CN109903563A - 一种公交车道混行时二次停车线位置优化***及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种公交车道混行时二次停车线位置优化***及方法。***包括检测模块、控制模块、控制端无线传输模块、多个路上无线传输模块、多个微处理器以及多个道钉指示灯。方法通过检测模块采集到达车辆压强，控制模块根据到达车辆的压强分别计算社会车辆到达率和公交车到达率；控制模块根据社会车辆到达率以及公交车到达率计算交叉口预留换道区总长度，并无线传输至每个路上无线传输模块；微处理器根据路上无线传输模块接收的交叉口预留换道区总长度，计算出需要进行颜色切换的道钉指示灯数量，并控制道钉指示灯由绿色切换成红色，红色与绿色指示灯的交界处即为二次停车线的位置。本发明保障交叉路口处公交车辆通行，并有效利用道路资源。

Description

一种公交车道混行时二次停车线位置优化***及方法

技术领域

本发明属于城市交通控制与管理领域，尤其涉及一种公交车道混行时二次停车线位置优化***及方法。

背景技术

目前的公交优先措施主要是在高峰时段进行公交车道专用，在公交车道不允许社会车辆驶入时，可能会造成道路资源的浪费；而在允许社会车辆驶入时，公交车辆的通行优先则难以得到保障。

当社会车辆驶入公交车道时，存在着交叉口停车线处会堵塞在公交车前方，并影响公交优先通行的现象。目前主要通过设置二次停车线确保公交在交叉口处的优先通行。二次停车线是在交叉口进口引道处设置的预停车线，通过确定出一段合理的长度区域，就可以使社会车道和公交车道相互配合完成换道。然而，现有的二次停车线的设置位置都是固定的，无法根据实际交通量满足社会车辆的换道需求。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提出了一种全时共享公交专用道***及方法，本发明即在全时段向社会车辆开放。公交车移动闭塞区间外的社会车辆可自由行驶，并强制侵入公交车移动闭塞区间内的社会车辆驶出公交专用道。通过禁止小汽车侵入公交车移动闭塞区间，在保证在公交优先的前提下最大化车道利用率。

本发明***采用的技术方案是一种全时共享公交专用道***，其特征在于，包括：公交车载GPS模块、公交车载速度模块、公交车载微处理器、公交车载无线传输模块、路上无线传输模块、路上微处理器、道钉指示灯；

所述公交车载微处理器分别与所述的公交车载GPS模块、公交车载速度模块以及公交车载无线传输模块通过导线依次连接；所述公交车载无线传输模块与所述路上无线传输模块通过无线通信方式无线连接；所述的路上无线传输模块、路上微处理器、道钉指示灯通过导线依次串联连接。

作为优选，所述公交车载GPS模块安装在公交车内部，能够实时获取公交车位置；

作为优选，所述公交车载速度模块安装在公交车内部，能够实时获取公交车速度；

作为优选，所述公交车载微处理器安装在公交车内部，能通过公交车位置、公交车速度，实时计算公交车移动闭塞区间范围，并将闭塞指令经过公交车载无线传输模块发送给路上无线传输模块；

作为优选，所述公交车载无线传输模块安装在公交车上，能够实时接收公交车载微处理器的公交车移动闭塞区间范围并无线发送给路上无线传输模块；

作为优选，所述路上无线传输模块埋设在公交专用道路面下方，能够实时接收公交车载无线传输模块发送的闭塞信号并将信号传给路上微处理器；

作为优选，所述路上微处理器埋设在公交专用道路面下方，能够实时接收路上无线传输模块发送的闭塞信号，并控制闭塞区间范围内的道钉指示灯显示红色；

作为优选，所述道钉指示灯，呈中心突起的立方体，其铺设方向平行于道路中心线，沿公交车道与社会车道分隔线每L米铺设一个；

本发明方法的技术方案为一种全时共享公交专用道方法，具体包括以下步骤：

步骤1：将所述道钉指示灯平行于道路中心线方向铺设，沿公交车道与社会车道分隔线每L米铺设一个；

步骤2：利用所述公交车载GPS模块获取位置，通过所述公交车载速度模块获取速度，公交车载微处理器根据位置以及速度计算公交车移动闭塞区间范围；

步骤3：并传输至公交车载无线传输模块，公交车移动闭塞区间范围通过所述公交车载无线传输模块无线传输至所述路上无线通信模块，进一步传输至所述微处理器，所述路上微处理器根据公交车移动闭塞区间范围切换所述道钉指示灯颜色，从而引导社会车辆驶入或换出公交车道。

