单有轨电车平交路口协同优先控制方法与流程

本发明涉及一种有轨电车优先控制方法，属于城市交通控制领域。

背景技术：

有轨电车作为具有建设成本低、建设周期短、节能舒适等优点的环境友好型城市轨道交通系统，在国外发达城市得到大量应用。相对于国外而言，有轨电车在国内仍属于新兴事物，技术还处于起步阶段，并不像国外一样有着完备的法规和运行方案。再者，我国人口众多，交通环境复杂，在有轨电车经过平交路口时，与社会车辆的冲突大大降低了车辆的运行效率，且存在许多安全隐患，照搬国外有轨电车技术并不能解决我国现存问题。哈尔滨工业大学《一种考虑非优先相位车辆延误增加上限的有轨电车优先控制方法》专利考虑了车辆非优先时的延误，从而采取了优化策略，虞笑晨在《德国现代有轨电车平交口信号优先》等文章中提到了信号优先参数的计算及控制概论，但均没有对有轨电车不同行走方式进行分类讨论得出不同控制方案。国内技术研究中急需提出一套适合我国交通状况的有轨电车优先的分类控制方案。

有轨电车经过平交路口采用相对社会车辆优先通行的策略，在保证社会车辆通行效率的前提下，有轨电车和社会车辆同时放行且互不干扰，或者在无法避免干扰的情况下将有轨电车与社会车辆在时间上分隔开，保证有轨电车相对优先通行，并针对有轨电车不同的行走方式提出不同方案，可有效解决上述问题，并体现了安全高效的理念。

技术实现要素：

本发明提供一种不同行走方式的单个有轨电车相对优先的平交路口信号控制方法，避免了有轨电车和社会车辆的相互影响，提高了车辆的通行效率和安全性。

本发明是一种基于四相位平交路口，针对单一有轨电车不同行走方式提出不同的控制策略的控制方法，按照以下步骤实现：

包括如下步骤：

(1)计算有轨电车到达停止线的时间t；

(2)判断有轨电车的行走状态，若直行，进入(3)，若转弯，进入(11)；

(3)根据时间t判断有轨电车到达停车线时信号灯的状态，如果信号灯是绿灯，进入(4)，如果信号灯是红灯，则进入(6)；

(4)判断有轨电车到达停车线时的绿灯剩余时间t剩是否大于有轨电车直行通过平交路口的时间n，若是，则不调整信号灯时间与相序；若否，则进入(5)；

(5)对绿灯时间进行延长，绿灯延长时间为a，其中a＝n-t剩；

(6)判断信号灯的下一相位是否为有轨电车行走方向的绿灯，若是，进入(7)，否则进入(8)；

(7)判断正在放行方向的社会车流量是否大于q1，若是，有轨电车等待自己行驶方向的绿灯亮起后通过路口；若否，当停止线检测器检测到有轨电车到达，信号灯立即由红灯切换为绿灯，供有轨电车安全通过；

(8)判断当有轨电车到达停止线时所放行的相位到有轨电车行走相位之间所有相位的社会车总流量是否大于q2，若是，进入(9)；否则进入(10)；

(9)判断有轨电车到达停止线时所放行的相位到有轨电车行走方向相位之间是否有流量大于q的相位，若有，将有轨电车相位插入到流量为q的相位之后；若没有，直接插入到当前放行相位之后；

(10)判断有轨电车到达停止线时所放行的相位到有轨电车行走相位之间是否有流量大于q的相位，若有，在当前放行相位之后直接放行流量为q的相位，然后放行有轨电车相位；若没有，当前放行相位之后直接跨越其它相位到有轨电车行走相位；

