一种潮汐式自动驾驶BRT的控制方法与流程

本发明属于公共交通规划领域，具体涉及一种自动驾驶brt的控制方法。

背景技术：

近年来由于城市中心区房价的急剧上升，城市不断的向外围郊区扩张，以及城市历史规划布局遗留的问题，形成了城市中心区工作、外围郊区居住的生活模式，导致了10-20km以上的潮汐车流交通现象出现。

传统的交通改善方法是根据交通量方向分布不均匀特点设置潮汐车道，但像北上广这些超大城市，空间范围大，设置潮汐车道会过长，这对路段的交通管理以及交叉口控制是不利的。rajkishore对设置可变车道的城市进行了统计分析，只有8％的可变车道长度在5km以上，潮汐式可变车道占的比例更少。城市中心区工作、郊区居住的生活模式更多的是中低产家庭，城市生活成本高，这类家庭首选出行方式为公共交通，在没有地铁的条件下，brt(快速公交系统，busrapidtransit)成为20km左右出行距离的主要出行工具。

自动驾驶技术的兴起，对人们的驾驶理念产生巨大冲击，混合驾驶即将到来。潮汐式brt车辆若率先采用自动驾驶车辆，在道路分车种、分幅的安全保障下，保证驾驶员安全平顺接受与无人驾驶车辆混行，作为混合驾驶环境的过渡。

但是潮汐式可变车道运行环境复杂，人工驾驶brt车辆在潮汐式可变车道运行时，即使采用its调控，由于人为因素的影响，其延误还是不可控，导致道路利用效率低，且难以保证长距离可变车道安全。

技术实现要素：

本发明的目的是为解决人工驾驶brt车辆在潮汐式可变车道运行，难以保证长距离可变车道安全以及道路利用效率的问题。

本发明为解决上述技术问题采取的技术方案是：

一种潮汐式自动驾驶brt的控制方法，该方法包括以下步骤：

道路横断面车道设置方式为：在道路最中间两条车道上，距离城市中心xkm的范围内设置普通式brt专用车道，设郊区与城市中心区之间的距离为s，则距离郊区s-x的范围内设置自动驾驶brt专用车道；行车方向从郊区往城市中心区的车道为进城侧常规机动车道，行车方向从城市中心区往郊区的常规车道为出城侧常规机动车道；其中：靠近进城侧常规机动车道的自动驾驶brt专用车道称为进城侧自动驾驶brt专用车道，靠近出城侧常规机动车道的自动驾驶brt专用车道称为出城侧自动驾驶brt专用车道；

早高峰时段，进城的自动驾驶brt车辆占用进城侧自动驾驶brt专用车道和出城侧自动驾驶brt专用车道，出城的自动驾驶brt车辆走出城侧常规机动车道；

平峰时段，进城与出城的自动驾驶brt车辆分别占用进城侧自动驾驶brt专用车道与出城侧的自动驾驶brt专用车道；

晚高峰时段，出城的自动驾驶brt车辆占用进城侧自动驾驶brt专用车道和出城侧自动驾驶brt专用车道；进城的自动驾驶brt走进城侧常规机动车道；

在进城侧自动驾驶brt专用车道与进城侧常规机动车道分界处设置进城侧站台，在出城侧自动驾驶brt专用车道与出城侧常规机动车道分界处设置出城侧站台；并分别设置早高峰时段、平峰时段和晚高峰时段的自动驾驶brt车辆的停靠方式；

以进城侧站台和出城侧站台为车道变换中途站点，进行自动驾驶brt专用车道与普通式brt专用车道的衔接；

实时收集车辆信息、站台信息和道路交通信息，根据收集的信息对自动驾驶brt车辆行驶速度值、行驶轨迹和公交优先信号调控；

根据收集的信息判断是否进行自动驾驶brt车辆行车方向的切换，若需要切换，则管理部门进行车道清空，自动驾驶brt车辆系统调整车辆行驶轨迹；若不需要切换，则自动驾驶brt车辆继续原来的行车方向。

