基于右转和公交共用车道的公交优先信号控制系统及方法与流程

本发明属于城市道路交通信号控制领域，涉及十字交叉口定时信号与感应信号的结合控制技术。

背景技术：

为了防止交通秩序混乱、交通拥堵造成的事故增多、环境污染等一些交通问题，提出了公交优先的策略，吸引更多的人绿色出行。中国专利公开号为cn104408949b、名称为“基于右转车辆和公交车共用车道的公交优先信号控制方法”的文献中记载的是将右转车道设置为右转车辆和公交车共用车道，在交叉口上游安装港湾式公交站台及公交站台信号灯，通过设置主信号灯和公交站台信号灯的相位差，使在公交站台信号灯绿灯时驶出港湾式站台的公交车经过右转车道到达交叉口时，主信号灯正好是相应转向的绿灯，公交车可以通过直行（左转）车道和直行（左转）排队的车辆一起通过交叉口，从而达到公交优先的目的，这种信号控制方法很好地利用了右转车道，将道路资源进行了利用，而且通过交叉口与站台信号灯的相位差很大程度上避免了占用右转车道的情况。但是也存在着一些缺点，例如，在公交站台处，没有考虑到防止溢出的情况，会造成公交站台处排队现象，影响社会车辆的行驶，造成一定的延误；信号灯都是定时式的，虽然在交叉口处不需要排队，但是在公交站台进行了排队，时间是一样的。因此公交车并没有得到很好的优先作用。

技术实现要素：

本发明的目的是为降低交叉口人均延误、实现公交站台不溢出、在公交车经过右转车道不停车通过交叉口而提出一种基于右转和公交共用车道的公交优先信号控制系统及方法。

本发明所述的基于右转和公交共用车道的公交优先信号控制系统采用的技术方案是：公交优先信号控制系统设置在十字交叉口处、公交站台处和公交车上，交叉口控制信号灯采用四相位控制，在交叉口四个进口道的每个进口道上游的公交站台的进口处都设置进入公交站台信号灯和在出口处都设置驶离公交站台信号灯，在每个公交站台处还设有以无线方式关联的接收器和进口道控制器，四个进口道控制器相互之间以无线方式互相传送信息；每个进口道控制器控制同一进口道的所述交叉口控制信号灯、进入公交站台信号灯、驶离公交站台信号灯；每个公交车上装有电子标签、转向按钮和发射器，发射器与转向按钮通过信号线连接且与接收器通过无线方式传送信息；在公交站台上游一段距离处设有能读取电子标签的读卡器，读卡器与同一进口道控制器通过无线方式关联；公交站台处的地面上设置不超过三个感应线圈，感应线圈与接收器通过信号线连接。

本发明所述的基于右转和公交共用车道的公交优先信号控制系统的控制方法采用的技术方案是：包含有以下步骤：

a、当公交车进入公交站台内，感应线圈将公交车位所占状况信息经接收器传送给同一进口道控制器，上下客完成后驾驶员按下转向按钮，发射器将上下客完成的信息经接收器传送给同一进口道控制器；

b、当公交站台内已停满车，读卡器读取到有公交车将到达，同一进口道控制器对接收的信息进行处理，判断是否让将到达公交车进站；

c、当将到达公交车进站在完成上下客后，如果该车驶离公交站台信号灯是绿灯，该车直接从右转与公交共用车道驶出；反之，驾驶员按下转向按钮，将插入相位请求信息经发射器发送，同一进口道控制器通过接受到的接收器、读卡器的信息以及其余三个进口道控制器的信息作出该车是等待还是插入1个相位的判断，并控制驶离公交站台信号灯，使该车继续等待或进入社会车辆后面排队。

本发明与现有技术相比有以下优点：

1、本发明在右转不受控制的交叉口，公交车在绿灯期间可以借右转车道行驶，但不会占用右转车道影响右转的社会车辆。通过在公交站台设置直行和左转的感应信号，在交叉口设置定时信号，公交车可以在相应的社会车辆相位行驶，也可以通过插入相位行驶，再利用rfid技术和无线技术进行配合，最后实现公交优先。

