一种基于驻站策略的交叉口公交停车次数优化方法与流程

本发明涉及公共交通运营与管理的技术领域，具体为一种基于驻站策略的交叉口公交停车次数优化方法。

背景技术：

现如今，公交车以其快速、便捷、便民的优点逐渐成为了人们出行必备工具。为提高车辆运行连续性，大多交叉口在信号配时阶段已进行了绿波诱导。但相比于其他车辆，公交车需要靠站停车，之后在交叉口又需要停车。这极大地增加了停车次数，降低了公交运行连续性，也增加了燃油消耗，影响了乘客舒适度及整体服务水平。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足提供一种基于驻站策略的交叉口公交停车次数优化方法，本基于驻站策略的交叉口公交停车次数优化方法用以提高公交车在交叉口遇到绿灯的概率，进而减少公交车在运营过程中的总停车次数，提升公交车运行的连续性、乘客的舒适度和整体服务水平。

为实现上述技术目的，本发明采取的技术方案为：

一种基于驻站策略的交叉口公交停车次数优化方法，包括：

步骤1：交叉口车辆到达-离去曲线的确定：

设交叉口信号周期为c，单位为s，一条直行进口道的有效绿灯时间为g，单位为s，车辆到达率为q，单位为veh/h，车辆离去率为s，单位为veh/h，即饱和流率为s，绿灯信号传输速率为w，单位为veh/h；以此建立交叉口的车辆到达-离去曲线；

步骤2：交叉口公交车停车次数的计算：

设公交车到达交叉口的时刻为t，单位为s，且规定0≤t<c，则公交车在交叉口停车次数ns(t)的表达式为：

步骤3：公交驻站策略的设计：

步骤3.1：无驻站时公交车到达交叉口时刻计算：

设公交站台为单一线路的停靠站，与下游交叉口的间距为l，单位为m；设在研究时段内，当线路第i辆公交车到达公交站台时，交叉口信号运行到一个周期的to,i时刻，0≤to,i<c，单位为s，则to,i和to,i+1的关系为：

to,i+1＝(to,i+60·the,i)modc；

其中the,i为第i辆和第i+1辆公交车之间的行车间隔，单位为min；设第i辆公交车在公交站台的上下客时间为tdw,i，单位为s，行驶速度为vb，单位为km/h，则预测公交车从公交站台行驶到交叉口的时间为l·3.6/vb；设在不实行驻站策略的情况下，当公交车到达交叉口时，预测交叉口的信号周期运行到ta,i时刻，0≤ta,i<c，单位为s，则ta,i的计算方法为：

ta,i＝(to,i+tdw,i+l·3.6/vb)modc；

则在无驻站策略时，公交车在交叉口的停车次数预测值为ns(ta,i)；

步骤3.2：公交车驻站时间的计算：

设第i辆公交车在公交站台的驻站时间为tho,i，单位为s，公交车的最大驻站时间为tho,max，单位为s，则驻站时间的计算可分为三种情况：

情况1：预测第i辆公交车到达交叉口的时刻位于绿灯后期，即td≤ta,i<c时，公交车可直接驶离交叉口，无需停车，因此该种情况下tho,i＝0；

情况2：预测第i辆公交车到达交叉口的时刻位于绿灯中期，即tk≤ta,i<td时，公交车将出现一次不完全停车，为避免不完全停车，将tho,i设为tho,i＝td-ta,i；

情况3：预测第i辆公交车到达交叉口的时刻位于红灯或绿灯初期，即0≤ta,i<tk时，该辆车将出现一次完全停车；此时若td-ta,i<tho,max，则为避免完全停车，将tho,i设为tho,i＝td-ta,i；若td-ta,i≥tho,max，则为避免完全停车，将tho,i设为tho,i＝tho,max；