本发明的有益效果是：本发明提供了一种潮汐式自动驾驶brt的控制方法，本发明对潮汐式自动驾驶brt系统的运营方式、站台设置、车道衔接、行车方向切换、车道清空、系统架构和运行过程进行说明，能够在保证长距离可变车道行车安全的同时，有效解决潮汐现象引起的交通拥堵现象、提高道路利用效率，这对于我国的大城市有着广泛的适用性；而且本发明的潮汐式自动驾驶brt控制方法作为一种新型的brt系统，具有设置灵活和建设成本低廉的特点，相比较于地铁，其建设成本只有地铁的1/10左右，但其运量能够达到地铁的1/2，潮汐式自动驾驶brt单向最大运量甚至可能超过地铁，最关键是充分考虑交通需求，能够合理利用道路资源。

通过设置潮汐式自动驾驶brt车道，可以对城市公共交通服务进行改善，提高行车速度，保证公交准点率，因此吸引更多出行者搭乘公交绿色出行；尤其是对于在城市中心区工作、在郊区居住的中低产家庭，可以提高公共交通出行承担率，减少城市交通拥堵。随着公交出行比例的增加，私家车出行下降，可以降低交通引起的污染，保护环境。

附图说明

图1为本发明的潮汐式自动驾驶brt双专用车道运营路径示意图；

注：实线为早高峰时段潮汐式自动驾驶brt车辆轨迹，点虚线为平峰时段潮汐式自动驾驶brt车辆轨迹，虚线为晚高峰时段潮汐式自动驾驶brt车辆轨迹。图中标志标线刻画的时间具体以车流日分布状况划分；

图2为本发明的潮汐式自动驾驶brt单专用车道运营路径示意图；

图3为本发明的潮汐式自动驾驶brt场站设计及停靠方式示意图；

图4为本发明的潮汐式自动驾驶brt与普通式brt车道衔接的车道变换中途站点示意图；

图5为本发明的潮汐式自动驾驶brt行车方向由公交未运营时段的状态切换为早高峰时段的行车状态的示意图；

图6为本发明的潮汐式自动驾驶brt行车方向由早高峰时段的行车状态切换为平峰时段的行车状态的示意图；

图7为本发明的潮汐式自动驾驶brt行车方向由平峰时段的行车状态切换为晚高峰时段的行车状态的示意图；

图8为本发明的潮汐式自动驾驶brt行车方向由晚高峰时段的行车状态切换为公交未运营时段的行车状态的示意图；

其中：1代表进城侧自动驾驶brt专用通道，2代表出城侧侧自动驾驶brt专用通道，3代表切换路段最靠近郊区的进城侧站台，4代表切换路段最靠近郊区的出城侧站台，5代表切换路段最靠近城市中心区的进城侧站台，6代表切换路段最靠近城市中心区的出城侧站台。

具体实施方式

具体实施方式一：如图1所示，本实施方式所述的一种潮汐式自动驾驶brt的控制方法，该方法具体包括以下步骤：

步骤一、道路横断面车道设置方式为，如图1所示：道路横断面车道设置方式为：在道路最中间两条车道上，距离城市中心xkm的范围内设置普通式brt专用车道，设郊区与城市中心区之间的距离为s，则距离郊区s-x的范围内设置自动驾驶brt专用车道；行车方向从郊区往城市中心区的车道为进城侧常规机动车道，行车方向从城市中心区往郊区的常规车道为出城侧常规机动车道；其中：靠近进城侧常规机动车道的自动驾驶brt专用车道称为进城侧自动驾驶brt专用车道，靠近出城侧常规机动车道的自动驾驶brt专用车道称为出城侧自动驾驶brt专用车道；

早高峰时段，进城的自动驾驶brt车辆占用进城侧自动驾驶brt专用车道和出城侧自动驾驶brt专用车道，双车道可进行超车；出城的自动驾驶brt车辆走出城侧常规机动车道；早高峰时段的自动驾驶brt车辆的运行路径见附图1中路径①。

平峰时段，进城与出城的自动驾驶brt车辆分别占用进城侧自动驾驶brt专用车道与出城侧的自动驾驶brt专用车道；平峰时段的自动驾驶brt车辆的运行路径见附图1中路径②。

