CN104504918B - 一种城市道路公交信号优先方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种城市道路公交信号优先方法。所述方法利用联网信号控制中心控制端的开放接口，实现与信号控制***的实时交互；基于路口布设的RFID检测器实时检测公交车辆到达情况，实现公交车辆路口排队等待状况和下一周期车辆到达时刻预测；在当前周期，通过向信号控制***下发相位锁定/解锁指令，动态实现公交通行绿灯时间的延长；在下一周期开始前，基于车辆排队和预测车辆到达情况，确定是否保留公交专用阶段。本发明无需对路口信号机进行升级改造，实施成本及风险较低；在为公交车辆提供实时信号优先的同时，避免了在没有公交车辆到达路口情况下，公交专用阶段的无效使用，减少了公交信号优先对于社会车辆的负面影响。

Description

一种城市道路公交信号优先方法

技术领域

本发明涉及智能交通信号控制领域，具体涉及一种城市道路公交信号优先方法。

背景技术

公交信号优先是提高公交车服务水平的有效途径之一，其原理是在交叉口信号控制中为公交车辆提供优先信号，从而减少公交车辆的行程时间，提高运行效率。但是，目前的研究结果表明在混合车道的情况下由于社会车辆的影响，公交车的运行受到很多限制，同时由于公交车起步较慢，也会妨碍社会车辆的行驶，因此公交信号优先并不能得到理想的实施效果。公交专用道的设置可以将公交车与社会车辆分离开来，有效减少公交车与社会车辆之间的相互影响，提高公交车服务水平和交通运行效率。然而由于城市规模和道路宽度的限制，开劈过多的公交专用道会大量占用道路资源，造成土地和资金的浪费。

右转合乘方式的提出有效解决了这一矛盾，其原理是利用原有的右转专用道，配合红灯右转的控制手段，允许直行公交车辆进入右转专用道，并在公交专用相位或关联相位启亮时通行，使得公交车可以跳过同向车辆的排队，在空间上得到优先，这一方式在实际验证中也得到了令人满意的结果。然而针对右转合乘的信号控制，目前国内的做法通常是在信号控制方案中设置固定时长的公交专用阶段，但是这种固定公交专用相位的被动信号优先存在明显的缺陷，即无法适应公交车辆到达的随机特性，在没有公交信号优先需求的条件下，存在交叉口绿灯时间浪费和交通运行效率降低的问题。

主动信号优先可以有效弥补被动优先的缺陷，主动优先主要是依靠检测器对公交车辆运行情况进行识别分析，当检测到公交车辆即将到达交叉口，对交叉口信号控制方案进行实时的调整，从而实现公交车辆的优先通行。主动信号优先的控制方式包括绿灯延长、红灯早断、相位跳跃、相位差入、相位倒转等等。在国外的交通管理与控制中上述方式都已得到广泛的应用和长足的发展，有效的提高了公交车的服务水平和运行效率。然而在国内由于混合交通的特殊情况和老旧信号机的限制，红灯早断、相位***、相位倒转等方法实施起来仍具有较大难度，绿灯延长和相位跳跃相对而言更加适合我国目前的信号控制***，但其实施效果也不尽如人意。如何在国内当前交通条件下充分发挥信号控制***的控制效能，更加有效的实施公交信号优先，提高公交车辆的运行效率和服务水平，成为交通行业管理者和广大人民群众的迫切需求。

综观当前公交信号优先方法的研究和应用，国内公交信号优先存在的不足及问题主要有：

1.缺乏实时的公交信号优先技术。目前我国公交信号优先的实践应用，仍以配置固定的公交专用相位为主，无法根据公交车辆的实时运行状态做出合理的调整和优化，不仅公交信号优先的效果有限，而且也导致了不必要的交通运行效率损失。

2.公交信号优先实施成本高、灵活性差。目前公交信号优先的实现，往往需要对路口信号机进行改造，以实现与信号控制***的实时对接，设备建设、维护成本较高，建设周期长，同时，也导致了公交信号优先交叉口或线路设置的灵活性不足，无法根据不同的交通管理需求进行灵活调整。

