CN115311868B - 基于公交优先的干线协调控制方法及装置 - Google Patents

基于公交优先的干线协调控制方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种基于公交优先的干线协调控制方法及装置，其方法包括：获取交通干线中社会车辆车流量、社会车辆平均载客人数以及公交车辆车流量和公交车辆平均载客人数；根据社会车辆车流量和社会车辆平均载客人数确定社会车辆带宽权重，根据公交车辆车流量和公交车辆平均载客人数确定公交车辆带宽权重；确定社会车辆绿波带宽和公交车辆绿波带宽，以在绿波带内通过更多乘客为目标构建干线协调控制模型；根据干线协调控制模型确定交通干线中各交叉口的放行方式及社会车辆红灯中点偏移量和公交车辆红灯中点偏移量；根据交叉口的放行方式确定各交叉口的公交优先通行策略，并确定对应的策略调整时间。本发明可降低人均延误，提高通行效率。

Description

基于公交优先的干线协调控制方法及装置
技术领域
本发明涉及智能交通***技术领域，具体涉及一种基于公交优先的干线协调控制方法及装置。
背景技术
现城市路网密度不断增加导致交叉口数量急剧增加，使得城市干道路口数量增多且路口间距离减小。因此，对干道进行绿波协调控制是必然的结果。
干线协调信号控制模型主要有MAXBAND与MULTIBAND模型，这两种模型都是在每个交叉口信号配时固定的情况下，改变各交叉口的相位差和放行方式，达到让社会车辆在绿灯时间内连续通行的效果。在这种控制策略下，公交车辆被迫与社会车辆共享一条绿波带，而实际情况中，公交车辆与社会车辆的速度存在较大差异，且公交车需要进行站点停靠，导致公交车难以在绿灯时间内通过交叉口。而公交优先策略往往只考虑对单点交叉口的优化，而需要优化的路段往往是一条主干道，因此需对每个交叉口实施优先策略，在饱和度较高且公交车辆较多的城市干线，将频繁使用公交优先控制策略，极易影响社会车辆正常通行，甚至造成拥堵。
因此，急需提出一种基于公交优先的干线协调控制方法及装置，用于将协调信号控制模型与公交优先策略结合，在保证社会车辆绿波带宽的同时，给予公交车辆更大的绿波带宽，从而实现降低人均延误的目的。
发明内容
有鉴于此，有必要提供一种基于公交优先的干线协调控制方法及装置，用以解决现有技术中存在的由于仅通过单一的协调信号控制模型或公交优先策略对交通干线进行协调，无法同时实现降低社会车辆平均延误和公交车辆平均延误，进而实现降低人均延误的技术问题。
一方面，本发明提供了一种基于公交优先的干线协调控制方法，包括：
获取交通干线中社会车辆车流量、社会车辆平均载客人数以及公交车辆车流量和公交车辆平均载客人数；
根据所述社会车辆车流量和所述社会车辆平均载客人数确定社会车辆带宽权重，根据所述公交车辆车流量和所述公交车辆平均载客人数确定公交车辆带宽权重；
确定社会车辆绿波带宽和公交车辆绿波带宽，并以在绿波带内通过更多乘客为目标，基于所述社会车辆绿波带宽、所述公交车辆绿波带宽、所述社会车辆带宽权重以及所述公交车辆带宽权重构建干线协调控制模型；
根据所述干线协调控制模型确定所述交通干线中各交叉口的放行方式以及相邻交叉口的社会车辆红灯中点偏移量和公交车辆红灯中点偏移量；
根据所述交叉口的放行方式确定各交叉口的公交优先通行策略，并确定所述公交优先通行策略对应的策略调整时间。
在一些可能的实现方式中，所述干线协调控制模型包括目标函数，所述目标函数为：
式中，maximize B为最大绿波带宽和；n为交通干线中协调控制交叉口的数量；i为交叉口编号；ai为第i个交叉口的上行社会车辆带宽权重；为第i个交叉口的下行社会车辆带宽权重；ai b为第i个交叉口的上行公交车辆带宽权重；/>为第i个交叉口的下行公交车辆带宽权重；bi为第i个交叉口的上行社会车辆的绿波带宽；/>为第i个交叉口的下行社会车辆的绿波带宽；bi b为第i个交叉口的上行公交车辆的绿波带宽；/>为第i个交叉口的下行公交车辆的绿波带宽；qi为第i个交叉口的上行社会车辆的车流量；/>为第i个交叉口的下行社会车辆的车流量；qi b为第i个交叉口的上行公交车辆的车流量；/>为第i个交叉口的下行公交车辆的车流量；λi为第i个交叉口上行社会车辆的平均载客量；/>为第i个交叉口下行社会车辆的平均载客量；λi b为第i个交叉口上行公交车辆的平均载客量；/>为第i个交叉口下行公交车辆的平均载客量。
在一些可能的实现方式中，所述干线协调控制模型包括约束条件，所述约束条件包括绿波带宽约束条件，所述绿波带宽约束条件为：
bi＝bi′+bi″
wi<ki p(1-ri)
其中，
式中，ki为上下行排队车辆比率；为第i个交叉口的上行排队车辆数；/>为第i个交叉口的下行车辆排队数；bi′为第i个交叉口的上行社会车辆的第一子绿波带宽；bi″为第i个交叉口的上行社会车辆的第二子绿波带宽；wi为第i个交叉口的上行社会车辆的带宽分隔线与左侧红灯终点的时间间隔；ri为第i个交叉口的上行红灯时间；ki p为带宽分隔线至绿灯起始点占绿灯时间的比例；/>为第i个交叉口的下行社会车辆的带宽分隔线与右侧红灯终点的时间间隔；/>为第i个交叉口的下行红灯时间；bimin为最小绿波带宽；kr为绿灯时间内至少应通过的车辆占全部车辆的比例；Si T为第i个交叉口的上行直行饱和流率；ni T为第i个交叉口的上行直行车道数量；t0为启动损失时间；Qi-1 L为第i-1个交叉口左转汇入上行方向的车辆数；Qi-1 R为第i-1个交叉口右转汇入上行方向的车辆数； 为第i+1个交叉口左转汇入下行方向的车辆数；/>为第i+1个交叉口右转汇入下行方向的车辆数；/>为第i个交叉口的下行直行车辆数；C为绿波公共周期。