2、本发明在公交站台那利用rfid技术检测公交车到站情况，实现站台不溢出。

3、插入公交相位不会打扰交叉口的相位次序，而且可以尽量减少公交车的二次停车，直接通过交叉口，这样消除了公交车的启动时间和驾驶员的反应时间。感应信号与定时信号结合相较于定时信号控制来说，延误更小，灵活性强。

4、通过在站台设置信号灯可以尽量减少公交车的停车次数，而且使大多数车通过交叉口时没有启停时间，这样大大降低了延误。公交站台与交叉口的信号之间不是一个固定的相位差，而是一个相位组合，是定时式与感应式结合的信号控制。

5、在尽量不影响右转社会车辆的前提下，使用右转车道行驶公交车，更好的利用了资源，还减轻了其他车道的压力；既可以利用空余的右转车道达到公交优先的目的，又没有影响右转的社会车辆。

6、通过按钮不仅可以发出优先请求，还可以确定转向，便于之后做出判断。

附图说明

图1本发明所述的基于右转和公交共用车道的公交优先信号控制系统在交叉口的布置示意图；

图2是图1中十字交叉口西进口道的系统布置示意图；

图3是图2的控制原理示意图；

图4是图1中交叉口四相位示意图；

图5是在图4相位中插入公交相位示意图；

图6是本发明所述的公交优先信号控制方法的公交车进站防溢出流程图；

图7是本发明所述的公交优先信号控制方法的交叉口信号插入公交相位流程图；

图中：1．电子标签；2．读卡器；3．西进口道控制器；4．转向按钮；5．发射器；6．感应线圈；7．接收器；8．左转车道；9．直行车道；10．右转与公交车共用车道；11．东进口道控制器；12．北进口道控制器；13．南进口道控制器。

具体实施方式

参见图1，本发明公交优先信号控制系统设置在十字交叉口、公交站台处和公交车上，包括各个信号灯、读卡器、电子标签、进口道控制器、发射器、接收器和感应线圈等。

十字交叉口中有n（北）方向路口、s（南）方向路口、w（西）方向路口和e（东）方向路口四个路口。每个路口的进出道均是由左转车道、直行车道、右转和公交共用车道组成。

在四个路口处设有定时式的交叉口控制信号灯，分别是：东进口道的直行信号灯e1、东进口道的左转信号灯e2、南进口道的直行信号灯s1、南进口道的左转信号灯s2、西进口道的直行信号灯w1、西进口道的左转信号灯w2、北进口道的直行信号灯n1、北进口道的左转信号灯n2。这些信号灯设置在相应路口的进口道对面的上方，对各个进口道各个方向的社会车辆和公交车进行控制。

在每个进口道上游的公交站台处都设置进入公交站台的控制信号灯和驶离公交站台的信号灯，进入公交站台的信号灯设置在各个公交站台进口处的前路上方，控制公交车是否可以进入公交站台；驶离公交站台的信号灯设置在各个公交站台出口处的前路上方，当公交车在完成上下客后，驶离公交站台的信号灯控制公交车是否可以驶离公交站台并且驶离后是继续直行还是左转。这些公交站台的信号灯分别是：东进口道上的进入公交站台的信号灯e3、驶离公交站台的直行信号灯e4和驶离公交站台的左转信号灯e5；南进口道上的进入公交站台的信号灯s3、驶离公交站台的直行信号灯s4和驶离公交站台的左转信号灯s5；西进口道上的进入公交站台的信号灯w3、驶离公交站台的直行信号灯w4和驶离公交站台的左转信号灯w5；北进口道上的进入公交站台的信号灯n3、驶离公交站台的直行信号灯n4和驶离公交站台的左转信号灯n5。

