CN105575135A - 一种高密度路网地区的干线公交站间绿波设计*** - Google Patents

一种高密度路网地区的干线公交站间绿波设计*** Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高密度路网地区的干线公交站间绿波设计***，通过采集高密度路网地区的干线道路基础信息数据、混合交通历史运营数据、公交***历史运营数据和公交***实时运营数据，在应用韦伯斯特信号配时方法设计交叉口信号配时方案和依据公交车路段行驶特征调整交叉口信号相位差的基础上，通过公交车到达时间和交叉口绿波时段的匹配筛选不能享受绿波行驶的公交车，并调整其在公交站点的停靠时间以实现所有公交车均能够不停车通过高密度路网地区相邻站点间的交叉口群。其在较小扰动社会车辆通行的前提下，可以最大化地提高公交车辆的运营效率。

Description

一种高密度路网地区的干线公交站间绿波设计***
技术领域
本发明涉及交通控制技术领域，特别涉及一种高密度路网地区的干线公交站间绿波设计***。
背景技术
随着城市化进程的快速发展，城市道路网络建设愈加集中和密集，尤其在现代化水平较高的城市，其经济发达的中心城区普遍存在大规模的高密度路网。高密度路网拥有类“蜈蚣”的形态，通常是一条城市主干线充当其“主体躯干”，多条支线道路正交组成其“手足”，具有交叉口间距小、路段长度短、路网密度大等特点。
高密度路网地区经济产业发达、人口密度大、交通负荷重，属于城市公共交通重要覆盖和服务区域。为实现居民出行方式由个体交通向公共交通的快速转变，减轻道路交通负荷，保障交通顺畅运行，提高公交车辆运营效率，改善公交服务水平，是城市交通管理部门的重中之重。然而，高密度路网地区交叉口间距较小、道路布设密集，由于交通信号管制等因素，公交车辆时走时停，存在极大的交叉口停车延误，严重影响了其行驶速度和运营准点率，给公交服务水平的提升和公交出行竞争力的提高带来极大困难。低效率的公交运营现状导致更多的出行者选择个体交通工具出行，愈来愈多的机动车驶入高密度路网地区，交通拥堵、交通环境、交通安全等严重困扰着高密度路网地区商业功能的发挥。为摆脱这种恶性循环的怪圈，针对高密度路网地区公共交通***效能提升的技术研发与实施，正成为交通管理者的首要任务。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种在较小扰动社会车辆通行的前提下，最大化地提高公交车辆的运营效率的干线公交站间绿波设计***。
为实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
一种高密度路网地区的干线公交站间绿波设计***，包括如下步骤：
(A)采集高密度路网地区的干线道路基础信息数据、混合交通历史运营数据、公交***历史运营数据和公交***实时运营数据；
(B)根据步骤(A)采集的高密度路网地区的干线道路基础信息数据和混合交通历史运营数据，应用韦伯斯特信号配时方法，设计交叉口信号配时方案；
(C)根据步骤(B)设计的交叉口信号配时方案和步骤(A)中采集的公交车辆历史运营数据，设计交叉口信号相位差；
(D)根据步骤(A)中采集到高密度路网地区的干线道路基础信息数据和公交***实时运营数据，预估公交车驶离站点时刻和到达下游第一个交叉口的时刻；
(E)根据步骤(B)设计的交叉口信号配时方案、步骤(C)设计的交叉口信号相位差和步骤(D)预估的公交车到达站点下游第一个交叉口的时刻，判断公交车是否可以在交叉口群享受绿波行驶，若可以享受绿波行驶，则进入步骤(G)，否则进入步骤(F)；
(F)根据步骤(B)～步骤(E)的计算结果，在满足乘客上下车需求的情况下，实时调整公交车在站点的停靠时间，保障其在下游交叉口群间可享受绿波行驶；
