专利名称：一种保证公交优先的车道变时分复用方法
技术领域：
本发明涉及交通车道控制方法，尤其是一种公交优先的车道变时分复用方法。
背景技术：
近年来，随着我国人民生活水平的不断提高，机动车保有量急剧上升，使得各地对交通的需求迅速膨胀，交通拥堵问题也日趋严重，而车道利用率低下、道路资源浪费现象一直未能得到改善。现有的道路利用方法一般只是静态地规定各车道全天或一天中的某些时段的使用权限。例如公交专用道上全天或一天中的高峰期只允许公交车使用，其它社会车辆不得进入；其它一些普通车道，全天都可以让公交车辆或社会车辆混合行驶。这样完全未考虑到各类车辆对公共交通专用车道使用需求的动态性和平衡性。势必导致部分车道(如公交专用道)由于允许行驶的车辆较少存在长时间空闲的时段和路段，还有些车道(如普通车道)由于行驶的车辆多又缺乏有效的管制手段常常出现交通拥堵的现象。现今，针对公共交通专用车道的利用效率低下，道路资源有较严重的浪费现象，还没有提出一种切实可行的方法来实时有效地充分利用各类车道，使有限的道路资源得到合理配置。
发明内容
为了克服已有的公共交通专用车道的道路资源利用率低、无法实现资源优化配置的不足，本发明提供一种提高道路资源利用率、实现资源优化配置的保证公交优先的车道变时分复用方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是 一种保证公交优先的车道变时分复用方法，包括以下步骤 1)、在车道时分复用路段依照设定距离间隔设置用以指示借、还道命令的借、还道交通信号灯，所述借、还道信号灯具有的三种显示状态①显示准许社会车辆借道；②显示禁止社会车辆借道并要开始还道，在该状态结束之前社会车辆必须完成还道操作；③显示禁止借道且不准许有社会车辆仍在相应的还道准备区域内未完成还道操作；以上状态可用信号灯的不同颜色或是可变信息板等方式来实现； 每两交叉口信号灯间的所有借、还道信号灯作为一个借、还道信号灯组，且首尾两个借、还道信号灯与相应的原有交叉口信号灯间相距l′和l″； 2)、将沿该车道交通流方向行驶在两交叉口信号灯间区域中的公交车辆依次记作第k、k-1、k-2、...1辆公交车；将时分复用车道邻近车道的下游交叉路口车辆排队长度记作lquene；空间片的长度用L表示，沿交通流反方向以下游交叉口信号灯为起点依次划分成的空间片为L1、L2、L3、...Lm，m为自然数，空间片划分方法为是 2.1)空间片L1是从下游交叉口到经过lquene长度后的第一盏借、还道交通信号灯； 2.2)L2是从L1的末端到距离该末端最近的公交车所处的位置； 2.3)L3是从该辆公交车到距离其最近的另一辆公交车； 2.4)以此类推，直至划到公交车k为止，如果公交车k位于该组借、还道信号灯的首信号灯前方，则最后一片空间片划分到首信号灯作为结束； 2.5)当两交叉口信号灯间没有公交车辆，整个两交叉口信号灯间区域作为一个空间片； 2.6)当无公交车驶过上游交叉口信号灯并且原本处于两交叉口间的各公交车在行驶过程中以及排队长度lquene在变化过程中没有穿越借、还道信号灯，各空间片的划分结果不变，空间片内的所有借、还道信号灯采用相同控制信号；反之，依据步骤2.1)——步骤2.5)空间片划分过程重新对两交叉口信号灯间区域进行空间片的划分； 3)、空间片划分结果为L1、L2、L3...Lm，根据不同空间片类型，对应时间片划分方法不同 3.1)步骤2.1)的空间片对应时间片划分方法空间片中的第j盏借、还道信号灯在ΔT内只划分一个时间片
ΔT为两次空间片重新划分间的时间间隔； 3.2)步骤2.2)的空间片对应时间片划分方法设处于空间片Li终点的公交车为k，采集到公共交通车辆k与下游交叉口信号灯间的距离为Dbus(k)，行驶速度为Vbus(k)；则公交车k行驶到空间片Li中的第一盏借、还道信号灯的时间