(11)判断车辆转弯方向，如果是左转，则进入(12)；如果是右转进入(16)；

(12)由(2)中得到的时间t以及有轨电车的行走方式判断有轨电车到达停车线时信号灯是否为绿灯，如果是绿灯，进入(13)，若为红灯，则进入(15)；

(13)判断车辆到达停车线时的绿灯剩余时间t剩是否大于车辆转弯通过平交路口的时间m，若t剩>m，则不调整信号灯时间与相序，若否，则进入(14)；

(14)在原来绿灯时长的基础上延长绿灯时间，绿灯延长时间为b，其中b＝m-t剩；

(15)判断信号灯的下一相位是否为有轨电车行走方向的绿灯，若是，进入(7)，否则进入(8)；

(16)判断正在放行方向的社会车流量是否大于q1，若是，在正在放行相位后插入有轨电车右转专用相位；否则，当停止线检测器检测到车辆到达，有轨电车行走方向的信号灯立即由红灯切换为绿灯，供有轨电车安全通过。

优选地，步骤(1)中计算有轨电车到达停止线的时间t的公式为：其中，v是有轨电车的车速，l是预告检测器到停止线的距离。

优选地，步骤(4)中有轨电车直行通过平交路口的时间n的计算公式为：其中，c为有轨电车车长，w为平交路口宽度。

优选地，步骤(13)中车辆转弯通过平交路口的时间m的计算公式为：其中，c为有轨电车车长，h为车辆转弯曲线长度。

本发明具有以下有益技术效果：

本发明方法考虑单个有轨电车经过平交路口，提供了有轨电车在平交路口相对社会车辆优先通行的控制方法。考虑到社会车辆与有轨电车的混行状态，在保证社会车辆基本通行效率的情况下，将不同行走方式的两种车辆在时间上进行分离，并对有轨电车不同的运行状态进行分类，允许有轨电车相对优先通行，实现了分类条件下有轨电车的控制策略，提升了车辆的运行效率。

将有轨电车的行走方式分为单车直行与单车转弯两种，对有轨电车到达平交路口所遇到的信号灯状态进行分析，根据不同的信号灯状态，采取“绿灯延长”、“红灯早断”、“插入相位”、“跨越相位”等不同的控制策略。首先，这一策略改善了平交路口信号灯的单一控制模式，一方面避免了社会车辆与有轨电车的冲突，另一方面也是把两种车辆在平交路口的运行动态结合起来，提高了车辆运行过程中的安全性；其次，车辆的控制策略根据车辆以及平交路口的实时信息确定，更加具有时效性，从而车辆在平交路口的整个运行过程中减少了延误，运行效率得到整体提高；同时，本发明提供了一套相对完整的单个有轨电车经过平交路口的控制策略，在实施过程中更为方便，并且这为城市交通的绿色发展做出贡献。

附图说明

图1是平交路口有轨电车检测器布设及轨道铺设示意图；

图2是有轨电车单车直行方式下控制策略流程图；

图3是有轨电车单车转弯方式下控制策略流程图；

图4是判断控制策略是否采取插入相位的流程图；

图5是判断控制策略是否采取跨越相位的流程图。

具体实施方式

下面结合附图1至附图5对本发明做进一步说明。

铺设检测器：在进入平交路口前沿着有轨电车行车方向依次安装预告检测器、请求检测器、停车线检测器、取消检测器获取有轨电车的位置及速度等信息，当车辆到达预告检测器时，信号控制系统通过预告检测器发出列车的实时信息判断有轨电车到达停止线的时间，根据系统模型和当前交通信息来确定优先方案，得到是否允许车辆优先通行的信息。当有轨电车到达请求检测器时，车辆与请求检测器共同发出请求优先的信息，该信息传递至信号控制系统，信号系统收到信息后，再将得到的车辆是否优先的信息发送至信号机以及车辆，告知车辆是否可以优先通行。若车辆可以优先通行，则在取消检测器检测到车尾经过后，平交路口的信号控制方案回归到正常控制状态。有轨电车专用轨道在主路中间铺设，如图1所示。

本控制策略考虑在单个有轨电车经过平交路口相对优先通过，并根据不同的行走方式进行分类实现，其实现过程为：

(1)有轨电车到达预告检测器后，计算车辆到达停止线的旅行时间是决定有轨电车是否优先通行的关键。假设有轨电车从预告检测器到停止线的旅行时间是t，而此时车辆的速度是v，预告检测器到停止线的距离是l，则(单位：s)。