(G)根据步骤(A)采集到的数据，更新高密度路网地区公交***的实时运营数据。
作为上述方案的进一步优化，所述步骤(A)中，高密度路网地区的干线道路基础信息数据包括两相邻站点间的交叉口数目n、路段长度Li(i＝1,2,…,n)、站点与其下游第一个交叉口间的距离d；混合交通历史运营数据包括社会交通、公共交通、非机动车和行人在在交叉口i的历史流量与流向；公交***历史运营数据包括公交车的最大运营速度Vmax和最小运营速度Vmin、公交站点的乘客到达率λ、公交乘客的平均上车时间α和平均下车时间β；公交***实时运营数据包括公交车的发车间隔h、公交车的实时到站时间tarr。
进一步地，所述步骤(B)包括如下步骤：
(B1)对各交叉口实施信号配时
根据社会交通、公共交通、非机动车和行人在在交叉口i的历史流量与流向，应用韦伯斯特信号配时方法，对高密度路网地区相邻站点间的各交叉口分别设计信号配时方案；
(B2)统一交叉口群的信号周期
定义相邻站点间的n个交叉口为一个交叉口群，选取交叉口群中交通负荷最大交叉口为控制交叉口，以该交叉口的信号周期为该交叉口群的公共信号周期T，调整其它交叉口的信号周期与公共信号周期相同。
进一步地，所述步骤(C)包括如下步骤：
(C1)公交车在路段上的行驶时间为：
t(i)＝3.6Li/v,i＝1,2,…,n；
其中，v为公交车运营速度且Vmin≤v≤Vmax，可取
(C2)相邻交叉口的相位差为：
u(i)＝t(i),i＝2,3,…,n；
(C3)***的公交车调度和交叉口信号控制的起始时间基准点相同，且设置为0，各信号周期的公交绿波时段为：
[tstart+m*T,tend+m*T],m＝1,2,3,4,…；
其中，tstart+m*T为第m信号周期的公交绿波起始时刻，tend+m*T为第m信号周期的公交绿波终止时刻。
进一步地，所述步骤(D)包括如下步骤：
(D1)公交车在站点的停靠时间为：
tdwell＝MAX(α*λh,β*ξ)；
其中，ξ为由上一周的历史资料统计得到的该公交车在此站点的平均每车下车乘客数；
(D2)公交车驶离公交站点的时刻为：
tdpt＝tarr+tdwell；
(D3)公交车到达站点下游第一个交叉口的时刻为：
tint＝tdpt+3.6d/v+v/7.2a；
其中，a为公交车辆的运营加速度。
进一步地，所述步骤(E)中，公交车能够在交叉口群绿波行驶的条件为tint∈[tstart+m*T,tend+m*T]；若公交车到达站点下游第一个交叉口的时刻满足绿波行驶要求，则直接进入步骤(G)；若公交车到达下游第一个交叉口的时刻不能够满足公交车绿波驶过交叉口群的要求，则进入步骤(F)。
进一步地，所述步骤(F)包括如下步骤：
(F1)公交车到达站点下游第一个交叉口时，交叉口信号灯处于第m个信号控制周期，公交车到达时刻在该信号周期内所处的位置为：
p＝tintmodT；
其中，mod表示取余运算，tintmodT为tint与T相除后的余数结果；
(F2)当p<tstart时，公交车在站点的停靠时间调整为：
t'dwell＝tdwell+(tstart-p)；
(F3)当P>tend时，公交车在站点的停靠时间调整为：
t'dwell＝tdwell+(p-tstart)+T。
进一步地，所述步骤(G)包括重新采集高密度路网地区干线公交车辆的实时运营数据，更新***的输入信息。
本发明的有益效果主要表现为：本发明的一种高密度路网地区的干线公交站间绿波设计***，通过采集高密度路网地区的干线道路基础信息数据、混合交通历史运营数据、公交***历史运营数据和公交***实时运营数据，在应用韦伯斯特信号配时方法设计交叉口信号配时方案和依据公交车路段行驶特征调整交叉口信号相位差的基础上，通过公交车到达时间和交叉口绿波时段的匹配筛选不能享受绿波行驶的公交车，并调整其在公交站点的停靠时间以实现所有公交车均能够不停车通过高密度路网地区相邻站点间的交叉口群，本发明在较小扰动社会车辆通行的前提下，可以最大化地提高公交车辆的运营效率。
