一种基于信息预测的城市公交优先协调控制方法技术

本发明专利技术公开了一种基于信息预测的城市公交优先协调控制方法，保证公交车辆通过交叉口的时空双重优先权，可实现同步降低交叉口的人均延误与车均延误。该方法包括：步骤10)基于可变车道的公交专用路权渠划设计；步骤20)获取基础数据；步骤30)预测交叉口车流分流系数；模拟道路交通流行驶过程，并以公交离站时刻为基础，获取公交车辆与社会车辆到达交叉口的时间；步骤40)获得协调优化控制的第二交叉口人均延误值和交叉口各相位绿信比；计算原相位原车道布置的第一交叉口人均延误值；将所述第二人均延误值与第一交叉口人均延误值比较，确认输出信息；步骤50)根据输出信息，实现交叉口车流控制。流控制。流控制。

【技术实现步骤摘要】
一种基于信息预测的城市公交优先协调控制方法


[0001]本专利技术涉及城市交通控制系统，具体涉及一种基于信息预测的城市公交优先协调控制方法。

技术介绍

[0002]随着我国经济的快速发展，机动化出行已成为全社会人们追求方便快捷生活的共同选择。但伴随而来的是造成了环境的严重污染。国外有关交通建设发展经验表明，优先发展公共交通可以有效地解决城市机动车污染问题。但目前城市公交车辆运行速度缓慢、串车现象严重、公交到达停靠站的准点率低、乘客候车时间长等问题亟待解决,各个城市各条道路交通流的差异性较大,如何在现有优化技术的基础上,根据不同交通环境建立相应的公交优先优化机制，对于实现公交优先的普遍应用、提高居民对于公交的依赖程度和减少人均延误等方面具有重要的价值和意义。
[0003]经阅读相关文献发现，关于公交优先现有研究公交信息预测方面研究较少,关于公交车辆到达交叉口时间预测多采用以往交通流数据进行拟合预测,且车流于交叉口的转向比多以历史数据特征确定且固定，根据交通流的随机性和时变性特征,采用以往数据进行拟合预测存在一定偏差；在公交空间优先方面多采用专用道、进口道或设置间歇式的专用道及进口道，根据交通流的运行特性,虽然车道可设置为间歇性,保证公交车辆相较于社会车辆的优先通行，从一定程度上降低了社会车辆的延误,但对该相位社会车辆通过交叉口产生的延误依然存在一定的影响；对于公交时间优先方面，多采用红灯早断、绿灯延时等策略，基于一定的空间优先实现时间优先的组合研究较少。

