[发明专利]一种不变周期条件下公交优先相位设置方法

权利要求书

1.一种不变周期条件下公交优先相位设置方法，特征是，包括以下步骤：

步骤一，利用已有方法预测公交车抵达停止线的时刻；

步骤二，计算应当授予公交车优先权的时间窗口；

步骤三，根据确定的公交优先时间窗口生成候选策略集合；

步骤四，步骤三中候选策略集合，按照各种候选策略的需求根据绿灯时长前向再分配方法和绿灯时长后向再分配方法生成具体可执行的公交优先配时方案；

步骤五，利用基于绝对调整量的方案比选准则在候选策略集合中选择对其它方向交通流影响最小的候选方案，并将其作为最终实施的方案；

步骤三中根据公交优先窗口的起止时刻与各个相位绿灯起止时刻的相对关系将方案生成划分为5种情景，涵盖公交车的各种到达的情景；

情景1：当公交车优先窗口均位于第一相位绿灯时段内时，保持原有配时方案不改变；

情景2：当公交优先窗口介于第一相位和第二相位绿灯时段之间时，需延长第一相位的绿灯阶段至公交优先相位绿灯阶段的结束时刻t_upper时刻；其它相位的绿灯时间将按照步骤四中再分配方法来确定；

情景3：当公交优先窗口介于最后一个相位和第一相位的绿灯时段之间时，在最后一个相位之后插入一个公交专用相位，公交专用相位的绿灯阶段在公交优先时间窗口的开始时刻t_lower时刻开始，并持续到下一周期第一相位绿灯阶段开始时刻，即0时刻；其它相位的绿灯时间将按照步骤四中再分配方法来做相应调整；

情景4：当公交优先窗口完全位于某相位的绿灯时段，而此相位不是第一相位时，记此相位的相序编号为i，那么两种插入方案；方案一是将公交专用相位插入在相序为i的相位所在的位置，此时原来相序为i的相位成为相序为i+1的相位；方案二为将公交专用相位插入在相序为i的相位之后，即此时公交专用相位为相序为i+1的相位；公交优先窗口的起止时刻始终代表从t_lower到t_upper之间的时段，而这个时段仅与公交车首次被路侧设施检测到的时刻t_detect以及工作区域长度d和公交运行速度v有关；两种方案中其他相位的绿灯时间将按照步骤四中再分配方法来确定，最终采用的配时方案将按照基于绝对调整量的比选准则从两种备选方案中产生；

情景5：当公交优先窗口介于两个相位的绿灯时段之间，而此两相位不包含第一相位时，记其中编号靠前的相位为相序为i的相位，那么其中靠后的相位为相序为i+1的相位，参照情形4中那样，此时将至少有三种备选方案；方案一为将公交专用相位插入到相序为i的相位所在的位置，此时原来的两个相位分别成为相序为i+1的相位和相序为i+2的相位；方案二为将公交专用相位插入到相序为i+1的相位所在位置，此时相序为i的相位仍为相序为i的相位，而相序为i+1的相位则成为相序为i+2的相位；方案三为将公交专用行为插入在相序为i+1的相位之后，此时相序为i的相位和相序为i+1的相位仍为相序为i的相位和相序为i+1的相位，而相序为i+2的相位则成为相序为i+3的相位，后续相位依次顺延；当两个相位并不是连续的两个相位时，产生其他的备选方案时，将公交优先相位插入在中间相位所在位置即可；除公交专用相位以外的其它相位的绿灯时间将按照步骤四中再分配方法来确定，最终确定的配时方案将按照步骤五方法从三种备选方案中产生；

步骤四中会涉及两类配时情形，其中一种为标准情形，另一种为特殊情形；

标准情形：当一个公交优先指令需要插入一个公交专用相位时，信号周期内的所有相位中，至少有一个相位的绿灯时长需要再分配算法来调整：

分为两个环节，分别为前向分配与后向分配，这两个环节都是在不改变信号周期的指导思想下设计的；在执行绿灯时长再分配之前，确定各个相序为k的相位承担比例r_k，k＝1，2，...，n，此处n表示原配时方案的总相位数；承担比例由人为地指定；

前向分配，是对相序位于公交专用相位之前的相位的绿灯时间的再分配办法；若插入的公交专用相位在调整后的配时方案中为相序为j的相位，而公交车在相序为i的相位被路侧设施探测到；当探测到公交车的时刻与公交专用相位的起止时刻在同一个周期内时，这种情形被称之为标准情形，此时总可操作时长t_avail根据以下公式计算

式中，

t_avail——可用于再分配的总可操作时长，s；

t_lower——公交优先时间窗口的开始时刻，s；

t_detect——公交车首次被路侧设施检测到的时刻，s；

——相序为k的相位的缓冲期时长，在缓冲期内信号相位不可因公交到达而改变，s；

i_d——t_detect所在的相位在原配时方案中的相序；

j——公交专用相位之前的第一个相位在原配时方案中的相序；

k——原配时方案中某个相位的相序，此处k介于i_d与j之间；

而在相序为i_d的相位与相序为j的相位之间的各个相位的可操作时间则根据以下公式计算：

在插入公交专用相位前，公交车首次被路侧设施检测到的时刻t_detect与相序为j的相位结束时刻之间的总时长为由于插入公交专用相位后，总时长被压缩或延长为t_avail，调整方式是将可调整时长的各个组成成分按照可调整时长与可操作时长的比例设置，即如下列公式所示：