发明内容

针对当前实时公交信号优先技术的缺乏，以及公交信号优先实施成本高、灵活性差等问题，，本发明提出了一种城市道路公交信号优先方法。其目的在于：利用联网信号控制中心控制端的开放接口，实现与信号控制***的实时交互；基于路口布设的RFID检测器、车载卫星定位设备实时采集公交车辆的位置信息，实现公交车辆路口排队等待状况和下一周期车辆到达时刻预测；在当前运行周期，通过向信号控制***下发相位锁定/解锁指令，动态实现公交通行绿灯时间的延长；在下一周期开始前，基于现有车辆排队和预测车辆到达情况，确定是否需要保留公交专用相位，生成并下发执行新的信号控制方案。

为了实现上述目的，本发明采取以下技术方案：

一种城市道路公交信号优先方法，设置与信号控制***相连的联网信号控制中心，将公交信号优先方向的右转车道设为右转合乘的公交优先车道，在信号优先方向距交叉口停车线一定距离处设有RFID检测器，在公交车辆上设有车载RFID电子标签和卫星定位设备；

所述RFID检测器通过识别公交车载RFID电子标签，获取公交车辆到达信息，并发送给联网信号控制中心；

联网信号控制中心通过所述卫星定位设备获取公交车辆的平均车速；通过接收到的公交车辆到达信息以及RFID检测器到对应交叉口停车线的距离计算得出公交车辆到达对应交叉口停车线的时间；

包括以下步骤：

1)周期开始，联网信号控制中心获取交叉口信号配时方案，获取该交叉口红绿灯周期时长T，设定公交信号优先方向的最大绿灯时间G_max，其中G_max为红绿灯的极限绿灯显示时间，绿灯时间达到G_max后则必须转入下一相位；设定当前时刻为t＝0秒，并初始化计时器t＝0；

2)检测到通行方向绿灯时间开始时，清空对应方向进口道公交车辆排队记录；

3)通过计时器上显示的时间是否等于周期时长T判断当前周期是否结束， 若是，则转入步骤18)，否则转入步骤4)；

4)判断当前信号灯是否为绿灯锁定状态，若是，则转入步骤5)，否则转入步骤13)；所述绿灯锁定状态为优先方向绿灯信号结束后将其锁定，保持绿灯的状态；

5)判断当前绿灯运行时间是否小于最大绿灯时间G_max，若是，则转入步骤6)，否则转入步骤11)；

6)判断RFID检测器是否检测到公交车辆到达，若是，则转入步骤7)，否则转入步骤10)；

7)判断公交车辆能否在最大绿灯时间G_max内通过停车线，若是，则转入步骤8)，否则转入步骤9)；判断过程为比较公交车辆到达交叉口停车线的时间与最大绿灯时间G_max剩余时间的大小，若前者小于后者，则能通过停车线，否则不能通过停车线；

8)判断是否给予公交车信号优先，若是，则转入步骤12)，否则转入步骤9)；

9)累计车辆排队，转入步骤17)；

10)判断距离上次给予优先的时刻是否小于T₀，所述T₀为公交车辆从RFID检测器位置至交叉路口停车线的平均行程时间；若是，则转入步骤12)，否则转入步骤11)；

11)解除绿灯锁定状态，转入步骤17)；

12)保持绿灯锁定状态，转入步骤17)；

13)判断RFID检测器是否检测到公交车辆到达，若是，则转入步骤14)，否则转入步骤17)；

14)判断到达车辆是否能在绿灯时间内通过停车线，若是，则转入步骤17)，否则转入步骤15)；判断过程为比较公交车辆到达交叉口停车线的时间与绿灯剩余时间的大小，若前者小于后者，则能通过停车线，否则不能通过停车线；

15)判断是否需要给予公交车优先，若是，则转入步骤16)，否则不作处理，转入步骤9)；

16)锁定当前绿灯，转入步骤17)；

17)计时器更新t＝t+1，进行下一秒的处理，返回步骤2)；

18)预测下一周期公交车辆的到达时刻与在路口的排队；

19)判断下一周期开始前对应方向是否存在公交车排队，若是则保留公交专用相位，否则取消公交专用相位；

20)确定下一周期的公交信号优先方案，下发信号控制***执行，返回步骤1)，新周期开始。

所述RFID检测器设在信号优先方向距交叉口停车线50至80米处。

步骤4)中，绿灯锁定状态的判断包含交叉口的任一方向，只要有一个方向 为绿灯锁定状态即满足条件。

步骤10)中，T₀为公交车辆从RFID检测器位置至路口停车线的行程时间，确保RFID检测器检测到的公交车辆能够驶出停车线的时间。

步骤18)中，预测下一周期车辆的到达时刻，主要依托公交车车载卫星定位终端实时采集的车辆位置信息；公交车辆路口排队，由上一周期的累计车辆排队，以及预测到达时刻为红灯的车辆共同组成。