其中n是式子
计算结果的整数部分，即
在公交车k行驶过程中，空间片Li中的第一盏借、还道信号灯允许显示还道信息的公交车k距下游交叉口信号灯最小距离用dbus(k)Li表示，由下式求得
空间片的时间片划分又有两种情况 ①当时，Li内的第j盏信号灯第一片时间片为
第二片时间片为 ②当
由式子
求出N，则Li中第一盏到第int(N)+1盏信号灯在ΔT内划分一片时间片
第int(N)+2盏以后的信号灯划分成的第一片时间片为
第二片时间片为 3.3)步骤2.3)和步骤2.5)的空间片对应时间片划分方法该类空间片Li中的第j盏借、还道信号灯在ΔT内只划分一个时间片 4)、具体控制过程为 对同一空间片内的所有借、还道信号灯采用相同控制信号进行控制； 整个时间片Tcar对应借、还道交通信号灯显示普通车辆借道信号，且该信号的保持时间Tcar；时间片Tbus的开始时刻，对应借、还道交通信号灯显示普通车辆禁止借道、开始还道等信号且保持时间为Tout，经过Tout时间后，对应借、还道交通信号灯显示普通车辆禁止借道、还道操作必须结束信号且保持时间为Tbus-Tout； 信号控制过程当空间片重新划分就马上终止，根据新划分的空间片情况重新开始。
本发明的技术构思为该方法的基本原理是在保证公交优先的战略前提下，充分挖掘和利用有限的道路资源，对存在相对运能剩余的公共交通专用车道部分路段进行资源再生利用，即按照公交车的调度信息与位置信息，对专用道进行时间片的动态划分，在保证公交拥有优先路权(即不影响公交车辆的顺利畅通)的前提下，允许社会普通车辆驶入公共交通专用车道借道行驶。
为了实现在逻辑上只有公交车使用车道，物理上实际为公交车辆和社会车辆在共享道路资源，需通过公共交通车辆上车载GPS等定位设备、路边RFID路标设备、埋设在车道中的环形线圈及视频采集设备等获取的路段基础交通流数据进行分析，并结合公共交通专用车道上行驶的公交车线路的统筹调度方案，对公共交通专用车道上具有较长闲置时间的部分路段或是普通车道上因缺乏管控而交通拥堵的路段采用变时分复用方法，即根据采集到的路段交通流实时数据及紧急事件信息，将整个时间域和空间域动态划分成长短的时间片和空间片，且在一天的不同时段得到的时间片、空间片划分结果应该是不同的。并在时分复用路段上布置一系列有一定间距的借、还道交通信号灯，通过信号控制器将时间片和空间片动态划分结果转化成借、还道交通信号灯的信号控制策略，则公共交通车辆及社会车辆就可以根据借、还道交通信号灯显示的借、还信息在各自的时间片和空间片内使用相应车道的时分复用路段。
本发明的有益效果主要表现在1、提高道路资源利用率、实现资源优化配置；2、避免了现有道路资源利用中出现的利用率低下、资源浪费等现象，在保证公交优先的前提下尽可能满足社会车辆对道路的使用，最大限度的利用道路资源，协调并方便各类车辆的出行。在现今道路资源稀缺的形势下，车道变时分复用方法无疑能高效利用道路资源，进一步发挥公交优先战略的优势，缓解交通拥堵，满足各类车辆对交通的需求。
图1是两交叉口间公共交通专用车道变时分复用方法物理实现图。
图2是保证公交优先的车道变时分复用方法的具体流程图。
具体实施例方式 下面结合附图对本发明作进一步描述。
