CN116665471A - 一种公交信号优先控制方法及*** - Google Patents
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Abstract
本发明属于车路协同技术领域，具体涉及一种公交信号优先控制方法及***。首先，控制公交车在制定的干线绿波方案的道路上行驶，干线绿波方案是基于静态干线定时协调控制策略制定得到的；然后，在公交车行驶至靠近某一路口时，根据公交车实时位置信息和该路口的实时红绿灯信息，预测公交车能否优先通过该路口；在预测结果为不能优先通过的情况下，采用实时优先控制策略得到公交车控制方案和/或路口的交通信号机控制方案，以控制相应公交车和/或交通信号机，使公交车能够优先通过该路口。本发明的方法动静结合，优势互补，有效解决单独应用静态或动态信号优先方案的问题，整体提高公交车绿灯通过率，为实现公交运营延误最小提供技术支撑。
Description
技术领域
本发明属于车路协同技术领域，具体涉及一种公交信号优先控制方法及***。
背景技术
公交信号优先是提高公交***运行速度和可靠性的重要手段之一。现有的公交信号优先方法大多应用简单的控制策略，缺乏对道路交叉***通流通行效益的综合考虑。常见的控制策略包括定时优先控制和实时优先控制。
定时优先控制是指交叉口的交通信号机均按照事先设定的配时方案运行，包括单点定时公交优先控制和干线定时协调公交优先控制。单点定时公交优先控制是指在满足定时优先控制的基础上，每个交叉口的交通控制信号只按照该交叉口的交通情况独立运行，不与其相邻交叉口的控制信号有任何联系，该种公交优先控制方法的控制使用效果较差，不能有效应对公交动态特征，存在“空放”现象。干线协调公交优先控制是指在满足定时优先控制的基础上，把干道上若干连续交叉口的交通信号通过一定的方式联结起来，结合协调方向的公交车运营计划、流量、行驶速度等特征，同时对各交叉口设计一种相互协调的配时方案，各交叉口的信号灯按此协调方案联合运行，制定干线绿波方案，但由于公交车停靠站台时间不确定等动态影响因素，该种公交优先控制方法使得公交车常脱离绿波带。综上，公交车在实际运行过程中受较多外部影响，是一个动态过程，定时优先控制普遍缺乏灵活性。
实时优先控制能够解决定时优先控制存在的不灵活问题，但该方案实时动态调整会对其他方向交通流造成负面影响，在减少公交车延误的同时往往会增加社会车辆的延误。
综上，单独的应用上述某一种控制策略，均难以协调公交车辆与社会车辆的不同时空特征，难以带来全局效益的提升。
发明内容
本发明的目的在于提供一种公交信号优先控制方法及***，用以解决现有技术中仅采用某一种控制策略造成交叉***通流通行效益较低的问题。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种公交信号优先控制方法，包括如下步骤：
1)控制公交车在制定的干线绿波方案的道路上行驶；其中，所述干线绿波方案是根据公交运营信息、交通流量信息和交通信号机状态，并基于静态干线定时协调控制策略制定得到的；
2)在公交车行驶至靠近某一路口时，根据公交车实时位置信息和该路口的实时红绿灯信息，预测公交车能否优先通过该路口；在预测结果为不能优先通过的情况下，采用实时优先控制策略得到公交车控制方案和/或路口的交通信号机控制方案，以控制相应公交车和/或交通信号机，使公交车能够优先通过该路口。