技术实现思路

[0004]技术问题：本专利技术提供一种基于信息预测的城市公交优先协调控制方法，保证公交车辆通过交叉口的时空双重优先权，可实现同步降低交叉口的人均延误与车均延误。
[0005]技术方案：本专利技术的目的是通过以下技术方案来实现的：
[0006]一种基于信息预测的城市公交优先协调控制方法，所述方法包括：
[0007]步骤10)基于可变车道的公交专用路权渠划设计，包括设计可变车道的设置方法、可变车道控制相位车辆运行方法、可变车道控制几何参数，以及可变车道控制信号参数，实现交叉口公交通行的空间优先；
[0008]步骤20)获取基础数据，所述基础数据包括道路车辆历史轨迹数据、进入道路的交通流信息、公交车辆的离开停靠站时间、公交车辆载客人数或载客率、社会车辆载客人数或载客率、交叉口相位时长、道路几何参数；
[0009]步骤30)根据步骤20)获取的基础数据，分析道路车辆历史轨迹数据，获取决定车辆转向的换道位置，预测交叉口车流分流系数；运用改进的元胞传输模型，模拟道路交通流行驶过程，并以公交离站时刻为基础，获取公交车辆与社会车辆到达交叉口的时间；
[0010]步骤40)根据步骤10)可变车道的设计与步骤30)获取的公交车辆与社会车辆到达
交叉口的时间，将信号优化与可变车道进行协调控制，获得协调优化控制的第二交叉口人均延误值和交叉口各相位绿信比；根据步骤30)获得的公交车辆与社会车辆到达交叉口的时间，计算原相位原车道布置的第一交叉口人均延误值；将所述第二人均延误值与第一交叉口人均延误值比较，确认输出信息；
[0011]步骤50)根据步骤40)的输出信息，实现交叉口车流控制。
[0012]优选的，所述步骤10)具体包括：步骤101)可变车道的设置方法：渠化交叉口为十字形平面交叉口，进口方向的进口道设有1条左转车道，1条可变车道和1条直行车道，不考虑右转车道存在的影响，将可变车道设置为左转车道的相邻车道；
[0013]所述可变车道包括按照离交叉口从远到近设置的三个区域：公交待行区、可换道区和可变区；
[0014]所述公交待行区的两侧为虚线段，公交待行区只允许公交进入，实现不同相位公交及时进入公交待行区，其他社会车辆不得进入；
[0015]所述可换道区两侧设置虚线，实现直行、左转车辆变道进行双车道行驶；
[0016]所述可变区两侧为实线，可变区在直行和左转之间切换；
[0017]步骤102)可变车道控制相位车辆运行方法：
[0018]东西相位车辆运行方法：当第一相位东西直行绿灯，车辆直行，可变车道设置为直行相位，东西直行公交车辆到达时直接跟随车流沿直行车道通过交叉口，随后直行车辆可通过变道进入可变区进行双进口道行驶，此刻到来的左转公交到达公交待行区排队等待预信号灯启亮黄灯,即等待预信号提前结束时间；待预信号灯黄灯时，即达到预信号提前结束时间，直行车辆不能借助可变区行驶，待左转相位下预信号提前启亮，左转公交驶离公交待行区进入可变区排队等待左转相位绿灯启亮；第二相位东西左转绿灯，可变车道为左转车道，左转车辆到达时直接跟随车流沿左转车道通过交叉口，随后左转车辆也可变道可变区进行双进口道行驶，此刻到来的直行公交到达公交待行区排队等待预信号灯启亮黄灯,即该相位预信号提前结束；待预信号灯变为黄灯时达到预信号提前结束时间，左转车辆不能变道借助可变区行驶，待直行相位下预信号提前启亮，直行公交通过公交待行区进入可变区排队等待直行相位绿灯启亮；
[0019]南北相位车辆运行方法与东西相位车辆运行方法相同；
[0020]步骤103)可变车道控制几何参数：
[0021]公交待行区长度l1应满足公交所需最大排队距离，可换道区长度l2应满足一辆小汽车的换道距离，可变区长度l3与交叉口进口道的渠化段长度保持一致；
[0022]步骤104)可变车道控制信号参数：
[0023][0024]g
2i
＝g
i
‑
g
1i
ꢀꢀꢀ
式(2)
[0025]式中：l
2i
为第i进口相位的可换道区长度，单位：m；l
3i
为第i进口相位的可变区长度，单位：m；v
b
为公交车的平均车速，单位：m/s；I
s
为启动损失时间，单位：s；g
i
表示第i进口相位绿灯时间，单位：s；g
1i
为绿灯信号提前启亮的时间，单位：s；g
2i
为预信号持续绿灯时间，单位：s。
[0026]优选的，所述步骤30)中，预测交叉口车流分流系数包括以下步骤：
[0027]步骤3011)分析并拟合车辆的换道位置与道路长度、密度关系：根据道路车辆的行驶历史轨迹数据，拟合换道位置与道路长度、密度的关系，如式(3)所示：
[0028][0029]式中：x
换道
