[发明专利]基于预信号的主动式公交信号优先控制方法

摘要

本发明公开了一种基于预信号的主动式公交信号优先控制方法，旨在保证通过交叉口的社会车辆服务水平不显著降低的同时，最大限度地提高通过交叉口公交车辆的服务水平。首先，在符合条件的交叉口安装检测器、布设装有计算机程序的信号机及信号灯。其次，设置预信号停车线与主信号、预信号之间的绿时差。再次，在检测器检测到公交优先申请时根据交叉口运行状态判断是否给予信号优先。随后，根据当前相位状况判断执行何种主动式公交优先控制策略。最后，根据绿灯延长、公交相位插入、红灯缩短三种主动式公交信号优先控制策略的控制逻辑与算法实现对公交车辆的信号优先服务。

主权项

一种基于预信号的主动式公交信号优先控制方法，其特征在于，步骤1：在信号控制系统为三相位或三相位以上、具有一条或一条以上的右转专用车道且与相邻交叉口的间距超过200米的交叉口，安装检测器、布设装有计算机程序的信号机及信号灯，并利用光缆和电线依次将检测器与信号机连接起来，所述的检测器采用视频车辆检测器，并且能够自动识别公交车辆并记录公交车辆通过检测器时的瞬时车速，车辆检测器布设在交叉口进口道停车线上游25米处，步骤2：在主信号停车线上游40米处设置预信号停车线，且设定预信号与主信号之间的绿时差为6秒，步骤3：信号机在检测器检测到公交优先申请时判断是否给予信号优先：步骤3.1：设置在车道上的检测器检测到有公交车辆通过时，触发公交优先的申请，并将公交优先的申请反馈给信号机，步骤3.2：信号机停止接收检测器公交优先的申请，步骤3.3：若交叉口饱和度不大于0.9，转入步骤3.4；否则，转入步骤5，所述交叉口饱和度为通过设置在交叉口各进口道上的车辆检测器得到的交叉口的当前交通量与交叉口设计通行能力的比值，步骤3.4：若当前相位在优先公交通行方向为红灯信号，转入步骤3.5；否则，转入步骤5，所述当前相位为优先公交到达主停车线时刻所处相位，若g0Δt≥L1/v，则当前相位为优先公交通过检测器时所处相位；若g0Δt＜L1/v，则当前相位为优先公交通过检测器时所处相位的下一执行相位，其中，g0Δt：优先公交通过检测器时所处相位在优先公交通过检测器时刻的剩余时间；L1：检测器与主停车线之间的距离；v：检测器检测到的公交车辆平均车速，步骤3.5：计算优先公交到达主停车线时当前相位的剩余时间g1Δt，转入步骤4，计算公式为：若g0Δt≥L1/v，则g1Δt＝g0Δt‑L1/v若g0Δt＜L1/v，则g1Δt＝g0Δt+Q0‑L1/v式中，Q0：当前相位持续时间，步骤4：若当前相位的上一执行相位在优先公交通行方向为绿灯信号，且当前相位的剩余时间g1Δt大于等于Q0/2，转入步骤4.1，执行绿灯延长控制；若当前相位的上一执行相位在优先公交通行方向为绿灯信号，且当前相位的剩余时间g1Δt小于Q0/2，转入步骤4.2，执行公交相位插入控制；若当前相位的上一执行相位在优先公交通行方向为红灯信号，且当前相位的下一执行相位在优先公交通行方向也为红灯信号，转入步骤4.2，执行公交相位插入控制；若当前相位的下一执行相位在优先公交通行方向为绿灯信号，转入步骤4.3，执行红灯缩短控制，步骤4.1：绿灯延长控制的方法如下：A1)计算所需绿灯延长时间g1，执行步骤A2)，计算公式为：g1＝(Q011‑g1Δt)+L2/v式中，Q011：绿灯延长控制下当前相位的持续时间；g1Δt：优先公交到达主停车线时当前相位的剩余时间；L2：主停车线至公交车辆驶入出口道时的公交车辆行驶轨迹的长度；v：检测器检测到的公交车辆平均车速，A2)控制参数初始化，令压缩信号周期编号为m且m＝1，绿灯延长控制下的总压缩时间为gm‑11且gm‑11＝0，执行步骤A3)，A3)预测绿灯延长控制下后续第m周期内的各个非最后相位的富裕绿灯时间Fm1i且i＝1，2，…n‑1，n≤8，其中n为周期相位数，及最后相位的富裕绿灯时间Fm1n，所述富裕绿灯时间是指相位持续时间扣除上一红灯期间到达预信号停车线并停车等待车辆通过交叉口所需的绿灯时间，后续第m周期各相位富裕绿灯时间的预测值分别为检测器检测到的当前相位所处周期的上一周期各对应相位的富裕绿灯时间，执行步骤A4)，A4)分配绿灯延长控制下后续第m周期内的各个非最后相位的压缩时间gm1i及最后相位的压缩时间gm1n，执行步骤A5)，计算公式为： g m 1 i = min { ( g 1 - g m - 1 1 ) × [ Q m 1 i / ( Σ i = 1 n - 1 Q m 1 i + Q m 1 n ) ] , F m 1 i } g m 1 n = min ( g 1 - g m - 1 1 - Σ i = 1 n - 1 g m 1 