本发明涉及城市交通控制技术领域，具体涉及一种公交优先系统及控制方法。
背景技术：
城市公共交通对城市政治经济、文化教育、科学技术等方面的发展影响极大，是百姓日常生活中必不可少的一部分，是城市建设和发展的一个重要方面。但是随着家用小汽车的数量的增长，造成城市交通拥挤，公交车不能正点运行，恶性循环导致道路交通事故增多和城市空气、噪声等污染日趋严重。保证公交车正点运行，鼓励市民多用公交少用私家车，是解决日益恶化的城市交通拥堵和空气污染的重要手段之一。
本发明采用技术手段，将城市所有交通灯和公交车信息连到一个网上，实现对所有公交车的实时精确位置信息(车道级)、每辆公交车的路线和时间表信息、和每个交通灯状态信息的进行实时采集，通过云计算对早点和晚点公交车所行驶线路交通灯的进行控制，确保公交车在每个公交车站既不晚到也不早走。
目前公交优先的技术方案有以下几种：
·由车载设备和交叉口设备组成公交优先控制系统(专利申请号：201410766510.x)，车载设备包括gps、车载主机和obu，gps连接车载主机，车载主机与obu通信，obu用于获取车载主机内的车辆信息，交叉口设备包括rsu和优先申请接入设备，rsu与obu通信且用于获取obu内的车辆信息，rsu还用于将车辆信息传送至优先申请接入设备中，优先申请接入设备用于根据接收到的车辆信息发出优先控制信号，其连接信号控制器并将优先控制信号传送至信号控制器中，信号控制器连接信号灯并根据优先控制信号灯的显示状态。
·由路口安装定向读写器和公交车辆安装的有源电子标签(rfid)组成(专利申请号：201310605961.0)，当公交车辆接近路口时，定向读写器和车上的有源电子标签相呼应，并与交通指挥中心的交通信号控制系统交互，通过控制路口的交通信号灯变化，进行公交优先通行控制。
·公交优先控制系统由信号控制模块、信号机监测模块和公交监测模块组成(专利申请号：201410821106.8)。信号控制模块分别接收并分析来自信号灯监测模块、信号机监测模块和公交监测模块的监测数据，信号控制模块依次判断是否存在公交车辆、信号灯信号与信号机信号是否一致、信号灯信号是否为放行信号。信号控制模块适时调整信号灯信号，优先保障公交车辆放行。
·基于位置和公交车运行时间表的公交优先，伦敦公交车系统采用的是由车载设备、路口交通灯设备和公交车运行时间表组成公交优先系统方案，与公交优先的车载设备主要由gps定位系统、和交通灯联系的无线电通信系统及运行数据库(地图、线路、时间表等)组成，正点公交车无权发出优先请求，晚点公交车在距离下一个交通灯一定距离内才能发出优先请求。路口交通灯设备由通信装置和控制装置组成，在没有收到公交优先请求时，按预定程序控制交通灯的切换。当交通灯设备收到公交优先请求后，将根据被请求信号灯当前的状态决定延长绿灯时间或将红灯切换为绿灯，同时保证其它方向的信号灯联动以确保交通安全。
现有技术的缺点如下：
(1)除了伦敦公交优先系统外，其它公交优先的做法是盲目的，因为不是所有的公交车在所有路口都需要优先，公交优先的最终目的是保证公交车正点运行，提高服务质量，让乘客可以计划好行程，而不是让公交车提前到达目的地。
(2)目前公交优先系统只是公交车和前方路口交通灯之间的互动，无法实现单路口不同方向公交优先的优化和多路口的优化。当某个路口出现同方向或不同方向多个公交车同时请求优先时，目前的方法处在一种无序状态，不能根据路口附近所有晚点公交车的数量、晚点程度进行决策优化。更不能根据每个公交车后续路口的状态进行决策优化。例如公交车a后续路段严重塞车，而另一个公交车b后续路段畅通，显然优先通行的是b而不是a。
(3)很多路口的交通灯是分车道控制的(例如：左行道、左行和直行共用道、直行道、直行右行共用道、右行道)，目前的公交优先系统无法做到车道级的交通灯控制。
技术实现要素：
本发明提供了一种公交优先系统及控制方法，采用城市交通灯和公交车一张网，实现公交车高精度定位技术和云端控制交通灯的互动，实现整个城市或区域车道级交通灯控制的全局优化，确保所有公交车正点运行。
基于此，本发明采用的技术方案如下：
一种公交优先系统，包括：
信号灯云端控制器：安装在信号灯上，对信号灯进行控制；
高精度定位系统：安装在公交车上，实时获取公交车的高精度位置；