本发明采用上述技术方案，具有以下有益效果：

1.无需对原有信号机进行改造，只需通过联网信号控制***中心控制端的开放接口，即可下发公交信号优先控制的各类指令，具有较高的经济性和灵活性。

2.针对目前国内主流信号控制***特点，以及我国交通管理的实际需求，采用信号控制***通用的相位锁定/解锁、方案下发功能，即可动态实现绿灯延长、相位跳过两类实时公交信号优先策略。

3.目前多数公交车都装有卫星定位设备，采用RFID检测和卫星定位相结合的方式实现对公交车的检测和公交车到达时间预测，对公交车数据具有较高的利用率，同时保障了预测的准确度。

附图说明

图1为本发明实施例的信号优先控制流程图；

图2为本发明实施例的交叉口示意图；

图3为本发明实施例的交叉口配时方案示意图；

图4为本发明实施例的交叉口配时方案时间表示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。

如图2所示为交叉口示意图，南北向为主干道，双向六车道；东西向为次干道，双向四车道。东西南北四个方向均设有右转合乘的公交优先车道，对南北行驶、东西行驶的公交车给予信号优先。其中，右转合乘的使用规则为公交车辆与右转社会车辆共同使用右转车道，在交叉口进口道处公交车保持直行，右转车辆在右转进口道右转，与公交车分离。

如图3所示为交叉口配时方案示意图，在本发明具体实施例中，交叉口现有的信号配时周期为150秒，分为六个阶段：阶段1为南北方向公交专用阶段，南北方向公交车优先通行，时长13秒；阶段2为南北方向的直行，时长45秒；阶段3为南北方向的左转，时长23秒；阶段4为东西方向公交专用阶段，东西向公交车优先通行，时长13秒；阶段5为东西方向的直行，时长36秒；阶段6为东西方向的左转时长20秒；如图4所示。四个方向的右转通行均不受信号灯 控制影响，直接通行。

本发明的城市道路公交信号优先***方法设置与信号控制***相连的联网信号控制中心，将公交信号优先方向的右转车道设为右转合乘的公交优先车道，在信号优先方向距交叉口停车线一定距离处设有RFID检测器，在公交车辆上设有车载RFID电子标签和卫星定位设备；

所述RFID检测器通过识别公交车载RFID电子标签，获取公交车辆到达信息，并发送给联网信号控制中心；

联网信号控制中心通过所述卫星定位设备获取公交车辆的平均车速；通过接收到的公交车辆到达信息以及RFID检测器到对应交叉口停车线的距离计算得出公交车辆到达对应交叉口停车线的时间；

如图1所示为基于开放接口信号控制***的主动式公交信号优先方法流程图，具体实施步骤如下：

1)周期开始，联网信号控制中心获取交叉口信号配时方案，获取该交叉口红绿灯周期时长T，设定公交信号优先方向的最大绿灯时间G_max，其中G_max为红绿灯的极限绿灯显示时间，绿灯时间达到G_max后则必须转入下一相位；设定当前时刻为t＝0秒，并初始化计时器t＝0；最大绿灯时间G_max的确定既要避免红灯相位时，行人与自行车等待时间过长，又要避免信号周期过长，是联网信号控制中心根据每个交叉路口各个通行方向不同的规模以及交通流量而预设的；在本发明具体实施例中，周期时长为150秒；在本发明具体实施例中南北方向最大绿灯时间G_max设为60秒，东西方向最大绿灯时间G_max设为50秒。

2)检测到通行方向绿灯时间开始时，清空对应方向进口道公交车辆排队记录；

3)通过计时器上显示的时间是否等于周期时长T判断当前周期是否结束，若是，则转入步骤18)，否则转入步骤4)，本实施例中，判断时间设为2秒，当剩余时间小于2秒时，即停止新的相位锁定作业，其间到达车辆排队计入下一周期；

4)判断当前信号灯是否为绿灯锁定状态，若是，则转入步骤5)，否则转入步骤13)，其中，所述绿灯锁定状态为优先方向绿灯信号结束后将其锁定，保持绿灯的状态；绿灯锁定状态的判断包含交叉口的任一方向，只要有一个方向为绿灯锁定状态即满足条件，其他如公交专用阶段、左转、右转等均不满足条件；

