非会车状态下双有轨电车平交路口协同优先控制方法与流程

本发明涉及一种双有轨电车路口协同优先控制方法，属于城市交通控制领域。

背景技术：

对于我国这样一个众多资源缺乏的国家而言，发展能耗少、安全环保的公共交通是解决城市化发展中交通问题的唯一出路，而现代有轨电车具有可靠、舒适、节能、环保的特点正符合这一发展目标。但是由于有轨电车的运营与社会车辆冲突较大，尤其是在平交路口处，只有解决这一问题才能保障路面混合交通的安全运营。同济大学李盛在《现代有轨电车与道路交通的协调控制方法》中提到多层次协调控制，并对模型进行计算验证；王舒祺在《现代有轨电车交叉路口优先控制管理方法研究综述》中基于空间优先和时间优先两种方法使有轨电车在平交路口优先于社会车辆。但以上研究均没有针对有轨电车的行车方式进行分类，甚至没有考虑到多辆有轨电车同时达到路口时的控制方法。针对以上问题，该发明提出一套两辆有轨电车同时或一前一后到达平交路口，且对于社会车辆相对优先的分类控制方法。

技术实现要素：

本发明提供一种两辆有轨电车同时到达交叉口且相对社会车辆优先的平交路口信号控制方法，其考虑了两辆有轨电车以会车以外的状态到达平交路口时的信号灯的相位控制，避免了有轨电车与社会车辆之间的冲突，提高了有轨电车和社会车辆混行的平交路口下车辆的通行效率。

本发明以正常四相位平交路口为例进行分析，针对两辆有轨电车以会车状态到达平交口的信号控制策略，具体采用如下技术方案：

(1)判断两辆有轨电车到达路口时的冲突类型，若两车垂直冲突，进入步骤(2)；若两车一辆直行、一辆左转，进入步骤(3)；若两车一辆直行、一辆右转，进入步骤(4)；若双车均左转，进入步骤(5)；若双车均右转，进入步骤(6)；若两车一辆左转、一辆右转，进入步骤(7)；

(2)两车在平交路口发生垂直冲突，进行如下步骤：

(21)分别计算两辆有轨电车到达停止线的时间t；

(22)判断两辆有轨电车到达平交路口是否都为红灯，若是，进入(23)；否则进入(25)；

(23)判断当前相位流量是否大于q1，若是，则两车均停车等待，待其中一辆有轨电车通过后，进入(24)；若不是，信号灯提前切换到下一相位，待其中一辆有轨电车通过后，同样进入(24)；

(24)判断下一相位流量是否大于q2，若是，另一有轨电车停车等待；否则，直接跨越到另一有轨电车通行相位；

(25)两车其中一辆到达平交路口为绿灯，则判断绿灯剩余时间t剩是否大于有轨电车直行通过平交路口的时间n，若是，车辆直接安全通过，进入(24)；否则采取延长绿灯时间b，其中b＝n-t剩，进入(24)；

(3)两车在平交路口一辆直行、一辆左转，进行如下步骤：

(31)分别计算两辆有轨电车到达停止线的时间t；

(32)判断两辆有轨电车到达平交路口是否都为红灯，若是，进入(33)；否则进入(36)；

(33)判断下一相位是否为某一有轨电车行走方向的绿灯，若是，进入(35)；否则进入(34)；

(34)判断正在放行到有轨电车行走相位之间的相位流量是否大于q2，若是，两车均停车等待各自的通行相位；否则，直接跨越到有轨电车行走相位供其通行；

(35)判断当前通行相位的流量是否大于q1，若是，两车均等待各自通行相位；否则信号灯提前切换到下一相位；

(36)两车其中一辆到达平交路口为绿灯，则判断绿灯剩余时间t剩是否大于有轨电车直行通过平交路口的时间n，若是，车辆直接安全通过，进入(37)；否则延长绿灯时间b，其中b＝n-t剩，进入(37)；

(37)判断下一相位是否为遇红灯车辆所通行的相位，若是，直接按照正常相位顺序通行；否则进入(38)；

(38)判断正在放行的有轨电车行走相位之间是否有流量大于q2的相位，若有，在当前相位后插入流量大于q2的相位，然后插入遇红灯的有轨电车所通行相位；否则直接跨越中间相位到有轨电车通行相位；

