[發明專利]一種不變周期條件下公交優先相位設置方法

有效

• 申請號: 202110649259.9
• 申請日: 2021-06-08
• 公開（公告）號: CN113538939B
• 公開（公告）日: 2022-06-07
• 發明（設計）人: 吳兵;王海山;王艷麗
• 申請（專利權）人: 同濟大學
• 主分類號: G08G1/083
• 分類號: G08G1/083;G08G1/07;G08G1/01
• 代理公司: 上海科律專利代理事務所(特殊普通合伙) 31290
• 代理人: 葉鳳

1.一種不變周期條件下公交優先相位設置方法，特征是，包括以下步驟：

步驟一，利用已有方法預測公交車抵達停止線的時刻；

步驟二，計算應當授予公交車優先權的時間窗口；

步驟三，根據確定的公交優先時間窗口生成候選策略集合；

步驟四，步驟三中候選策略集合，按照各種候選策略的需求根據綠燈時長前向再分配方法和綠燈時長后向再分配方法生成具體可執行的公交優先配時方案；

步驟五，利用基于絕對調整量的方案比選準則在候選策略集合中選擇對其它方向交通流影響最小的候選方案，并將其作為最終實施的方案；

步驟三中根據公交優先窗口的起止時刻與各個相位綠燈起止時刻的相對關系將方案生成劃分為5種情景，涵蓋公交車的各種到達的情景；

情景1：當公交車優先窗口均位于第一相位綠燈時段內時，保持原有配時方案不改變；

情景2：當公交優先窗口介于第一相位和第二相位綠燈時段之間時，需延長第一相位的綠燈階段至公交優先相位綠燈階段的結束時刻t_upper時刻；其它相位的綠燈時間將按照步驟四中再分配方法來確定；

情景3：當公交優先窗口介于最后一個相位和第一相位的綠燈時段之間時，在最后一個相位之后插入一個公交專用相位，公交專用相位的綠燈階段在公交優先時間窗口的開始時刻t_lower時刻開始，并持續到下一周期第一相位綠燈階段開始時刻，即0時刻；其它相位的綠燈時間將按照步驟四中再分配方法來做相應調整；

情景4：當公交優先窗口完全位于某相位的綠燈時段，而此相位不是第一相位時，記此相位的相序編號為i，那么兩種插入方案；方案一是將公交專用相位插入在相序為i的相位所在的位置，此時原來相序為i的相位成為相序為i+1的相位；方案二為將公交專用相位插入在相序為i的相位之后，即此時公交專用相位為相序為i+1的相位；公交優先窗口的起止時刻始終代表從t_lower到t_upper之間的時段，而這個時段僅與公交車首次被路側設施檢測到的時刻t_detect以及工作區域長度d和公交運行速度v有關；兩種方案中其他相位的綠燈時間將按照步驟四中再分配方法來確定，最終采用的配時方案將按照基于絕對調整量的比選準則從兩種備選方案中產生；

情景5：當公交優先窗口介于兩個相位的綠燈時段之間，而此兩相位不包含第一相位時，記其中編號靠前的相位為相序為i的相位，那么其中靠后的相位為相序為i+1的相位，參照情形4中那樣，此時將至少有三種備選方案；方案一為將公交專用相位插入到相序為i的相位所在的位置，此時原來的兩個相位分別成為相序為i+1的相位和相序為i+2的相位；方案二為將公交專用相位插入到相序為i+1的相位所在位置，此時相序為i的相位仍為相序為i的相位，而相序為i+1的相位則成為相序為i+2的相位；方案三為將公交專用行為插入在相序為i+1的相位之后，此時相序為i的相位和相序為i+1的相位仍為相序為i的相位和相序為i+1的相位，而相序為i+2的相位則成為相序為i+3的相位，后續相位依次順延；當兩個相位并不是連續的兩個相位時，產生其他的備選方案時，將公交優先相位插入在中間相位所在位置即可；除公交專用相位以外的其它相位的綠燈時間將按照步驟四中再分配方法來確定，最終確定的配時方案將按照步驟五方法從三種備選方案中產生；

步驟四中會涉及兩類配時情形，其中一種為標準情形，另一種為特殊情形；

標準情形：當一個公交優先指令需要插入一個公交專用相位時，信號周期內的所有相位中，至少有一個相位的綠燈時長需要再分配算法來調整：

分為兩個環節，分別為前向分配與后向分配，這兩個環節都是在不改變信號周期的指導思想下設計的；在執行綠燈時長再分配之前，確定各個相序為k的相位承擔比例r_k，k＝1，2，...，n，此處n表示原配時方案的總相位數；承擔比例由人為地指定；

前向分配，是對相序位于公交專用相位之前的相位的綠燈時間的再分配辦法；若插入的公交專用相位在調整后的配時方案中為相序為j的相位，而公交車在相序為i的相位被路側設施探測到；當探測到公交車的時刻與公交專用相位的起止時刻在同一個周期內時，這種情形被稱之為標準情形，此時總可操作時長t_avail根據以下公式計算

式中，

t_avail——可用于再分配的總可操作時長，s；

t_lower——公交優先時間窗口的開始時刻，s；

t_detect——公交車首次被路側設施檢測到的時刻，s；

——相序為k的相位的緩沖期時長，在緩沖期內信號相位不可因公交到達而改變，s；

i_d——t_detect所在的相位在原配時方案中的相序；

j——公交專用相位之前的第一個相位在原配時方案中的相序；

k——原配時方案中某個相位的相序，此處k介于i_d與j之間；

而在相序為i_d的相位與相序為j的相位之間的各個相位的可操作時間則根據以下公式計算：

在插入公交專用相位前，公交車首次被路側設施檢測到的時刻t_detect與相序為j的相位結束時刻之間的總時長為由于插入公交專用相位后，總時長被壓縮或延長為t_avail，調整方式是將可調整時長的各個組成成分按照可調整時長與可操作時長的比例設置，即如下列公式所示：