综合以上三种情况，第i辆公交车驻站时间tho,i的表达式为：

在实施驻站策略后，第i辆公交车将在公交站台停驶tho,i时间，实际到达交叉口的时刻t'a,i，单位为s，t'a,i为：

t'a,i＝(to,i+tdw,i+tt,i+tho,i)modc；

其中tt,i为第i辆公交车在公交站台和交叉口间的实际行驶时间，单位为s；该辆公交车在交叉口的实际停车次数为ns(t'a,i)。

作为本发明进一步改进的技术方案，所述td＝(c-g)·s/(s-q)，所述tk＝(c-g)·w/(w-q)。

作为本发明进一步改进的技术方案，所述停车次数为车辆在通过交叉口时受信号控制影响而停车的次数，即车辆在受阻情况下的停车程度，其值介于0到1之间；所述车辆到达率为单位时间内到达交叉口某一进口道停车线后的车辆数，以veh/h为单位；所述车辆离去率为单位时间内离开交叉口某一进口道停车线的车辆数，以veh/h为单位；所述绿灯信号传输速率为单位时间内绿灯信号从停车线向排队车辆反向传播的速度，以veh/h为单位。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：通过在公交站台处预测公交车到达前方交叉口的时刻，进行公交驻站策略的设计，将公交车在停靠站(公交站台)和交叉口的停车有效地整合到一起，从而减少了公交车运营过程中的总停车次数，提升了公交车运行连续性和乘客的舒适度，减少了燃油消耗，改善了公交服务水平，优化了乘客的出行体验。

附图说明

图1为本发明基于驻站策略的交叉口公交停车次数优化方法交叉口-公交站台相对位置示意图。

图2为本发明基于驻站策略的交叉口公交停车次数优化方法车辆到达-离去曲线示意图。

具体实施方式

下面根据图1至图2对本发明的具体实施方式作出进一步说明。显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本实施例提供一种基于驻站策略的交叉口公交停车次数优化方法，包括：

步骤1：交叉口车辆到达-离去曲线的确定：

如附图2所示，设交叉口信号周期为c(s)；一条直行进口道的有效绿灯时间为g(s)；车辆到达累计线为of，其斜率为tanα；车辆到达率为q(veh/h)，即为单位时间内到达交叉口某一进口道停车线后的车辆数，q＝3600·tanα；车辆离去累计线为bf，车辆离去率为s(veh/h)，即为单位时间内离开交叉口某一进口道停车线的车辆数，也即饱和流率为s，s＝3600·tanβ；绿灯信号传输速率为w(veh/h)，即为单位时间内绿灯信号从停车线向排队车辆反向传播的速度，w＝3600·tanγ；根据图2中几何关系可得到：

线段bd＝td-tb＝(c-g)·q/(s-q)；

线段od＝td＝(c-g)·s/(s-q)；

线段bk＝tk-tb＝(c-g)·q/(w-q)；

线段ok＝tk＝(c-g)·w/(w-q)；

线段kd＝td-tk＝(c-g)·q·(w-s)/[(s-q)·(w-q)]；

其中tb、tk和td分别表示附图2中b、k和d点对应的时刻(s)。

步骤2：交叉口公交车停车次数的计算，其中停车次数为车辆在通过交叉口时受信号控制影响而停车的次数，即车辆在受阻情况下的停车程度，其值介于0到1之间：

设公交车到达交叉口的时刻为t(s)，且规定0≤t<c，则当t位于线段ok范围内时(即位于红灯或绿灯初期时)，车辆在红灯或绿灯初期到达交叉口，绿灯信号波尚未传至车辆位置，因此停车次数为1；当t位于线段kd范围内时(即位于绿灯中期时)，车辆在绿灯中期到达交叉口，绿灯信号波已传至车辆位置，因此停车次数可表示为(od-t)/kd，介于0到1之间；当t位于线段de范围内时(即位于绿灯后期时没有车辆排队)，车辆在绿灯后期到达交叉口，此时没有车辆排队，停车次数为0。代入具体数值可得到公交车在交叉口停车次数ns(t)的表达式：