参照图1和图2，一种保证公交优先的车道变时分复用方法，所述车道变时分复用方法包括以下步骤 1)、在车道时分复用路段依照设定距离间隔设置用以指示借、还道命令的借、还道交通信号灯，所述借、还道信号灯具有的三种显示状态①显示准许社会车辆借道；②显示禁止社会车辆借道并要开始还道，在该状态结束之前社会车辆必须完成还道操作；③显示禁止借道且不准许有社会车辆仍在相应的还道准备区域内未完成还道操作；以上状态可用信号灯的不同颜色或是可变信息板等方式来实现； 每两交叉口信号灯间的所有借、还道信号灯作为一个借、还道信号灯组，且首尾两个借、还道信号灯与相应的原有交叉口信号灯间相距l′和l″； 2)、将沿该车道交通流方向行驶在两交叉口信号灯间区域中的公交车辆依次记作第k、k-1、k-2、...1辆公交车；将时分复用车道邻近车道的下游交叉路口车辆排队长度记作lquene；空间片的长度用L表示，沿交通流反方向以下游交叉口信号灯为起点依次划分成的空间片为L1、L2、L3、...Lm，m为自然数，空间片划分方法为是 2.1)空间片L1是从下游交叉口到经过lquene长度后的第一盏借、还道交通信号灯； 2.2)L2是从L1的末端到距离该末端最近的公交车所处的位置； 2.3)L3是从该辆公交车到距离其最近的另一辆公交车； 2.4)以此类推，直至划到公交车k为止，如果公交车k位于该组借、还道信号灯的首信号灯前方，则最后一片空间片划分到首信号灯作为结束； 2.5)当两交叉口信号灯间没有公交车辆，整个两交叉口信号灯间区域作为一个空间片。
2.6)当无公交车驶过上游交叉口信号灯并且原本处于两交叉口间的各公交车在行驶过程中以及排队长度lquene在变化过程中没有穿越借、还道信号灯，各空间片的划分结果不变，空间片内的所有借、还道信号灯采用相同控制信号；反之，依据步骤2.1)——步骤2.5)空间片划分过程重新对两交叉口信号灯间区域进行空间片的划分。3)、空间片划分结果为L1、L2、L3...Lm，根据不同空间片类型，对应时间片划分方法不同 3.1)步骤2.1)的空间片对应时间片划分方法空间片中的第j盏借、还道信号灯在ΔT内只划分一个时间片
ΔT为两次空间片重新划分间的时间间隔； 3.2)步骤2.2)的空间片对应时间片划分方法设处于空间片Li终点的公交车为k，采集到公共交通车辆k与下游交叉口信号灯间的距离为Dbus(k)，行驶速度为Vbus(k)；则公交车k行驶到空间片Li中的第一盏借、还道信号灯的时间
其中n是式子
计算结果的整数部分，即
在公交车k行驶过程中，空间片Li中的第一盏借、还道信号灯允许显示还道信息的公交车k距下游交叉口信号灯最小距离用dbus(k)Li表示，由下式求得
空间片的时间片划分又有两种情况 ①当
时，Li内的第j盏信号灯第一片时间片为
第二片时间片为
②当
由式子
求出N，则Li中第一盏到第int(N)+1盏信号灯在ΔT内划分一片时间片
第int(N)+2盏以后的信号灯划分成的第一片时间片为
第二片时间片为 3.3)步骤2.3)和步骤2.5)的空间片对应时间片划分方法该类空间片Li中的第j盏借、还道信号灯在ΔT内只划分一个时间片 4)、具体控制过程为 对同一空间片内的所有借、还道信号灯采用相同控制信号进行控制； 整个时间片Tcar对应借、还道交通信号灯显示普通车辆借道信号，且该信号的保持时间Tcar；时间片Tbus的开始时刻，对应借、还道交通信号灯显示普通车辆禁止借道、开始还道等信号且保持时间为Tout，经过Tout时间后，对应借、还道交通信号灯显示普通车辆禁止借道、还道操作必须结束信号且保持时间为Tbus-Tout； 信号控制过程当空间片重新划分就马上终止，根据新划分的空间片情况重新开始。
本实施例中，时分复用路段以已有交叉口交通信号灯为节点分割成若干个连续区域，且对每个区域的车道变时分复用方法相同。因此，将这样的两交叉口信号灯间区域作为车道变时分复用方法的基本控制单元。以图1中的公交专用道需时分复用路段上两交叉口信号灯间区域为例来具体说明道路资源变时分复用方法，包括借、还道交通信号灯的设计和布置、空间片和时间片的动态划分以及借、还道交通信号灯的信号控制策略的设定。
