一种交叉口公交信号优先控制优化方法
技术领域
本发明属于交通管理与控制领域，涉及城市公交运营管理和交叉口信号控制技术，为一种交叉口公交信号优先控制优化方法。
背景技术
公交信号优先通过信号控制使得公交车辆及时迅速地通过交叉口，有效提升其运行效率和可靠性，近年来愈加受到学界和业界重视。2019年5月，交通运输部联合中央宣传部等十二个部门和单位联合制定《绿色出行行动计划(2019-2022年)》，提出要“积极推行公交信号优先，全面推进公交智能化系统建设”。随着公交信号优先的实施，交叉口处出现多辆公交车同时申请信号优先的可能性增大，这将产生冲突。如果不能有效解决信号优先请求冲突问题，公交信号优先的实施效果将大打折扣。因此，研究公交信号优先请求冲突问题的解决方法，具有必要性和关键性。
目前，一些专家学者提出了多种解决方法，但是这些方法均从公交车辆角度出发，来评估公交信号优先请求，忽略了申请信号优先的公交车辆同相位的其他社会车辆的影响。而现实中，其他社会车辆的数目远多于公交车辆，其运行状态很大程度决定了整个系统的效能。如果在评估公交信号优先请求时，不考虑这些车辆，已有的方法将不能很好地适用于实际情况，控制效果将会受到很大影响。鉴于此，综合考虑公交因素和其他社会车辆因素，研究公交信号优先请求优先水平评估方法，有效解决优先请求冲突问题，保障公交信号优先实施效果，进而实现公交信号优先控制方法的优化，具有重要的现实意义和研究价值。
发明内容
技术问题：本发明方法所要解决的技术问题是综合考虑公交车辆和其他社会车辆运行状态以及下游站点乘客到达情况确定公交信号优先请求优先水平，将优先通行权给予优先水平最高的公交车辆，从而有效解决多信号优先冲突问题，以提升公交信号优先的实施效果，且保证了对其他社会车辆的负面影响达到最小，从而保证了整个交叉口的运行状态和服务水平。
技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
步骤10)根据相位i对应的公交车辆j到达停车线时间ti,j和相位i的绿灯开始si和结束时间ei，判断公交车辆是否可以顺利通过交叉口，如果是，则公交车辆正常运行，不做任何处理；否则，进入步骤20)；
步骤20)根据公交车辆j到达停车线时间ti,j与公交车辆既定时刻表或者公交车辆之间的发车间隔ni,j，判断公交车辆运行状态；如果公交车辆晚于既定时刻表到达停车线，则公交车辆申请信号优先，进入步骤30)；如果公交车辆早到，则采取滞站策略，即公交车辆需要在下游站点多停留一段时间，直至达到既定时刻表时间，再出发；
步骤30)根据公交车辆j到达停车线时间ti,j和相位i的绿灯开始si和结束时间ei，确定信号优先策略，这里的公交信号优先策略指的是红灯早断和绿灯延长策略，产生公交信号优先请求，进入步骤40)；
步骤40)根据公交信号优先请求的产生时间ui,j、优先策略和信号控制机内已接收公交信号优先请求的执行情况，判断是否存在公交信号优先请求冲突问题，如果不存在冲突，则信号控制机直接接受该公交信号优先请求，进入步骤60)；否则，进入步骤50)，提出解决公交信号优先请求冲突的方法；
步骤50)针对公交信号优先请求冲突问题，选取公交车辆车上乘客延误
步骤60)信号控制机将优先通行权给予优先请求优先水平最高的公交车辆，并根据接受的公交信号优先请求，更新信号配时，确定新的配时方案；判断当前相位绿灯是否结束，如果是，执行新的配时方案；否则，返回步骤10，如此循环，直至当前相位绿灯结束。
有益效果：本发明与现有技术相比，具有以下优点：
(1)本发明通过对公交信号优先请求按照优先水平大小进行排序，将优先通行权给予优先水平最高的公交车辆，可以有效解决公交信号优先请求冲突问题，将优先通行权给予更需要的公交车辆，提升公交信号优先的实施效果，提高公交车辆的准点率和服务水平，可以吸引更多的出行者选择公共交通作为交通工具。
(2)本发明兼顾了公交车辆和其他社会车辆的权益，将公交信号优先控制对其他社会车辆的负面影响程度作为衡量公交信号优先请求优先水平的因素之一，这样得到的公交信号优先方法更加综合和全面，在保证公交信号优先实施效果的同时，对其他社会车辆的影响也要尽可能地小，这样才能使得整个交叉口的运行状态达到最佳。
(3)本发明从出行者角度出发，即分别选用公交车辆车上乘客延误、下游站点乘客等待延误和其他社会车辆人均延误为指标来衡量公交信号优先请求的优先水平，一方面突出了公交车辆的容量大的优势，同等条件下，乘客越多，总延误就越大，对应的优先水平越高；另一方面兼顾了车内和车外乘客的权益，更加全面的服务于乘客，提升乘客满意度。
(4)本发明通过解决公交信号优先请求冲突，使得交叉口的信号配时方案得到有序的实施，从而保证整个交叉口的通行效率。
附图说明
图1为本发明方法的流程图。
图2为公交信号优先策略示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明方法的具体实施方式作更进一步的说明。
如图1所示为一种交叉口公交信号优先控制优化方法的总体流程图。下面结合图1对本发明方法作更进一步的说明。