由于十字交叉口的四个进口道的设置是一样的，本发明仅以西进口道这一个进口道为例具体描述，本发明在东、南、北进口道的设置与西进口道完全一样，不再赘述。参见图2和图3所示的西进口道设置，西进口道有左转车道8、直行车道9以及右转和公交共用车道10组成，其中，左转车道8供左转的社会车辆和进入该车道排队的左转公交车行驶，直行车道9供直行的社会车辆和进入该车道排队的直行公交车行驶，右转和公交共用车道10供右转的社会车辆和不需要进入其他车道排队的公交车行驶。

在公交站台位置处设置西进口道控制器3和接收器7，西进口道控制器3和接收器7之间通过无线方式互通。在每个公交车上安装电子标签1、转向按钮4和发射器5，电子标签1安装在公交车前面玻璃上，电子标签1即rfid射频识别标签，可以发送射频信号，有直行和左转两个转向按钮4安装在公交车驾驶台上，方便驾驶员操作；发射器5与转向按钮4通过信号线连接，与接收器7通过无线方式传送信息，转向按钮4信号通过发射器5发射给接收器7，接收器7再通过无线方式传送给西进口道控制器3。在公交车完成上下客后，驾驶员通过按不同的转向按钮4，通过发射器5给接收器7发送可以发车的指令，根据不同的转向按钮4所发送的不同信号，判断公交车的转向，可以让西进口道控制器3做出相应的判断，是继续等待、进入排队还是插入相位。

在公交站台上游且距离公交站台一定位置处设置读卡器2，读卡器2与进口道控制器3通过无线方式关联，读卡器2能无线读取公交车上的电子标签1发送的信息，判断公交车的到达情况，然后将信息通过无线方式传给西进口道控制器3。

在公交站台处的地面上设置感应线圈6，通过感应线圈6判断公交站台的停车数量，感应线圈6与接收器7通过信号线连接，本发明公交站台的大小最多能供三辆公交车停靠，因此设置不超过三个感应线圈6，可以通过三个感应线圈6判断公交站台处的停车是否已满，感应线圈6将其信号传送给接收器7，接收器7再传送给西进口道控制器3。

西进口道控制器3还分别通过有线或者无线方式控制西进口道的直行信号灯w1、西进口道的左转信号灯w2、西进口道上的进入公交站台的信号灯w3、驶离公交站台的直行信号灯w4和驶离公交站台的左转信号灯w5这五个信号灯。西进口道控制器3对读卡器2以及接收器7传送来的信息进行处理，根据处理的结果控制这五个信号灯。

本发明在东、南、北进口道的公交站台位置处各自设置相应的东进口道控制器11、南进口道控制器13、北进口道控制器12。并且四个进口道控制器3、11、12、13功能相同，彼此相互之间通过无线方式互相传送信息，使整个交叉口达到平衡优化。

再结合图1，东进口道上的公交站台与同一进口道停车线之间的距离是le1，东进口道上的读卡器2与同一进口道上的进入公交站台的信号灯e3之间的距离是le2；南进口道上的公交站台与同一进口道停车线之间的距离是ls1，南进口道上的读卡器2与同一进口道上的进入公交站台的信号灯s3之间的距离是ls2；西进口道上的公交站台与该进口道停车线之间的距离是lw1，西进口道上的读卡器2与同一进口道上的进入公交站台的信号灯w3之间的距离是lw2；北进口道上的公交站台与该进口道停车线之间的距离是ln1，北进口道上的读卡器2与同一进口道上的进入公交站台的信号灯n3之间的距离是ln2。

