[發(fā)明專利]一種基于雙層規(guī)劃的公交實時調(diào)度與信號控制方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110279330.9
• 申請日: 2021-03-16
• 公開（公告）號: CN112669643B
• 公開（公告）日: 2021-06-04
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 吳偉;郭詩雅;龍科軍
• 申請（專利權(quán)）人: 長沙理工大學(xué)
• 主分類號: G08G1/123
• 分類號: G08G1/123;G06Q10/06;G06Q50/30
• 代理公司: 長沙中海宏圖專利代理事務(wù)所(普通合伙) 43224
• 代理人: 羅霞

1.一種基于雙層規(guī)劃的公交實時調(diào)度與信號控制方法，其特征在于，該方法包括如下步驟：

步驟1：以一條公交線路的上行方向或下行方向為研究對象，采集正在運行的公交車輛總數(shù)，記為N，并將公交車輛進行編號，記為n，n∈{12…N}；第n輛公交車輛的期望行駛車速為v_n；采集該公交線路包含的公交站點總數(shù)，記為J，公交站點的編號用j表示，j∈{1，2，…，J}；公交車n在站臺j的期望駐站時間，記為收集公交車n與緊鄰前車(n-1)之間包含的公交站點，記為集合Z_n；采集線路包含的交叉口總數(shù)，記為I，并將所有交叉口進行編號，記為i，i∈{1，2…I}；收集公交車n與緊鄰前車(n-1)之間包含的交叉口集合，記為Y_n；收集公交車n與交叉口i之間包含的公交站點的集合，記為公交車n與交叉口i之間包含的交叉口集合，記為i∈Y_n；交叉口的相位用m表示，m∈M，M表示相位集合，M＝{1，2…8}；交叉口i的當(dāng)前相位用c表示，c∈M，交叉口i的當(dāng)前信號相位c已經(jīng)運行的綠燈時間，記為c∈M，公交請求相位用s表示；采集公交請求相位在當(dāng)前周期的綠燈開始時刻和結(jié)束時刻，分別記為和信號控制環(huán)的編號用q表示，q∈{1，2}；采集交叉口i公交請求相位所在環(huán)的周期長度，記為Cⁱ；采集公交車n與緊鄰前車(n-1)的距離，記為L_n；采集公交車輛n與交叉口i之間距離，記為i∈Y_n；

步驟2：計算公交車n在交叉口i的現(xiàn)狀信號延誤，i∈Y_n，計算公交車輛n與緊鄰前車(n-1)之間的初始車頭時距；

步驟3：以公交車n的車頭時距分布均衡為上層目標(biāo)函數(shù)，計算各公交車的期望車頭時距；

步驟4：考慮公交駐站，行駛車速和信號配時，建立公交車輛延誤預(yù)測模型；

步驟5：以公交車輛的延誤最小為下層目標(biāo)函數(shù)，考慮公交運行的期望車頭時距約束，確定公交車輛的最佳行駛車速、駐站時間和交叉口信號優(yōu)化方案；

所述步驟2中公交車在各交叉口i，i∈Y_n的現(xiàn)狀信號延誤和初始車頭時距的計算方法包括如下步驟：

步驟21：車輛n到達交叉口i的時刻用表示，i∈Y_n，計算公交車輛到達交叉口的時刻，如公式(1)所示：

公式(1)中，表示公交車輛n與交叉口i之間距離，v_n表示第n輛公交車輛的期望行駛車速，表示公交車n在站臺j的期望駐站時間，表示公交車n與交叉口i之間包含的公交站點集合，表示公交車n與交叉口i之間包含的交叉口集合，表示公交車n在交叉口a的信號延誤，t為當(dāng)前時刻；

步驟22：計算交叉口i公交請求相位s在第k周期的綠燈開始時刻和結(jié)束時刻如公式(2)和(3)所示：

公式(2)和公式(3)中Cⁱ表示交叉口i公交請求相位所在環(huán)的周期長度，單位為s；

步驟23：根據(jù)公交車輛n到達交叉口i的時刻與公交請求相位s綠燈開始和結(jié)束時刻的先后關(guān)系，計算車輛n在交叉口i的現(xiàn)狀信號延誤如公式(4)所示：

步驟24：計算公交車輛n與前車(n-1)之間的初始車頭時距h_n，如公式(5)所示：

公式(5)中L_n表示公交車n與緊鄰前車(n-1)的距離，Z_n表示公交車n與緊鄰前車(n-1)之間包含的公交站點集合，Y_n表示公交車n與緊鄰前車(n-1)之間包含的交叉口集合；

所述步驟3中各公交車輛的期望車頭時距的計算方法包括如下步驟：

步驟31：公交車輛n所能達到的最小車頭時距如公式(6)所示：

公式(6)中，為公交車輛n的最大行駛車速，為公交車輛n在站點j的最小駐站時間；

步驟32：計算公交車n的最大信號延誤當(dāng)公交到達交叉口時刻為公交請求相位綠燈結(jié)束時刻，且等待相位均顯示最大綠燈時間時，公交的信號延誤最大，如公式(7)所示：

公式(7)中，β_sq為二元參數(shù)，當(dāng)且僅當(dāng)公交請求相位s屬于環(huán)q時，值為1，否則值為0，β_mq為二元參數(shù)，當(dāng)且僅當(dāng)相位m屬于環(huán)q時，值為1，否則值為0，為交叉口i相位m最大綠燈時間，為交叉口i公交請求相位s的最大綠燈時間，和分別表示交叉口i相位m的黃燈時間和全紅時間；

步驟33：計算公交車輛n的最大車頭時距在公交車輛n車速最小，駐站時間最大，信號延誤最大的情況下，車頭時距最大，如公式(8)所示：

公式(8)中，為公交車輛的最小速度，為公交車輛n在站點的最大駐站時間；

步驟34：公交車輛n的期望車頭時距H_n滿足公式(9)：

表示公交車輛n所能達到的最小車頭時距，表示公交車輛n的最大車頭時距；

步驟35：計算整條線路公交車的平均車頭時距如公式(10)所示：

步驟36：將線路上所有相鄰公交車車頭時距的差異，和所有公交車車頭時距與線路平均車頭時距的差異進行加權(quán)平均，以加權(quán)平均值最小為上層目標(biāo)函數(shù)，如公式(11)所示，根據(jù)公式(1)-(10)，可以計算獲得期望車頭時距H_n：

公式(11)中，ω為相鄰兩輛公交車車頭時距間差異的權(quán)重。