作为优选，步骤1中所述所述道钉指示灯铺设的位置为：

以公交专用道与社会车道分隔标线起点为原点O，沿车辆前进方向为Y轴正方向，以Y轴顺时针旋转90°方向为X轴正方向，且第一个道钉指示灯位于原点。

步骤1中所述道钉指示灯的位置坐标依次为：

(0，0)，(0，L)，(0，2*L),...,(0，(M-1)*L)，(0，M*L)

即第n个道钉指示灯的坐标为(0，(n-1)*L),n∈[1,M]，所述道钉指示灯的数量为M+1；

作为优选，步骤2中所述公交车移动闭塞区间是一段从公交车尾部到公交车前方一定距离的区间，能够保证公交车以自由流速行驶，旨在不影响公交优先通行；

步骤2中所述计算公交车移动闭塞区间范围为：

d_bmb＝l_b+S_t+l_c+L_m

其中，d_bmb为移动闭塞区间长度，l_b为公交车长度，S_t为停车视距，l_c为小汽车长度，L_m为小汽车驾驶员视野盲区长度，t₁为驾驶员反应时间，t₂为驾驶员制动时间，v为公交车行驶车速，φ为路面与轮胎间的纵向摩阻系数，i为路拱横坡度，l₀为停车安全距离，L_m为小汽车驾驶员视野盲区长度，D为公交专用道宽度，α为驾驶员行车过程中的前方视野范围；

作为优选，步骤3中所述所述路上微处理器根据公交车移动闭塞区间范围切换所述道钉指示灯颜色为:

随着公交车向前行驶，所述公交移动闭塞区间同步向前移动；

依次进入所述公交移动闭塞区间内的道钉指示灯由绿色变为红色，具体判断过程为：

将公交车视为矩形，设矩形中心坐标为公交车位置坐标，即为(y_t)，D为公交专用道宽度，y_t为t时刻公交车矩形中心的纵坐标。

则t时刻公交移动闭塞区间的纵坐标范围可表示为步骤1中所述第n个道钉指示灯铺设位置纵坐标为(n-1)*L，则t时刻处于公交移动闭塞区间内的道钉指示灯序号可表示为：

(n取整数)

依次退出所述公交移动闭塞区间内的道钉指示灯由红色变为绿色，具体判断过程为：

t时刻处于公交移动闭塞区间外的道钉指示灯序号可表示为：

(n取整数)

所述道钉指示灯变绿表示允许社会车辆换入，所述道钉指示灯变红表示禁止换入并提醒公交专用道上的社会车辆换出，所述道钉指示灯两侧的黄灯主要用于夜间警示驾驶员；

从而引导社会车辆驶入或换出公交车道。

本发明优点在于，本发明保障了交叉路口处公交车辆通行，并有效利用道路资源。。

附图说明

图1：为本发明***示意图；

图2：为本发明实施例提供的社会车道交叉口预留区域组分示意图；

图3：为本发明实施例提供的公交车道交叉口预留区域组分示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明***的示意图如图1所示，包括：检测模块、控制模块、控制端无线传输模块、多个路上无线传输模块、多个微处理器以及多个道钉指示灯；