(1)借、还道交通信号灯布置方案 为实现本发明中的车道变时分复用方法，在现有道路需做以下改动①在车道时分复用路段设置一系列经过特殊设计能够指示借、还道命令的交通信号灯；②在车道上标出供社会车辆还道的准备区域(即从社会车辆可以开始还道操作的准备线到前方距该准备线最近的借、还道信号灯之间的区域)，该准备区域长度为lpre。
其中借、还道信号灯具有的三种显示状态为①显示准许社会车辆借道；②显示禁止社会车辆借道并要开始还道，在该状态结束之前社会车辆必须完成还道操作；③显示禁止借道且不准许有社会车辆仍在相应的还道准备区域内未完成还道操作。以上状态可用信号灯的不同颜色或是可变信息板等方式来实现。
这种借、还道信号灯以一定间距l布置在原有交叉口信号灯间的车道上，每两交叉口信号灯间的所有借、还道信号灯作为一个借、还道信号灯组，且首尾两个借、还道信号灯(距上游交叉口信号灯最近的为首借、还道信号灯；距下游交叉口信号灯最近的为尾借、还道信号灯)与相应的原有交叉口信号灯间相距l′和l″。l、l′和l″的设定与相应路段上公共交通车辆的调度情况及社会车辆的交通流量有关。为了方便计算，设定l′需满足
l″根据时分复用路段实际交通流和道路情况(如下游交叉口车辆的排队长度等)来设置。其中Tin表示社会车辆驶入公共交通专用车道所需的时间；Tout表示社会车辆驶出公共交通专用车道所需的时间；Tsave表示公共交通车辆与社会车辆交替时的安全间隔时间。
(2)车道变时分复用的空间片的动态划分 “空间片”概念与现有的“时间片”概念相似，即采用相同控制信号(一致并发或一致递进)的在空间上连续分布的一段区域为一个空间片。空间片的划分是由行驶在车道上各公交车辆车载GPS等定位设备采集到的公交车位置信息(即公交车在专用车道上的位置分布情况)以及路边RFID路标设备、埋设在车道中的环形线圈及视频采集设备等获取的下游交叉路口车辆排队长度来决定的。为说明方便，将沿该车道交通流方向行驶在两交叉口信号灯间区域中的公交车辆依次记作k、k-1、k-2、......；将时分复用车道邻近车道的下游交叉路口车辆排队长度记作lquene。空间片的长度用L表示，沿交通流反方向以下游交叉口信号灯为起点依次划分成的空间片为L1、L2、L3、......空间片划分方法为是 ①空间片L1是从下游交叉口到经过lquene长度后的第一盏借、还道交通信号灯(当lquene＝0时，空间片L1是从下游交叉口到该组借、还道信号灯的尾信号灯)； ②L2是从L1的末端到距离该末端最近的公交车所处的位置； ③L3是从该辆公交车到距离其最近的另一辆公交车； ④以此类推，直至划到公交车k为止，如果公交车k位于该组借、还道信号灯的首信号灯前方，则最后一片空间片划分到首信号灯作为结束； ⑤当两交叉口信号灯间没有公交车辆，整个两交叉口信号灯间区域作为一个空间片。
⑥当无公交车驶过上游交叉口信号灯并且原本处于两交叉口间的各公交车在行驶过程中以及排队长度lquene在变化过程中没有穿越借、还道信号灯，各空间片的划分结果不变，空间片内的所有借、还道信号灯采用相同控制信号；反之，依据步骤①——步骤⑤空间片划分过程重新对两交叉口信号灯间区域进行空间片的划分。
根据空间片划分方法不同，可将各空间片分为三种类型①类型一是根据排队长度来划分的，如空间片L1；②类型二是根据公交车位置来划分的且空间片终点是相应公交车所处位置，如L2、L3......③类型三是根据公交车位置来划分的且空间片终点是相应借、还道信号灯所处位置，一般是在公交车k位于该组借、还道信号灯的首信号灯前方情况下的最后一片空间片。
(3)车道变时分复用的时间片的动态划分 时间片的划分是在空间片划分完成的基础上，根据公共交通车载GPS等定位设备采集到的公交车位置和速度信息，以及路边RFID路标设备、埋设在车道中的环形线圈及视频采集设备等获取的路段基础交通流数据进行的，最终划分成长短不一、相互交替排布的两类时间片①供公共交通车辆行驶的时间片，用Tbus表示；②供社会车辆行驶的时间片，用Tcar。为了便于说明，将两次空间片重新划分间的时间间隔作为最基本的时间片划分单元，记为ΔT。