步骤10)根据相位i对应的公交车辆j到达停车线时间ti,j和相位i的绿灯开始si和结束时间ei，判断公交车辆是否可以顺利通过交叉口，如果是，则公交车辆正常运行，不做任何处理；否则，进入步骤20)；
步骤10)具体包含以下步骤：
步骤101)根据公交车辆内安装的自动定位系统(Automatic Vehicle Location，AVL)可以动态预测公交车辆实际到达停车线时间ti,j；
步骤102)如果si<ti,j<ei，则公交车辆j可以顺利通过交叉口，不对系统进行任何处理；否则，公交车辆j不能顺利通过交叉口。
步骤20)根据公交车辆j到达停车线时间ti,j与公交车辆既定时刻表或者公交车辆之间的发车间隔ni,j，判断公交车辆运行状态；如果公交车辆晚于既定时刻表到达停车线，则公交车辆申请信号优先，进入步骤30)；如果公交车辆早到，则采取滞站策略，即公交车辆需要在下游站点多停留一段时间，直至达到既定时刻表时间，再出发；
步骤20)具体包含以下步骤：
对于按照运行时刻表发车的运营模式，根据公交车辆运行时刻表得到公交车辆j理论上应该到达停车线的时间Ti,j，与预测得到的实际到达停车线时间进行对比ti,j；如果ti,j>Ti,j，则公交车辆晚于运行时刻表到达停车线，申请公交信号优先；如果ti,j<Ti,j，则公交车辆早于运行时刻表到达停车线，此时采用滞站策略，让早到的公交车辆在下游停靠站多停留Ti,j-ti,j，然后再从下游站点出发，从而使得公交车辆尽可能地按照运行时刻表运行；
对于按照发车间隔ni,j发车的运营模式，与同一条线路前一趟车的到达时间ti,j-1进行对比，如果ti,j-ti,j-1>ni,j，则说明公交车辆有延误，有申请公交信号优先的需求；如果ti,j-ti,j-1<ni,j，则说明公交车辆早到停车线，此时采用滞站策略，让早到的公交车辆在下游停靠站多停留ni,j-ti,j-ti,j-1，然后再从下游站点出发，从而使得公交车辆尽可能地按照运行时刻表运行。
步骤30)根据公交车辆j到达停车线时间ti,j和相位i的绿灯开始si和结束时间ei，确定信号优先策略，这里的公交信号优先策略指的是红灯早断和绿灯延长策略，如图2所示，产生公交信号优先请求，进入步骤40)；
步骤30)具体包含以下步骤：
如果ti,j<si，则公交车辆申请的信号优先策略是红灯早断；如果ti,j>ei，则公交车辆申请的信号优先策略是绿灯延长。
步骤40)根据公交信号优先请求的产生时间ui,j、优先策略和信号控制机内已接收公交信号优先请求的执行情况，判断是否存在公交信号优先请求冲突问题，如果不存在冲突，则信号控制机直接接受该公交信号优先请求，进入步骤60)；否则，进入步骤50)，提出解决公交信号优先请求冲突的方法；
步骤40)具体包含以下步骤：
步骤401)判断信号控制机内当前是否存在已接受的公交信号优先请求，如果不存在，则不存在优先请求冲突；否则，进入步骤402)；
步骤402)判断新产生的公交信号优先请求的优先策略与已有公交信号优先请求的优先策略是否一致，如果一致，则不存在优先请求冲突；否则，进入步骤403)；
步骤403)判断新产生的公交信号优先请求产生时间ui,j与已有公交信号优先请求的优先策略执行开始时间αi和结束时间βi，如果ui,j<αi，则存在优先请求冲突；如果αi<ui,j<βi，则存在优先请求冲突，但是考虑到某一相位执行公交信号优先策略将会导致其他相位的车辆延误的增加且频繁执行公交信号优先将导致信号配时方案执行混乱进而增加信号损失时间，故这里约定每个周期只执行一次公交信号优先，而此时已有公交信号优先请求已经在执行中，故不再执行新产生的信号优先请求，相当于不存在优先请求冲突；否则，不存在优先请求冲突。
步骤50)针对公交信号优先请求冲突问题，选取公交车辆车上乘客延误
步骤50)具体包含以下步骤：
步骤501)根据公交车辆和其他社会车辆的运行状态以及下游站点乘客的到达情况，得到公交车辆车上乘客延误
或
其中，
步骤502)建立公交信号优先请求优先水平pi评估计算式，如下式所示：
其中，a1、a2和a3均是权重系数，且a1+a2+a3＝1。
步骤60)信号控制机将优先通行权给予优先请求优先水平最高的公交车辆，并根据接受的公交信号优先请求，更新信号配时，确定新的配时方案；判断当前相位绿灯是否结束，如果是，执行新的配时方案；否则，返回步骤10，如此循环，直至当前相位绿灯结束。
步骤60)具体包含以下步骤：
如果公交信号优先请求的是绿灯延长策略，则公交车辆j所在相位i的绿灯结束时间变成：ei’＝ei+ti,j-Ti,j(对于按照运行时刻表发车的公交运营模式)或ei’＝ei+ti,j-ti,j-1-ni,(对于按照发车间隔发车的公交运营模式)；
如果公交信号优先请求的是红灯早断策略，则公交车辆j所在相位i的绿灯结束时间变成：si’＝si-(ti,j-Ti,j)(对于按照运行时刻表发车的公交运营模式)或si’＝si-(ti,j-ti,j-1-ni,)(对于按照发车间隔发车的公交运营模式)。