公交运行路线和时间表数据库：存储公交公司预先规划好的公交车的运行路线图和时间表；
信号灯云端控制器、高精度定位系统、公交运行路线和时间表数据库联网到云端，公交优先系统通过云端获取所有信号灯的状态，所有公交车的高精度位置、所有公交车的运行路线图和时间表，并通过云端公交优先算法向信号灯云端控制器发出指令对信号灯进行实时控制，实现公交车正点运行。
进一步地，所述高精度位置是指定位精度达到厘米级的地理位置。
进一步地，所述高精度定位系统通过接收导航信号和校正信息对公交车进行定位，获取公交车的高精度位置。
进一步地，所述导航信号包括gps和北斗伪距及载波相位观测量。
进一步地，如果部分道路关闭，实时调整公交车的运行路线图和时间表，并在公交运行路线和时间表数据库中进行实时更新。
进一步地，云端根据更新后的公交车运行路线图和时间表对信号灯进行控制，实现公交车正点运行。
一种公交优先系统控制方法，包括以下步骤：
信号灯云端控制器安装在信号灯上，对信号灯进行控制；
高精度定位系统安装在公交车上，获取公交车的高精度位置；
公交运行路线和时间表数据库存储公交公司预先规划好的公交车的运行路线图和时间表；
信号灯云端控制器、高精度定位系统、公交运行路线和时间表数据库联网到云端，公交优先系统通过云端获取所有信号灯的状态，所有公交车的高精度位置和前进方向、所有公交车的运行路线图和时间表，并通过云端公交优先算法向信号灯控制器发出指令对信号灯进行控制，实现公交车正点运行。
进一步地，所述云端公交优先算法为：
公交优先系统确定每辆公交车的运行路线图和时间表，获取每个信号灯的状态；
判断公交车是否正点运行，如是，继续确定每辆公交车的精确位置、运行路线图和时间表；如否，获取晚点公交车行驶的下一个信号灯的状态；
判断路口是否有公交车优先请求冲突，如是，确定公交车通行优先级，对优先级高的公交车依次控制路口信号灯给予公交车优先通行，在优先控制完成后控制路口信号灯恢复正常；如否，控制路口信号灯给予公交车优先通行，在公交车通过路口后控制路口信号灯恢复正常。
进一步地，如果a路n号公交车与b路m号公交车路口优先通行有冲突，确定公交车通行优先级具体包括：
●判断a路n号公交车的晚点时间是否大于b路m号公交车的晚点时间；如是，a路n号公交车优先级高；如否，b路m号公交车优先级高；或
●获取a路n号公交车预先规划的运行路线图，判断到下一个信号灯是否塞车，如否，a路n号公交车优先级高；如是，b路m号公交车优先级高；或
●获取b路m号公交车预先规划的运行路线图，判断到下一个信号灯是否塞车，如否，b路m号公交车优先级高；如是，a路n号公交车优先级高。
进一步地，如果a路n号公交车与b路m号公交车路口通行有优先请求冲突，确定公交车通行优先级具体包括以下步骤：
步骤1，判断a路n号公交车的晚点时间是否大于b路m号公交车的晚点时间，如是，执行步骤2；如否，执行步骤3；
步骤2，获取a路n号公交车预先规划的运行路线图，判断到下一个信号灯是否塞车，如否，a路n号公交车优先级高；如是，b路m号公交车优先级高；
步骤3，获取b路m号公交车预先规划的运行路线图，判断到下一个信号灯是否塞车，如否，b路m号公交车优先级高；如是，a路n号公交车优先级高。
进一步地，所述控制路口信号灯给予公交车优先通行具体包括以下步骤：
获取公交车的高精度位置；
确定公交车所在车道；
控制公交车所在车道信号灯。
本发明采用高精度定位、云计算和互联网技术，协同公交车和交通灯的互动与优化，实现城市公交车正点运行，鼓励市民乘用公交车，弱化对私家车出行的需求，减少城市空气污染。本发明能够达到的有益技术效果如下：
(1)实时得到所有公交车的精确位置；
(2)实时得到所有信号灯的状态；
(3)实时控制所有信号灯的切换；
(4)根据所有公交车线路图和运行时间表，通过根据公交车运行状态(位置、是否准点)进行车道级交通灯控制，实现城市范围公交运行全局优化，保证公交车按预定线路正点运行；
(5)应急情况下(例如道路意外封闭)，可以将按预案实时调整公交线路和时间表，并实时发布给乘客。
附图说明
图1为本发明公交优先系统架构图；
图2为本发明云端公交优先算法流程图；
图3为本发明优先级确定方法流程图；