(4)两车在平交路口两车一辆直行、一辆右转，进行如下步骤：

(41)分别计算两辆有轨电车到达停止线的时间t；

(42)判断直行车辆到达平交路口是否遇到绿灯，若是，进入(43)；否则进入(45)。

(43)判断绿灯剩余时间t剩是否大于有轨电车直行通过平交路口的时间n，若是，直行车辆直接通过，进入(44)；否则延长绿灯时间b，其中b＝n-t剩，进入(44)；

(44)直行车辆安全通过后，判断当前相位后一周期内所有相位是否有流量大于q1的相位，若有在当前相位后插入流量大于q1的相位，然后插入有轨电车专用相位供右转有轨电车通行；若没有，直接在当前相位后插入有轨电车专用相位；

(45)判断当前相位后一周期内所有相位是否有流量大于q1的相位，若有，在当前相位后插入流量大于q1的相位，然后插入有轨电车专用相位供两辆有轨电车同时通行；若没有，直接在当前相位后插入有轨电车专用相位，两辆车同时通行。

(5)两车在平交路口均左转，进行如下步骤：

(51)判断两车是否在同一相位，若是则设置有轨电车专用相位供两辆有轨电车通行，进入(52)；若否，进入(53)；

(52)判断车辆到达平交路口时的通行相位后一周期是否有流量大于q1的相位，若有，在通行相位后插入流量大于q1的相位，然后插入有轨电车专用相位供两辆有轨电车同时通行；若没有，直接在当前相位后插入有轨电车专用相位，两辆车同时通行；

(53)分别计算两辆有轨电车到达停止线的时间t；

(54)判断两辆有轨电车到达平交路口是否都为红灯，若是，进入(55)，否则进入(57)；

(55)判断当前相位流量是否大于q1，若是，则两车均停车等待，其中一辆有轨电车通过后，进入(56)；若不是，信号灯提前切换到下一相位，其中一辆有轨电车通过后，同样进入(56)；

(56)判断下一相位流量是否大于q2，若是，另一车辆只能停车等待；否则，直接跨越到另一有轨电车通行相位；

(57)判断绿灯剩余时间t剩是否大于有轨电车直行通过平交路口的时间n，若是，车辆直接安全通过，再进入(56)；否则延长绿灯时间b，其中b＝n-t剩，同样进入(56)；

(6)两车在平交路口均右转，进行如下步骤：

设置有轨电车专用相位，并判断车辆到达平交路口时的通行相位后一周期是否有流量大于q1的相位，若有，在通行相位后插入流量大于q1的相位，然后插入有轨电车专用相位供两辆有轨电车同时通行；若没有，直接在当前相位后插入有轨电车专用相位，两辆车同时通行；

(7)两车在平交路口两车一辆左转，一辆右转，进行如下步骤：

(71)分别计算两辆有轨电车到达停止线的时间t；

(72)判断左转车辆到达平交路口是否遇到绿灯，若是，进入(73)；否则进入(75)；

(73)判断绿灯剩余时间t剩是否大于有轨电车直行通过平交路口的时间n，若是，则左转车辆通过，进入(74)；否则延长绿灯时间b，其中b＝n-t剩，进入(74)；

(74)判断当前通行相位后一周期内是否有流量大于q1的相位，若有，在当前相位后插入流量大于q1的相位，然后插入有轨电车右转专用相位；否则直接在当前相位后插入有轨电车右转专用相位；

(75)判断当前通行相位后一周期内是否有流量大于q1的相位，若有在当前相位后插入流量大于q1的相位，然后插入有轨电车专用相位；否则直接在当前相位后插入有轨电车专用相位，两车同时通行。

优选地，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，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。

本发明具有以下有益技术效果：

本发明方法具有实时性，根据实时检测到的路面车辆信息调整控制策略，实现了有轨电车与社会车辆的协同控制；其次，两辆有轨电车会车出现在平交路口是一个普遍且复杂的现象，该发明考虑到现实中平交路口的复杂程度，提出切合实际且实用性较强的控制策略；再者，考虑到有轨电车与社会车辆共用同一交叉口，所以将两种车在时间上分开并进行动态组合，减少了平交路口的冲突，提高了行车安全性；同时，本发明提供了相对完整的双有轨电车的控制方法，为有轨电车和社会车辆在平交路口的混行提供了有效的控制方法，不仅提高了平交路口的通行效率，更有利于城市交通的健康发展。

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是有轨电车双车垂直冲突方式下控制策略流程图；

图3是有轨电车一辆直行、一辆左转方式下控制策略流程图；

图4是有轨电车一辆直行、一辆右转方式下控制策略流程图；

图5是有轨电车同一相位下双车均左转方式下控制策略流程图；

图6是有轨电车不同相位下双车均左转方式下控制策略流程图；

图7是有轨电车双车均右转方式下控制策略流程图；

图8是有轨电车一辆左转、一辆右转方式下控制策略流程图；

具体实施方式

下面结合附图1至附图8对本发明做进一步说明，本控制策略考虑两辆有轨电车到达平交路口且相对社会车辆优先通过，根据不同的行走方式进行不同组合分类实现，其实现过程在以下分类描述。