晚高峰时段，出城的自动驾驶brt车辆占用进城侧自动驾驶brt专用车道和出城侧自动驾驶brt专用车道；进城的自动驾驶brt走进城侧常规机动车道；晚高峰时段的自动驾驶brt车辆的运行路径见附图1中路径③。自动驾驶brt专用道进城侧与出城侧只是区分两条专用道，并不代表行车方向。

在进城侧自动驾驶brt专用车道与进城侧常规机动车道分界处设置进城侧站台，在出城侧自动驾驶brt专用车道与出城侧常规机动车道分界处设置出城侧站台；并分别设置早高峰时段、平峰时段和晚高峰时段的自动驾驶brt车辆的停靠方式；

以进城侧站台和出城侧站台为车道变换中途站点，进行自动驾驶brt专用车道与普通式brt专用车道的衔接；

交通信息系统收集车辆信息、站台信息和道路交通信息，并对收集的信息进行信息处理；

所述车辆信息包括车辆周围交通环境信息、车内客流信息和车辆行驶过程实时监测数据；

所述站台信息包括站台候车人数、候车时间、上下客速度和客流疏散方式；

所述道路交通信息包括交通量、行车速度、事故数据和交通环境；

控制中心根据交通信息状况，给公交总站的自动驾驶brt车辆发出发车指令，公交总站进行配合；

实时收集车辆信息、站台信息和道路交通信息，根据收集的信息对自动驾驶brt车辆行驶速度值、行驶轨迹和公交优先信号调控；

根据收集的信息判断是否进行自动驾驶brt车辆行车方向的切换，若需要切换，则管理部门进行车道清空，自动驾驶brt车辆系统调整车辆行驶轨迹；若不需要切换，则自动驾驶brt车辆继续原来的行车方向。

早高峰时段进城方向属于重交通流方向，出城方向属于轻交通流方向；平峰时段，进出城方向交通量相差不大；晚高峰时段进城方向属于轻交通流方向，出城方向属于重交通流方向。

本实施方式改善潮汐车流现象效果明显，吸引出行者绿色出行，减少交通拥堵，降低交通污染，特别是修建以及恢复容易，可以使潮汐式自动驾驶brt得以推广使用。潮汐车道上行驶车辆为自动驾驶的brt车辆，道路分车种、分幅行驶，减少相互之间的影响，可以更好的提高道路利用效率。潮汐式自动驾驶brt系统率先采用自动驾驶车辆，改变驾驶员的驾驶理念，保证人工驾驶环境到混合驾驶环境安全过渡。

具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：所述在进城侧自动驾驶brt专用车道与进城侧常规机动车道分界处设置进城侧站台，在出城侧自动驾驶brt专用车道与出城侧常规机动车道分界处设置出城侧站台；并分别设置早高峰时段、平峰时段和晚高峰时段的自动驾驶brt车辆的停靠方式，其具体过程为：

设计中央专用车道侧式站台，如图3所示，分别在自动驾驶brt专用车道与常规机动车道车道分界处设置站台，

在进城侧自动驾驶brt专用车道与进城侧常规机动车道的分界处设置进城侧站台，在出城侧自动驾驶brt专用车道与出城侧常规机动车道的分界处的设置出城侧站台；

进城侧站台靠近进城侧自动驾驶brt专用车道的一侧为进城侧站台内侧，靠近进城侧常规机动车道的一侧为进城侧站台外侧，根据常规机动车道的行车方向，靠近郊区的一端称为进城侧站台始端，靠近城市中心区的一端称为进城侧站台末端；

出城侧站台靠近出城侧自动驾驶brt专用车道的一侧为出城侧站台内侧，靠近出城侧常规机动车道的一侧为出城侧站台外侧，根据常规机动车道的行车方向，靠近城市中心区的一端称为出城侧站台始端，靠近郊区的一端称为出城侧站台末端；