其有益效果为：本发明的公交优先控制方法将静态干线定时协调控制策略和实时优先控制策略相结合，在正常情况下使公交车按照静态干线定时协调控制策略制定出的干线绿波方案进行行驶，在公交车即将到达路口时且预测出公交车无法优先通过路口时，则再使用实时优先控制策略以生成公交车控制方案和/或路口的交通信号机控制方案，以使公交车能够优先通过该路口。本发明的方法动静结合，优势互补，有效解决单独应用静态或动态信号优先方案的问题，整体提高公交车绿灯通过率，为实现公交运营延误最小提供技术支撑。
进一步地，步骤1)中，所述干线绿波方案包括交通控制子区划分方案，以及每个控制子区中各路口的信号相位、各信号相位的顺序、各信号相位的绿信比和相邻路口的相位差。
其有益效果为：据路网所辖范围不同区域所具有的不同交通特性，把控制范围分成不同的交通控制子区，每个交通控制子区有不同的控制策略，同时，每个交通控制子区又包含有多种多样的内容，提高公交车在达到每个路口时能够正好遇到绿灯的概率。
进一步地，步骤2)中，预测公交车能否优先通过该路口时，还需结合公交车的停靠站信息。
其有益效果为：将公交车的停靠站信息考虑在内来预测公交能否优先通过路口，确保计算的比较准确。
进一步地，步骤2)中公交车控制方案包括对公交车的速度和/或驻站时长进行调节。
其有益效果为：采用实时优先控制策略时，通过改变公交车的速度以及驻站时长的方式来提升公交车绿灯通过率。
进一步地，步骤2)中路口的交通信号机控制方案包括对交通信号机的红灯时长和/或绿灯时长进行调节。
其有益效果为：通过对交通信号机的红绿灯时长进行调节以提升公交车绿灯通过率。
为解决上述技术问题，本发明还提供了一种公交信号优先控制***，包括车端、路端、云端和边缘计算节点；
所述车端设置在公交车上，用于控制公交车在制定的干线绿波方案的道路上行驶；车端与路端连接，用于将公交车实时位置信息发送给路端，并接收路端转发的公交车控制方案，进而执行该公交车控制方案对公交车进行控制以使公交车能够优先通行；车端与云端连接，用于将公交运营信息发送给云端；
所述路端设置在路边，用于获取实时红绿灯信息、交通流量信息和交通信号机状态信息；路端与云端连接，用于将接收的车端发送的信息和获取的信息发送给云端，并接收云端下发的干线绿波方案，进而执行该干线绿波方案对交通信号机进行控制以使公交车能够优先通行；路端与边缘计算节点连接，用于将接收的车端发送的公交实时位置信息和获取的实时红绿灯信息发送给边缘计算节点，并接收边缘计算节点下发的交通信号机控制方案和/或公交车控制方案，进而执行该交通信号机控制方案以使公交车能够优先通行和/或将公交车控制方案转发给车端；
所述云端设置在云端计算机平台上，用于利用接收的公交运营信息、交通流量信息和交通信号机状态信息，基于静态干线定时协调控制策略制定得到干线绿波方案；云端与路端连接，用于将得到的干线绿波方案下发给路端；
所述边缘计算节点设置在路口或云端计算机平台上，用于在公交车行驶至靠近某一路口时，根据公交车实时位置信息和该路口的实时红绿灯信息，预测公交车能否优先通过该路口，在预测结果为不能优先通过的情况下，采用实时优先控制策略得到公交车控制方案和/或路口的交通信号机控制方案；边缘计算节点与路端连接，用于将得到的公交车控制方案和/或路口的交通信号机控制方案发送给路端。
其有益效果为：本发明的公交信号优先控制***涉及四端，分别为车端、路端、云端和边缘计算节点，将静态干线定时协调控制策略部署在云端，实时优先控制策略部署在边缘计算节点，各部分分工合作，将静态干线定时协调控制策略和实时优先控制策略相结合，在正常情况下使公交车按照静态干线定时协调控制策略制定出的干线绿波方案进行行驶，在公交车即将到达路口时且预测出公交车无法优先通过路口时，则再使用实时优先控制策略以生成公交车控制方案和/或路口的交通信号机控制方案，以使公交车能够优先通过该路口。本发明的方法动静结合，优势互补，有效解决单独应用静态或动态信号优先方案的问题，整体提高公交车绿灯通过率，为实现公交运营延误最小提供技术支撑。