东进口道控制器11、南进口道控制器13、西进口道控制器3、北进口道控制器12这四个进口道控制器的预设有交叉口不同时间段的周期时间，例如早上7-9点的周期是一样的，早上9-11.30的周期是一样的等等。在四个进口道上，从读卡器2检测到电子标签1开始，到该公交车到达公交站台入口处需要的时间t1分别是le2/v、ls2/v、lw2/v、ln2/v，公交车从驶离公交站台至到达交叉口停车线的时间t4分别是le1/v、ls1/v、lw1/v、ln1/v，其中，v为该公交车在相应路段的行驶速度，一般限制在40km/h。当公交车完成上下客后按下发车按钮4，从按下转向按钮4开始直至交叉口当时运行相位到该公交车转向绿灯（直行信号灯w1或左转信号灯w2为绿灯）之间的时间是t2，由于交叉口采用的是定时式信号灯，在之前的时间段里面插入多少次相位是已知的，而且插入相位的时间是固定的4-5s，因此，t2是固定的。当公交车完成上下客后按下转向按钮4，从按下转向按钮4开始直至在交叉口相位中成功插入相位之间的时间是t3，由于交叉口不同时间段的周期时间是已知的，那么该周期的绿灯剩余时间也已知，根据之前输入的交叉口相位信息以及交叉口相位中成功插入相位时刻可计算出t3。东进口道控制器11、南进口道控制器13、西进口道控制器3、北进口道控制器12均将时间t1、t2、t3、t4预设其中。

参见图4和图1，十字交叉口各个进口道的右转是不受控制的，控制信号灯采用四相位控制，即南北（sn）直行相位、南北（sn）左转相位、东西（ew）直行和东西（ew）左转相位。第一相位为南北方向直行，第二相位为南北方向左转，第三相位是东西方向直行，第四相位是东西方向左转。在公交车不插入相位的情况下，社会车辆是按照这样的规律行驶的。

参见图5，当公交车插入相位时，也只是在一个相位结束之后，加入一个4～5s的插入相位，然后接着这样的规律运行。南北方向直行的第一相位放行的车流包括：南北直行社会车辆和南北直行的公交车；南北方向左转的第二相位放行的车流包括：南北左转社会车辆和南北左转的公交车；东西方向直行的第三相位放行的车流包括：东西直行社会车辆和东西直行的公交车；东西方向左转的第四相位放行的车流包括：东西左转社会车辆和东西左转的公交车。

以西进口道的直行公交车为例，如果后面有公交车需要进入公交站台，同时这辆直行的公交车完成了上下客，当交叉口信号灯正好是南北左转相位时，那么距离该公交车相位到达还有1个相位；当交叉口信号灯正好是南北直行相位时，那么距离该公交车相位到达还有2个相位；当交叉口信号灯正好是东西左转相位时，那么距离该公交车相位到达还有3个相位。

参见图6并结合图1-5，本发明所述的公交优先信号控制系统工作时的具体控制步骤如下（以西进口道为例具体描述，东、南、北进口道的控制步骤与西进口道完全一样）：

步骤1：当公交车进入公交站台内，触动感应线圈6，感应线圈6将公交站台内公交车位所占状况的信息经接收器7传送给相西进口道控制器3。与此同时，乘客进行上下客，等上下客完成后，驾驶员按下转向按钮4，发射器5将上下客完成的信息经接收器7传送给西进口道控制器3。

当公交站台内已停满3辆车，后面的第4辆公交车经过读卡器2时，读卡器2读取第4辆车上的电子标签1，检测到有公交车到达，获得公交车即将进站的信息并将该信息直接传送给西进口道控制器3。

步骤2：西进口道控制器3对接收的信息进行处理，做出是否让将到达的第4辆公交车进站的判断；如果西进口道控制器3根据感应线圈6传送的信息判断出公交站台有空位，则控制进入公交站台的信号灯w3显示为绿灯，让第4辆公交车进站。反之，如果感应线圈6发送的信息显示公交站台停车位已满，那么此时，若驾驶员没有人按下转向按钮4，也就是发射器5没有发送出信息，就表示公交车还没有完成上下客，则西进口道控制器3控制进入公交站台的信号灯w3显示为红灯，第4辆公交车就暂时占用一下右转与公交共用车道，在右转与公交共用车道上等待。若在公交站台内的公交车中，有驾驶员按下转向按钮4，发射器5发送信息，西进口道控制器3接收至信息，说明公交站台有公交车已完成上下客了，根据转向按钮4的直行或者左转信息，西进口道控制器3判断出该公交车的转向后，根据西进口道的直行信号灯w1或者左转信号灯w2目前运行的相位，判断出这辆完成了上下客的公交车的绿灯还有几个相位到达，具体判断如下：

