一种协调控制下的多路公交优先实现方法与流程

本发明属于城市交通信号控制，特别是一种协调控制下的多路公交优先实现方法。

背景技术：

1、公交优先指通过采用一定的控制策略，在交叉口给予公交车辆相对于其他社会车辆更便捷的优先通行权。公交信号优先的实施可以降低公交车辆在交叉口的停车等待时间，进而减少公车车辆的交叉口延误时间，提高相应的服务水平。

2、随着智能交通的快速发展，协调控制方式的应用已成为目前城市交叉口信号控制的发展趋势，但现有的研究基本都建立在固定信号配时背景下，针对协调控制背景下的公交优先鲜有相关成果。

3、在公交优先控制算法方面，当前广泛运用的还是基于绿灯延长和红灯早断的单点感应式控制方法，这种暴力优先抢占相位的方式虽然提高了公交相位绿信比，但是并未真正实现干线及区域的协调控制。

技术实现思路

1、本发明的目的在于针对上述现有技术存在的问题，提供一种多路公交优先竞争的协调控制方法，该方法以所有公交车辆延误时长最少作为控制目标，在实现公交优先的同时，兼顾社会车辆的交通需求进行协调控制。

2、实现本发明目的的技术解决方案为：一种协调控制下的多路公交优先实现方法，所述方法包括以下步骤：

3、步骤1，实时检测交叉口的所有公交车辆信息，根据每一辆公交的特征信息构建服务公交链表；依据各公交的特征信息，预测其到达停车线时长，并计算其期望响应范围和期望响应阶段数；所述特征信息包括检入时刻、检出时刻、距停车线距离、实时速度和请求阶段；

4、步骤2，以保证协调阶段开始时刻不延迟和周期时长不变为约束，计算各公交车辆的允许响应范围和允许响应阶段数；若允许响应范围和所述期望响应范围有交集，则计算其响应范围和响应阶段数，否则当前计算不考虑该公交车辆；

5、步骤3，以最先到达停车线且能通过响应实现不停车通过的公交为代表公交，依据到达停车线时间先后顺序，依次考虑其它公交车辆的响应范围和响应阶段数，最大程度兼容其它公交车辆的响应范围，并根据响应阶段数，将最终响应范围平均转换到当前响应阶段，取响应范围的中值为当前响应阶段的调整时长。

6、进一步地，步骤1具体包括：

7、步骤1-1，创建空的服务公交链表；

8、步骤1-2，判断是否存在公交优先请求，若是，执行下一步；否则，执行步骤1-6；

9、步骤1-3，预测请求公交到达停车线的时间；

10、步骤1-4，判断到达停车线时刻是否在当前周期，若是，执行下一步；否则，执行步骤1-6；

11、步骤1-5，判断从当前时刻到周期结束，是否包含请求公交的放行阶段，若是，则将该公交加入服务公交链表，执行下一步，否则，执行步骤1-6；

12、步骤1-6，判断服务公交链表是否为空，若是，则执行步骤1-2；否则，执行下一步；

13、步骤1-7，寻找公交阶段序号，计算阶段起始时刻公交的期望响应范围和期望响应阶段数。

14、进一步地，步骤1中计算公交的期望响应范围和期望响应阶段数，具体包括：

15、若公交到达交叉口时放行的阶段在公交请求阶段之前，则需执行红灯早断策略；若公交到达交叉口时放行的阶段在公交请求阶段之后，则需执行绿灯延长策略；若公交到达交叉口时放行的阶段为公交请求阶段，则不需要执行任何策略；

16、则期望响应范围为[te_min,te_max]，计算公式为：

17、te_min＝tar-tbe

18、te_max＝tar-tbs

19、式中，tar为公交车辆到达交叉口时的时刻，tbe为公交请求阶段的结束时刻，tbs为公交请求阶段的开始时刻，te_min、te_max分别为期望响应范围的下限和上限；

20、当执行红灯早断策略时，公交请求阶段之前的阶段均可调整，但不包括公交请求阶段，因此期望响应阶段数snum＝sbus-snow；

21、当执行绿灯延长策略时，公交请求阶段及之前的阶段均可调整，因此期望响应阶段数snum＝sbus-snow+1；

22、其中，sbus为公交请求阶段序号，snow为当前所在的阶段序号。

23、进一步地，所述不需要执行任何策略能替换为：执行不影响公交车不停车通过交叉口的预设置的适当绿灯延长策略和红灯早断策略。

24、进一步地，步骤2中计算公交车辆的允许响应范围和允许响应阶段数，具体包括以下几种情形：

25、(1)若当前阶段在协调阶段之前，且公交请求阶段在协调阶段之前，则可调整阶段为当前阶段到公交请求阶段，允许响应范围为[ta_min，ta_max]，计算公式如下：

