[發明專利]一種單點交叉口公交專用道信號控制優化方法

在審

• 申請號: 201910228511.1
• 申請日: 2019-03-25
• 公開（公告）號: CN110009918A
• 公開（公告）日: 2019-07-12
• 發明（設計）人: 徐良杰;羅浩順;程加琪
• 申請（專利權）人: 武漢理工大學
• 主分類號: G08G1/07
• 分類號: G08G1/07;G08G1/015;G08G1/09
• 代理公司: 武漢科皓知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 薛玲

1.一種單點交叉口公交專用道信號控制優化方法，其特征在于，包括：

步驟1：基于Webster交叉口延誤分析方法，計算交叉口的車均延誤；

步驟2：對公共汽車和社會車輛延誤分別求解并加權平均，建立賦予公共汽車權重后的交叉口綜合延誤模型；

步驟3：建立基于綜合延誤最小的單點交叉口信號控制模型；

步驟4：配合優化后信號周期時長和優化后綠燈時長，設計引導車輛加/減速以在合適時刻到達交叉口的方案。

2.根據權利要求1所述的單點交叉口公交專用道信號控制優化方法，其特征在于：步驟1中所述計算交叉口的車均延誤為：

式中：

i為交叉口相位數，i≥1，為整數；

d_i為交叉口第i相位的車均延誤時間，s；

C為信號交叉口信號周期時長，s；

g_i為第i相位的有效綠燈時間，s；

q_i為第i相位關鍵車道組的流量，veh/h；

S_i為第i相位關鍵車道組的飽和流量，veh/h；

d_i，2,d_i，3為車輛的隨機過飽和延誤，可以忽略不計。

3.根據權利要求1所述的單點交叉口公交專用道信號控制優化方法，其特征在于：步驟2中所述賦予公共汽車權重后的交叉口綜合延誤模型為：

式中：

i為交叉口相位數，i≥1，為整數；

為賦予公共汽車權重的交叉口綜合延誤；

q_s,i為第i相位的社會車輛流量，veh/h；

d_s,i為第i相位的社會車輛車均延誤，s；

q_b,i為第i相位的公共汽車流量，輛/h；

d_b,i為第i相位的公交車均延誤，s；

η為公交車權重。

4.根據權利要求1所述的單點交叉口公交專用道信號控制優化方法，其特征在于：步驟3中所述基于綜合延誤最小的單點交叉口信號控制模型為：

其中，g_b為公交通行相位綠燈時長，s；h_t,q為車隊頭尾車輛的車頭時距，s；其余符號含義同前；

使用MATLAB或者LINGO軟件可以求解該數學模型，此模型的尋優下，交叉口信號配時方案為優化后信號周期時長C^*和優化后綠燈時長g^*；

為配合優化后信號周期時長C^*和優化后綠燈時長g^*，需要引導車輛加/減速以在合適時刻到達交叉口。

5.根據權利要求1所述的單點交叉口公交專用道信號控制優化方法，其特征在于：步驟4中所述設計引導車輛加/減速以在合適時刻到達交叉口的方案為預指令車速信息提示在綠燈期間的設置原理如下：

