段落在有轨电车信号灯为绿灯状态时间段内)有轨电车才能正常通过，这种场景时才是一次路口优先模式的有效。这种情况下可能会影响社会交通，使得冲突相位道路车辆排队长度Lcar_i增加。

如果上一次优先请求有效，且Lcar_i未达道路交通限值，那么下一次该优先模式保持不变。

如果上一次优先请求有效，且Lcar_i超过道路交通限值，那么下一次该优先模式从绝对优先退回相对优先，或从相对优先退回不优先。

B、若电车发出请求被接受(ACK＝1)但不能顺利驶入路口，则意味着TWtrain_i<Li/Vtrain_i，有轨电车无法正常通过，这种场景为一次无效。这种情况下也可能会影响社会交通，使得冲突相位道路车辆排队长度Lcar_i增加。

如果上一次优先请求无效，且Lcar_i未达道路交通限值，那么下一次该优先模式保持不变。连续2次出现这种情况，则那么下一次该优先模式从相对优先升到绝对优先，或从不优先升到相对优先。

如果上一次优先请求无效，且Lcar_i超过道路交通限值，那么下一次该优先模式从绝对优先退回相对优先，或从相对优先退回不优先。

C、若电车发出请求但被拒绝，则意味着道路交通压力较大，有轨电车无法优先，这种场景为一次无效。下一次该优先模式退回不优先。

基于历史数据的增强型持续进化策略：

有轨电车平交路口信号子系统也可以每次利用前一天或前一周的运营数据进行持续策略优选。一个路口的同一时间段内会有多辆有轨电车在不同时间点通过，其路口道路交通情况，有轨电车运行情况是可以记录和统计分析的。

对每一个路口不同方向的历史数据进行独立统计分析，调整路口优先请求模式的预设：

把历史数据按时间分为多个时间段T1～Tx，例如：早晨、早高峰、上午、中午、下午、晚高峰、夜间，此时x＝7。可以过滤掉节假日的数据。

各个时间段内不同方向会有不同的有轨电车和道路交通的运行数据组，至少包含冲突相位道路车辆排队长度Lcar、冲突相位道路车辆排队时间Tcar、有轨电车该路口站间平均旅行速度Vtrain、路口优先请求模式、路口优先请求是否被接受。过滤掉请求不被接受的数据组。

对不同优先请求模式下的数据分类，可以得出各个方向、不同时间段、不同优先请求的概率，如P绝对优先Ti、P相对优先Ti、P不优先Ti。若最高概率P1>＝第二高概率P2的一倍，则选取该优先模式做为第二天或下一周的默认各时间段的预设优先模式。确保道路交通不受到明显干扰，平衡有轨电车与道路交通的交通压力。

同时，可以得出有轨电车该路口不同时间段、不同优先请求的站间平均旅行速度Vtrain绝对优先Ti、Vtrain相对优先Ti、Vtrain不优先Ti，可以得出对应的三种均值和对应标准差Avtrain。

若最高概率P1<第二高概率P2的一倍，需要优先考虑旅行速度Vtrain，Max(Vtrain绝对优先Ti，Vtrain相对优先Ti，Vtrain不优先Ti)，选取最高的优先模式作为做为第二天或下一周的默认各时间段的预设优先模式，从而尝试提高有轨电车运行速度，提高有轨电车线路运营效率。

第二天或下一周实时运行时的增强型动态调整：(增强有轨电车持续运营期的动态调整算法)

某一方向第一辆车第一次经过该路口时采用该时段默认优先模式。该路段站间平均旅行速度Vtrain及时可靠存储。

下一辆车或第二次经过该方向该路口前，判断最近一次该路口的站间平均旅行速度Vtrain_last与历史均值的差值是否处于三种优先模式各自±3Avtrain的值域范围内(3倍标准差原则)。该方法用于识别路况条件是否与历史可行案例相符，辅助决策优先模式。

算式：Vavg-3Avtrain<Vtrain_last-<Vavg+3Avtrain

若满足算式条件，则认为对应优先模式下速度匹配，否则认为速度匹配失败。

若时间段与前一次相同，且速度匹配下的优先模式与原先相符，则该方向路口继续沿用该优先模式。若时间段与前一次相同，但速度匹配下的优先模式与原先不符，则选用速度优先选出的优先请求模式。

若时间段与前一次相同，但速度匹配失败，则遵循旧的动态调整算法(有轨电车持续运营期的动态调整算法)。

若时间段不符，则该方向路口直接选用新时间段默认优先请求模式。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

尽管本文较多地使用了优先请求、站间旅行速度等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。

Claims (2)

1.一种有轨电车路口通行控制方法，其特征在于，有轨电车在通过路口时发送优先请求，优先请求被接受时，有轨电车在信号灯的通行指示下通过路口，优先请求包括从高到低的绝对优先、相对优先和不优先三种；