一、检测器布置

在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，主要获取有轨电车的位置及速度等信息。其中，预告检测器是在检测到车辆到达时将车辆信息发送给信号控制系统，从而信号控制系统计算出车辆到达停止线所需时间，并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；请求检测器是在车辆到达时将信息发送到控制系统，在控制系统同时收到车辆和检测器发出的优先请求时，将提前计算的是否优先的信息发送至信号机与车辆，告知其是否优先通行；停止线检测器除了检测车辆停止信息外，还需检测停止车辆何时放行并发送信息到信号控制系统实时调整相位；取消检测器则检测到车尾经过后，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。

二、双车垂直冲突

(1)两车在平交路口发生垂直冲突时，需根据平交路口当前的信号灯状态以及车辆从预告检测器到停止线检测器的旅行时间t来确定通行方案，t仍由公式求得。

(2)由(1)计算出的时间t以及各车辆行走方式判断两辆有轨电车到达平交路口是否都为红灯，若是，进入(3)；否则进入(5)。

(3)当两车到达平交路口均遇到红灯时，判断当前相位流量是否大于q2，若是，则两车均停车等待，由于考虑信号灯四相位控制方法，则下一相位必为其中一辆有轨电车通行相位，进入(4)；若不是，采取“红灯早断”策略，信号灯提前切换到下一相位，同样进入(4)。

(4)其中一辆有轨电车通过后，判断下一相位流量是否大于q3，若是，另一车辆只能停车等待；否则，采取“跨越相位”策略，直接跨越到另一有轨电车通行相位，使之安全通过。

(5)经(2)判断，两车其中一辆到达平交路口为绿灯，则判断绿灯剩余时间是否可供该车辆安全通过，若是，车辆直接安全通过，再进入(4)；否则采取“绿灯延长”策略，延长绿灯时间b秒，仍由公式b＝n-t剩(单位：s)求得，同样进入(4)。

三、两车一辆直行、一辆左转

(1)两车在平交路口的行走方式为一辆车直行，另一辆车左转时，根据平交路口当前的信号灯状态以及车辆从预告检测器到停止线检测器的旅行时间t来确定通行方案，t仍由公式求得。

(2)由(1)计算出的时间t以及各车辆行走方式判断两辆有轨电车到达平交路口是否都为红灯，若是，进入(3)；否则进入(6)。

(3)判断下一相位是否为某一有轨电车行走方向的绿灯，若是，进入(5)；否则进入(4)。

(4)判断正在放行到有轨电车行走相位之间的相位流量是否大于q3，若是，两车均停车等待各自的通行相位；否则，采取“跨越相位”策略，直接跨越到有轨电车行走相位供其通行。

(5)判断当前通行相位的流量是否大于q2，若是，两车均等待各自通行相位；否则采取“红灯早断”策略，信号灯提前切换到下一相位。

(6)经(2)判断，两车其中一辆到达平交路口为绿灯，则判断绿灯剩余时间是否可供该车辆安全通过，若是，车辆直接安全通过，进入(7)；否则延长绿灯时间b秒，b＝n-t剩(单位：s)，进入(7)。

(7)判断下一相位是否为遇红灯车辆所通行的相位，若是，直接按照正常相位顺序通行；否则进入(8)。

(8)判断正在放行到有轨电车行走相位之间是否有流量大于q3的相位，若有，采取“插入相位”策略，在当前相位后插入流量大于q3的相位，然后插入遇红灯的有轨电车所通行相位；否则采取“跨越相位”策略，直接跨越中间相位到有轨电车通行相位。

四、两车一辆直行、一辆右转

(1)两车在平交路口的行走方式为一辆车直行，另一辆车右转时，根据平交路口当前的信号灯状态以及车辆从预告检测器到停止线检测器的旅行时间t来确定通行方案，t仍由公式求得。

(2)由于右转车辆需要专用相位(即社会车辆信号灯状态为全红，平交路口仅允许有轨电车通行)，则先由(1)计算出的时间t判断直行车辆到达平交路口是否遇到绿灯，若是，进入(3)；否则进入(5)。

(3)判断绿灯剩余时间是否可供直行车辆安全通过，若是，直行车辆直接通过，进入(4)；否则采取“绿灯延长”策略，延长绿灯时间b秒，b＝n-t剩(单位：s)，进入(4)。