所述的检测模块、控制模块、控制端无线传输模块通过导线依次串联连接；

所述控制端无线传输模块分别与每个路上无线传输模块通过导线依次连接；

所述的路上无线传输模块、微处理器以及道钉指示灯通过导线依次串联连接。

所述检测模块安装于路段入口车道上，与车辆行驶方向正交，用于采集到达车辆压强并传输至所述控制模块；

所述控制模块安装于路段入口路侧，能够根据到达车辆压强计算车辆到达率，根据车辆到达率计算预留换道区长度；

所述控制端无线传输模块安装于路段入口路侧，能够将预留换道区长度传输给路上无线传输模块；

所述路上无线传输模块安装于交叉口处，能够将预留换道区长度传输给所述微处理器；

所述微处理器安装于交叉口处，能够控制道钉指示灯表示预留换道区长度；

所述道钉指示灯，铺设在交叉口附近S₁＝60m公交车道与社会车道分隔标线上以及与其平行的旁侧社会车道标线上，每S₂＝4m埋设一个，能够切换红色与绿色。

所述检测模块选型为HQ308扩散硅压力变送器；所述控制模块选型为AMD64微处理器；所述控制端无线传输模块选型为UWB无线传输模块；所述路上无线传输模块选型为UWB无线传输模块；所述微处理器选型为AMD64微处理器；所述道钉指示灯选型为ZH-08PC塑料太阳能道钉指示灯；

下面结合图1至图3介绍本发明的具体实施方式为为一种公交车道混行时二次停车线位置优化方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：所述检测模块采集到达车辆压强并传输至所述控制模块，所述控制模块根据到达车辆的压强分别计算社会车辆到达率和公交车到达率；

步骤1中所述计算社会车辆到达率为：

在单位时间T＝15分钟内，统计到达车辆压强P＜10kpa的到达车辆数量为N₁，社会车辆到达率为：

步骤1中所述计算公交车到达率为：

在单位时间T内，统计到达车辆压强P≥10kpa的到达车辆为N₂，公交车到达率为：

步骤2：所述控制模块根据社会车辆到达率计算社会车辆预留换道区长度，所述控制模块根据公交车到达率计算公交车预留换道区长度，根据社会车辆预留换道区长度以及公交车预留换道区长度计算交叉口预留换道区总长度，并通过控制端无线传输模块分别无线传输至每个路上无线传输模块；

步骤2中所述预留换道区能够确保在公交车道上行驶社会车辆即将无法通过交叉口时，换出公交车道，以保障交叉口附近绿灯末尾和红灯期间到达的公交车优先排队；

步骤2中所述计算社会车辆预留换道区长度如下:

黄灯期间滞留的社会车辆排队区域模型为：

其中，λ₁是黄灯期间滞留的社会车辆数，λ_car为社会车辆到达率，T_yellow是黄灯时长；

红灯期间换入的社会车辆排队区域模型为：

其中，h_t,bus是公交车车头时距，λ_bus为公交车到达率，n_bus是公交车数量，L是路段总长度，是公交车平均行驶速度，d_min是公交车的移动闭塞长度，L_block是公交专用道上总闭塞长度，L_share是公交专用道可共享长度，L_car是一辆社会车辆所占用的空间，包括自身车身长度l_c和前后安全间距L_safe，T_red是红灯时长；λ_in是全路段上理论最大可驶入的社会车辆数量，x是服从λ₂的泊松分布的自变量，λ₂是红灯期间换入的社会车辆数，k＝0,1,2…λ_in；

综上，满足α＝90％置信度的社会车辆排队长度的算法如下式所示。

L_car,wait＝N_car·l_c+(N_car-1)·sm

其中，N_car是满足α＝90％置信度时的社会车辆排队数，l_c是公交车长度，sm是停车安全间距，L_car,wait是社会车辆排队长度；

供社会车辆怠速换道，取缓冲换道区L₀＝10m；

步骤2中所述计算公交车预留换道区长度如下:

黄灯滞留的公交车排队区域模型为：

其中，λ₃是黄灯期间滞留的公交车数，λ_bus为公交车到达率(辆/h)，T_yellow是黄灯时长；

红灯到达的公交车排队区域

其中，λ₄是红灯期间到达的公交车数，λ_bus为公交车到达率(辆/h)，T_red是红灯时长

综上所述，满足α＝90％置信度的公交车排队长度的算法如下

L_bus,wait＝N_bus·l_b+(N_bus-1)·sm

其中，N_bus是满足α＝90％置信度时的公交车排队数，l_b是公交车长度，sm是停车安全间距，L_bus,wait是公交车排队长度；

供社会车辆怠速换道，取缓冲换道区L₀＝10m；

步骤2中所述交叉口预留换道区总长度为：

L_change＝max{L_car,wait,L_bus,wait}+L₀

其中，L_change是预留换道区总长度，L_car,wait是社会车辆排队长度，L_bus,wait是公交车排队长度，L₀是换道缓冲区。

步骤3：所述微处理器根据所述路上无线传输模块接收的交叉口预留换道区总长度，计算出需要进行颜色切换的道钉指示灯数量，并控制所述道钉指示灯由绿色切换成红色，红色与绿色指示灯的交界处即为二次停车线的位置；

步骤3中所述控制所述道钉指示灯的数量计算如下：

需要切换颜色的道钉指示灯的数量：

其中，L_change是预留换道区总长度，S₂是道钉指示灯的铺设间距，表示取不超过计算结果的最大整数，n是需要切换颜色的道钉指示灯数量，并且规定距离交叉口最近的道钉指示灯为一号灯；

所述道钉指示灯显示红色，表示公交车道内的社会车辆需要驶出公交车道；

所述道钉指示灯显示绿色，表示公交车道内的社会车辆可以正常行驶。

应当理解的是，本说明书未详细阐述的部分均属于现有技术。

尽管本文较多地使用了检测模块、控制模块、控制端无线传输模块、多个路上无线传输模块、多个微处理器以及多个道钉指示灯等术语，但并不排除使用其他术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便的描述本发明的本质，把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。

应当理解的是，上述针对较佳实施例的描述较为详细，并不能因此而认为是对本发明专利保护范围的限制，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明权利要求所保护的范围情况下，还可以做出替换或变形，均落入本发明的保护范围之内，本发明的请求保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (6)

1.一种公交车道混行时二次停车线位置优化***，其特征在于，包括检测模块、控制模块、控制端无线传输模块、多个路上无线传输模块、多个微处理器以及多个道钉指示灯；

所述的检测模块、控制模块、控制端无线传输模块通过导线依次串联连接；

所述控制端无线传输模块分别与每个路上无线传输模块通过导线依次连接；

所述的路上无线传输模块、微处理器以及道钉指示灯通过导线依次串联连接。

2.根据权利要求1所述的公交车道混行时二次停车线位置优化***，其特征在于，

所述检测模块安装于路段入口车道上，与车辆行驶方向正交，用于采集到达车辆压强并传输至所述控制模块；

所述控制模块安装于路段入口路侧，能够根据到达车辆压强计算车辆到达率，根据车辆到达率计算预留换道区长度；

所述控制端无线传输模块安装于路段入口路侧，能够将预留换道区长度传输给路上无线传输模块；

所述路上无线传输模块安装于交叉口处，能够将预留换道区长度传输给所述微处理器；

所述微处理器安装于交叉口处，能够控制道钉指示灯表示预留换道区长度；

所述道钉指示灯，铺设在交叉口附近S₁公交车道与社会车道分隔标线上以及与其平行的旁侧社会车道标线上，每S₂埋设一个，能够切换红色与绿色。

3.一种采用权利要求2所述的公交车道混行时二次停车线位置优化***进行公交车道混行时二次停车线位置优化方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：所述检测模块采集到达车辆压强并传输至所述控制模块，所述控制模块根据到达车辆的压强分别计算社会车辆到达率和公交车到达率；

步骤2：所述控制模块根据社会车辆到达率计算社会车辆预留换道区长度，所述控制模块根据公交车到达率计算公交车预留换道区长度，根据社会车辆预留换道区长度以及公交车预留换道区长度计算交叉口预留换道区总长度，并通过控制端无线传输模块分别无线传输至每个路上无线传输模块；