控制方法如下：

A、如果有轨电车发出优先请求被接受，并判断有轨电车经过路口的时间段落在有轨电车信号灯为绿灯状态时间段内，则本次场景为一次有效；有轨电车正常通过路口；

如果本次通行后冲突相位道路车辆排队长度Lcar_i未达到道路交通限值，则下一次该路口的优先模式保持不变；

如果本次通行后冲突相位道路车辆排队长度Lcar_i达到或超过道路交通限值，则下一次该路口的优先模式降低一级；

B、如果有轨电车发出优先请求被接受，但是判断有轨电车经过路口的时间段未落在有轨电车信号灯为绿灯状态时间段内，则本次场景为一次无效，扩大路口关闭时间确保有轨电车可以正常通过路口；

如果本次优先请求无效，且Lcar_i未达道路交通限值，那么下一次该路口的优先模式保持不变；如果连续2次出现这种情况，则那么下一次该路口的优先模式提高一级；

如果本次优先请求无效，且Lcar_i超过道路交通限值，那么下一次该路口的优先模式降低一级；

C、如果有轨电车发出优先请求但是被拒绝，则本次通行按照不优先处理，并且下一次该路口的优先模式调整为不优先；

无数据或数据不足时，在预设完所有路口的优先模式后，有轨电车开始跑图，并收集数据；

针对某一路口在某个时段按以下方式进行调整：如果Vtrain_i<avg(ΣVtrain)且Ctrain_i<avg(ΣCtrain)，同时Lcar_i×Tcar_i的结果小于道路交通允许的车辆总延误值TDi，那么该路口的该时段调整为绝对优先；Vtrain_i为该路口的站间旅行速度，avg(ΣVtrain)为全线路的平均旅行速度，Ctrain_i为该路口有轨电车通过率，avg(ΣCtrain)为全线路所有路口的有轨电车通过率；Tcar_i为冲突相位道路车辆排队时间；

如果Lcar_i×Tcar_i的结果大于道路交通允许的车辆总延误值TDi，那么该路口的该时段调整为不优先；

剩余情况，该路口的该时段调整为相对优先；

在有足够数据积累的情况下，针对某一路口在某个时段的优先模式，按以下方式进行预设：

计算上一运营周期内该路口在此时段内的不同请求被接受的概率，即绝对优先被接受的概率P_绝对优先、相对优先被接受的概率P_相对优先和不优先被接受的概率P_不优先；计算上一运营周期内该路口在此时段内的不同请求的站间旅行速度的平均值，即绝对优先模式下的站间平均旅行速度Vavg_绝对优先、相对优先模式下的站间平均旅行速度Vavg_相对优先和不优先模式下的站间平均旅行速度Vavg_不优先；

最高的被接受的优先请求的概率记为P1，第二高的被接受的优先请求的概率记为P2，如果P1大于或等于两倍的P2，则选定P1所对应的优先请求为下一运营周期内此时段的默认优先模式；

如果P1小于两倍的P2，则选取站间平均旅行速度最高的优先模式作为下一运营周期内此时段的默认优先模式；

在有足够数据的情况下，本运营周期内针对某一路口某一时段按以下方式选择优先请求模式：

计算上一运营周期内各时段不同优先请求的站间旅行速度的平均值和标准差，三种标准差记为Avtrain_绝对优先、Avtrain_相对优先和Avtrain_不优先；

第一辆有轨电车经过该路口时，按照预设的优先模式进行；通行后记录该次站间旅行速度；

第二辆及后续有轨电车经过该路口时，计算该路口最近一次通行时站间旅行速度Vtrain_last与三种优先模式下的站间旅行速度平均值的差值，分别记为△V_绝对优先、△V_相对优先和△V_不优先；

将三个差值与三个标准差各自比较，如果以下三种情况至少一种成立，则认为对应优先模式下的速度匹配：

(1)绝对优先：-3×Avtrain_绝对优先<△V_绝对优先<3×Avtrain_绝对优先；

(2)相对优先：-3×Avtrain_相对优先<△V_相对优先<3×Avtrain_相对优先；

(3)不优先：-3×Avtrain_不优先<△V_不优先<3×Avtrain_不优先；

如果三种情况均不成立，则认为速度匹配失败；

如果最近一次通行所用的模式下速度匹配，则继续延用上一次的优先模式；

如果最近一次通行所用的模式下速度不匹配，而其他模式下速度匹配，则选择速度匹配的模式下等级最高的优先模式；

如果速度匹配失败，则按照步骤A-C确定优先模式。

2.根据权利要求1所述的一种有轨电车路口通行控制方法，其特征在于，将每日时间分为早晨、早高峰、上午、中午、下午、晚高峰和夜间7个时段，针对每个时段，在无数据或数据不足时，按以下方式预设某一路口的优先模式：

道路车流量小于最小流量阈值的路口设为绝对优先；

道路车流量大于最大流量阈值的路口设为不优先；

其它路口设为相对优先。