信號(hào)交叉口多線路多公交車輛優(yōu)先控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明屬于城市交通的公共交通信號(hào)控制領(lǐng)域，涉及一種信號(hào)交叉口多線路多公 交車優(yōu)先控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 《國(guó)家中長(zhǎng)期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要》交通專題明確提出"通過(guò)優(yōu)先發(fā)展公共交 通解決城市交通擁堵問(wèn)題"以及"大城市公交出行率達(dá)50%以上"的國(guó)家戰(zhàn)略目標(biāo)。隨著 "公交都市"概念的提出和推進(jìn)，全國(guó)多數(shù)城市開(kāi)始大力投資發(fā)展公共交通。經(jīng)過(guò)幾年的發(fā) 展，我國(guó)許多城市逐步形成了多模式多層次的公共交通結(jié)構(gòu)，公交網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜度也不斷提高， 從而使得交叉口處出現(xiàn)多條線路通行沖突的可能性日益增大。這增加了實(shí)施公交優(yōu)先策略 的難度，因?yàn)?，此時(shí)不僅需要判斷公交車輛是否滿足優(yōu)先條件，還要判斷給哪條線路的公交 車輛優(yōu)先通行權(quán)。因此，如何解決多線路公交車輛優(yōu)先請(qǐng)求沖突的問(wèn)題顯得尤為重要。
[0003] 現(xiàn)有相關(guān)研究較少，而且他們的方法多是以最小化優(yōu)先所導(dǎo)致的延誤為目標(biāo)。而 公交優(yōu)先的目的是通過(guò)改善現(xiàn)有公交運(yùn)行狀態(tài)或者信號(hào)控制機(jī)的狀態(tài)以降低公交車輛延 誤，從而提高公交車輛的準(zhǔn)時(shí)性和服務(wù)水平。顯然，現(xiàn)有方法不能很好地迎合公交優(yōu)先的目 的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 技術(shù)問(wèn)題：本發(fā)明提供一種能夠解決多公交優(yōu)先請(qǐng)求沖突問(wèn)題，提高了公交車輛 到達(dá)停車線時(shí)間的預(yù)測(cè)可靠度，提升公交優(yōu)先效果和效率的信號(hào)交叉口多線路多公交車輛 優(yōu)先控制方法，降低了公交優(yōu)先對(duì)其他車輛和整個(gè)系統(tǒng)的負(fù)面影響，保證了公交優(yōu)先的準(zhǔn) 確執(zhí)行，提高了公交系統(tǒng)服務(wù)水平。
[0005] 技術(shù)方案：本發(fā)明的信號(hào)交叉口多線路多公交車輛優(yōu)先控制方法，按照到達(dá)的先 后順序，依次對(duì)一個(gè)信號(hào)相位中的各公交車輛執(zhí)行以下步驟10)到60)的流程，以確定控制 中心是否接收該公交車輛的優(yōu)先請(qǐng)求，直至一個(gè)信號(hào)相位截止后，控制中心根據(jù)接收的優(yōu) 先請(qǐng)求更新信號(hào)配時(shí)，產(chǎn)生優(yōu)先相位并執(zhí)行；
[0006] 步驟10)如果檢測(cè)到公交車輛到達(dá)，根據(jù)調(diào)查采集的公交車輛運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)，利 用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型來(lái)預(yù)測(cè)公交車到達(dá)停車線時(shí)間；
[0007] 步驟20)根據(jù)預(yù)測(cè)的公交車到達(dá)停車線時(shí)間和對(duì)應(yīng)相位的綠燈時(shí)間之間的相互 關(guān)系，判斷公交車輛是否滿足優(yōu)先條件，如果滿足優(yōu)先條件，則確定所需的優(yōu)先策略和優(yōu)先 時(shí)間，并產(chǎn)生優(yōu)先請(qǐng)求后進(jìn)入步驟30);否則，結(jié)束本車輛的流程；
[0008] 步驟30)確定優(yōu)先限制條件，如果所述優(yōu)先請(qǐng)求滿足限制條件，則進(jìn)入步驟40); 否則，結(jié)束本車輛的流程；
[0009] 步驟40)對(duì)所述優(yōu)先請(qǐng)求進(jìn)行效益評(píng)估，如果其帶來(lái)的效益大于其導(dǎo)致的延誤， 則將其傳至控制中心并進(jìn)入步驟50);否則，結(jié)束本車輛的流程；