5)判断当前绿灯运行时间是否小于最大绿灯时间G_max，若是，则转入步骤6)，否则转入步骤11)；

6)判断RFID检测器是否检测到公交车辆到达，若是，则转入步骤7)，否则转入步骤10)；检测公交车辆到达的设备为布设在路口的RFID检测器，通过识别公交车载RFID电子标签，获取公交车辆信息如公交车辆线路、车牌号等信 息，获取公交车辆到达信息，并实时发送给联网信号控制中心；联网信号控制中心根据获取的信息统计各个线路公交车辆在交叉路口的优先信息，为优化公交运行线路提供数据。RFID检测器设在信号优先方向距交叉口停车线50至80米处。在本发明具体实施例中，RFID检测器设在信号优先方向距交叉口停车线60米处。

7)判断公交车能否在绿灯时间G_max内通过停车线，若是，则转入步骤8)，否则转入步骤9)；判断到达车辆是否能在最大绿灯时间G_max内通过停车线的判断过程为为比较公交车辆到达交叉口停车线的时间与最大绿灯时间G_max剩余时间的大小；若公交车辆到达交叉口停车线的时间小于最大绿灯时间G_max剩余时间，则能通过停车线，否则不能通过停车线。

8)判断是否给予公交车信号优先，若是，则转入步骤12)，否则转入步骤9)；其中，是否给予优先由联网信号控制中心判断，其规则由管理者自由确定，可以对每辆公交车都给予优先，也可以根据公交车辆的排队、延误、载客量等情况结合交叉***通状况有条件的给予公交车优先；本实施例中为对每辆公交车都给予优先的绝对优先。

9)累计车辆排队，转入步骤17)；

10)判断距离上次给予优先的时刻是否小于T₀，若是，则转入步骤12)，否则转入步骤11)，其中，T₀为公交车辆从RFID检测器识别位置至路口停车线的行程时间，确保离开公交车辆检测器的车辆能够驶出停车线的时间，并且需要尽可能的不产生绿灯损失，提高绿灯时间利用率；在本发明具体本实施例中T₀取8秒。

11)解除绿灯锁定状态，转入步骤17)；

12)保持绿灯锁定状态，转入步骤17)；

13)判断RFID检测器是否检测到公交车辆到达，若是，则转入步骤14)，否则转入步骤17)；

14)判断到达车辆是否能在绿灯时间内通过停车线，若是，则转入步骤17)，否则转入步骤15)，其判断过程为为比较公交车辆到达交叉口停车线的时间与绿灯剩余时间的大小，若公交车辆到达交叉口停车线的时间小于绿灯剩余时间，则能通过停车线，否则不能通过停车线；

15)判断是否需要给予公交车优先，若是，则转入步骤16)，否则不作处理，转入步骤9)；与步骤8)相同，在本发明实施例中为对每辆公交车都给予优先的绝对优先。

16)锁定当前绿灯，转入步骤17)；

17)处理下一时刻，计时器更新t＝t+1，进行下一秒的处理，返回步骤2)；

18)预测下一周期公交车辆的到达时刻与在路口的排队；在公交车辆上，设有车载卫星定位设备，用于实时采集公交车辆的位置信息。预测下一周期车辆的 到达时刻，主要依托公交车车载卫星定位终端实时采集的车辆位置信息；公交车辆路口排队，由上一周期的累计车辆排队，以及预测到达时刻为红灯的车辆共同组成。

19)判断下一周期开始前对应方向是否存在公交车排队，若是则保留公交专用阶段，否则取消公交专用相位；本发明具体实施例中，下一周期主方向(即南北方向)的公交车排队情况主要是根据交叉口上游RFID检测器检测记录，若有公交车排队则保留主方向公交专用阶段(阶段1)，否则取消主方向的公交专用阶段(阶段1)，下一周期次方向(即东西方向)的公交车排队情况则需结合RFID检测器检测结果和卫星定位数据，从而预测判断下一周期次方向公交车排队情况，若有则保留次方向的公交专用阶段(阶段4)，否则取消次方向的公交专用阶段(阶段4)。

20)确定下一周期的公交信号优先方案，下信号控制***发执行，返回步骤1)新周期开始。

在本发明中，联网控制中心通过计时器上显示的时间是否等于周期时长T判断当前周期是否结束；若未结束，则每秒进行步骤2)至步骤17)循环处理。若判断已结束，则预测下一周期公交车辆的到达时刻与在路口的排队，并进行下一周期前的处理，准备开始新周期。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (4)