附图说明
图1是本发明一实施例的流程示意图。
图2是本发明一实施例高密度路网地区的道路基础布局图。
图3是本发明一实施例高密度路网地区各交叉口的信号配时方案图。
具体实施方式
如图1所示为一种高密度路网地区的干线公交站间绿波设计***的流程图，下面结合实例进一步说明。
(A)采集高密度路网地区的干线道路基础信息数据、混合交通历史运营数据、公交***历史运营数据和公交***实时运营数据；
本步骤中，高密度路网地区的干线道路基础信息数据包括两相邻站点间的交叉口数目n、路段长度Li(i＝1,2,…,n)、站点与其下游第一个交叉口间的距离d；混合交通历史运营数据包括社会交通、公共交通、非机动车和行人在在交叉口i的历史流量与流向；公交***历史运营数据包括公交车的最大运营速度Vmax和最小运营速度Vmin、公交站点的乘客到达率λ、公交乘客的平均上车时间α和平均下车时间β；公交***实时运营数据包括公交车的发车间隔h、公交车的实时到站时间tarr。
本实例中，高密度路网地区的干线道路基础信息数据包括两相邻站点间的交叉口数目n＝4、路段长度Li(i＝1,2,3,4)、站点与其下游第一个交叉口间的距离d＝180m；混合交通历史运营数据包括社会交通、公共交通、非机动车和行人在在交叉口i(i＝1,2,3,4)的历史流量与流向；公交***历史运营数据包括公交车的最大运营速度Vmax＝40km/h和最小运营速度Vmin＝20km/h、公交站点的乘客到达率λ＝2.5人/min、公交乘客的平均上车时间α＝0.9s/人和平均下车时间β＝0.6s/人；公交***实时运营数据包括公交车的发车间隔h＝8min、公交车的实时到站时间tarr如表1所示。
表1公交车实时到达公交站点的时间
(B)根据步骤(A)采集的高密度路网地区的干线道路基础信息数据和混合交通历史运营数据，应用韦伯斯特信号配时方法，设计交叉口信号配时方案，具体方法为：
(B1)对各交叉口实施信号配时
根据社会交通、公共交通、非机动车和行人在在交叉口i的历史流量与流向，应用韦伯斯特信号配时方法，对高密度路网地区相邻站点间的各交叉口分别设计信号配时方案；
(B2)统一交叉口群的信号周期
定义相邻站点间的n个交叉口为一个交叉口群，选取交叉口群中交通负荷最大交叉口为控制交叉口，以该交叉口的信号周期为该交叉口群的公共信号周期T，调整其它交叉口的信号周期与公共信号周期相同。
本实例中，高密度路网地区的道路基础布局图如图2所示，各交叉口的信号配时方案图如图3所示。
(C)根据步骤(B)设计的交叉口信号配时方案和步骤(A)中采集的公交车辆历史运营数据，设计交叉口信号相位差，具体方法为：
(C1)公交车在路段上的行驶时间为：
t(i)＝3.6Li/v,i＝1,2,…,n；
其中，v为公交车运营速度且Vmin≤v≤Vmax，可取
(C2)相邻交叉口的相位差为：
u(i)＝t(i),i＝2,3,…,n；
(C3)***的公交车调度和交叉口信号控制的起始时间基准点相同，且设置为0，各信号周期的公交绿波时段为：
[tstart+m*T,tend+m*T],m＝1,2,3,4,…；
其中，tstart+m*T为第m信号周期的公交绿波起始时刻，tend+m*T为第m信号周期的公交绿波终止时刻。
本实例中，公交车的运营速度v＝30km/h，公交车在路段上的行驶时间、交叉口绝对相位差、各信号周期的公交绿波时段如表2所示。
表2公交车在路段上的行驶时间、交叉口绝对相位差和各信号周期的公交绿波时段
(D)根据步骤(A)中采集到高密度路网地区的干线道路基础信息数据和公交***实时运营数据，预估公交车驶离站点时刻和到达下游第一个交叉口的时刻，具体方法为：