[0010] 步驟50)判斷優(yōu)先請(qǐng)求之間，以及優(yōu)先請(qǐng)求與控制中心已有的未執(zhí)行優(yōu)先相位之 間是否存在沖突，如果存在沖突，則進(jìn)入步驟60);否則，結(jié)束本車輛的流程；
[0011] 步驟60)將申請(qǐng)同一個(gè)優(yōu)先策略的多輛公交車的延誤加起來(lái)，得到該優(yōu)先策略的 累積延誤，然后對(duì)比各優(yōu)先策略的公交車輛累積延誤，累積延誤越大，其優(yōu)先水平越高，控 制中心接收優(yōu)先水平最高的優(yōu)先請(qǐng)求。
[0012] 進(jìn)一步的，本發(fā)明方法的步驟10)中，公交車輛運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)包括公交車車頭時(shí) 距h、公交車上下車人數(shù)b、公交車行駛速度V、路段交通量q和公交車到達(dá)停車線時(shí)間AT ;
[0013] 步驟10)中，將公交車到達(dá)停車線時(shí)間AT作為輸出變量，其他四個(gè)數(shù)據(jù)作為輸入 變量，對(duì)人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型進(jìn)行反復(fù)迭代訓(xùn)練，直至符合收斂條件，從而得到預(yù)測(cè)的公交車 到達(dá)停車線時(shí)間。
[0014] 進(jìn)一步的，本發(fā)明方法中，所述的步驟20)中，對(duì)于符合以下條件的情況，認(rèn)為公 交車輛滿足優(yōu)先條件，并確定相應(yīng)的優(yōu)先策略和優(yōu)先時(shí)間：
[0015] a)如果<gs'公交車b到達(dá)停車線時(shí)，相位i處于紅燈時(shí)間，公交車不能通 過(guò)停車線，故申請(qǐng)紅燈早斷策略，早斷的時(shí)間為客^=容~ -4? ;
[0016] b)如果>f，，公交車b不能在相位i綠燈截止時(shí)間之前到達(dá)停車線，故申 請(qǐng)綠燈延長(zhǎng)策略，延長(zhǎng)的時(shí)間為-g254 ;
[0017] 其中，』7；：為預(yù)測(cè)的公交車b到達(dá)停車線時(shí)間，gs〃和gE〃分別為與XT：對(duì)應(yīng)相位 i的綠燈開(kāi)始時(shí)間和結(jié)束時(shí)間。
[0018] 進(jìn)一步的，本發(fā)明方法中，所述的步驟30)中，優(yōu)先限制條件包括相位i-Ι最小綠 燈時(shí)間G=、相位i+Ι最小綠燈時(shí)間G=和相位i的最大優(yōu)先時(shí)間，所述優(yōu)先請(qǐng)求滿 足限制條件，是指優(yōu)先請(qǐng)求中的優(yōu)先時(shí)間滿足上述限制條件。
[0019] 進(jìn)一步的，本發(fā)明方法中，所述的步驟30)中，優(yōu)先請(qǐng)求包括相位i中申請(qǐng)綠燈延 長(zhǎng)策略的優(yōu)先請(qǐng)求和相位i中申請(qǐng)紅燈早斷策略的優(yōu)先請(qǐng)求；
[0020] 所述步驟40)中，分別根據(jù)下式計(jì)算相位i中申請(qǐng)綠燈延長(zhǎng)策略的優(yōu)先請(qǐng)求帶來(lái) 的效益ITOf'1和導(dǎo)致的延誤TXf'1:
[0023] 其中，qM、f1、qA'1+$P qD'1+1分別表示相位i和i + Ι對(duì)應(yīng)的交叉口處的到達(dá)流率 和消散流率，g1和g1+1分別表示相位i和i+ι對(duì)應(yīng)的綠燈時(shí)長(zhǎng)，表示相位i的綠燈延長(zhǎng) 時(shí)間；
[0024] 分別根據(jù)下式計(jì)算相位i中申請(qǐng)紅燈早斷策略的優(yōu)先請(qǐng)求帶來(lái)的效益和 導(dǎo)致的延誤 CN 105118312 A 說(shuō)明書(shū) 3/8 頁(yè)
[0027] 其中，qA'1 ^Pqtu 1分別表示相位i_l對(duì)應(yīng)的交叉口處的到達(dá)流率和消散流率，g1 1表示相位i-Ι對(duì)應(yīng)的綠燈時(shí)長(zhǎng)，.奪^表示相位i的紅燈早斷時(shí)間。
[0028] 進(jìn)一步的，本發(fā)明方法中，所述的步驟50)中判斷是否存在優(yōu)先請(qǐng)求沖突的方法 為：
[0029] 如果控制中心不存在已有的未執(zhí)行優(yōu)先相位，則在優(yōu)先請(qǐng)求所屬的車輛處在同一 個(gè)相位時(shí)，判定不存在優(yōu)先請(qǐng)求沖突；處在不同相位時(shí)，判定存在優(yōu)先請(qǐng)求沖突；