步骤3：公交驻站策略的设计：

步骤3.1：无驻站时公交车到达交叉口时刻计算：

如附图1所示，公交站台为单一线路的停靠站，与下游交叉口的间距为l(m)；设在研究时段内，当线路第i辆公交车到达站台时，交叉口信号运行到一个周期的to,i(s)时刻(0≤to,i<c)，则to,i和to,i+1的关系为：

to,i+1＝(to,i+60·the,i)modc；

其中the,i为第i辆和第i+1辆公交车之间的行车间隔(min)。设第i辆公交车在站台的上下客时间为tdw,i(s)，行驶速度为vb(km/h)，则预测公交车从站台行驶到交叉口的时间为l·3.6/vb；设在不实行驻站策略的情况下，当公交车到达交叉口时，预测交叉口的信号周期运行到ta,i(s)时刻(0≤ta,i<c)，则ta,i的计算方法为：

ta,i＝(to,i+tdw,i+l·3.6/vb)modc；

则在无驻站策略时，公交车在交叉口的停车次数预测值为ns(ta,i)。显然，若不实行驻站策略，则ta,i很有可能落在红灯时间或绿灯初期内，从而造成公交车在交叉口的再次停车。现实行驻站策略，使得公交车在站台上下客完毕后停驶一段时间，从而到达交叉口时，能够减少停车次数。

步骤3.2：公交车驻站时间的计算：

设第i辆公交车驻站时间为tho,i(s)，公交车的最大驻站时间为tho,max(s)，则如附图2所示，驻站时间的计算可分为三种情况。

情况1：预测第i辆公交车到达交叉口的时刻落在线段de范围内(即位于绿灯后期)，即td≤ta,i<c时，公交车可直接驶离交叉口，无需停车，因此这种情况下tho,i＝0；

情况2：预测第i辆公交车到达交叉口的时刻落在线段kd范围内(即位于绿灯中期)，即tk≤ta,i<td时，其中td＝(c-g)·s/(s-q)，tk＝(c-g)·w/(w-q)，公交车将出现一次不完全停车，为避免不完全停车，可将tho,i设为tho,i＝td-ta,i；

情况3：预测第i辆公交车到达交叉口的时刻落在线段ok范围内(即位于红灯或绿灯初期)，即0≤ta,i<tk时，该辆车将出现一次完全停车，此时若td-ta,i<tho,max，则为避免完全停车，将tho,i设为tho,i＝td-ta,i；若td-ta,i≥tho,max，则为避免完全停车，同时考虑驻站时间的上限值，将tho,i设为tho,i＝tho,max。

综合以上三种情况，第i辆公交车驻站时间tho,i的表达式为：

在实施驻站策略后，第i辆公交车将在公交站台停驶tho,i时间，实际到达交叉口的时刻t'a,i(s)为：

t'a,i＝(to,i+tdw,i+tt,i+tho,i)modc；

其中tt,i为第i辆公交车在公交站台和交叉口间的实际行驶时间(s)，因此，该辆公交车在交叉口的实际停车次数为ns(t'a,i)。

本实施例在附图1中，某公交线路在公交站台处设置停靠站，公交站台与下游交叉口的间距l＝270m，公交车以直行的方式通过交叉口。

公交线路相关运营参数为：公交车的行车间隔the服从均值为10min，标准差为2min的正态分布；公交车在站台的上下客时间tdw服从均值为11s，标准差为3s的正态分布；公交车行驶速度vb＝20km/h，公交车从站台到交叉口的实际行驶时间tt服从均值为48s，标准差为5s的正态分布；公交车的最大驻站时间为tho,max＝60s。

交叉口相关运行参数为：交叉口信号周期c＝110s，直行绿灯时间g＝35s，直行饱和流量s＝1600veh/h，绿灯信号传输速率w＝3000veh/h；交叉口一个直行车道的交通量q服从均值为390veh/h，标准差为50veh/h的正态分布。

运用本实施例提供的方法，针对无驻站策略和有驻站策略两种情形，对该实施例中连续50辆公交车进行蒙特卡罗数值仿真分析。其中每辆公交车的运营参数the、tdw和tt以及交叉口的运行参数q根据指定的分布生成相应的随机数，第1辆公交车的到站时刻ta,1取为[0,c]之间的随机值。数值仿真得到了两种情形下每辆公交车在交叉口的停车次数，其结果如表1所示：

表1：实施例中公交驻站策略数值仿真分析结果：

由表1可知，在实施公交驻站策略前，公交车的平均停车次数为0.83，而实施公交驻站策略后，公交车的平均停车次数降低到了0.53，降低幅度为36.1％，表明本发明提供的方法显著降低了公交车在交叉口的停车次数，改善了乘客的公交出行体验。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。