步骤3：所述微处理器根据所述路上无线传输模块接收的交叉口预留换道区总长度，计算出需要进行颜色切换的道钉指示灯数量，并控制所述道钉指示灯由绿色切换成红色，红色与绿色指示灯的交界处即为二次停车线的位置。

4.根据权利要求3所述的公交车道混行时二次停车线位置优化方法，其特征在于，步骤1中所述计算社会车辆到达率为：

在单位时间T内，统计到达车辆压强P＜10kpa的到达车辆数量为N₁，社会车辆到达率为：

步骤1中所述计算公交车到达率为：

在单位时间T内，统计到达车辆压强P≥10kpa的到达车辆为N₂，公交车到达率为：

5.根据权利要求3所述的公交车道混行时二次停车线位置优化方法，其特征在于，步骤2中所述预留换道区能够确保在公交车道上行驶社会车辆即将无法通过交叉口时，换出公交车道，以保障交叉口附近绿灯末尾和红灯期间到达的公交车优先排队；

步骤2中所述计算社会车辆预留换道区长度如下:

黄灯期间滞留的社会车辆排队区域模型为：

其中，λ₁是黄灯期间滞留的社会车辆数，λ_car为社会车辆到达率，T_yellow是黄灯时长；

红灯期间换入的社会车辆排队区域模型为：

其中，h_t,bus是公交车车头时距，λ_bus为公交车到达率，n_bus是公交车数量，L是路段总长度，是公交车平均行驶速度，d_min是公交车的移动闭塞长度，L_block是公交专用道上总闭塞长度，L_share是公交专用道可共享长度，L_car是一辆社会车辆所占用的空间，包括自身车身长度l_c和前后安全间距L_safe，T_red是红灯时长；λ_in是全路段上理论最大可驶入的社会车辆数量，x是服从λ₂的泊松分布的自变量，λ₂是红灯期间换入的社会车辆数，k＝0,1,2…λ_in；

综上，满足α＝90％置信度的社会车辆排队长度的算法如下式所示：

L_car,wait＝N_car·l_c+(N_car-1)·sm

其中，N_car是满足α置信度时的社会车辆排队数，l_c是公交车长度，sm是停车安全间距，L_car,wait是社会车辆排队长度；

供社会车辆怠速换道，取缓冲换道区L₀；

步骤2中所述计算公交车预留换道区长度如下:

黄灯滞留的公交车排队区域模型为：

其中，λ₃是黄灯期间滞留的公交车数，λ_bus为公交车到达率(辆/h)，T_yellow是黄灯时长；

红灯到达的公交车排队区域

其中，λ₄是红灯期间到达的公交车数，λ_bus为公交车到达率(辆/h)，T_red是红灯时长

综上所述，满足α置信度的公交车排队长度的算法如下

L_bus,wait＝N_bus·l_b+(N_bus-1)·sm

其中，N_bus是满足α置信度时的公交车排队数，l_b是公交车长度，sm是停车安全间距，L_bus,wait是公交车排队长度；

供社会车辆怠速换道，取缓冲换道区L₀；

步骤2中所述交叉口预留换道区总长度为：

L_change＝max{L_car,wait,L_bus,wait}+L₀

其中，L_change是预留换道区总长度，L_car,wait是社会车辆排队长度，L_bus,wait是公交车排队长度，L₀是换道缓冲区。

6.根据权利要求3所述的公交车道混行时二次停车线位置优化方法，其特征在于，步骤3中所述控制所述道钉指示灯的数量计算如下：

需要切换颜色的道钉指示灯的数量：

其中，L_change是预留换道区总长度，S₂是道钉指示灯的铺设间距，表示取不超过计算结果的最大整数，n是需要切换颜色的道钉指示灯数量，并且规定距离交叉口最近的道钉指示灯为一号灯；

所述道钉指示灯显示红色，表示公交车道内的社会车辆需要驶出公交车道；

所述道钉指示灯显示绿色，表示公交车道内的社会车辆可以正常行驶。