进一步地，车端通过V2X与路端连接，通过4G/5G车联网与云端连接。
进一步地，所述干线绿波方案包括交通控制子区划分方案，以及每个控制子区中各路口的信号相位、各信号相位的顺序、各信号相位的绿信比和相邻路口的相位差。
其有益效果为：据路网所辖范围不同区域所具有的不同交通特性，把控制范围分成不同的交通控制子区，每个交通控制子区有不同的控制策略，同时，每个交通控制子区又包含有多种多样的内容，提高公交车在达到每个路口时能够正好遇到绿灯的概率。
进一步地，所述路端通过地磁、微波雷达和摄像头中的至少一种设备来获取交通流量信息和交通信号机状态信息。
其有益效果为：可以准确获得交通流量信息和交通信号机状态信息。
进一步地，公交车控制方案包括对公交车的速度和/或驻站时长进行调节，公交车控制方案包括对公交车的速度和/或驻站时长进行调节。
其有益效果为：采用实时优先控制策略时，通过改变公交车的速度以及驻站时长的方式来提升公交车绿灯通过率，并对交通信号机的红绿灯时长进行调节可以提升公交车绿灯通过率。
附图说明
图1是本发明的公交信号优先控制方法的思路图；
图2是本发明的公交信号优先控制***的数据交互图。
具体实施方式
本发明综合应用交通信息、公交车辆信息，整合静态干线定时协调控制策略和实时优先控制策略，实现动静协同协调的公交信号优先。下面结合附图和实施例，对本发明进行详细说明。
公交信号优先控制***实施例：
本发明的一种公交信号优先控制***实施例，包括车端、路端、云端和边缘计算节点，相互之间的数据交互方式如图2所示。
车端布置在公交车上，用于实时获取公交车的位置、速度、公交运营信息(包括开始运营时间、上下行、线路、早晚点、车内乘客数量等)、航向角、红绿灯等待时长、停靠站信息等车辆信息。车端具备4G/5G车联网能力，用于将获取的位置、速度、公交运营信息、红绿灯等待时长、停靠站信息等信息通过4G/5G车联网实时上报给云端。车端还具备C-V2X通信能力，使得公交车可与路端进行实时通信交互，一方面向外广播公交车自身的位置、速度、航向角等信息，另一方面可以接收路端广播的地图消息、红绿灯数据、以及路端转发的公交控制方案(包括速度引导、驻站控制等)等信息。
路端布置在路边，用于获取路口的各联网交通信号机的信息，包括所有相位实时红绿灯倒计时、灯色数据和控制模式等信息，并上报给云端和边缘计算节点。路端还用于接收边缘计算节点下发的交通信号机控制方案(实际上为交通信号机控制指令)，使各联网交通信号机执行该交通信号机控制指令从而实现信号机配时优化和动态信号优化功能；还用于接收云端下发的干线绿波方案(包括交通控制子区划分方案，以及每个控制子区中各路口的信号相位、各信号相位的顺序、各信号相位的绿信比和相邻路口的相位差等)，进而执行该干线绿波方案对交通信号机进行控制以使公交车能够优先通行。路端还可通过交通信息采集***(包括地磁、微波雷达、摄像头等设备)采集干线上所有路口所有机动车车道流量、车速、车头时距、排队长度等交通信息，并上报给边缘计算节点和云端。路端还具备V2X通信功能，通过V2X路侧终端实现路侧设施与公交车、云端、边缘计算节点的信息交互，既可以将路口实时红绿灯倒计时、灯色数据广播给公交车，又可以将边缘计算节点和云端下发的消息实时广播给公交车。