在一些可能的实现方式中，所述约束条件还包括公交车辆约束条件，所述公交车辆约束条件为：
式中，Di为公交车辆的当前检测位置与第i个交叉口停止线之间的距离；fi b为公交车辆最大行驶速度；为公交车辆最小行驶速度；/>为公交车辆从第i个交叉口行驶至第i+1个交叉口的行驶时间；/>为公交车辆停靠的延误时间；ki为第i个交叉口与第i+1个交叉口之间上行方向的公交站点数；bi b′为第i个交叉口的上行公交车辆的第一子绿波带宽；bi b″为第i个交叉口的上行公交车辆的第二子绿波带宽；/>为第i个交叉口的下行公交车辆的第一子绿波带宽；/>为第i个交叉口的下行公交车辆的第一子绿波带宽；wi b为公交车辆在第i个交叉口的上行绿波带中心线与左侧红灯终点的时间间隔；/>为公交车辆在第i个交叉口的下行绿波带中心线与右侧红灯起点的时间间隔；wi+1 b为公交车辆在第i+1个交叉口的上行绿波带中心线与左侧红灯终点的时间间隔；/>为公交车辆在第i+1个交叉口的下行绿波带中心线与右侧红灯起点的时间间隔；ri+1为第i+1个交叉口的上行红灯时间；/>为第i+1个交叉口的下行红灯时间；ti G为第i个交叉口的上行直行相位可增加的绿灯时间；/>为第i个交叉口的下行直行相位可增加的绿灯时间；ti+1 G为第i+1个交叉口的上行直行相位可增加的绿灯时间；/>为第i+1个交叉口的下行直行相位可增加的绿灯时间；τi+1为第i+1个交叉口的上行车辆排队清空时间；/>为第i个交叉口的下行车辆排队清空时间；Si+1 T为第i+1个交叉口的上行直行饱和流率；ni+1 T为第i个交叉口的上行直行车道数量；/>为第i+1个交叉口的上行排队车辆数；Qi L为第i个交叉口左转汇入上行方向的车辆数；Qi R为第i个交叉口右转汇入上行方向的车辆数；Qi+1 T为第i+1个交叉口的上行直行车辆数；/>为公交车辆从第i+1个交叉口行驶至第i个交叉口的行驶时间；δi为第一放行变量；/>为第二放行变量；Li为第i个交叉口的上行左转绿灯时间；/>为第i个交叉口的下行左转绿灯时间；Li b为第i个交叉口实施优先控制策略后的上行左转绿灯时间；/>为第i个交叉口实施优先控制策略后的下行左转绿灯时间；mi b为绿波公共周期的整数倍；ti为社会车辆从第i个交叉口行驶至第i+1个交叉口的行驶时间。
在一些可能的实现方式中，所述第i个交叉口的上行直行相位可增加的绿灯时间为：
式中，为第i个交叉口的下行左转车辆的最短绿灯时间；/>为第i个交叉口的下行左转车辆的初始绿灯时间；/>为第i个交叉口左转汇入下行方向的车辆数；Si+1 L为第i+1个交叉口的下行左转饱和流率；ni+1 L为第i个交叉口的下行左转车道数量；/>为第i个交叉口下行左转车辆的平均载客量。
在一些可能的实现方式中，所述交叉口的放行方式包括第一放行方式、第二放行方式、第三放行方式以及第四放行方式；
所述第一放行方式为：先放行上行直行方向以及上行左转方向，当上行直行方向绿灯时间到达预设时间时，关闭上行左转方向并放行下行直行方向，当上行直行方向绿灯时间完成时，放行下行左转方向；
所述第二放行方式为：先放行下行直行方向以及下行左转方向，当下行直行方向绿灯时间到达预设时间时，关闭下行左转方向并放行上行直行方向，当下行直行方向绿灯时间完成时，放行上行左转方向；
所述第三放行方式为：先放行上行左转方向和下行左转方向，当上行左转方向的绿灯时间到达预设时间时，关闭下行左转方向并放行上行行直行方向，当上行左转方向的绿灯时间完成时，放行下行直行方向；或，先放行上行左转方向和下行左转方向，当下行左转方向的绿灯时间到达预设时间时，关闭上行左转方向并放行下行直行方向，当下行左转方向的绿灯时间完成时，放行上行直行方向；
所述第四放行方式为：先放行上行直行方向和下行直行方向，当上行直行方向的绿灯时间到达预设时间时，关闭下行直行方向并放行上行左转方向，当上行直行方向的绿灯时间完成时，放行下行左转方向；或，先放行上行直行方向和下行直行方向，当下行直行方向的绿灯时间到达预设时间时，关闭上行直行方向并放行下行左转方向，当下行直行方向的绿灯时间完成时，放行上行左转方向。
在一些可能的实现方式中，当所述交叉口的放行方式为第一放行方式时，所述第一放行变量为0，所述第二放行变量为1；当所述交叉口的放行方式为第二放行方式时，所述第一放行变量为1，所述第二放行变量为0；当所述交叉口的放行方式为第三放行方式时，所述第一放行变量为0，所述第二放行变量为0；当所述交叉口的放行方式为第四放行方式时，所述第一放行变量为1，所述第二放行变量为1。
在一些可能的实现方式中，所述公交优先通行策略包括红灯早断策略以及绿灯延长策略；所述根据所述交叉口的放行方式确定各交叉口的公交优先通行策略，具体为：