如果是还有1个或者2个相位到达，并且满足t1≥t2（t1为从读卡器2检测到电子标签1开始到该公交车到达公交站台入口处需要的时间，t2为从按下转向按钮4开始直至交叉口当时运行相位到该公交车转向绿灯到达之间的时间），西进口道控制器3判断出这辆完成上下客的公交车需要继续在公交站台等待，则控制驶离公交站台的直行信号灯w4或者驶离公交站台的左转信号灯w5显示为红灯。因为公交站台的停车位已满，只有在有公交车离开公交站台的情况下，后面的公交车才可以进入站台，所以后面公交车行驶到公交站台的时间要比完成上下客的公交车离开公交站台的时间长，才不会产生冲突。

当交叉口的西进口道的直行信号灯w1、西进口道的左转信号灯w2为绿灯时，则西进口道控制器3控制驶离公交站台的直行信号灯w4或者驶离公交站台的左转信号灯w5显示为绿灯，公交车通过右转与公交共用车车道上进入交叉口。在完成上下客的这辆公交车离开站台时，感应线圈6将信息传送到接收器7，再传送给西进口道控制器3，西进口道控制器3控制进入公交站台的信号灯w3显示为绿灯，第四辆公交车进站。

如果是还有1个或者2个相位到达，但是t1<t2，那么西进口道控制器3控制驶离公交站台的直行信号灯w4或者驶离公交站台的左转信号灯w5显示为黄灯，完成上下客的公交车进入相同转向的社会车辆的车道后面排队，在完成上下客的公交车离开站台时，感应线圈6将信息传送到接收器7，再传送给控制器3，西进口道控制器3控制进入公交站台的信号灯w3显示为绿灯，第四辆公交车进站；

如果是还有3个相位到达，在t1≥t3的情况下，那么西进口道控制器3会在交叉口相位中为其插入4-5s相位，在插入相位之前，西进口道控制器3控制进入公交站台的信号灯w3显示为红灯，当插入相位成功后，西进口道控制器3控制驶离公交站台的直行信号灯w4或者驶离公交站台的左转信号灯w5显示为绿灯，公交车离开站台，此时，感应线圈6将信息传送到接收器7，再传送给控制器3，西进口道控制器3控制进入公交站台的信号灯w3显示为绿灯，第四辆公交车进站。因为公交站台的停车位已满，只有在有公交车离开公交站台的情况下，后面的公交车才可以进入站台，所以后面公交车行驶到公交站台的时间要比完成上下客的公交车离开公交站台的时间长，才不会产生冲突。

如果是还有3个相位到达，在t1<t3的情况下，那么西进口道控制器3会控制驶离公交站台的直行信号灯w4或者驶离公交站台的左转信号灯w5显示为黄灯，完成上下客的公交车进入相同转向的社会车辆的车道后面排队，在公交车离开站台时，感应线圈6将信息传送到接收器7，再传送给西进口道控制器3，西进口道控制器3控制进入公交站台的信号灯w3显示为绿灯，第四辆公交车进站。

如此，很好地抑制了公交站台的溢出。

步骤3：当第四辆公交车进入公交站台后进行上下客，在完成上下客后，如果该车要转向的驶离公交站台的直行信号灯w4或者驶离公交站台的左转信号灯w5是绿灯，那么第四辆公交车直接从右转与公交共用车道驶出；

如果要转向的驶离公交站台的直行信号灯w4或者驶离公交站台的左转信号灯w5是红灯，那么第四辆驾驶员按下转向按钮4，其实就是将插入相位的请求通过发射器5发送给接收器7，再发送到西进口道控制器3中。西进口道控制器3会通过接收器7、读卡器2的信息以及该交叉口的其他的东进口道控制器11、北进口道控制器12、南进口道控制器13中信息进行判断，判断该车需要等待一个相位还是插入一个相位，并控制驶离公交站台信号灯，使第四辆公交车继续等待或者进入社会车辆后面排队，具体参考图7：