当某一时段双向总客流量大于等于设计小时客流量一半时：

在早高峰时段，进城的自动驾驶brt车辆停靠进城侧站台内侧，出城的自动驾驶brt车辆利用出城侧常规机动车道停靠出城侧站台外侧；

在平峰时段，进城的自动驾驶brt车辆停靠进城侧站台内侧，出城的自动驾驶brt车辆停靠出城侧站台内侧；

在晚高峰时段，出城的自动驾驶brt车辆停靠出城侧站台内侧，进城的自动驾驶brt车辆利用进城侧常规机动车道停靠进城侧站台外侧；

当某一时段双向总客流量小于设计小时客流量一半时：采用岛式站台的停靠方式；即早高峰时段进出城自动驾驶brt车辆同时停靠出城侧站台，其中：进城自动驾驶brt车辆停靠出城侧站台内侧，出城自动驾驶brt车辆停靠出城侧站台外侧；晚高峰时段进出城自动驾驶brt车辆同时停靠进城侧站台，其中：出城自动驾驶brt车辆停靠进城侧站台内侧，进城自动驾驶brt车辆停靠进城侧站台外侧。

具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式二不同的是：所述以进城侧站台和出城侧站台为车道变换中途站点，进行自动驾驶brt专用车道与普通式brt专用车道的衔接，其具体过程为：

以双车道潮汐式自动驾驶brt与普通式brt车道衔接为例，设计潮汐式自动驾驶brt专用车道与普通式brt专用车道衔接的车道变换中途站点，如图4所示；

早高峰时段，进城方向的自动驾驶brt车辆停靠进城侧站台内侧，利用行车方向左侧的自动驾驶brt专用车道超车的自动驾驶brt车辆在出城侧站台始端右转汇入行车方向右侧的普通式brt专用车道；出城的自动驾驶brt车辆在出城侧站台始端，在早高峰时段右转进入出城侧常规机动车道，并在出城侧站台外侧停车上下客；

平峰时段，进城方向的自动驾驶brt车辆停靠进城侧站台内侧，不进行变道；出城方向的自动驾驶brt车辆停靠出城侧站台内侧，不进行变道；

晚高峰时段，进城方向的自动驾驶brt车辆走进城侧常规机动车道，在进城侧站台始端，自动驾驶brt车辆左转驶入普通式brt专用车道，并停靠进城侧站台内侧，进城方向的其他常规机动车直行；出城的自动驾驶brt车辆在出城侧站台始端，在晚高峰时段直行，停靠出城侧站台内侧，在出城侧站台末端进行分流。

具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式三不同的是：所述管理部门进行车道清空，自动驾驶brt车辆系统调整车辆行驶轨迹，其具体过程为：

自动驾驶brt车辆行车方向的切换采用分段切换的办法，以进城侧站台或出城侧站台为切换点，长度2km至5km的路段为一个切换路段；

在公交未运营时段，设置车道划分状态为取消自动驾驶brt专用车道的状态；根据城市道路交通量日分布情况，在早高峰时段之前，则以最靠近郊区的切换路段的靠近郊区一侧为起点，由取消自动驾驶brt专用车道的状态切换为早高峰时段的行车状态；逐个切换路段进行切换，且对每个切换路段进行切换时，均以切换路段的靠近郊区一侧为起点。

在平峰时段之前，由早高峰时段的行车状态切换为平峰时段的行车状态，以最靠近城市中心区的切换路段的靠近城市中心区一侧为起点；逐个切换路段进行切换，且对每个切换路段进行切换时，均以切换路段的靠近城市中心区一侧为起点；

在平峰时段之后，由平峰时段的行车状态切换为晚高峰时段的行车状态，以最靠近城市中心区的切换路段的靠近城市中心区一侧为起点；逐个切换路段进行切换；且对每个切换路段进行切换时，均以切换路段的靠近城市中心区一侧为起点；

在晚高峰时段之后，由晚高峰时段的行车状态(两条专用brt车道均用于出城自动驾驶brt车道)切换为公交未运营时段的行车状态(取消自动驾驶brt专用车道的状态)，以最靠近城市中心区的切换路段的靠近城市中心区一侧为起点。，逐个切换路段进行切换；且对每个切换路段进行切换时，均以切换路段的靠近城市中心区一侧为起点。