i , F m 1 n ) 式中，Qm1i：绿灯延长控制下后续第m周期内非最后相位i的持续时间；Qm1n：绿灯延长控制下后续第m周期最后相位的持续时间，A5)计算绿灯延长控制下第m周期内的各个非最后相位的绿灯时间Pm1i及最后相位的绿灯时间Pm1n，执行步骤A6)，计算公式为：Pm1i＝int(Qm1i‑gm1i+0.5)Pm1n＝int(Qm1n‑gm1n+0.5)A6)计算绿灯延长控制下后续m周期的总压缩时间gm1，执行步骤A7)，计算公式为： g m 1 = g m - 1 1 + ( Σ i = 1 n - 1 g m 1 i + g m 1 n ) A7)判断绿灯延长控制下后续m周期的总压缩时间gm1是否等于所需绿灯延长时间g1，若是，则执行步骤5，若否，则执行步骤A8)，A8)进入下一周期各相位的压缩，令m＝m+1，执行步骤A3)，步骤4.2：公交相位插入控制的方法如下：B1)计算所需专用公交相位时间g2，执行步骤B2)，计算公式为：g2＝L2/v+3式中，L2：主停车线至公交车辆驶入出口道时的公交车辆行驶轨迹的长度；v：检测器检测到的公交车辆平均车速，B2)预测公交相位插入控制下当前相位富裕绿灯时间F021，执行步骤B3)，当前相位富裕绿灯时间的预测值为检测器检测到的当前相位所处周期的上一周期中对应相位的富裕绿灯时间，B3)确定当前相位压缩时间g021，执行步骤B4)，计算公式为：g021＝min(g2，F021，g1Δt)式中，g1Δt：优先公交到达主停车线时当前相位的剩余时间；B4)计算公交相位插入控制下当前相位的绿灯时间P021，执行步骤B5)，计算公式为：P021＝int(Q021‑g021+0.5)式中，Q021：公交相位插入控制下当前相位的持续时间，B5)判断公交相位插入控制下当前相位压缩时间g021是否小于所需专用公交相位时间g2，若是，则执行步骤B6)，若否，则执行步骤5，B6)控制参数初始化，令压缩信号周期编号为m且m＝1，公交相位插入控制下的总压缩时间为gm‑12且gm‑12＝g021，执行步骤B7)，B7)预测公交相位插入控制下后续第m周期内的各个非最后相位的富裕绿灯时间Fm2i且i＝1，2，…n‑1，n≤8，其中n为周期相位数，及最后相位的富裕绿灯时间Fm2n，后续第m周期各相位富裕绿灯时间的预测值为检测器检测到的当前相位所处周期的上一周期各对应相位的富裕绿灯时间，执行步骤B8)，B8)分配公交相位插入控制下后续第m周期内的各个非最后相位的压缩时间gm2i及最后相位的压缩时间gm2n，执行步骤B9)，计算公式为： g m 2 i = min { ( g 2 - g m - 1 2 ) × [ Q m 2 i / ( Σ i = 1 n - 1 Q m 2 i + Q m 2 n ) ] , F m 2 i } g m 2 n = min ( g 2 - g m - 1 2 - Σ i = 1 n - 1 g m 2 i , F m 2 n ) 式中，Qm2i：公交相位插入控制下后续第m周期非最后相位i的持续时间；Qm2n：公交相位插入控制下后续第m周期最后相位的持续时间，B9)计算公交相位插入控制下第m周期内的各个非最后相位的绿灯时间Pm2i及最后相位的绿灯时间Pm2n，执行步骤B10)，计算公式为：Pm2i＝int(Qm2i‑gm2i+0.5)Pm2n＝int(Qm2n‑gm2n+0.5)B10)计算公交相位插入控制下当前相位与后续m周期的总压缩时间gm2，执行步骤B11)，计算公式为： g m 2 = g m - 1 2 + ( Σ i = 1 n - 1 g m 2 i + g m 2 n ) B11)判断公交相位插入控制下当前相位与后续m周期的总压缩时间gm2是否等于所需专用公交相位时间g2，若是，则执行步骤5，若否，则执行步骤B12)，B12)进入下一周期各相位压缩，令m＝m+1，执行步骤B7)，步骤4.3：红灯缩短控制的方法如下：C1)计算所需红灯缩短时间g3，执行步骤C2)，计算公式为：g3＝g1Δt式中，g1Δt：优先公交到达主停车线时当前相位的剩余时间，C2)预测红灯缩短控制下当前相位富裕绿灯时间F031，执行步骤C3)，当前相位富裕绿灯时间的预测值为检测器检测到的当前相位所处周期的上一周期中对应相位的富裕绿灯时间，C3)确定红灯缩短控制下当前相位压缩时间g031，执行步骤C4)，计算公式为：g031＝min(g3，F031)C4)计算红灯缩短控制下当前相位的绿灯时间P031，执行步骤5，计算公式为：P031＝int(Q031‑g031+0.5)式中，Q031：当前相位的持续时间，步骤5：信号机恢复接收检测器公交车辆的优先申请，转入步骤3。