为决定车辆转向的换道位置，单位：km；p
道路
为决定车辆转向的换道位置所处路段的密度，单位：veh/km；l
道路
为路段长度，单位：km；
[0030]步骤3012)预测交叉口车流分流系数：根据换道位置与道路长度、密度关系，在道路长度已知时，根据各仿真步长的密度确定对应的换道位置x；通过设置车辆传感器发射其运行过程中的所在道路位置与占据车道位置信号，控制器接收并处理仿真步长内换道位置本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于信息预测的城市公交优先协调控制方法，其特征在于，所述方法包括：步骤10)基于可变车道的公交专用路权渠划设计，包括设计可变车道的设置方法、可变车道控制相位车辆运行方法、可变车道控制几何参数，以及可变车道控制信号参数，实现交叉口公交通行的空间优先；步骤20)获取基础数据，所述基础数据包括道路车辆历史轨迹数据、进入道路的交通流信息、公交车辆的离开停靠站时间、公交车辆载客人数或载客率、社会车辆载客人数或载客率、交叉口相位时长、道路几何参数；步骤30)根据步骤20)获取的基础数据，分析道路车辆历史轨迹数据，获取决定车辆转向的换道位置，预测交叉口车流分流系数；运用改进的元胞传输模型，模拟道路交通流行驶过程，并以公交离站时刻为基础，获取公交车辆与社会车辆到达交叉口的时间；步骤40)根据步骤10)可变车道的设计与步骤30)获取的公交车辆与社会车辆到达交叉口的时间，将信号优化与可变车道进行协调控制，获得协调优化控制的第二交叉口人均延误值和交叉口各相位绿信比；根据步骤30)获得的公交车辆与社会车辆到达交叉口的时间，计算原相位原车道布置的第一交叉口人均延误值；将所述第二人均延误值与第一交叉口人均延误值比较，确认输出信息；步骤50)根据步骤40)的输出信息，实现交叉口车流控制。2.根据权利要求1所述的基于信息预测的城市公交优先协调控制方法，其特征在于，所述步骤10)具体包括：步骤101)可变车道的设置方法：渠化交叉口为十字形平面交叉口，进口方向的进口道设有1条左转车道，1条可变车道和1条直行车道，不考虑右转车道存在的影响，将可变车道设置为左转车道的相邻车道；所述可变车道包括按照离交叉口从远到近设置的三个区域：公交待行区、可换道区和可变区；所述公交待行区的两侧为虚线段，公交待行区只允许公交进入，实现不同相位公交及时进入公交待行区，其他社会车辆不得进入；所述可换道区两侧设置虚线，实现直行、左转车辆变道进行双车道行驶；所述可变区两侧为实线，可变区在直行和左转之间切换；步骤102)可变车道控制相位车辆运行方法：东西相位车辆运行方法：当第一相位东西直行绿灯，车辆直行，可变车道设置为直行相位，东西直行公交车辆到达时直接跟随车流沿直行车道通过交叉口，随后直行车辆可通过变道进入可变区进行双进口道行驶，此刻到来的左转公交到达公交待行区排队等待预信号灯启亮黄灯,即等待预信号提前结束时间；待预信号灯黄灯时，即达到预信号提前结束时间，直行车辆不能借助可变区行驶，待左转相位下预信号提前启亮，左转公交驶离公交待行区进入可变区排队等待左转相位绿灯启亮；第二相位东西左转绿灯，可变车道为左转车道，左转车辆到达时直接跟随车流沿左转车道通过交叉口，随后左转车辆也可变道可变区进行双进口道行驶，此刻到来的直行公交到达公交待行区排队等待预信号灯启亮黄灯,即该相位预信号提前结束；待预信号灯变为黄灯时达到预信号提前结束时间，左转车辆不能变道借助可变区行驶，待直行相位下预信号提前启亮，直行公交通过公交待行区进入可变区排队等待直行相位绿灯启亮；
南北相位车辆运行方法与东西相位车辆运行方法相同；步骤103)可变车道控制几何参数：公交待行区长度l1应满足公交所需最大排队距离，可换道区长度l2应满足一辆小汽车的换道距离，可变区长度l3与交叉口进口道的渠化段长度保持一致；步骤104)可变车道控制信号参数：g
2i
＝g
i
‑
g
1i
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
式(2)式中：l
2i
为第i进口相位的可换道区长度，单位：m；l
3i
为第i进口相位的可变区长度，单位：m；v
b
为公交车的平均车速，单位：m/s；I
s
为启动损失时间，单位：s；g
i
表示第i进口相位绿灯时间，单位：s；g
1i
为绿灯信号提前启亮的时间，单位：s；g
2i