时间片的划分中最关键的是要找到供社会车辆行驶的最小时间片Tcarmin，其它时间片可根据Tcarmin推得。Tcarmin不能设定过小，因为过小的时间片会造成借还道信号变化频繁，容易引起道路交通流振荡；Tcarmin也不能设定过大，因为过大的时间片不能很好的利用道路资源。因此该时间片Tcarmin的设定在一天的不同时段应该是不同的，如在交通高峰时段，为了更充分利用公交专用道资源，时间片Tcarmin设定的较小，只要不会引起道路交通流振荡就可以，使社会车辆尽可能做到“见缝插针”，在夜间等道路交通流量较小的时段，如无紧急事件，可将Tcarmin设定大些，因为此时其它相邻车道上也不会十分拥挤，社会车辆对道路资源的需求没有那么迫切。
在ΔT时间内，空间片划分结果为L1、L2、L3......根据不同空间片类型，对应时间片划分方法不同 ①第一种类型空间片对应时间片划分方法为了社会车辆在还道时能顺利驶出时分复用车道进入邻近车道，社会车辆必须在邻近车道上的排队车辆之前驶离专用道，所以该类空间片中的第j盏借、还道信号灯在ΔT内只划分一个时间片
②第二种类型空间片对应时间片划分方法为方便说明，设处于空间片Li终点的公交车为k，采集到公共交通车辆k与下游交叉口信号灯B间的距离为Dbus(k)，行驶速度为Vbus(k)。则公交车k行驶到空间片Li中的第一盏借、还道信号灯的时间
其中n是式子
计算结果的整数部分，即
在公交车k行驶过程中，空间片Li中的第一盏借、还道信号灯(即空间片Li中距离公交车k最近的一盏借、还道信号灯)允许显示还道信息的公交车k距下游交叉口信号灯最小距离用dbus(k)Li表示，可由下式求得
这类空间片的时间片划分又有两种情况 情况一当
时，Li内的第j盏信号灯第一片时间片为
第二片时间片为
情况二当
可由式子
求出N，则Li中第一盏到第int(N)+1盏信号灯在ΔT内划分一片时间片
第int(N)+2盏以后的信号灯划分成的第一片时间片为
第二片时间片为 ③第三种类型空间片对应时间片划分方法该类空间片Li中的第j盏借、还道信号灯在ΔT内只划分一个时间片
(4)借、还道交通信号灯的信号控制策略 在空间片、时间片划分完成的基础上，根据两者的划分结果设定借、还道交通信号灯的信号控制策略并由信号控制器将最终的控制信号发送给各借、还道交通信号灯。具体信号控制策略如下 ①同一空间片内的所有借、还道信号灯采用相同控制信号(一致并发或一致递进)进行控制。
②时间片的划分结果直接反映在各借、还道交通信号灯显示的信号及其信号保持时间整个时间片Tcar对应借、还道交通信号灯显示普通车辆借道信号，且该信号的保持时间Tcar；时间片Tbus的开始时刻，对应借、还道交通信号灯显示普通车辆禁止借道、开始还道等信号且保持时间为Tout，经过Tout时间后，对应借、还道交通信号灯显示普通车辆禁止借道、还道操作必须结束信号且保持时间为Tbus-Tout。
③信号控制过程当空间片重新划分就马上终止，根据新划分的空间片情况重新开始。
权利要求
1.一种保证公交优先的车道变时分复用方法，其特征在于所述保证公交优先的车道变时分复用方法包括以下步骤
1)、在车道时分复用路段依照设定距离间隔设置用以指示借、还道命令的借、还道交通信号灯，所述借、还道信号灯具有的三种显示状态①显示准许社会车辆借道；②显示禁止社会车辆借道并要开始还道，在该状态结束之前社会车辆必须完成还道操作；③显示禁止借道且不准许有社会车辆仍在相应的还道准备区域内未完成还道操作；
每两交叉口信号灯间的所有借、还道信号灯作为一个借、还道信号灯组，且首尾两个借、还道信号灯与相应的原有交叉口信号灯间相距l′和l″；
