一种公交车专用道交叉口的公交优先通行方法

摘要

本发明涉及一种公交车专用道交叉口的公交优先通行方法，其利用采集的交通数据建立交叉口仿真系统，且该仿真系统中将社会车辆的影响也考虑其中，并结合公交车实时数据库针对发送公交优先请求的公交车预测公交车到达交叉口的时间，并根据该时间调整交叉口的优先相位和非优先相位的红、绿灯显示时间长度，来控制信号灯的不同灯色之间的切换。在保证过街行人和社会车辆安全通过的同时，让公交车能够充分利用交叉口的绿灯信号优先通过，提高公交车的运行效率，减少乘客的出行时间。因此本发明可以广泛用于公共交通运输管理与控制领域。

说明书

技术领域

本发明关于一种公交优先通行方法，特别是关于一种针对公交专用道未延伸至交叉口停车线，而是在距离交叉口停车线某位置处截止的公交车专用道交叉口的公交优先通行方法。

背景技术

随着社会经济的发展，巨大的城市交通需求与相对落后的交通结构和交通系统之间形成了尖锐的矛盾。公共交通具有运输量大、环境污染小、成本低和运送效率高等优点，所以公共交通优先成为缓解交通拥堵的主要方法。近年来很多交通专家与学者致力于公交优先通行方法的研究，提出了一系列的公交优先策略，许多城市也相应提出了优先发展与建立先进的公交车系统设施。如建立公交车专用道，利用先进的设备建立信号灯的公交车信号优先机制，在一定程度上有效的缓解了交通拥堵。

在公交优先系统中，对公交车到达时间的预测是优先系统中关键的环节，只有更精准的预测公交车的到达时间才能更好的减少信号灯绿灯损失，从而提高公交优先效率。如图1所示，当公交专用道未延伸至交叉口停车线，而是在距离交叉口停车线某位置处截止，在公交专用道截止线和交叉口停车线这段距离社会车辆可以混入，使得公交车在相应路段的运行时间不确定。在现有的研究中，将公交车在公交专用道截止线到交叉口停车线的运行时间看作确定的，忽略了实时的交通状况对公交车运行的影响，从而导致预测公交车到达时间存在误差。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种针对公交专用道未延伸至交叉口停车线，而是在距离交叉口停车线某位置处截止的公交车专用道交叉口的公交优先通行方法，该方法通过预测公交车的到达时刻，使公交车最大程度上优先通过交叉口，提高了公交优先系统的运行效率和乘客的出行效率。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种公交车专用道交叉口的公交优先通行方法，其包括以下骤：1)采集道路数据、交通流量情况和行人数据的原始数据；2)根据道路数据和交通流量情况来确定每一交叉口的信号灯配时方案，该配时方案包括：①交叉口的信号最佳周期时长；②实际显示绿灯时间G_i；③最小绿灯时间G_min；④优先相位的最大绿灯时间G_max；3)利用原始数据采用Netlogo软件建立交叉口仿真系统，并将交叉口仿真系统与公交车实时数据库相连；4)实时监测是否有公交优先请求，当有公交优先通行请求时，确定在公交车发送公交优先请求时所在位置的时刻G₁，并预测该公交车到达交叉口停车线的时刻G'₁：G'₁＝G₁+ΔG，其中利用交叉口仿真系统和公交车实时数据库求取ΔG，ΔG为公交车发送公交优先请求时所在位置到交叉口停车线的公交车行驶时间；5)判断是否为发送公交优先请求的公交车提供优先服务，若在G₁'时刻能够在当前绿灯时间内通过交叉口，则保持当前的信号灯配时方案不变，即不提供公交提供优先服务，返回步骤4)继续实时监测是否有公交优先请求；否则进入下一步；6)判断发送公交优先请求的公交车能否在优先相位的最大绿灯时间G_max结束的时刻T_max内通过，以便通过以下三种方式中的一种为该公交车提供优先服务：①当G'₁＜T_max时，执行延长优先相位的绿灯时间，当优先公交车顺利通过交叉口后进行正常的信号切换；②当T_max≤G'₁≤T_max+G_min时，执行最小绿灯时间G_min，使公交专用道红灯时间最短；③当G'₁≥T_max+G_min时，信号灯配时方案不变，信号灯正常进行红、绿切换。