具体实施方式五：如图5所示：本实施方式与具体实施方式四不同的是：所述由取消自动驾驶brt专用车道的状态切换为早高峰时段的行车状态，其具体切换措施为：

发出行车方向切换命令后，将清空路段出城侧自动驾驶brt专用车道两端的车道信号灯点为红色，并启动可变信息提示板，提醒车辆提前变道，进城侧自动驾驶brt专用车道不做改变；在最靠近城市中心区的切换点处，自动驾驶brt专用车道上出城车辆在出城侧站台始端右转进入出城侧常规机动车道；采用警车跟随和视频监控方法，确认路段无车辆行驶，改变行车方向；此时进城的自动驾驶brt车辆占用两条自动驾驶brt专用车道，其中：位于出城侧自动驾驶brt专用车道上的进城自动驾驶brt车辆在出城侧站台始端右转进入进城侧自动驾驶brt专用车道。

具体实施方式六：如图6所示：本实施方式与具体实施方式五不同的是：所述由早高峰时段的行车状态切换为平峰时段的行车状态，其具体切换措施为：

发出行车方向切换命令后，清空路段上自动驾驶brt车辆禁止从出城侧自动驾驶brt专用车道两端进入清空车道，进城侧自动驾驶brt专用车道不做改变；在最靠近郊区的切换点处，出城侧自动驾驶brt专用车道上的进城自动驾驶brt车辆在出城侧站台始端右转进入进城侧自动驾驶brt专用车道，通过定位系统实时监控自动驾驶brt车辆，确认路段无车辆行驶时，改变行车方向；此时进出城方向自动驾驶brt车辆各占用一条专用道，其中：位于出城侧自动驾驶brt专用车道上的出城自动驾驶brt车辆在最靠近郊区的出城侧站台始端右转进入出城侧常规机动车道。

具体实施方式七：如图7所示：本实施方式与具体实施方式六不同的是：所述由平峰时段的行车状态切换为晚高峰时段的行车状态，其具体切换措施为：

发出行车方向切换命令后，清空路段上自动驾驶brt车辆禁止从进城侧自动驾驶brt专用车道两端进入清空路段车道，出城侧自动驾驶brt专用车道不做改变；在最靠近郊区切换点处，进城侧自动驾驶brt专用车道上进城自动驾驶brt车辆在进城侧站台末端右转进入进城侧常规机动车道；通过定位系统实时监控自动驾驶brt车辆，确认路段无车辆行驶时，改变行车方向；此时出城的自动驾驶brt车辆占用两条专用车道，其中：位于进城侧自动驾驶brt专用车道上的出城自动驾驶brt车辆在最靠近郊区的进城侧站台末端右转进入出城侧自动驾驶brt专用车道。

具体实施方式八：如图8所示：本实施方式与具体实施方式七不同的是：所述由晚高峰时段的行车状态切换为公交未运营时段的行车状态，其具体切换措施为：

发出行车方向切换命令后，将清空路段进城侧自动驾驶brt专用车道两端的车道信号灯点为红色，并启动可变信息提示板，提醒车辆提前变道，出城侧自动驾驶brt专用车道不做改变；进城侧自动驾驶brt专用车道出城的自动驾驶brt车流直接清空，禁止常规机动车流跟随；通过定位系统实时监控自动驾驶brt车辆，确认进城侧自动驾驶brt专用车道路段上无车辆行驶时改变行车方向，进城的常规机动车流从最靠近郊区的进城侧站台始端右转进入进城侧自动驾驶brt专用车道，即取消自动驾驶brt专用车道。

具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式八不同的是：所述早高峰时段是指进城方向交通量占总交通量的2/3以上；晚高峰时段是指出城方向交通量占总交通量的2/3以上；平峰时段是指进城方向交通量和出城方向交通量均小于等于总交通量的2/3。

具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式九不同的是：所述自动驾驶brt车辆的行驶轨迹部分或全部在自动驾驶brt专用车道所处的道路上；所述x的取值范围为2km-5km。