1.一种城市道路公交信号优先方法，其特征在于，设置与信号控制***相连的联网信号控制中心，将公交信号优先方向的右转车道设为右转合乘的公交优先车道，在信号优先方向距交叉口停车线一定距离处设有RFID检测器，在公交车辆上设有车载RFID电子标签和卫星定位设备；

所述RFID检测器通过识别公交车载RFID电子标签，获取公交车辆到达信息，并发送给联网信号控制中心；

联网信号控制中心通过所述卫星定位设备获取公交车辆的平均车速；通过接收到的公交车辆到达信息以及RFID检测器到对应交叉口停车线的距离计算得出公交车辆到达对应交叉口停车线的时间；

包括以下步骤：

1)周期开始；联网信号控制中心获取交叉口信号配时方案，获取该交叉口红绿灯周期时长T，设定公交信号优先方向的最大绿灯时间G_max，其中G_max为红绿灯的极限绿灯显示时间，绿灯时间达到G_max后则必须转入下一相位；设定当前时刻为0秒，并初始化计时器t＝0；

2)检测到通行方向绿灯时间开始时，清空对应方向进口道公交车辆排队记录；

3)通过计时器上显示的时间是否等于周期时长T判断当前周期是否结束，若是，则转入步骤18)，否则转入步骤4)；

4)判断当前信号灯是否为绿灯锁定状态，若是，则转入步骤5)，否则转入步骤13)；所述绿灯锁定状态为优先方向绿灯信号结束后将其锁定，保持绿灯的状态；

5)判断当前绿灯时间是否小于最大绿灯时间G_max，若是，则转入步骤6)，否则转入步骤11)；

6)判断RFID检测器是否检测到公交车辆到达，若是，则转入步骤7)，否则转入步骤10)；

7)判断公交车辆能否在最大绿灯时间G_max内通过停车线，若是，则转入步骤8)，否则转入步骤9)；判断过程为比较公交车辆到达交叉口停车线的时间与最大绿灯时间G_max剩余时间的大小，若前者小于后者，则能通过停车线，否则不能通过停车线；

8)判断是否给予公交车信号优先，若是，则转入步骤12)，否则转入步骤9)；

9)累计车辆排队，转入步骤17)；

10)判断距离上次给予优先的时刻是否小于T₀，所述T₀为公交车辆从RFID检测器位置至交叉路口停车线的平均行程时间；若是，则转入步骤12)，否则转入步骤11)；

11)解除绿灯锁定状态，转入步骤17)；

12)保持绿灯锁定状态，转入步骤17)；

13)判断RFID检测器是否检测到公交车辆到达，若是，则转入步骤14)，否则转入步骤17)；

14)判断到达车辆是否能在绿灯时间内通过停车线，若是，则转入步骤17)，否则转入步骤15)；判断过程为比较公交车辆到达交叉口停车线的时间与绿灯剩余时间的大小，若前者小于后者，则能通过停车线，否则不能通过停车线；

15)判断是否需要给予公交车优先，若是，则转入步骤16)，否则不作处理，转入步骤9)；

16)锁定当前绿灯，转入步骤17)；

17)计时器更新t＝t+1，进行下一秒的处理，返回步骤2)；

18)预测下一周期公交车辆的到达时刻与在路口的排队；

19)判断下一周期开始前对应方向是否存在公交车排队，若是则保留公交专用相位，否则取消公交专用相位；

20)确定下一周期的公交信号优先基本方案，下发信号控制***执行，返回步骤1)，新周期开始。

2.根据权利要求1所述的一种城市道路公交信号优先方法，其特征在于：所述RFID检测器设在信号优先方向距交叉口停车线50至80米处。

3.根据权利要求1所述的一种城市道路公交信号优先方法，其特征在于：步骤4)中，绿灯锁定状态的判断包含交叉口的任一方向，只要有一个方向为绿灯锁定状态即满足条件。

4.根据权利要求1所述的一种城市道路公交信号优先方法，其特征在于：所述步骤18)中，预测下一周期车辆的到达时刻，主要依托公交车车载卫星定位设备实时采集的车辆位置信息；公交车辆路口排队，由上一周期的累计车辆排队，以及预测到达时刻为红灯的车辆共同组成。