若西进口道控制器3收到发射器5发出的插入相位请求之后，而目前没有接受到读卡器2传送的有公交车进站的信息，当第四辆公交车不需要立刻让出停车位，并且西进口道控制器3结合交叉口相位运行情况（根据之前输入的交叉口相位计算）是只要等待一个相位或者是结合该交叉口东进口道控制器11传送的信息（在2-3相位内东进口道没有相同转向的公交车），西进口道控制器3会根据之前发射器5传送的信息（第四辆公交车的转向），从而控制驶离公交站台的直行信号灯w4或驶离公交站台的左转信号灯w5显示为红灯，第四辆公交车继续等待；

当第四辆公交车需要立即让出站台的停车位，但是西进口道控制器3根据一开始输入的交叉口相位，判断第四辆公交车只要等待1个相位，即交叉口的直行信号灯w1、左转信号灯w2转为绿灯，并且东进口道控制器11传送信息表明在2个相位内没有相同转向公交车情况下，西进口道控制器3会根据之前发射器5传送的信息，判断第四辆公交车的转向，从而控制驶离公交站台的直行信号灯w4或驶离公交站台的左转信号灯w5显示为黄灯，第四辆公交车进入社会车辆后面排队；

当第四辆公交车需要立即让出停车位，而东进口道控制器11传送的信息表明，在3个相位内没有相同转向公交车，在t1≥t3的情况下，西进口道控制器3会在交叉口的相位中为第四辆公交车插入相位，在插入成功后，西进口道控制器3会根据之前发射器5传送的信息，判断第四辆公交车的转向，从而控制驶离公交站台的直行信号灯w4或驶离公交站台的左转信号灯w5显示为绿灯；在t1<t3的情况下，西进口道控制器3会根据之前发射器5传送的信息判断第四辆公交车的转向，从而控制驶离公交站台的直行信号灯w4或驶离公交站台的左转信号灯w5显示为黄灯，第四辆公交车进入社会车辆后面排队；

当西进口道控制器3结合东进口道控制器11的传送的信息（东进口道公交站台内也有相同转向的公交车，还要等待2个相位，不需要立即让出停车位），西进口道控制器3会根据之前发射器5传送的信息判断第四辆公交车的转向，从而控制驶离公交站台的直行信号灯w4或驶离公交站台的左转信号灯w5显示为红灯，第四辆公交车继续等待；

当西进口道控制器3结合东进口道控制器11的传送的信息（东进口道公交站台内有相同转向的公交车，还要等待2个相位，需要立即让出停车位），在t1≥t3的情况下，西进口道控制器3会在交叉口相位中为第四辆公交车插入相位，在插入成功后，西进口道控制器3会根据之前发射器5传送的信息判断第四辆公交车的转向，从而控制驶离公交站台的直行信号灯w4或驶离公交站台的左转信号灯w5为绿灯；在t1<t3的情况下，西进口道控制器3会根据之前发射器5传送的信息，判断第四辆公交车的转向，从而控制驶离公交站台的直行信号灯w4或驶离公交站台的左转信号灯w5显示为黄灯，第四辆公交车进入社会车辆后面排队；

当西进口道控制器3结合东进口道控制器11的传送的信息（有相同转向的公交车，需要等待3个相位），在t1≥t3的情况下，西进口道控制器3会在交叉口相位中为第四辆公交车插入相位，在插入成功后，西进口道控制器3会根据之前发射器5传送的信息判断第四辆公交车的转向，从而控制驶离公交站台的直行信号灯w4或驶离公交站台的左转信号灯w5显示为绿灯；在t1<t3的情况下，西进口道控制器3会根据之前发射器5传送的信息判断第四辆公交车的转向，从而控制驶离公交站台的直行信号灯w4或驶离公交站台的左转信号灯w5显示为黄灯，第四辆公交车进入社会车辆后面排队。