[0030] 如果控制中心當(dāng)前存在優(yōu)先相位，則將當(dāng)前優(yōu)先請(qǐng)求產(chǎn)生時(shí)間21^與當(dāng)前優(yōu)先相 位的執(zhí)行開(kāi)始時(shí)間ST按照如下規(guī)則進(jìn)行對(duì)比判斷：如果則存在優(yōu)先請(qǐng)求沖突；否 貝1J，不存在優(yōu)先請(qǐng)求沖突。
[0031] 進(jìn)一步的，本發(fā)明方法中，所述的步驟60)中，公交車的延誤包括公交車上乘客延 誤/??和下游公交站臺(tái)乘客等待延誤WD1，分別根據(jù)下式計(jì)算得到：
[0034] 其中，噸是理論到達(dá)停車線時(shí)間，0!是公交車輛上乘客數(shù)，AWT1和SWT 1分別表示 站臺(tái)上乘客的實(shí)際等待時(shí)間和理論等待時(shí)間，4?和窺€分別表示公交車輛的實(shí)際車頭時(shí) 距和理論車頭時(shí)距，B1是相位i中申請(qǐng)同一個(gè)優(yōu)先策略的公交車輛的集合；
[0035] 根據(jù)下式將申請(qǐng)同一個(gè)優(yōu)先策略的多輛公交車的延誤加起來(lái)，得到總延誤Dtotal:
[0037] 其中，N1是下游公交站臺(tái)上等待相位i對(duì)應(yīng)的公交車的乘客數(shù)。
[0038] 進(jìn)一步的，本發(fā)明方法中，所述優(yōu)先相位執(zhí)行時(shí)，還包括對(duì)公交車輛進(jìn)行速度誘 導(dǎo)，具體內(nèi)容為根據(jù)以下兩種情況確定公交車輛運(yùn)行速度：
[0039] a)對(duì)于執(zhí)行紅燈早斷優(yōu)先策略的公交車輛，其運(yùn)行速度V為
[0041] 其中，L是檢測(cè)區(qū)域長(zhǎng)度，是相位i最大紅燈早斷時(shí)間，T。是公交車以當(dāng)前速 度通過(guò)檢測(cè)區(qū)域的時(shí)間，C是周期長(zhǎng)度，η是周期個(gè)數(shù)；
[0042] b)對(duì)于執(zhí)行綠燈延長(zhǎng)優(yōu)先策略的公交車輛，其行駛速度為最大運(yùn)行速度ν_。
[0043] 本發(fā)明中，以公交車上乘客延誤和站臺(tái)上乘客等待延誤為指標(biāo)來(lái)衡量沖突優(yōu)先請(qǐng) 求的優(yōu)先水平。延誤越大，相應(yīng)的優(yōu)先水平較高。
[0044] 有益效果：本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)：
[0045] 1.公交車到達(dá)停車線時(shí)間的預(yù)測(cè)精度是決定公交優(yōu)先控制效率高低的關(guān)鍵因素 之一。目前常用的方法是基于檢測(cè)器檢測(cè)數(shù)據(jù)來(lái)對(duì)到達(dá)停車線時(shí)間進(jìn)行預(yù)測(cè)，雖然比較簡(jiǎn) 便，但是該方法適用性較差且準(zhǔn)確度不高。鑒于此，本發(fā)明采用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型來(lái)進(jìn)行預(yù) 測(cè)，其不僅解決非線性復(fù)雜問(wèn)題的能力較強(qiáng)，且預(yù)測(cè)精度較高，大大提高了公交車輛到達(dá)停 車線時(shí)間的預(yù)測(cè)可靠度，進(jìn)而保障優(yōu)先控制的準(zhǔn)確性。
[0046] 2.公交優(yōu)先在給優(yōu)先相位的車輛帶來(lái)效益的同時(shí)，還會(huì)導(dǎo)致非優(yōu)先相位的車輛延 誤增加。所以，不可能每個(gè)優(yōu)先請(qǐng)求都能保證為整個(gè)交叉口帶來(lái)的效益大于導(dǎo)致的延誤，顯 然，應(yīng)該選擇性地接收優(yōu)先請(qǐng)求。但是，在現(xiàn)有很多成果中都忽略了這一點(diǎn)，他們認(rèn)為所有 優(yōu)先請(qǐng)求均應(yīng)該在被傳至控制中心后執(zhí)行，從而造成優(yōu)先效果不理想。因此，本發(fā)明提出在 公交優(yōu)先請(qǐng)求傳送至控制中心前，對(duì)每個(gè)優(yōu)先請(qǐng)求進(jìn)行預(yù)評(píng)估。只有帶來(lái)的效益大于其所 導(dǎo)致的延誤的優(yōu)先請(qǐng)求才能被送至控制中心，這樣可以保證公交優(yōu)先總是帶來(lái)正的效益， 從而保證公交優(yōu)先控制的效果。
[0047] 3.現(xiàn)有的解決多優(yōu)先請(qǐng)求沖突的方法多從最小化優(yōu)先相位帶來(lái)的延誤為目標(biāo)，而 公交優(yōu)先的目的是根據(jù)公交車輛當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)（包括偏離公交車時(shí)刻表的程度、公交車輛 延誤等）判斷給予哪些公交車輛優(yōu)先通行，以改