当公交车辆满足第一预设条件时，不执行公交优先通行策略；
当公交车辆满足第二预设条件时，所述公交优先通行策略为红灯早断策略；
当公交车辆满足第三预设条件时，所述公交优先通行策略为绿灯延长策略；
其中，所述第一预设条件为：
所述第二预设条件为：
或，/>
所述第三预设条件为：
式中，Gi为绿灯相位；Ri为红灯相位。
在一些可能的实现方式中，所述确定所述公交优先通行策略对应的策略调整时间，具体为：
当公交优先通行策略为红灯早断策略，且所述第二预设条件为δi＝0，时，所述红灯早断策略的策略调整时间为：
当公交优先通行策略为红灯早断策略，且所述第二预设条件为δi＝0，时，所述红灯早断策略的策略调整时间为所述第i个交叉口的上行直行相位可增加的绿灯时间；
当公交优先通行策略为绿灯延长策略时，所述绿灯延长策略的策略调整时间为：
式中，为所述红灯早断策略的策略调整时间；min()为最小值函数；τi为第i个交叉口的上行车辆排队清空时间；/>为公交车辆的为绿灯延长策略的策略调整时间；R0为公交车辆的当前检测时间与红灯起点的时间间隔；G0为公交车辆的当前检测时间与绿灯起点的时间间隔。
另一方面，本发明还提供了一种基于公交优先的干线协调控制装置，包括：
数据获取单元，用于获取交通干线中社会车辆车流量、社会车辆平均载客人数以及公交车辆车流量和公交车辆平均载客人数；
带宽权重确定单元，用于根据所述社会车辆车流量和所述社会车辆平均载客人数确定社会车辆带宽权重，根据所述公交车辆车流量和所述公交车辆平均载客人数确定公交车辆带宽权重；
模型构建单元，用于确定社会车辆绿波带宽和公交车辆绿波带宽，并以在绿波带内通过更多乘客为目标，基于所述社会车辆绿波带宽、所述公交车辆绿波带宽、所述社会车辆带宽权重以及所述公交车辆带宽权重构建干线协调控制模型；
模型求解单元，用于根据所述干线协调控制模型确定所述交通干线中各交叉口的放行方式以及相邻交叉口的社会车辆红灯中点偏移量和公交车辆红灯中点偏移量；
公交优先通行策略确定单元，用于根据所述交叉口的放行方式确定各交叉口的公交优先通行策略，并确定所述公交优先通行策略对应的策略调整时间。
采用上述实施例的有益效果是：本发明提供的基于公交优先的干线协调控制方法，通过设置根据社会车辆车流量和社会车辆平均载客人数确定社会车辆带宽权重，根据公交车辆车流量和公交车辆平均载客人数确定公交车辆带宽权重，并以在绿波带内通过更多乘客为目标，基于社会车辆绿波带宽、公交车辆绿波带宽、社会车辆带宽权重以及公交车辆带宽权重构建干线协调控制模型。相比于传统干线协调模型中以车流量和道路饱和流率之比作为绿波带宽权重，本发明将平均载客人数确定绿波带宽权重，考虑到了公交车辆和社会车辆的载客量差异，从而可实现在保证社会车辆绿波带宽的同时，给予公交车辆更大的绿波带宽，实现了降低人均延误，提高通行效率的技术效果。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明提供的基于公交优先的干线协调控制方法的一个实施例流程示意图；
图2为本发明提供的交叉口的放行方式的一个实施例结构示意图；
图3为本发明提供的基于公交优先的干线协调控制装置的一个实施例结构示意图。
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。
应当理解，示意性的附图并未按实物比例绘制。本发明中使用的流程图示出了根据本发明的一些实施例实现的操作。应当理解，流程图的操作可以不按顺序实现，没有逻辑的上下文关系的步骤可以反转顺序或者同时实施。此外，本领域技术人员在本发明内容的指引下，可以向流程图添加一个或多个其他操作，也可以从流程图中移除一个或多个操作。
附图中所示的一些方框图是功能实体，不一定必须与物理或逻辑上独立的实体相对应。可以采用软件形式来实现这些功能实体，或在一个或多个硬件模块或集成电路中实现这些功能实体，或在不同网络和/或处理器***和/或微控制器***中实现这些功能实体。
在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本发明的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。
本发明实施例提供了一种基于公交优先的干线协调控制方法及装置，以下分别进行说明。
图1为本发明提供的基于公交优先的干线协调控制方法的一个实施例流程示意图，如图1所示，基于公交优先的干线协调控制方法包括：
S101、获取交通干线中社会车辆车流量、社会车辆平均载客人数以及公交车辆车流量和公交车辆平均载客人数；
S102、根据社会车辆车流量和社会车辆平均载客人数确定社会车辆带宽权重，根据公交车辆车流量和公交车辆平均载客人数确定公交车辆带宽权重；
S103、确定社会车辆绿波带宽和公交车辆绿波带宽，并以在绿波带内通过更多乘客为目标，基于社会车辆绿波带宽、公交车辆绿波带宽、社会车辆带宽权重以及公交车辆带宽权重构建干线协调控制模型；
S104、根据干线协调控制模型确定交通干线中各交叉口的放行方式以及相邻交叉口的社会车辆红灯中点偏移量和公交车辆红灯中点偏移量；
S105、根据交叉口的放行方式确定各交叉口的公交优先通行策略，并确定公交优先通行策略对应的策略调整时间。