所述步骤1)中，道路数据包括交叉口的所有进口车道的宽度、车道数、标志标线和人行道参数，且人行道参数包括人行道的长度、宽度和斑马线的间隔；交通流量情况包括公交车辆数据和社会车辆数据，其中公交车辆数据包括公交车尺寸，公交车发车频率和公交车最小运行速度、最大运行速度；社会车辆数据包括社会车辆车流量、社会车辆的最大速度、社会车辆在公交专用道截止线到交叉口停车线的这段距离内混入公交车所在车道的概率；行人数据包括交叉口行人交通量和行人通过交叉口的速度。

所述步骤3)中，交叉口仿真系统包括配置道路agent属性、社会车辆agent属性、公交车辆agent属性、行人agent属性和人行道agent属性；a、根据交叉口的所有进口车道的宽度、车道数、标志标线和人行道参数，配置道路agent属性；b、根据公交车尺寸、公交车发车频率、最小运行速度和公交车最大运行速度配置公交车辆agent属性；根据社会车辆车流量和社会车辆的最小、最大速度配置社会车辆agent属性；c、根据交叉口行人交通量和行人通过交叉口的速度配置行人agent属性；d、根据人行道参数人行道的长度、宽度和斑马线的间隔配置人行道agent属性。

所述步骤4)包括以下步骤：①当公交优先请求检测器检测到有公交车发送公交优先请求时，通过公交车实时数据库获取该公交车的实时位置信息、公交车的速度和距离交叉口的距离；②将公交车的实时位置信息、公交车的速度和距离交叉口的距离和步骤1)中得到的社会车辆混入的概率输入到交叉口仿真系统中，更改公交车辆agent属性，以实现公交车agent在Netlogo中软件的位置与实时位置信息相对应；③经过交叉口仿真系统运行仿真得到发送公交优先请求的公交车由发送公交优先请求的位置到通过交叉口停车线的时间ΔG。

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：本发明利用采集的交通数据建立交叉口仿真系统，且该仿真系统中将社会车辆的影响也考虑其中，并结合公交车实时数据库针对发送公交优先请求的公交车预测公交车到达交叉口的时间，并根据该时间调整交叉口的优先相位和非优先相位的红、绿灯显示时间长度，来控制信号灯的不同灯色之间的切换。在保证过街行人和社会车辆安全通过的同时，让公交车能够充分利用交叉口的绿灯信号优先通过，提高公交车的运行效率，减少乘客的出行时间。因此，本发明可以广泛用于公共交通运输管理与控制领域。

附图说明

图1是本发明的十字交叉口示意图

图2是本发明的流程图

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。

如图2所示，本发明包括以下步骤：

1)采集道路数据、交通流量情况和行人数据的原始数据；

道路数据包括交叉口的所有进口车道的宽度、车道数、标志标线和人行道参数，且人行道参数包括人行道的长度、宽度和斑马线的间隔；

交通流量情况包括公交车辆数据和社会车辆数据，其中公交车辆数据包括公交车尺寸，公交车发车频率和公交车最小运行速度、最大运行速度；社会车辆数据包括社会车辆车流量、社会车辆的最大速度、社会车辆在公交专用道截止线到交叉口停车线的这段距离内混入公交车所在车道的概率；

行人数据包括交叉口行人交通量和行人通过交叉口的速度。

2)根据道路数据和交通流量情况来确定每一交叉口的信号灯配时方案，该配时方案包括：①交叉口的信号最佳周期时长；②实际显示绿灯时间；③最小绿灯时间；④优先相位的最大绿灯时间，其包括以下步骤：