图4为本发明给予公交车优先时信号灯控制流程图。
具体实施方式
本发明采用技术手段，将城市所有交通灯和公交车信息连到一个网上，实现对所有公交车的实时精确位置信息(车道级)、每辆公交车的路线和时间表信息、和每个交通灯状态信息的进行实时采集，通过云计算对早点和晚点公交车所行驶线路交通灯的进行控制，确保公交车在每个公交车站既不晚到也不早走。
下文中，结合附图和实施例对本发明作进一步阐述。本发明公交优先系统是指为确保公共汽车正点，在适当的时候和地段采取各种措施保证公交车先于其它车辆通行的交通管理体系。图1为本发明公交优先系统架构图，基于云控信号灯和高精度位置时间信息，包括以下四个部分构成：
(1)信号灯云端控制器
信号灯云端控制器安装在信号灯(交通灯)上，信号灯云端控制器采用物联网的概念将现有的交通灯控制器联网到云端，增加云端控制功能，如果网络有问题，则退化到原有的控制模式。
(2)高精度定位系统
高精度定位系统安装在公交车上，高精度定位系统能够接收卫星导航系统gps和北斗伪距及载波相位观测量，具有单点标准定位和利用增强信息进行厘米级定位的能力。
(3)公交运行线路和时间表数据库
公交运行线路和时间表数据库存储公交车运行线路图以及时间表，公交车运行线路图以及时间表由公交公司预先规划好，例如10路公交车从首班车到末班车的在每个公交车站的到达和离开时间表，每一辆运行在10路线上的公交车在离开起点时都要将信息实时存入数据库中，因此每一辆在10路线上行驶的公交车都有预定到达和离开每一个站的时间表。如果部分道路按预定计划关闭，线路将更改并在数据库中更新。如果部分道路按临时关闭，部分在路上行驶的公交车需要临时改道，这种情况下部分公交车将需要特别的线路和时间表，这些需要由公交公司调度人员及时在数据库中根据预案实时更新。公交车驾驶员和云端算法都以数据库的信息为基准，公交车驾驶员按照应急路线驾驶，云端按应急路线和新时间表来优化对交通灯的控制，实现公交车正点运行。
(4)云端公交优先算法
云端公交优先算法如图2所示，公交优先系统启动，获取所有公交车的运行路线图和时间表、所有公交车的高精度位置和前进方向、每个信号灯的状态。
公交优先系统确定每辆公交车的运行路线图和时间表，判断公交车是否正点运行，如是，继续确定每辆公交车的精确位置、运行路线图和时间表；如否，获取晚点公交车行驶的下一个信号灯的状态。
判断路口是否有公交车优先请求冲突，如是，确定公交车通行优先级，对优先级高的公交车依次控制路口信号灯给予公交车优先通行，在优先控制完成后控制路口信号灯恢复正常；如否，控制路口信号灯给予公交车优先通行，在公交车通过路口后控制路口信号灯恢复正常。
如果a路n号公交车与b路m号公交车路口优先通行有冲突，可以采用如下的方法确定公交车通行优先级，其具体包括：
●判断a路n号公交车的晚点时间是否大于b路m号公交车的晚点时间；如是，a路n号公交车优先级高；如否，b路m号公交车优先级高；或
●获取a路n号公交车预先规划的运行路线图，判断到下一个信号灯是否塞车，如否，a路n号公交车优先级高；如是，b路m号公交车优先级高；或
●获取b路m号公交车预先规划的运行路线图，判断到下一个信号灯是否塞车，如否，b路m号公交车优先级高；如是，a路n号公交车优先级高。
如果a路n号公交车与b路m号公交车路口通行有冲突，需要确定公交车通行优先级，图3为本实施例提供的一种优先级确定方法，如图3所示，包括以下步骤：
步骤1，判断a路n号公交车的晚点时间是否大于b路m号公交车的晚点时间，如是，执行步骤2；如否，执行步骤3；
步骤2，获取a路n号公交车预先规划的运行路线图，判断到下一个信号灯是否塞车，如否，a路n号公交车优先级高；如是，b路m号公交车优先级高；
步骤3，获取b路m号公交车预先规划的运行路线图，判断到下一个信号灯是否塞车，如否，b路m号公交车优先级高；如是，a路n号公交车优先级高。
图4为给予a路n号公交车优先时信号灯控制的实施例，具体包括以下步骤：
获取a路n号公交车公交车的高精度位置；
确定a路n号公交车公交车所在车道；
控制a路n号公交车公交车所在车道信号灯。
本发明虽然已经以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。