与现有技术相比，本发明实施例提供的基于公交优先的干线协调控制方法，通过设置根据社会车辆车流量和社会车辆平均载客人数确定社会车辆带宽权重，根据公交车辆车流量和公交车辆平均载客人数确定公交车辆带宽权重，并以在绿波带内通过更多乘客为目标，基于社会车辆绿波带宽、公交车辆绿波带宽、社会车辆带宽权重以及公交车辆带宽权重构建干线协调控制模型。相比于传统干线协调模型中以车流量和道路饱和流率之比作为绿波带宽权重，本发明实施例将平均载客人数确定绿波带宽权重，考虑到了公交车辆和社会车辆的载客量差异，从而可实现在保证社会车辆绿波带宽的同时，给予公交车辆更大的绿波带宽，实现了降低人均延误，提高通行效率的技术效果。
在本发明的一些实施例中，干线协调控制模型包括目标函数，目标函数为：
式中，maximize B为最大绿波带宽和；n为交通干线中协调控制交叉口的数量；i为交叉口编号；ai为第i个交叉口的上行社会车辆带宽权重；为第i个交叉口的下行社会车辆带宽权重；ai b为第i个交叉口的上行公交车辆带宽权重；/>为第i个交叉口的下行公交车辆带宽权重；bi为第i个交叉口的上行社会车辆的绿波带宽；/>为第i个交叉口的下行社会车辆的绿波带宽；bi b为第i个交叉口的上行公交车辆的绿波带宽；/>为第i个交叉口的下行公交车辆的绿波带宽；qi为第i个交叉口的上行社会车辆的车流量；/>为第i个交叉口的下行社会车辆的车流量；qi b为第i个交叉口的上行公交车辆的车流量；/>为第i个交叉口的下行公交车辆的车流量；λi为第i个交叉口上行社会车辆的平均载客量；/>为第i个交叉口下行社会车辆的平均载客量；λi b为第i个交叉口上行公交车辆的平均载客量；/>为第i个交叉口下行公交车辆的平均载客量。
在本发明的一些实施例中，干线协调控制模型包括约束条件，约束条件包括绿波带宽约束条件，绿波带宽约束条件为：
通过上述绿波带宽约束条件，考虑了早晚高峰时段车流具有一定的潮汐性，可防止车流量更大的方向的带宽远小于另一方向带宽。
bi＝bi′+bi″
通过上述绿波带宽约束条件，可使带宽分隔线左右两侧的带宽处于一个合适的范围内。
wi<ki p(1-ri)
通过上述绿波带宽约束条件，使带宽分隔线位于绿灯时间的前中期，使绿灯时间更大程度得到利用，避免车辆需停车等待下一周期绿灯，降低延误。
通过上述绿波带宽约束条件，可避免由于不同路段流量的差异导致权重因子的不同，从而避免出现流量较小路段对应的带宽可能被极大压缩甚至出现零带宽，防止出现过小的绿波带宽，保证在绿灯时间内能够通过一定比例的车辆。
其中，
式中，ki为上下行排队车辆比率；为第i个交叉口的上行排队车辆数；/>为第i个交叉口的下行车辆排队数；bi′为第i个交叉口的上行社会车辆的第一子绿波带宽；bi″为第i个交叉口的上行社会车辆的第二子绿波带宽；wi为第i个交叉口的上行社会车辆的带宽分隔线与左侧红灯终点的时间间隔；ri为第i个交叉口的上行红灯时间；ki p为带宽分隔线至绿灯起始点占绿灯时间的比例；/>为第i个交叉口的下行社会车辆的带宽分隔线与右侧红灯终点的时间间隔；/>为第i个交叉口的下行红灯时间；bimin为最小绿波带宽；kr为绿灯时间内至少应通过的车辆占全部车辆的比例；Si T为第i个交叉口的上行直行饱和流率；ni T为第i个交叉口的上行直行车道数量；t0为启动损失时间；Qi-1 L为第i-1个交叉口左转汇入上行方向的车辆数；Qi-1 R为第i-1个交叉口右转汇入上行方向的车辆数；Qi T为第i个交叉口的上行直行车辆数；/>为第i+1个交叉口左转汇入下行方向的车辆数；/>为第i+1个交叉口右转汇入下行方向的车辆数；/>为第i个交叉口的下行直行车辆数；C为绿波公共周期。
由于公交车在交叉口间的行驶时间包含停靠站点的时间，因此其行驶时间约束与社会车辆有所差异，因此，在本发明的一些实施例中，约束条件还包括公交车辆约束条件，公交车辆约束条件为：
/>
式中，Di为公交车辆的当前检测位置与第i个交叉口停止线之间的距离；fi b为公交车辆最大行驶速度；为公交车辆最小行驶速度；/>为公交车辆从第i个交叉口行驶至第i+1个交叉口的行驶时间；/>为公交车辆停靠的延误时间；ki为第i个交叉口与第i+1个交叉口之间上行方向的公交站点数；bi b′为第i个交叉口的上行公交车辆的第一子绿波带宽；bi b″为第i个交叉口的上行公交车辆的第二子绿波带宽；/>为第i个交叉口的下行公交车辆的第一子绿波带宽；/>为第i个交叉口的下行公交车辆的第一子绿波带宽；wi b为公交车辆在第i个交叉口的上行绿波带中心线与左侧红灯终点的时间间隔；/>为公交车辆在第i个交叉口的下行绿波带中心线与右侧红灯起点的时间间隔；wi+1 b为公交车辆在第i+1个交叉口的上行绿波带中心线与左侧红灯终点的时间间隔；/>为公交车辆在第i+1个交叉口的下行绿波带中心线与右侧红灯起点的时间间隔；ri+1为第i+1个交叉口的上行红灯时间；/>为第i+1个交叉口的下行红灯时间；ti G为第i个交叉口的上行直行相位可增加的绿灯时间；/>为第i个交叉口的下行直行相位可增加的绿灯时间；ti+1 