具体实施方式十一：潮汐式自动驾驶brt专用车道也可以为单车道或三车道及以上。

单车道潮汐式自动驾驶brt运营方式与双车道早晚高峰相同，如图2所示，图2中路径①为早高峰时段自动驾驶brt运行路径，路径③为晚高峰时段自动驾驶brt运行路径。因为是单车道的潮汐车道，可以考虑适当扩宽道路，压缩人行道、绿化带、非机动车道等增加一条车道，不会改变各方向常规机动车道数，而且改建扩建成本低，也可由车道数为奇数的道路改建。这种潮汐式brt设置方式不会影响原有道路车辆运行，适用潮汐车流现象不明显的路段。

单车道潮汐式自动驾驶brt的行车方向切换，设置潮汐车道的目的在于合理运用道路资源，使道路的通行能力尽可能达到最大，路段车辆的平均行程时间最小，特别是减少交通拥堵，使车流在稳定流下运行。因此，潮汐式自动驾驶brt车道的切换时机选用平均行程时间以及两个方向的服务水平作为判断准则。要求是在两个方向处于稳定流状态前提下，尽可能使平均行程时间小。

潮汐车道上brt发车间隔根据客流量、服务水平、配备的车辆数等实时调整，合理的运营策略可以使brt的服务水平符合设计要求。由于发车间隔的不确定性以及潮汐式brt系统的独立性，计算平均行程时间不用考虑潮汐车道上车辆。利用bpr路阻函数计算行程时间，t为切换后平均行程时间，t′为切换后平均行程时间。

单车道潮汐式brt共有两种车道划分状态：1)进城自动驾驶brt车辆走潮汐专用车道；2)出城自动驾驶brt车辆走潮汐专用车道。从1)切换为2)与从2)切换到1)的判断条件相同，切换后交通量计算公式也类似，因此只讨论从1)切换为2)。有四种情况：

(1)出城方向路段饱和度未达到0.8时，即使t′＜t，也不要进行切换。因为切换后可能破坏车流稳定状态，而且频繁进行切换，会带来交通安全问题。

(2)出城方向路段饱和度达到0.8时，切换后虽然出城方向饱和度小于0.8，但入城方向饱和度达到0.8，不要进行切换。因为切换后出城方向车流不一定马上恢复稳定状态，但入城方向一定马上拥挤。

(3)出城方向路段饱和度达到0.8时，t′≥t，切换后入城方向饱和度未达到0.8，进行切换。此时虽然未使t减少，但可以保证双向交通流处于稳定流。

(4)出城方向路段饱和度达到0.8时，t′＜t，切换后入城方向饱和度未达到0.8，进行切换。

自动驾驶车辆通过车辆间以及与控制中心通信即可按指令行驶，而人工驾驶车辆的驾驶员需要通过标志标线或者对讲机等接受指令行驶。自动驾驶车辆通过实时定位监控系统，即可检测车道是否清空完成，而人工驾驶车辆则需要采用警车跟随、视频监控等时段检测车道是否清空完成。而且在人工驾驶车辆下，车辆信息收集、车速引导等可能效果不理想，甚至没有。

这样设置的好处是，在现阶段自动驾驶技术还未完全成熟的情况下，人驾驶车辆可以率先推行试用。

当专用道上行驶车辆包括自动驾驶brt车辆、自动驾驶常规公交车辆、人工驾驶常规公交和人工驾驶brt车辆中一种及以上混行时，

这样设置的好处是，采用与常规公交共用的方式，在brt车辆交通量不大时，提高道路利用效率，合理利用道路资源。

当专用道上行驶车辆包括自动驾驶brt车辆、自动驾驶常规公交车辆、自动驾驶hov车辆、人工驾驶常规公交、人工驾驶brt车辆和人工驾驶hov车辆中一种及以上混行时，

这样设置的好处是，采用与hov车辆共用的方式，不仅可以解决专用道上交通量不足问题，还可以促进人们共同出行，减少资源浪费，避免交通拥堵。

本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精祌及其实质的情况下，本领域技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。