26、

27、

28、式中，ta_min，ta_max分别为允许响应范围的下限和上限，ss为协调阶段序号，sbas为阶段背景时长，smin为阶段时长下限，smax为阶段时长上限；

29、当执行红灯早断策略时，允许响应阶段数snum1为：

30、snum1＝sbus-snow

31、当执行绿灯延长策略时，允许响应阶段数为：

32、snum1＝sbus-snow+1

33、(2)若当前阶段在协调阶段之前，而公交请求阶段为协调阶段或在协调阶段之后，则可调整阶段为协调阶段到公交请求阶段，允许响应范围为[ta_min，ta_max]，计算公式如下：

34、

35、

36、式中，send为周期最后一个阶段的阶段序号；

37、当执行红灯早断策略时，允许响应阶段数为：

38、snum1＝sbus-ss

39、当执行绿灯延长策略时，允许响应阶段数为：

40、snum1＝sbus-ss+1

41、(3)若当前阶段在协调阶段或协调阶段之后，则可调整阶段为当前阶段到公交阶段，允许响应范围为[ta_min，ta_max]，计算公式如下：

42、

43、

44、当执行红灯早断策略时，允许响应阶段数为：

45、snum1＝sbus-snow

46、当执行绿灯延长策略时，允许响应阶段数为：

47、snum1＝sbus-snow+1

48、综合考虑单路公交的期望响应范围和允许响应范围，最终单路公交的当前响应阶段的响应范围为[tmin，tmax]，计算公式如下：

49、

50、进一步地，步骤3具体包括：

51、步骤3-1，对服务公交链表中所有公交执行步骤2的单路优先算法过程；

52、步骤3-2，寻找服务公交链表中最先到达停车线，且能通过策略响应实现不停车通过的车辆作为代表公交；

53、步骤3-3，遍历服务公交链表，若当前公交的响应范围与代表公交的响应范围有交集，则取交集作为响应范围，否则继续执行步骤3-3，遍历完成后执行步骤3-4；

54、步骤3-4，将响应范围平均分配到各响应阶段上，计算当前响应阶段的响应范围；

55、步骤3-5，依据当前响应阶段的响应范围，计算当前响应阶段的最终响应值。

56、进一步地，步骤3-3中遍历多路公交计算的响应范围为[tt_min，tt_max]，计算公式为：

57、tt_min＝max(tmin_1,tmin_2,tmin_3,......)

58、tt_max＝min(tmax_1,tmax_2,tmax_3,......)

59、式中，tmin_1,tmin_2,tmin_3,......依次为服务公交链表中各公交车辆的最小响应值，tmax_1,tmax_2,tmax_3,......依次为服务公交链表中各公交车辆的最大响应值。

60、进一步地，步骤3-5中计算当前响应阶段的最终响应值的计算公式为：

61、t＝(tt_min+tt_max)/(2*snum2)

62、式中，snum2为第一辆到达停车线的公交的响应阶段数。

63、本发明与现有技术相比，其显著优点为：

64、1)本发明通过构建公交链表，保证公交优先服务的时效性和全面性。本发明根据公交车辆检测信息，可及时地对新检测的公交和离开的公交进行增删操作；对于链表中的公交，依据各公交车辆的特征信息，预测其到达停车线时长，依据当前背景放行方案计算所有公交车辆期望响应范围和期望响应阶段数。

65、2)本发明以不破坏协调阶段为约束条件，保证协调阶段的正常放行。本发明通过考虑公交车辆的请求阶段、协调阶段和当前阶段的时序关系，以不破坏协调阶段为约束条件，计算链表中各公交车辆的允许响应范围和允许响应阶段数；并与期望响应范围取交集，进而计算链表中所有公交车辆的响应范围和响应阶段数。

66、3)本发明通过对交叉口现阶段的所有公交车辆进行优先服务，保证交叉口公交优先服务效益最大化。本发明基于步骤2中计算所得的所有公交响应范围和效响应阶段数，选择最先到达交叉口且可通过策略实现不停车通过的公交车辆为代表公交，以代表公交的响应范围为基准，与其它公交的响应范围取交集，进而平均转化到当前阶段的响应时长。

67、下面结合附图对本发明作进一步详细描述。