为预信号持续绿灯时间，单位：s。3.根据权利要求1所述的基于信息预测的城市公交优先协调控制方法，其特征在于，所述步骤30)中，预测交叉口车流分流系数包括以下步骤：步骤3011)分析并拟合车辆的换道位置与道路长度、密度关系：根据道路车辆的行驶历史轨迹数据，拟合换道位置与道路长度、密度的关系，如式(3)所示：式中：x
换道
为决定车辆转向的换道位置，单位：km；p
道路
为决定车辆转向的换道位置所处路段的密度，单位：veh/km；l
道路
为路段长度，单位：km；步骤3012)预测交叉口车流分流系数：根据换道位置与道路长度、密度关系，在道路长度已知时，根据各仿真步长的密度确定对应的换道位置x；通过设置车辆传感器发射其运行过程中的所在道路位置与占据车道位置信号，控制器接收并处理仿真步长内换道位置x处信号的车流信息，计算各车道车辆流量为该股车流行驶至交叉口的车流分流系数。4.根据权利要求3所述的基于信息预测的城市公交优先协调控制方法，其特征在于，所述步骤30)中，获取公交车辆与社会车辆到达交叉口的时间，包括：步骤3021)建立道路行车段的改进的元胞传输模型：根据流量守恒定理，普通元胞内部密度与流量的关系如式(4)所示：k
a
(t)＝[min(v
·
p
a
‑1(t),q
amax
,w(p
jam
‑
p
a
(t)))]
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
式(4)式中：k
a
(t)表示第t仿真步长路段不包含公交车辆停靠站的元胞a的整体车流流入量，单位：veh；v表示整体车流的自由流车速，单位：km/h；p
a
‑1(t)表示第t仿真步长路段元胞a
‑
1的整体车流密度，单位：veh/km；q
amax
表示路段元胞a的最大流率，单位：veh/h；w表示交通流行驶密度大于最佳行驶密度时产生的拥挤波反向传播速度，单位：km/h；p
jam
表示路段最大堵塞密度，单位：veh/km；p
a
(t)表示第t仿真步长路段元胞a的整体车流密度，单位：veh/km；由于考虑公交停靠公交站台这一过程，对于包含公交车辆停靠站的元胞内部密度与流量的关系如式(5)所示：
式中：k
′
a
(t)表示第t仿真步长路段包含公交车辆停靠站的元胞a的整体车流流入量，单位：veh；tl(t)表示第t仿真步长内经停留停靠站后未驶离元胞的公交车辆数；delt表示仿真步长，单位：h；步骤3022)获取车辆到达交叉口的时间：公交车辆自离开停靠站至交叉口的预测时间tt如式(6)所示：式中：l1″
表示公交停靠站至包含停靠站元胞的输出端距离，单位：km；p1表示包含公交停靠站的元胞密度，单位：veh/km；k1′
表示包含公交停靠站元胞的流量，单位：veh/h；l
″
a
表示道路中自公交停靠站至交叉口之间，除包含停靠站元胞外的其他各元胞长度，单位：km；p
a
表示道路中自公交停靠站至交叉口之间，除包含停靠站元胞外的其他各元胞密度，单位：veh/km；k
a
表示道路中自公交停靠站至交叉口之间，除包含公交停靠站元胞的其他各元胞流量，单位：veh/h；mm为道路中自公交停靠站至交叉口之间的划分元胞数量；社会车辆自进入道路至交叉口的预测时间tt
′
如式(7)所示：式中：ls1″
表示道路中包含停靠站元胞的长度，单位：km；ls
aa
″
表示道路中除包含停靠站元胞外的其他各元胞的长度，单位：km；p
aa
’
表示道路中除包含停靠站元胞外的其他各元胞的密度，单位：veh/km；k
aa
’
表示道路中除包含停靠站元胞外的其他各元胞的流量，单位：veh/h；mn为道路划分元胞数量；步骤3023)建立交叉口进口道的改进元胞传输模型：进口道元胞密度与流量的关系如式(8)所示：式中：k
H
(t)表示第t仿真步长元胞H的车流流入量，单位：veh；p
H
(t)表示第t仿真步长元胞H的密度，单位：veh/km；p
E
(t)表示第t仿真步长元胞E的密度，单位：veh/km；p
G
(t)表示第t仿真步长元胞G的密度，单位：veh/km；ε
E
(t)表示第t仿真步长元胞H车辆流向元胞E的分流系数；ε
G
(t)表示第t仿真步长元胞H车辆流向元胞G的分流系数；所述步骤3012)中获得换道位置所处步长分流系数，由于换道位置与交叉口进口道存在距离，其所在步长与行驶至交叉口步长存在区别，根据式(9)计算车辆自换道位置行驶至交叉口的时间，通过换道位置所处时间步长，与该行驶时间之和即可获得行驶至交叉口的对应步长，更新为此步长的交叉口分流系数：
式中：lus

【专利技术属性】
技术研发人员：江航，杨业涵，李俊升，李晨阳，张艺真，李慧云，荆林朋，张猛，
申请(专利权)人：河南省城乡规划设计研究总院股份有限公司，
类型：发明
国别省市：