①交叉口的信号最佳周期时长

利用步骤1)获得的社会车辆数据，采用韦伯斯特方法计算交叉口的信号最佳周期时长C：假设某交叉口的相位方案共包含n个相位，且n为常数(1，2，3，…，n)相位是指在一个信号周期内，同时获得通行权的一个或多个交通流的信号显示状态。信号最佳周期时长C如下：

$>C=\frac{1.5\times L+5}{1-Y}---\left(1\right)$>

其中，L为相位总损失时间，其公式如下：

$>L=\underset{k}{\Sigma }{(L_s+I-A)}_k---\left(2\right)$>

其中，L_s是车辆起动损失时间，在本发明中取3s；A是黄灯时长，在本发明中取3s；I是绿灯间隔时间；k是一个周期内的绿灯间隔数。

Y为组成周期的全部信号相位的最大流量比总和，按下式计算：

$>Y=\underset{i=1}{\overset{n}{\Sigma }}\max [y_i,y_i^{\prime },...]=\underset{i=1}{\overset{n}{\Sigma }}\max [{\left(\frac{q}{s_1}\right)}_i,{\left(\frac{q}{s_1}\right)}_i^{\prime },...]---\left(3\right)$>

其中，n是交叉口的所有相位总数；y_i,y'_i是第i个相位的流量比；q是进口车道车流量；s₁是进口车道饱和流量。

②实际显示绿灯时间

相位实际显示绿灯时间G_i：

G_i＝g_ei-A+l  (4)

其中，g_ei是相位有效绿灯时间；A是黄灯时间，在本发明中取3s；l是相位信号损失时间，在信号周期里本相位非绿灯显示时间。

从而计算各个相位的可压缩绿灯信号时长d_i：

d_i＝G_i-y_iC  (5)

其中，y_i是第i个相位的流量比；C是信号最佳周期时长。

③最小绿灯时间G_min

公交优先的方式有两种：一种是延长优先相位的绿灯时间，确保需要优先服务的公交车顺利通过交叉口；二是压缩非优先相位的绿灯时间，用来减少需要优先服务公交车红灯等待时间。非优先信号绿灯时间进行压缩时不仅要考虑车辆排队长度，还要考虑行人能在最小绿灯时间里能顺利通过交叉口。上述非优先相位是将有公交车的道路所在相位看做优先相位，其余相位为非优先相位，两者为本领域公知的常识。

下面分别计算按照行人计算的最小绿灯时间G_pmin1和按照避免交叉口过饱和和避免车辆排队长度影响到上游交叉口现象计算的最小绿灯时间G_pmin2。

按照行人计算最小绿灯时间G_pmin1：

$>G_{p\min 1}=\frac{l_p}{v_p}---\left(6\right)$>

其中，l_p是人行横道的有效长度；v_p是行人的平均过街速度。

按照避免交叉口过饱和和避免车辆排队长度影响到上游交叉口现象计算最小绿灯时间G_pmin2：

$>G_{p\min 2}=\frac{D}{s_2\times h_s}---\left(7\right)$>

其中，D是交叉口间距；s₂是车辆离开交叉口时的饱和流率；h_s是车辆排队时的平均车头间距。

故信号灯配时方案中最小绿灯时间G_min为：

G_min＝max(G_pmin1,G_pmin2)  (8)

④优先相位的最大绿灯时间G_max

感应信号控制中的优先相位的最大绿灯时间一般是指为了确保信号交叉口的绿灯所占比例处于良好状态，需要对相位的绿灯延长时间长度进行限制，当相位到达优先相位的最大绿灯时间后，无论是否有车辆到达，都将不能进行对该相位的单位延长，需要立即执行结束该相位的策略。而本发明中的公交优先策略只需要对优先相位限定的一个最大的绿灯时间，该绿灯时间主要是由信号周期长度以及最小绿灯时间确定，即优先相位的最大绿灯时间G_max如下：