式中，

i_d——t_detect所在的相位在原配時方案中的相序；

j——公交專用相位之前的第一個相位在原配時方案中的相序；

k——原配時方案中某個相位的相序，此處k介于1與j之間；

——原配時方案中相序為j的相位的綠燈結束時刻；

——相序為k的相位的可操作時間；

——原配時方案中相序為k的相位擬承擔或獲得的綠燈延長量，其取值為正數時表示擬承擔的綠燈損失，反之，其取值為負數時表示擬獲得的綠燈延長；

——依據實際情況，原配時方案中相序為k的相位應承擔或獲得的綠燈延長量；

t′_k——原配時方案中相序為k的相位的調整后綠燈時長；

t_lower——公交優先時間窗口的開始時刻，s；

——相序為k的相位的可操作時間；

當小于或等于0時說明相序為k的相位已經不能承擔損失或不宜延長綠燈時長；最終根據公式二計算得到的表示經過前向再分配得到的原配時方案中相序為k的相位的調整后綠燈時長；

后向分配，是對相序位于公交專用相位之后的相位的綠燈時間的再分配辦法；在進行后向綠燈時間再分配時，首先計算插入公交專用相位后剩余未執行的綠燈時間C-t_upper，而后位于公交專用相位后的每一個相序為m的相位的綠燈時間按照以下公式調整：

式中：

j——公交專用相位之前的第一個相位在原配時方案中的相序；

k——原配時方案中某個相位的相序，此處k介于相序為j+1的相位與相序為n的相位之間；

m——原配時方案中某個相位的相序，此處m介于相序為j+1的相位與相序為n的相位之間；

C——原配時方案的周期時長，s；

t_upper——公交優先相位綠燈階段的結束時刻，s；

r_m——相序為m的相位的承擔比例；

t′_m——后向再分配后原配時方案中相序為m的相位的綠燈時長，s；

黃燈具有與綠燈不同的性質，在綠燈時長再分配環節中將黃燈時間當作綠燈時間考慮，而為了保證黃燈時間不被壓縮或延長，可在原來預期的緩沖時間的基礎上再增加黃燈時長，以確保黃燈不可被壓縮；

在全紅燈時間內，各個方向的車輛均不可進入交叉口，因此將全紅時間納入下一相位的綠燈時間內，與黃燈時間一樣，全紅時間參照黃燈時間的處理辦法，將全紅時間長度納入緩沖時間之內，以確保完成最終的綠燈時間再分配后，全紅時間完整地被還原；

綠燈時長前向再分配得到公交專用相位之前各個相位調整后的綠燈時長，而后向再分配則得到公交專用相位之后各個相位調整后的綠燈時長，將二者的結果組合與公交專用相位的起止時刻有序地組合成一個新的配時向量G′＝(t′₁，...，t′_bus，...，t′_n)即可得到調整后各個相位的綠燈時長；

再分配中的兩個特殊情形如下：

特殊情景1：當公交車首次被路側設施檢測到的時刻t_detect與公交專用相位的起止時刻不在同一個周期內，而公交專用相位的起止時刻在同一個周期內時，若此時擬定的公交專用相位的起止時刻在第一相位的綠燈時間內，則無需調整配時方案；若擬定的公交專用相位的起止時刻均不在第一相位的綠燈時間內，此時按照上述標準情形實際得到新的配時方案，但是這樣會改變信號周期的長度；為了保持信號周期的長度不變，這種情形下在上述標準情形中將t_detect置為0即可，同時也可選擇性地將第一個相位的緩沖時長設置為0；

特殊情景2：

若公交優先時間窗口的開始時刻t_lower在第一相位的綠燈時間內，而公交優先相位綠燈階段的結束時刻t_upper不在第一相位的綠燈時間內時，除了才兩個時刻均不在第一相位的綠燈時刻內的策略外，還需要將標準分配方法中t_lower設置為第一相位綠燈階段的結束時刻此時將公交專用相位與原配時方案的第一相位合并為一個相位不會改變信號周期的長度；

若將公交專用相位作為調整后的配時方案的最后一個相位，為了保證周期長度的不變性，此時可在上述標準情形中將t_upper設置為周期長度C或原配時方案中最后一個相位的終止時刻此處二者具有相同的含義；

步驟五中，具體而言，將各候選方案中由非公交專用相位的綠燈時長組成配時向量與原配時方案的配時向量求歐氏距離，此歐式距離即為方案的調整幅度；選取其中調整幅度最小者作為最終的配時方案；即按照如下模型比選各個候選方案，

s.t.G″_S＝(t′₁，t′₂，...，t′_n)

S∈Candidate

式中：

G——配時向量G＝(t₁，t₂，...，t_n)；

G″_S——候選方案S中，由非公交專用相位的綠燈時長組成的配時向量；

Candidate——候選方案集合；

S——候選方案S；

k——原配時方案某相位的相序，此k處介于0與n之間；

t_k——原配時方案相序為k的相位綠燈階段的時長，s；

t′_k——調整后的配時方案中相序為k的相位綠燈階段的時長，s。

2.如權利要求1所述的方法，特征是，步驟五中以調整幅度作為評價指標，調整幅度用各個非公交專用相位的綠燈時間的絕對調整量的根方和來計算，調整幅度越大表明擾動越大，相關方案越不應該被采用。