G为第i+1个交叉口的上行直行相位可增加的绿灯时间；/>为第i+1个交叉口的下行直行相位可增加的绿灯时间；τi+1为第i+1个交叉口的上行车辆排队清空时间；/>为第i个交叉口的下行车辆排队清空时间；Si+1 T为第i+1个交叉口的上行直行饱和流率；ni+1 T为第i个交叉口的上行直行车道数量；/>为第i+1个交叉口的上行排队车辆数；Qi L为第i个交叉口左转汇入上行方向的车辆数；Qi R为第i个交叉口右转汇入上行方向的车辆数；Qi+1 T为第i+1个交叉口的上行直行车辆数；/>为公交车辆从第i+1个交叉口行驶至第i个交叉口的行驶时间；δi为第一放行变量；/>为第二放行变量；Li为第i个交叉口的上行左转绿灯时间；/>为第i个交叉口的下行左转绿灯时间；Li b为第i个交叉口实施优先控制策略后的上行左转绿灯时间；/>为第i个交叉口实施优先控制策略后的下行左转绿灯时间；mi b为绿波公共周期的整数倍；ti为社会车辆从第i个交叉口行驶至第i+1个交叉口的行驶时间。
应当理解的是：所有表示时长的变量，均不能取负值。
由于实施公交优先通行策略后将会压缩其对向左转车辆的绿灯时间。压缩后左转相位的绿灯时间需保证车辆不会二次排队，即在红灯期间内排队的左转车辆应在绿灯时间内被清空，因此，在本发明的一些实施例中，第i个交叉口的上行直行相位可增加的绿灯时间为：
式中，为第i个交叉口的下行左转车辆的最短绿灯时间；/>为第i个交叉口的下行左转车辆的初始绿灯时间；/>为第i个交叉口左转汇入下行方向的车辆数；Si+1 L为第i+1个交叉口的下行左转饱和流率；ni+1 L为第i个交叉口的下行左转车道数量；/>为第i个交叉口下行左转车辆的平均载客量。
在本发明的一些实施例中，如图2所示，交叉口的放行方式包括第一放行方式、第二放行方式、第三放行方式以及第四放行方式；
第一放行方式为：先放行上行直行方向以及上行左转方向，当上行直行方向绿灯时间到达预设时间时，关闭上行左转方向并放行下行直行方向，当上行直行方向绿灯时间完成时，放行下行左转方向；
第二放行方式为：先放行下行直行方向以及下行左转方向，当下行直行方向绿灯时间到达预设时间时，关闭下行左转方向并放行上行直行方向，当下行直行方向绿灯时间完成时，放行上行左转方向；
第三放行方式为：先放行上行左转方向和下行左转方向，当上行左转方向的绿灯时间到达预设时间时，关闭下行左转方向并放行上行行直行方向，当上行左转方向的绿灯时间完成时，放行下行直行方向；或，先放行上行左转方向和下行左转方向，当下行左转方向的绿灯时间到达预设时间时，关闭上行左转方向并放行下行直行方向，当下行左转方向的绿灯时间完成时，放行上行直行方向；
第四放行方式为：先放行上行直行方向和下行直行方向，当上行直行方向的绿灯时间到达预设时间时，关闭下行直行方向并放行上行左转方向，当上行直行方向的绿灯时间完成时，放行下行左转方向；或，先放行上行直行方向和下行直行方向，当下行直行方向的绿灯时间到达预设时间时，关闭上行直行方向并放行下行左转方向，当下行直行方向的绿灯时间完成时，放行上行左转方向。
需要说明的是：预设时间可根据实际情况进行调整，在一具体实施例中，可为如图2所示的时间点，其中，图2中的L表示上行左转方向的绿灯时间，G表示上行直行方向的绿灯时间；表示下行左转方向的绿灯时间，/>表示下行直行方向的绿灯时间。
在本发明的一些实施例中，当交叉口的放行方式为第一放行方式时，第一放行变量为0，第二放行变量为1；当交叉口的放行方式为第二放行方式时，第一放行变量为1，第二放行变量为0；当交叉口的放行方式为第三放行方式时，第一放行变量为0，第二放行变量为0；当交叉口的放行方式为第四放行方式时，第一放行变量为1，第二放行变量为1。
在本发明的一些实施例中，公交优先通行策略包括红灯早断策略以及绿灯延长策略；则步骤S104中的根据交叉口的放行方式确定各交叉口的公交优先通行策略，具体为：
当公交车辆满足第一预设条件时，不执行公交优先通行策略；
当公交车辆满足第二预设条件时，公交优先通行策略为红灯早断策略；
当公交车辆满足第三预设条件时，公交优先通行策略为绿灯延长策略；
其中，第一预设条件为：
第二预设条件为：
或，/>
第三预设条件为：
式中，Gi为绿灯相位；Ri为红灯相位。
在本发明的一些实施例中，步骤S104中的确定公交优先通行策略对应的策略调整时间，具体为：
当公交优先通行策略为红灯早断策略，且第二预设条件为δi＝0， 时，红灯早断策略的策略调整时间为：
当公交优先通行策略为红灯早断策略，且第二预设条件为时，红灯早断策略的策略调整时间为所述第i个交叉口的上行直行相位可增加的绿灯时间；
当公交优先通行策略为绿灯延长策略时，绿灯延长策略的策略调整时间为：
式中，为红灯早断策略的策略调整时间；min()为最小值函数；τi为第i个交叉口的上行车辆排队清空时间；/>为公交车辆的为绿灯延长策略的策略调整时间；R0为公交车辆的当前检测时间与红灯起点的时间间隔；G0为公交车辆的当前检测时间与绿灯起点的时间间隔。
为验证本发明实施例的有效性，本发明实施例选取武汉市友谊大道四个连续的十字交叉口进行仿真验证，规定自西向东为上行，自东向西为下行，其直行车道为两条，左转和右转车道各一条，其余进口道均为左直右各一条车道。交叉口之间的距离分别为370、350、500米，公交站点分布如图3所示，各进口道社会车辆的车流量、公交车辆的车流量分别如表1和表2所示。