(D1)公交车在站点的停靠时间为：
tdwell＝MAX(α*λh,β*ξ)；
其中，ξ为由上一周的历史资料统计得到的该公交车在此站点的平均每车下车乘客数；
(D2)公交车驶离公交站点的时刻为：
tdpt＝tarr+tdwell；
(D3)公交车到达站点下游第一个交叉口的时刻为：
tint＝tdpt+3.6d/v+v/7.2a；
其中，a为公交车辆的运营加速度。
本实例中，公交车辆的运营加速度为，公交车在站点的平均每车上车乘客数、下车乘客数和停靠时间如表3所示a＝1m/s，公交车到达站点下游第一个交叉口的时刻如表4所示。
表3公交车在站点的平均每车上车乘客数、下车乘客数和停靠时间
表4公交车到达站点下游第一个交叉口的时刻
(E)根据步骤(B)设计的交叉口信号配时方案、步骤(C)设计的交叉口信号相位差和步骤(D)预估的公交车到达站点下游第一个交叉口的时刻，判断公交车是否可以在交叉口群享受绿波行驶；若可以享受绿波行驶，则进入步骤(G)，否则进入步骤(F)；
本实例中，公交车与绿波的匹配结果如表5所示。
表5公交车与绿波的匹配结果
(F)根据步骤(B)～步骤(E)的计算结果，在满足乘客上下车需求的情况下，实时调整公交车在站点的停靠时间，保障其在下游交叉口群间可享受绿波行驶，具体方法为：
(F1)公交车到达站点下游第一个交叉口时，交叉口信号灯处于第m个信号控制周期，公交车到达时刻在该信号周期内所处的位置为：
p＝tintmodT；
其中，mod表示取余运算，tintmodT为tint与T相除后的余数结果；
(F2)当p<tstart时，公交车在站点的停靠时间调整为：
t'dwell＝tdwell+(tstart-p)；
(F3)当P>tend时，公交车在站点的停靠时间调整为：
t'dwell＝tdwell+(p-tstart)+T。
本实例中，公交车站站点的停靠时间调整结果如表6所示。
表6公交车站站点的停靠时间调整结果
(G)根据步骤(A)采集到的数据，更新高密度路网地区公交***的实时运营数据。本实例中，重新采集高密度路网地区干线公交车辆的实时运营数据，更新***的输入信息。依照上述步骤，即可实现一种高密度路网地区的干线公交站间绿波设计***。
应理解上述实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要求限定的范围。

Claims (8)

1.一种高密度路网地区的干线公交站间绿波设计***，其特征在于，包括如下步骤：
(A)采集高密度路网地区的干线道路基础信息数据、混合交通历史运营数据、公交***历史运营数据和公交***实时运营数据；
(B)根据步骤(A)采集的高密度路网地区的干线道路基础信息数据和混合交通历史运营数据，应用韦伯斯特信号配时方法，设计交叉口信号配时方案；
(C)根据步骤(B)设计的交叉口信号配时方案和步骤(A)中采集的公交车辆历史运营数据，设计交叉口信号相位差；
(D)根据步骤(A)中采集到高密度路网地区的干线道路基础信息数据和公交***实时运营数据，预估公交车驶离站点时刻和到达下游第一个交叉口的时刻；
(E)根据步骤(B)设计的交叉口信号配时方案、步骤(C)设计的交叉口信号相位差和步骤(D)预估的公交车到达站点下游第一个交叉口的时刻，判断公交车是否可以在交叉口群享受绿波行驶，若可以享受绿波行驶，则进入步骤(G)，否则进入步骤(F)；
(F)根据步骤(B)～步骤(E)的计算结果，在满足乘客上下车需求的情况下，实时调整公交车在站点的停靠时间，保障其在下游交叉口群间可享受绿波行驶；
(G)根据步骤(A)采集到的数据，更新高密度路网地区公交***的实时运营数据。