式中，

i_d——t_detect所在的相位在原配时方案中的相序；

j——公交专用相位之前的第一个相位在原配时方案中的相序；

k——原配时方案中某个相位的相序，此处k介于1与j之间；

——原配时方案中相序为j的相位的绿灯结束时刻；

——相序为k的相位的可操作时间；

——原配时方案中相序为k的相位拟承担或获得的绿灯延长量，其取值为正数时表示拟承担的绿灯损失，反之，其取值为负数时表示拟获得的绿灯延长；

——依据实际情况，原配时方案中相序为k的相位应承担或获得的绿灯延长量；

t′_k——原配时方案中相序为k的相位的调整后绿灯时长；

t_lower——公交优先时间窗口的开始时刻，s；

——相序为k的相位的可操作时间；

当小于或等于0时说明相序为k的相位已经不能承担损失或不宜延长绿灯时长；最终根据公式二计算得到的表示经过前向再分配得到的原配时方案中相序为k的相位的调整后绿灯时长；

后向分配，是对相序位于公交专用相位之后的相位的绿灯时间的再分配办法；在进行后向绿灯时间再分配时，首先计算插入公交专用相位后剩余未执行的绿灯时间C-t_upper，而后位于公交专用相位后的每一个相序为m的相位的绿灯时间按照以下公式调整：

式中：

j——公交专用相位之前的第一个相位在原配时方案中的相序；

k——原配时方案中某个相位的相序，此处k介于相序为j+1的相位与相序为n的相位之间；

m——原配时方案中某个相位的相序，此处m介于相序为j+1的相位与相序为n的相位之间；

C——原配时方案的周期时长，s；

t_upper——公交优先相位绿灯阶段的结束时刻，s；

r_m——相序为m的相位的承担比例；

t′_m——后向再分配后原配时方案中相序为m的相位的绿灯时长，s；

黄灯具有与绿灯不同的性质，在绿灯时长再分配环节中将黄灯时间当作绿灯时间考虑，而为了保证黄灯时间不被压缩或延长，可在原来预期的缓冲时间的基础上再增加黄灯时长，以确保黄灯不可被压缩；

在全红灯时间内，各个方向的车辆均不可进入交叉口，因此将全红时间纳入下一相位的绿灯时间内，与黄灯时间一样，全红时间参照黄灯时间的处理办法，将全红时间长度纳入缓冲时间之内，以确保完成最终的绿灯时间再分配后，全红时间完整地被还原；

绿灯时长前向再分配得到公交专用相位之前各个相位调整后的绿灯时长，而后向再分配则得到公交专用相位之后各个相位调整后的绿灯时长，将二者的结果组合与公交专用相位的起止时刻有序地组合成一个新的配时向量G′＝(t′₁，...，t′_bus，...，t′_n)即可得到调整后各个相位的绿灯时长；

再分配中的两个特殊情形如下：

特殊情景1：当公交车首次被路侧设施检测到的时刻t_detect与公交专用相位的起止时刻不在同一个周期内，而公交专用相位的起止时刻在同一个周期内时，若此时拟定的公交专用相位的起止时刻在第一相位的绿灯时间内，则无需调整配时方案；若拟定的公交专用相位的起止时刻均不在第一相位的绿灯时间内，此时按照上述标准情形实际得到新的配时方案，但是这样会改变信号周期的长度；为了保持信号周期的长度不变，这种情形下在上述标准情形中将t_detect置为0即可，同时也可选择性地将第一个相位的缓冲时长设置为0；

特殊情景2：

若公交优先时间窗口的开始时刻t_lower在第一相位的绿灯时间内，而公交优先相位绿灯阶段的结束时刻t_upper不在第一相位的绿灯时间内时，除了才两个时刻均不在第一相位的绿灯时刻内的策略外，还需要将标准分配方法中t_lower设置为第一相位绿灯阶段的结束时刻此时将公交专用相位与原配时方案的第一相位合并为一个相位不会改变信号周期的长度；

若将公交专用相位作为调整后的配时方案的最后一个相位，为了保证周期长度的不变性，此时可在上述标准情形中将t_upper设置为周期长度C或原配时方案中最后一个相位的终止时刻此处二者具有相同的含义；

步骤五中，具体而言，将各候选方案中由非公交专用相位的绿灯时长组成配时向量与原配时方案的配时向量求欧氏距离，此欧式距离即为方案的调整幅度；选取其中调整幅度最小者作为最终的配时方案；即按照如下模型比选各个候选方案，

s.t.G″_S＝(t′₁，t′₂，...，t′_n)

S∈Candidate

式中：

G——配时向量G＝(t₁，t₂，...，t_n)；

G″_S——候选方案S中，由非公交专用相位的绿灯时长组成的配时向量；

Candidate——候选方案集合；

S——候选方案S；

k——原配时方案某相位的相序，此k处介于0与n之间；

t_k——原配时方案相序为k的相位绿灯阶段的时长，s；

t′_k——调整后的配时方案中相序为k的相位绿灯阶段的时长，s。

2.如权利要求1所述的方法，特征是，步骤五中以调整幅度作为评价指标，调整幅度用各个非公交专用相位的绿灯时间的绝对调整量的根方和来计算，调整幅度越大表明扰动越大，相关方案越不应该被采用。