表1各交叉口社会车辆的车流量
表2各交叉口公交车辆的车流量
设车道饱和流率为1800辆车/小时，社会车辆平均载客2人，公交车辆平均载客30人，公交车停靠平均损失时间为20s。主干道社会车辆的限速为60km/h，因此设置社会车辆的车速在区间10～16m/s内，公交车辆的车速在区间8～12.5m/s内，相邻路段的速度变化范围在2m/s内。
则将数据带入至传统的MULTIBAND、AM-BAND模型以及本发明实施例提出的干线协调控制模型中进行求解，带宽求解结果如表3所示：
表3不同模型带宽求解结果
由表3可以获知：本发明实施例提出的干线协调控制模型的带宽优于传统MULTIBAND和AM-BAND模型，在确保社会车辆的绿波带宽不变的前提下，增加了公交车辆的绿波带宽。
进一步地，经过验证，在同样的公交发车频率下，本发明实施例与MULTIBAND模型相比，各指标均有不同程度的优化，其中，社会车辆平均延误降低了9.32％，停车次数降低了7.12％，公交车辆平均延误降低了6.95％，平均排队长度和人均延误时间分别降低了7.74％和8.67％；与AM-BAND模型相比，其社会车辆指标相差不大，但公交车辆的延误降低了15.75％，停车次数降低了4.26％，人均延误降低了5.76％。
为了更好实施本发明实施例中的基于公交优先的干线协调控制方法，在基于公交优先的干线协调控制方法基础之上，对应的，本发明实施例还提供了一种基于公交优先的干线协调控制装置，如图3所示，基于公交优先的干线协调控制装置300包括：
数据获取单元301，用于获取交通干线中社会车辆车流量、社会车辆平均载客人数以及公交车辆车流量和公交车辆平均载客人数；
带宽权重确定单元302，用于根据社会车辆车流量和社会车辆平均载客人数确定社会车辆带宽权重，根据公交车辆车流量和公交车辆平均载客人数确定公交车辆带宽权重；
模型构建单元303，用于确定社会车辆绿波带宽和公交车辆绿波带宽，并以在绿波带内通过更多乘客为目标，基于社会车辆绿波带宽、公交车辆绿波带宽、社会车辆带宽权重以及公交车辆带宽权重构建干线协调控制模型；
模型求解单元304，用于根据干线协调控制模型确定交通干线中各交叉口的放行方式以及相邻交叉口的社会车辆红灯中点偏移量和公交车辆红灯中点偏移量；
公交优先通行策略确定单元305，用于根据交叉口的放行方式确定各交叉口的公交优先通行策略，并确定公交优先通行策略对应的策略调整时间。
上述实施例提供的基于公交优先的干线协调控制装置300可实现上述基于公交优先的干线协调控制方法实施例中描述的技术方案，上述各模块或单元具体实现的原理可参见上述基于公交优先的干线协调控制方法实施例中的相应内容，此处不再赘述。
本领域技术人员可以理解，实现上述实施例方法的全部或部分流程，可以通过计算机程序来指令相关的硬件(如处理器，控制器等)来完成，计算机程序可存储于计算机可读存储介质中。其中，计算机可读存储介质为磁盘、光盘、只读存储记忆体或随机存储记忆体等。
以上对本发明所提供的基于公交优先的干线协调控制方法及装置进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (8)

1.一种基于公交优先的干线协调控制方法，其特征在于，包括：
获取交通干线中社会车辆车流量、社会车辆平均载客人数以及公交车辆车流量和公交车辆平均载客人数；
根据所述社会车辆车流量和所述社会车辆平均载客人数确定社会车辆带宽权重，根据所述公交车辆车流量和所述公交车辆平均载客人数确定公交车辆带宽权重；
确定社会车辆绿波带宽和公交车辆绿波带宽，并以在绿波带内通过更多乘客为目标，基于所述社会车辆绿波带宽、所述公交车辆绿波带宽、所述社会车辆带宽权重以及所述公交车辆带宽权重构建干线协调控制模型；
根据所述干线协调控制模型确定所述交通干线中各交叉口的放行方式以及相邻交叉口的社会车辆红灯中点偏移量和公交车辆红灯中点偏移量；
根据所述交叉口的放行方式确定各交叉口的公交优先通行策略，并确定所述公交优先通行策略对应的策略调整时间；
所述干线协调控制模型包括目标函数，所述目标函数为：
式中，为最大绿波带宽和；/>为交通干线中协调控制交叉口的数量；/>为交叉口编号；/>为第i个交叉口的上行社会车辆带宽权重；/>为第i个交叉口的下行社会车辆带宽权重；/>为第i个交叉口的上行公交车辆带宽权重；/>为第i个交叉口的下行公交车辆带宽权重；/>为第i个交叉口的上行社会车辆的绿波带宽；/>为第i个交叉口的下行社会车辆的绿波带宽；/>为第i个交叉口的上行公交车辆的绿波带宽；/>为第i个交叉口的下行公交车辆的绿波带宽；/>为第i个交叉口的上行社会车辆的车流量；/>为第i个交叉口的下行社会车辆的车流量；/>为第i个交叉口的上行公交车辆的车流量；/>为第i个交叉口的下行公交车辆的车流量；/>为第i个交叉口上行社会车辆的平均载客量；/>为第i个交叉口下行社会车辆的平均载客量；/>为第i个交叉口上行公交车辆的平均载客量；/>为第i个交叉口下行公交车辆的平均载客量；
所述干线协调控制模型包括约束条件，所述约束条件包括绿波带宽约束条件，所述绿波带宽约束条件为：
其中，