設在T₀時刻，車隊頭車到達交叉口前方預指令信息牌位置，若此時預指令信息牌顯示的引導車速為v，則可以得到按照預指令引導車速行駛的車隊中各個車輛到達交叉口的時刻：

式中：

T′_n為按照預指令引導車速行駛的第n輛公交車到達交叉口時刻；

T_n為車隊中第n輛車到達預指令信息牌位置的時刻；

v為預指令信息牌顯示的引導車速；

v_n為第n輛公交車到達預指令信息牌時的速度；

l_d為預指令信息牌到交叉口停止線的距離；

a_n為第n輛公交車的加速度；

預指令車速信息就是在交叉口前的路邊電子牌上顯示一個推薦的速度值，到達該位置的車輛開始加速/減速，直到到達交叉口時剛好達到這個速度；

此時的車隊頭尾車輛車頭時距為：

h′_tq＝(T′₂-T′₁)+(T′₃-T′₂)+…+(T′_N-T′_N-1)＝T′_N-T′₁

式中：h′_tq車隊按照引導車速行駛至交叉口時的頭尾車輛車頭時距；

T′_N為按照預指令引導車速行駛的公交車隊尾車到達交叉口時刻；

T′₁為按照預指令引導車速行駛的公交車隊頭車到達交叉口時刻；

為使車隊能夠在綠燈結束前通過交叉口，則使尾車到達交叉口時刻在綠燈信號結束前即可，表示為：

T′_N≤T_g,_e

式中：T′_N為按照預指令引導車速行駛的公交車隊尾車到達交叉口時刻；

T_g,e為交叉口綠燈結束時刻；

引導車速v的取值區間v≥v_min；

此外，由于車輛行駛速度需滿足道路行駛規則，不能超過最大行駛車速限制v_R；而且行車過程中的速度變化應在駕駛員的可接受程度之中，在此規定可接受車速變化為不超過原車速的50％，即1.5v_N；得到預指令引導車速的最終值為：

V＝min(v,v_R,1.5v_N)

當v_min≤min(v_R,1.5v_N)時，在車隊到達預指令信息牌時，以推薦車速為V引導公交車輛加速，提前到達交叉口以達到充分利用綠燈的目的；當

v_min＞min(v_R,1.5v_N)時，剩余綠燈時間不足以使得公交車隊連續通過，加速引導方案無效；

步驟4中所述設計引導車輛加/減速以在合適時刻到達交叉口的方案為所述的預指令車速信息提示在紅燈期間的設置原理如下：

設在T₀時刻，車隊頭車到達交叉口前方預指令信息牌位置，若此時預指令信息牌顯示的引導車速為v，則可以得到按照預指令引導車速行駛的車隊中各個車輛到達交叉口的時刻：

式中：

T′_n為按照預指令引導車速行駛的第n輛公交車到達交叉口時刻；

T_n為車隊中第n輛車到達預指令信息牌位置的時刻；

v為預指令信息牌顯示的引導車速；

v_n為第n輛公交車到達預指令信息牌時的速度；

l_d為預指令信息牌到交叉口停止線的距離；

a_n為第n輛公交車的加速度；

此時的車隊頭尾車輛車頭時距為：

h′_tq＝(T′₂-T′₁)+(T′₃-T′₂)+…+(T′_N-T′_N-1)＝T′_N-T′₁

式中：h′_tq車隊按照引導車速行駛至交叉口時的頭尾車輛車頭時距；

T′_N為按照預指令引導車速行駛的公交車隊尾車到達交叉口時刻；

T′₁為按照預指令引導車速行駛的公交車隊頭車到達交叉口時刻；

為使車隊能夠在綠燈結束前通過交叉口，則使車隊頭車到達交叉口時刻在紅燈信號結束后、綠燈信號開始即可，同時，為避免車速過低，應保證車隊尾車到達交叉口時綠燈還未結束：表示為：

式中：T′_N為按照預指令引導車速行駛的公交車隊尾車到達交叉口時刻；

T′₁為按照預指令引導車速行駛的公交車隊頭車到達交叉口時刻；

T_r,e為交叉口紅燈結束時刻；

g為交叉口綠燈時長；

引導車速v的取值區間v≤v_max；

此外，由于車輛行駛速度需滿足道路行駛規則，不能低于最小行駛車速限制v_R；而且行車過程中的速度變化應在駕駛員的可接受程度之中，在此規定可接受車速變化為不超過原車速的50％，即0.5v_n；得到預指令引導車速的最終值為：

V＝max(v,v_R,0.5v_n)

當v_max≥max(v_R,0.5v_n)時，在車隊到達預指令信息牌時，以推薦車速為V引導公交車輛減速，推遲至綠燈啟亮時到達交叉口，以達到避免紅燈等待的目的；當v_max＜max(v_R,0.5v_n)時，剩余紅燈時長較長，減速引導方案無效。