(2)判断有轨电车的行走状态，若直行，进入(3)，若转弯，进入(11)。

(3)由(2)中得到的时间t以及有轨电车的行走方式判断有轨电车到达停车线时信号灯是否为绿灯，即进行下一步判断，如果车辆到达时为绿灯，进入(4)，若为红灯，则进入(6)。

(4)判断车辆到达停车线时的绿灯剩余时间t剩是否大于车辆直行通过平交路口的时间n，若t剩>n，则不需要调整信号灯时间与相序，车辆可与社会车辆同事安全通过，否则进入(5)。假设车长为c，平交路口宽度为w，(单位：s)。

(5)经判断得到t剩<n，则必须采取“绿灯延长”策略，车辆方可安全通过。假设绿灯延长时间为a。则a＝n-t剩(单位：s)。

(6)当判断车辆到达停车线时信号灯为红灯，则进一步判断信号灯的下一相位是否为有轨电车行走方向的绿灯，若是，进入(7)，否则进入(8)。

(7)判断正在放行方向的社会车流量是否大于q1，若是，有轨电车必须等待自己行驶方向的绿灯亮起，方可安全通过；否则，采取“红灯早断”策略，当停止线检测器检测到车辆到达，有轨电车行走方向的信号灯立即由红灯切换为绿灯，供有轨电车安全通过。

(8)判断当有轨电车到达停止线时所放行的相位到有轨电车行走相位之间所有相位的总流量是否大于q2，若是，则采取“插入相位”策略，进入(9)；否则采取“跨越相位”策略，进入(10)。

(9)当采取“插入相位”策略时，必须判断将有轨电车相位插入到哪一相位之后，必须有一定的判断原则，具体情况见图4。判断有轨电车到达停止线时所放行的相位到有轨电车行走方向相位之间是否有流量大于q的相位，若有，将有轨电车相位插入到流量为q的相位之后；若没有，直接插入到当前放行相位之后。

(10)当采取“跨越相位”策略时，同样判断有轨电车到达停止线时所放行的相位到有轨电车行走相位之间是否有流量大于q的相位，若有，在当前放行相位之后直接放行大流量相位，然后放行有轨电车相位；若没有，当前放行相位之后直接跨越其它相位到有轨电车行走相位。具体情况见图5。

(11)由(1)中判断知有轨电车的行走方式为转弯，再判断车辆是否左转，从而进行下一步判断。如果车辆左转，则进入(12)；否则进入(16)。

(12)由(2)中得到的时间t以及有轨电车的行走方式判断有轨电车到达停车线时信号灯是否为绿灯，进而进行下一步判断。如果车辆到达时为绿灯，进入(13)，若为红灯，则进入(15)。

(13)判断车辆到达停车线时的绿灯剩余时间t剩是否大于车辆转弯通过平交路口的时间m，若t剩>m，则不需要调整信号灯时间与相序，车辆可与社会车辆同时安全通过，否则进入(14)。假设车长为c，车辆转弯曲线长度为h，(单位：s)。

(14)经(13)判断得到t剩<m，则采取“绿灯延长”策略，在原来绿灯时长的基础上延长绿灯时间，车辆方可安全转弯。假设绿灯延长时间为b。则b＝m-t剩(单位：s)。

(15)当判断车辆到达停车线时信号灯为红灯，则进一步判断信号灯的下一相位是否为有轨电车行走方向的绿灯，若是，进行下一步判断，进入(7)，否则进入(8)。

(16)在(11)中判断车辆行走方式为右转，进行下一步。判断正在放行方向的社会车流量是否大于q1，若是，采取“插入相位”策略，在正在放行相位后插入有轨电车右转专用相位(由于有轨电车右转与其他车辆存在冲突，无法与社会车辆同时通行，此时必须设置有轨电车右转专用相位)；否则，采取“红灯早断”策略，当停止线检测器检测到车辆到达，有轨电车行走方向的信号灯立即由红灯切换为绿灯，供有轨电车安全通过。