式中，为上下行排队车辆比率；/>为第i个交叉口的上行排队车辆数；/>为第i个交叉口的下行车辆排队数；/>为第i个交叉口的上行社会车辆的第一子绿波带宽；/>为第i个交叉口的上行社会车辆的第二子绿波带宽；/>为第i个交叉口的上行社会车辆的带宽分隔线与左侧红灯终点的时间间隔；/>为第i个交叉口的上行红灯时间；/>为带宽分隔线至绿灯起始点占绿灯时间的比例；/>为第i个交叉口的下行社会车辆的带宽分隔线与右侧红灯终点的时间间隔；/>为第i个交叉口的下行红灯时间；/>为最小绿波带宽；/>为绿灯时间内至少应通过的车辆占全部车辆的比例；/>为第i个交叉口的上行直行饱和流率；/>为第i个交叉口的上行直行车道数量；/>为启动损失时间；/>为第i-1个交叉口左转汇入上行方向的车辆数；/>为第i-1个交叉口右转汇入上行方向的车辆数；/>为第i个交叉口的上行直行车辆数；/>为第i+1个交叉口左转汇入下行方向的车辆数；/>为第i+1个交叉口右转汇入下行方向的车辆数；/>为第i个交叉口的下行直行车辆数；/>为绿波公共周期。
2.根据权利要求1所述的基于公交优先的干线协调控制方法，其特征在于，所述约束条件还包括公交车辆约束条件，所述公交车辆约束条件为：
式中，为公交车辆的当前检测位置与第i个交叉口停止线之间的距离；/>为公交车辆最大行驶速度；/>为公交车辆最小行驶速度；/>为公交车辆从第i个交叉口行驶至第i+1个交叉口的行驶时间；/>为公交车辆停靠的延误时间；/>为第i个交叉口与第i+1个交叉口之间上行方向的公交站点数；/>为第i个交叉口的上行公交车辆的第一子绿波带宽；/>为第i个交叉口的上行公交车辆的第二子绿波带宽；/>为第i个交叉口的下行公交车辆的第一子绿波带宽；/>为第i个交叉口的下行公交车辆的第一子绿波带宽；/>为公交车辆在第i个交叉口的上行绿波带中心线与左侧红灯终点的时间间隔；/>为公交车辆在第i个交叉口的下行绿波带中心线与右侧红灯起点的时间间隔；/>为公交车辆在第i+1个交叉口的上行绿波带中心线与左侧红灯终点的时间间隔；/>为公交车辆在第i+1个交叉口的下行绿波带中心线与右侧红灯起点的时间间隔；/>为第i+1个交叉口的上行红灯时间；/>为第i+1个交叉口的下行红灯时间；/>为第i个交叉口的上行直行相位可增加的绿灯时间；为第i个交叉口的下行直行相位可增加的绿灯时间；/>为第i+1个交叉口的上行直行相位可增加的绿灯时间；/>为第i+1个交叉口的下行直行相位可增加的绿灯时间；/>为第i+1个交叉口的上行车辆排队清空时间；/>为第i个交叉口的下行车辆排队清空时间；为第i+1个交叉口的上行直行饱和流率；/>为第i个交叉口的上行直行车道数量；为第i+1个交叉口的上行排队车辆数；/>为第i个交叉口左转汇入上行方向的车辆数；为第i个交叉口右转汇入上行方向的车辆数；/>为第i+1个交叉口的上行直行车辆数；/>为公交车辆从第i+1个交叉口行驶至第i个交叉口的行驶时间；/>为第一放行变量；为第二放行变量；/>为第i个交叉口的上行左转绿灯时间；/>为第i个交叉口的下行左转绿灯时间；/>为第i个交叉口实施优先控制策略后的上行左转绿灯时间；/>为第i个交叉口实施优先控制策略后的下行左转绿灯时间；/>为绿波公共周期的整数倍；/>为社会车辆从第i个交叉口行驶至第i+1个交叉口的行驶时间。
3.根据权利要求2所述的基于公交优先的干线协调控制方法，其特征在于， 所述第i个交叉口的上行直行相位可增加的绿灯时间为：
式中，为第i个交叉口的下行左转车辆的最短绿灯时间；/>为第i个交叉口的下行左转车辆的初始绿灯时间；/>为第i个交叉口左转汇入下行方向的车辆数；/>为第i个交叉口的下行左转饱和流率；/>为第i个交叉口的下行左转车道数量；/>为第i个交叉口下行左转车辆的平均载客量。
4.根据权利要求3所述的基于公交优先的干线协调控制方法，其特征在于，所述交叉口的放行方式包括第一放行方式、第二放行方式、第三放行方式以及第四放行方式；
所述第一放行方式为：先放行上行直行方向以及上行左转方向，当上行直行方向绿灯时间到达预设时间时，关闭上行左转方向并放行下行直行方向，当上行直行方向绿灯时间完成时，放行下行左转方向；
所述第二放行方式为：先放行下行直行方向以及下行左转方向，当下行直行方向绿灯时间到达预设时间时，关闭下行左转方向并放行上行直行方向，当下行直行方向绿灯时间完成时，放行上行左转方向；
所述第三放行方式为：先放行上行左转方向和下行左转方向，当上行左转方向的绿灯时间到达预设时间时，关闭下行左转方向并放行上行行直行方向，当上行左转方向的绿灯时间完成时，放行下行直行方向；或，先放行上行左转方向和下行左转方向，当下行左转方向的绿灯时间到达预设时间时，关闭上行左转方向并放行下行直行方向，当下行左转方向的绿灯时间完成时，放行上行直行方向；
所述第四放行方式为：先放行上行直行方向和下行直行方向，当上行直行方向的绿灯时间到达预设时间时，关闭下行直行方向并放行上行左转方向，当上行直行方向的绿灯时间完成时，放行下行左转方向；或，先放行上行直行方向和下行直行方向，当下行直行方向的绿灯时间到达预设时间时，关闭上行直行方向并放行下行左转方向，当下行直行方向的绿灯时间完成时，放行上行左转方向。