2.根据权利要求1所述的高密度路网地区的干线公交站间绿波设计***，其特征在于：所述步骤(A)中，高密度路网地区的干线道路基础信息数据包括两相邻站点间的交叉口数目n、路段长度Li(i＝1,2,…,n)、站点与其下游第一个交叉口间的距离d；混合交通历史运营数据包括社会交通、公共交通、非机动车和行人在在交叉口i的历史流量与流向；公交***历史运营数据包括公交车的最大运营速度Vmax和最小运营速度Vmin、公交站点的乘客到达率λ、公交乘客的平均上车时间α和平均下车时间β；公交***实时运营数据包括公交车的发车间隔h、公交车的实时到站时间tarr。
3.根据权利要求1或2所述的高密度路网地区的干线公交站间绿波设计***，其特征在于，所述步骤(B)包括如下步骤：
(B1)对各交叉口实施信号配时
根据社会交通、公共交通、非机动车和行人在在交叉口i的历史流量与流向，应用韦伯斯特信号配时方法，对高密度路网地区相邻站点间的各交叉口分别设计信号配时方案；
(B2)统一交叉口群的信号周期
定义相邻站点间的n个交叉口为一个交叉口群，选取交叉口群中交通负荷最大交叉口为控制交叉口，以该交叉口的信号周期为该交叉口群的公共信号周期T，调整其它交叉口的信号周期与公共信号周期相同。
4.根据权利要求1所述的高密度路网地区的干线公交站间绿波设计***，其特征在于，所述步骤(C)包括如下步骤：
(C1)公交车在路段上的行驶时间为：
t(i)＝3.6Li/v,i＝1,2,…,n；
其中，v为公交车运营速度且Vmin≤v≤Vmax，可取
(C2)相邻交叉口的相位差为：
u(i)＝t(i),i＝2,3,…,n；
(C3)***的公交车调度和交叉口信号控制的起始时间基准点相同，且设置为0，各信号周期的公交绿波时段为：
[tstart+m*T,tend+m*T],m＝1,2,3,4,…；
其中，tstart+m*T为第m信号周期的公交绿波起始时刻，tend+m*T为第m信号周期的公交绿波终止时刻。
5.根据权利要求1或2或4所述的高密度路网地区的干线公交站间绿波设计***，其特征在于，所述步骤(D)包括如下步骤：
(D1)公交车在站点的停靠时间为：
tdwell＝MAX(α*λh,β*ξ)；
其中，ξ为由上一周的历史资料统计得到的该公交车在此站点的平均每车下车乘客数；
(D2)公交车驶离公交站点的时刻为：
tdpt＝tarr+tdwell；
(D3)公交车到达站点下游第一个交叉口的时刻为：
tint＝tdpt+3.6d/v+v/7.2a；
其中，a为公交车辆的运营加速度。
6.根据权利要求1或2或4所述的高密度路网地区的干线公交站间绿波设计***，其特征在于：所述步骤(E)中，公交车能够在交叉口群绿波行驶的条件为tint∈[tstart+m*T,tend+m*T]；若公交车到达站点下游第一个交叉口的时刻满足绿波行驶要求，则直接进入步骤(G)；若公交车到达下游第一个交叉口的时刻不能够满足公交车绿波驶过交叉口群的要求，则进入步骤(F)。
7.根据权利要求1或2或4所述的高密度路网地区的干线公交站间绿波设计***，其特征在于，所述步骤(F)包括如下步骤：
(F1)公交车到达站点下游第一个交叉口时，交叉口信号灯处于第m个信号控制周期，公交车到达时刻在该信号周期内所处的位置为：
p＝tintmodT；
其中，mod表示取余运算，tintmodT为tint与T相除后的余数结果；
(F2)当p<tstart时，公交车在站点的停靠时间调整为：
t'dwell＝tdwell+(tstart-p)；
(F3)当P>tend时，公交车在站点的停靠时间调整为：
t'dwell＝tdwell+(p-tstart)+T。
8.根据权利要求1或5所述的高密度路网地区的干线公交站间绿波设计***，其特征在于，所述步骤(G)包括重新采集高密度路网地区干线公交车辆的实时运营数据，更新***的输入信息。
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