2)、将沿该车道交通流方向行驶在两交叉口信号灯间区域中的公交车辆依次记作第k、k-1、k-2、...1辆公交车；将时分复用车道邻近车道的下游交叉路口车辆排队长度记作lquene；空间片的长度用L表示，沿交通流反方向以下游交叉口信号灯为起点依次划分成的空间片为L1、L2、L3、...Lm，m为自然数，空间片划分方法为是
2.1)空间片L1是从下游交叉口到经过lquene长度后的第一盏借、还道交通信号灯；
2.2)L2是从L1的末端到距离该末端最近的公交车所处的位置；
2.3)L3是从该辆公交车到距离其最近的另一辆公交车；
2.4)以此类推，直至划到公交车k为止，如果公交车k位于该组借、还道信号灯的首信号灯前方，则最后一片空间片划分到首信号灯作为结束；
2.5)当两交叉口信号灯间没有公交车辆，整个两交叉口信号灯间区域作为一个空间片；
2.6)当无公交车驶过上游交叉口信号灯并且原本处于两交叉口间的各公交车在行驶过程中以及排队长度lquene在变化过程中没有穿越借、还道信号灯，各空间片的划分结果不变，空间片内的所有借、还道信号灯采用相同控制信号；反之，依据步骤2.1)——步骤2.5)空间片划分过程重新对两交叉口信号灯间区域进行空间片的划分。
3)、空间片划分结果为L1、L2、L3...Lm，根据不同空间片类型，对应时间片划分方法不同
3.1)步骤2.1)的空间片对应时间片划分方法空间片中的第j盏借、还道信号灯在ΔT内只划分一个时间片ΔT为两次空间片重新划分间的时间间隔；
3.2)步骤2.2)的空间片对应时间片划分方法设处于空间片Li终点的公交车为k，采集到公共交通车辆k与下游交叉口信号灯间的距离为Dbus(k)，行驶速度为Vbus(k)；则公交车k行驶到空间片Li中的第一盏借、还道信号灯的时间其中n是式子
计算结果的整数部分，即在公交车k行驶过程中，空间片Li中的第一盏借、还道信号灯允许显示还道信息的公交车k距下游交叉口信号灯最小距离用dbus(k)Li表示，由下式求得空间片的时间片划分又有两种情况
①当时，Li内的第j盏信号灯第一片时间片为第二片时间片为
②当由式子求出N，则Li中第一盏到第int(N)+1盏信号灯在ΔT内划分一片时间片第int(N)+2盏以后的信号灯划分成的第一片时间片为第二片时间片为
3.3)步骤2.3)和步骤2.5)的空间片对应时间片划分方法该类空间片Li中的第j盏借、还道信号灯在ΔT内只划分一个时间片
4)、具体控制过程为
对同一空间片内的所有借、还道信号灯采用相同控制信号进行控制；
整个时间片Tcar对应借、还道交通信号灯显示普通车辆借道信号，且该信号的保持时间Tcar；时间片Tbus的开始时刻，对应借、还道交通信号灯显示普通车辆禁止借道、开始还道等信号且保持时间为Tout，经过Tout时间后，对应借、还道交通信号灯显示普通车辆禁止借道、还道操作必须结束信号且保持时间为Tbus-Tout；
信号控制过程当空间片重新划分就马上终止，根据新划分的空间片情况重新开始。
全文摘要
一种保证公交优先的车道变时分复用方法，在保证公交优先的战略前提下，充分挖掘和利用有限的道路资源，对存在相对运能剩余的公共交通专用车道部分路段按照公交车的调度信息与位置信息，对专用道进行时间片的动态划分，在保证公交拥有优先路权(即不影响公交车辆的顺利畅通)的前提下，允许社会普通车辆驶入公共交通专用车道借道行驶。本发明能提高道路资源利用率、实现资源优化配置。
文档编号G08G1/07GK101739830SQ20091015665
公开日2010年6月16日 申请日期2009年12月31日 优先权日2009年12月31日
发明者董红召, 赵玉婷, 郭明飞, 郭海锋, 陈宁 申请人:浙江工业大学