$>G_{\max }=\left(\begin{array}{cc}C-\underset{i=2}{\overset{n}{\Sigma }}{G}_{i\min }& i=1\\ C-\underset{i=1}{\overset{i=1}{\Sigma }}{G}_{i\min }-\underset{i=2}{\overset{n}{\Sigma }}{G}_{i\min }& 1<i<n-1\end{array}\right)---\left(9\right)$>

其中，G_imin是第i相位的最小绿灯时间，由上述③确定；n是交叉口的所有相位总数。

3)利用原始数据采用Netlogo软件建立交叉口仿真系统，并将交叉口仿真系统与公交车实时数据库相连，以便实时获取发送公交优先请求的公交车的实时位置信息。

交叉口仿真系统包括配置道路agent属性、社会车辆agent属性、公交车辆agent属性、行人agent属性和人行道agent属性；

a、根据交叉口的所有进口车道的宽度、车道数、标志标线和人行道参数，配置道路agent属性；

b、根据公交车尺寸、公交车发车频率、最小运行速度和公交车最大运行速度配置公交车辆agent属性；根据社会车辆车流量和社会车辆的最小、最大速度配置社会车辆agent属性；

c、根据交叉口行人交通量和行人通过交叉口的速度配置行人agent属性；

d、根据人行道参数人行道的长度、宽度和斑马线的间隔配置人行道agent属性。

4)实时检测是否有公交优先请求，当检测到有公交优先通行请求时，确定在公交车发送公交优先请求时所在位置的时刻G₁，并预测该公交车到达交叉口停车线的时刻G₁'；

实时检测是否有公交优先请求通过设置公交优先请求检测器来实行，公交请求检测器的设置规格一般采用2×2米，其距离交叉口的距离d：

d＝2×Δt×V_max  (10)

其中，V_max是交叉口公交专用道附近100米内公交车的最大行驶速度；Δt公交车驶向交叉口时，公交专用道所对应的信号灯最大绿灯时间G_max与实际显示绿灯时间G_i差。

预测发送公交优先请求的公交车到达交叉口停车线的时刻G₁'的求解过程如下：

G'₁＝G₁+ΔG  (11)

其中，ΔG为从公交车发送公交优先请求时所在位置到交叉口停车线的公交车行驶时间，获取ΔG的过程如下：

①当公交优先请求检测器检测到有公交车发送公交优先请求时，通过公交车实时数据库获取该公交车的实时位置信息、公交车的速度和距离交叉口的距离；

②将公交车的实时位置信息、公交车的速度和距离交叉口的距离和步骤1)中得到的社会车辆混入的概率输入到交叉口仿真系统中，更改公交车辆agent属性，以实现公交车agent在Netlogo软件中的位置与实时位置信息相对应。

③经过交叉口仿真系统运行仿真得到发送公交优先请求的公交车由发送公交优先请求的位置到通过交叉口停车线的时间ΔG。

5)判断是否为发送公交优先请求的公交车提供优先服务，以便最大程度上让公交车优先通过，提高公交车的通行效率，减少乘客的延误时间，若在G₁'时刻能够在当前绿灯时间内通过交叉口，则交通信号灯配时方案不变，即不提供公交提供优先服务，返回步骤4)继续实时监测是否有公交优先请求；否则进入下一步；

6)判断发送公交优先请求的公交车能否在优先相位的最大绿灯时间G_max结束的时刻T_max内通过，以便通过以下三种方式中的一种为该公交车提供优先服务：

①当G'₁＜T_max时，执行延长优先相位的绿灯时间，确保需要优先服务的公交顺利通过交叉口，当优先公交车顺利通过交叉口后进行正常的信号切换；

②当T_max≤G'₁≤T_max+G_min时，执行最小红灯时间，即最小绿灯时间G_min，使公交专用道红灯时间最短；

③当G'₁≥T_max+G_min时，信号灯配时方案不变，信号灯正常进行红、绿切换。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。