(4)直行车辆安全通过后，判断当前相位后一周期内所有相位是否有流量大于q1的相位，若有，采取“插入相位”策略，在当前相位后插入流量大于q1的相位，然后插入有轨电车专用相位供右转有轨电车通行；若没有，直接在当前相位后插入有轨电车专用相位。

(5)由于直行车辆到达交叉口遇到红灯，则直接判断当前相位后一周期内所有相位是否有流量大于q1的相位，若有，采取“插入相位”策略，在当前相位后插入流量大于q1的相位，然后插入有轨电车专用相位供两辆有轨电车同时通行；若没有，直接在当前相位后插入有轨电车专用相位，两辆车同时通行。五、双车均左转

1、两车在同一相位

(1)两车在平交路口均左转且在同一相位，两个相对方向同时来车且均左转，考虑到现实情况下的平交路口的大小，需设置有轨电车专用相位供两辆有轨电车通行。

(2)当有轨电车到达请求检测器时，控制系统判断车辆到达平交路口时的通行相位后一周期是否有流量大于q1的相位，若有，采取“插入相位”策略，在通行相位后插入流量大于q1的相位，然后插入有轨电车专用相位供两辆有轨电车同时通行；若没有，直接在当前相位后插入有轨电车专用相位，两辆车同时通行。

2、两车在不同相位

(1)两车在平交路口的行走方式均为左转，但两车不在同一相位，此控制方法与两车垂直冲突类似，根据平交路口当前的信号灯状态以及车辆从预告检测器到停止线检测器的旅行时间t来确定通行方案，t仍由公式求得。

(2)由(1)计算出的时间t以及各车辆行走方式判断两辆有轨电车到达平交路口是否都为红灯，若是，进入(3)，否则进入(5)。

(3)判断当前相位流量是否大于q2，若是，则两车均停车等待，由于考虑信号灯四相位控制方法，则下一相位必为其中一辆有轨电车通行相位，进入(4)；若不是，采取“红灯早断”策略，信号灯提前切换到下一相位，同样进入(4)。

(4)其中一辆有轨电车通过后，判断下一相位流量是否大于q3，若是，另一车辆只能停车等待；否则，采取“跨越相位”策略，直接跨越到另一有轨电车通行相位，使之安全通过。

(5)经(2)判断，两车其中一辆到达平交路口为绿灯，则判断绿灯剩余时间是否可供该车辆安全通过，若是，车辆直接安全通过，再进入(4)；否则采取“绿灯延长”策略，延长绿灯时间b秒，仍由公式b＝n-t剩(单位：s)求得，同样进入(4)。

六、双车均右转

(1)两车在平交路口的行走方式均为左转，由于有轨电车右转与同相位社会车辆存在冲突，则无论是否在同一相位，都需设置有轨电车专用相位。

(2)当有轨电车到达请求检测器时，控制系统判断车辆到达平交路口时的通行相位后一周期是否有流量大于q1的相位，若有，采取“插入相位”策略，在通行相位后插入流量大于q1的相位，然后插入有轨电车专用相位供两辆有轨电车同时通行；若没有，直接在当前相位后插入有轨电车专用相位，两辆车同时通行

七、两车一辆左转，一辆右转

(1)两车在平交路口的行走方式为一辆车左转，另一辆车右转，根据平交路口的信号灯状态以及车辆从预告检测器到停止线检测器的旅行时间t来确定通行方案，t仍由公式求得。

(2)由于右转车辆需要专用相位，则先由(1)计算出的时间t判断左转车辆到达平交路口是否遇到绿灯，若是，进入(3)；否则进入(5)。

(3)判断绿灯剩余时间是否可供左转车辆安全通过，若是，则左转车辆通过，进行下一步判断，进入(4)；否则采取“绿灯延长”策略，延长绿灯时间b秒，仍由公式b＝n-t剩(单位：s)求得，进入(4)。

(4)判断当前通行相位后一周期内是否有流量大于q1的相位，若有，采取“插入相位”策略，在当前相位后插入流量大于q1的相位，然后插入有轨电车右转专用相位；否则直接在当前相位后插入有轨电车右转专用相位。

(5)由(2)判断出左转车辆到达平交路口于红灯，则再次判断当前通行相位后一周期内是否有流量大于q1的相位，若有在当前相位后插入流量大于q1的相位，然后插入有轨电车专用相位(此专用相位两辆车同时通行)；否则直接在当前相位后插入有轨电车专用相位，两车同时通行。