5.根据权利要求4所述的基于公交优先的干线协调控制方法，其特征在于， 当所述交叉口的放行方式为第一放行方式时，所述第一放行变量为0，所述第二放行变量为1；当所述交叉口的放行方式为第二放行方式时，所述第一放行变量为1，所述第二放行变量为0；当所述交叉口的放行方式为第三放行方式时，所述第一放行变量为0，所述第二放行变量为0；当所述交叉口的放行方式为第四放行方式时，所述第一放行变量为1，所述第二放行变量为1。
6.根据权利要求5所述的基于公交优先的干线协调控制方法，其特征在于，所述公交优先通行策略包括红灯早断策略以及绿灯延长策略；所述根据所述交叉口的放行方式确定各交叉口的公交优先通行策略，具体为：
当公交车辆满足第一预设条件时，不执行公交优先通行策略；
当公交车辆满足第二预设条件时，所述公交优先通行策略为红灯早断策略；
当公交车辆满足第三预设条件时，所述公交优先通行策略为绿灯延长策略；
其中，所述第一预设条件为：
，/>
所述第二预设条件为：
，/>，/>，或，/>，/>
所述第三预设条件为：
，/>，/>
式中，为绿灯相位；/>为红灯相位。
7.根据权利要求6所述的基于公交优先的干线协调控制方法，其特征在于，所述确定所述公交优先通行策略对应的策略调整时间，具体为：
当公交优先通行策略为红灯早断策略，且所述第二预设条件为，/>，/>时，所述红灯早断策略的策略调整时间为：
当公交优先通行策略为红灯早断策略，且所述第二预设条件为，/>时，所述红灯早断策略的策略调整时间为所述第i个交叉口的上行直行相位可增加的绿灯时间；
当公交优先通行策略为绿灯延长策略时，所述绿灯延长策略的策略调整时间为：
式中，为所述红灯早断策略的策略调整时间；/>为最小值函数；/>为第i个交叉口的上行车辆排队清空时间；/>为公交车辆的为绿灯延长策略的策略调整时间；/>为公交车辆的当前检测时间与红灯起点的时间间隔；/>为公交车辆的当前检测时间与绿灯起点的时间间隔。
8.一种基于公交优先的干线协调控制装置，其特征在于，包括：
数据获取单元，用于获取交通干线中社会车辆车流量、社会车辆平均载客人数以及公交车辆车流量和公交车辆平均载客人数；
带宽权重确定单元，用于根据所述社会车辆车流量和所述社会车辆平均载客人数确定社会车辆带宽权重，根据所述公交车辆车流量和所述公交车辆平均载客人数确定公交车辆带宽权重；
模型构建单元，用于确定社会车辆绿波带宽和公交车辆绿波带宽，并以在绿波带内通过更多乘客为目标，基于所述社会车辆绿波带宽、所述公交车辆绿波带宽、所述社会车辆带宽权重以及所述公交车辆带宽权重构建干线协调控制模型；
模型求解单元，用于根据所述干线协调控制模型确定所述交通干线中各交叉口的放行方式以及相邻交叉口的社会车辆红灯中点偏移量和公交车辆红灯中点偏移量；
公交优先通行策略确定单元，用于根据所述交叉口的放行方式确定各交叉口的公交优先通行策略，并确定所述公交优先通行策略对应的策略调整时间；
所述干线协调控制模型包括目标函数，所述目标函数为：
式中，为最大绿波带宽和；/>为交通干线中协调控制交叉口的数量；/>为交叉口编号；/>为第i个交叉口的上行社会车辆带宽权重；/>为第i个交叉口的下行社会车辆带宽权重；/>为第i个交叉口的上行公交车辆带宽权重；/>为第i个交叉口的下行公交车辆带宽权重；/>为第i个交叉口的上行社会车辆的绿波带宽；/>为第i个交叉口的下行社会车辆的绿波带宽；/>为第i个交叉口的上行公交车辆的绿波带宽；/>为第i个交叉口的下行公交车辆的绿波带宽；/>为第i个交叉口的上行社会车辆的车流量；/>为第i个交叉口的下行社会车辆的车流量；/>为第i个交叉口的上行公交车辆的车流量；/>为第i个交叉口的下行公交车辆的车流量；/>为第i个交叉口上行社会车辆的平均载客量；/>为第i个交叉口下行社会车辆的平均载客量；/>为第i个交叉口上行公交车辆的平均载客量；/>为第i个交叉口下行公交车辆的平均载客量；
所述干线协调控制模型包括约束条件，所述约束条件包括绿波带宽约束条件，所述绿波带宽约束条件为：
其中，
式中，为上下行排队车辆比率；/>为第i个交叉口的上行排队车辆数；/>为第i个交叉口的下行车辆排队数；/>为第i个交叉口的上行社会车辆的第一子绿波带宽；/>为第i个交叉口的上行社会车辆的第二子绿波带宽；/>为第i个交叉口的上行社会车辆的带宽分隔线与左侧红灯终点的时间间隔；/>为第i个交叉口的上行红灯时间；/>为带宽分隔线至绿灯起始点占绿灯时间的比例；/>为第i个交叉口的下行社会车辆的带宽分隔线与右侧红灯终点的时间间隔；/>为第i个交叉口的下行红灯时间；/>为最小绿波带宽；/>为绿灯时间内至少应通过的车辆占全部车辆的比例；/>为第i个交叉口的上行直行饱和流率；/>为第i个交叉口的上行直行车道数量；/>为启动损失时间；/>为第i-1个交叉口左转汇入上行方向的车辆数；/>为第i-1个交叉口右转汇入上行方向的车辆数；/>为第i个交叉口的上行直行车辆数；/>为第i+1个交叉口左转汇入下行方向的车辆数；/>为第i+1个交叉口右转汇入下行方向的车辆数；/>为第i个交叉口的下行直行车辆数；/>为绿波公共周期。
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