云端布置在云端计算平台上，具备与车端通信的能力，可接收车端上报的公交运营信息、公交车红绿灯等待时长、停靠站信息等信息。云端还具备与路端通信的能力，可接收路端上报的干线上所有路口所有机动车车道流量、车速、车头时距、排队长度等交通信息，还可接收路端上报的红绿灯信息。云端部署有云端计算节点，运行有静态干线定时协调控制策略，静态干线定时协调控制策略根据基础设施信息(即信号灯状态信息)、交通流量信息、公交运营信息等输入，使用可相位搭接的双环八相位结构，根据路口渠化信息和公交使用的优先相位确定每个路口的相序，根据相位的流量，为每个相位分配绿信比，同时考虑公交、社会车辆的绿波协调指标作为目标，通过约束使得模型符合现实情况，输出子区划分方案、公共周期时长、相位差，根据绿信比、周期，计算相位绿灯时长，生成干线所有交通信号机优化配时方案，形成干线绿波方案，为边缘计算节点部署的实时协同控制策略提供基础。静态干线定时协调控制策略结果是实时协同控制策略使用的路口基础信号配时。静态干线定时协调控制策略为公交车运营提供了干线绿波带，并且干线绿波配时方案根据实际交通实际情况进行持续优化。
边缘计算节点布置在路口或者云端计算机平台上，具备与路端通信的能力，可接收路端上报的相位实时红绿灯倒计时、灯色数据和控制模式，以及干线上所有路口所有机动车车道流量、车速、车头时距、排队长度等信息。边缘计算节点集成有实时协同控制策略(即实时优先控制策略)，用于路口动态信号优先决策。当公交车接近路口时，边缘计算节点根据车辆实时位置、是否停靠站、当前路口实时红绿灯数据等数据，***，预测公交车能否优先通过该路口，在预测结果为不能优先通过的情况下，计算公交车引导车速、建议驻站时长，并决策是否给予动态信号优先，从而实现了动态实时协同控制功能。该作为静态策略的补充，实时协同控制策略为公交车通过红绿灯路口提供短时动态信号优先，采取包括绿灯延长、红灯早断等控制策略，进一步提升公交车绿灯通过率，为实现公交运营延误最小提供实时协同优化技术支撑。
基于该***，如图1所示，实现的公交信号优先控制方法如下：
1)控制公交车在制定的干线绿波方案的道路上行驶。其中，干线绿波方案是根据公交运营信息、交通流量信息和交通信号机状态信息，并基于静态干线定时协调控制策略制定得到的，包括交通控制子区划分方案，以及每个控制子区中各路口的信号相位、各信号相位的顺序、各信号相位的绿信比和相邻路口的相位差。
2)在公交车行驶至靠近某一路口时，根据公交车实时位置信息、公交车的停靠站信息和该路口的实时红绿灯信息，预测公交车能否优先通过该路口；在预测结果为不能优先通过的情况下，采用实时优先控制策略得到公交车控制方案(速度引导、驻站控制)和路口的交通信号机控制方案(绿灯延长、红灯早断灯)，以控制相应公交车和交通信号机，使公交车能够优先通过该路口。
综上，首先，本发明应用丰富的交通信息和公交车量信息，生成的干线绿波方案更加有效；其次，本发明将静态干线定时协调控制策略和实时协同控制策略相结合，实现动静态协同协调的公交信号优先，动静态结合，优势互补，有效解决单独应用静态或动态信号优先方案的问题。
公交信号优先控制方法实施例：
本发明的一种公交信号优先控制方法实施例，其整体思想在于动静态结合，整合静态干线定时协调控制策略和实时协同控制策略，一般情况下使用静态干线定时协调控制策略，在使用静态干线定时协调控制策略的情况下若无法优先通过路口，则再使用实时优先控制策略，以使公交车能够优先通过路口。该方法的具体实施步骤同公交信号优先控制***实施例中介绍的公交信号优先控制方法的实施步骤一致，本实施例不再赘述。
Claims (10)
1.一种公交信号优先控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)控制公交车在制定的干线绿波方案的道路上行驶；其中，所述干线绿波方案是根据公交运营信息、交通流量信息和交通信号机状态信息，并基于静态干线定时协调控制策略制定得到的；
2)在公交车行驶至靠近某一路口时，根据公交车实时位置信息和该路口的实时红绿灯信息，预测公交车能否优先通过该路口；在预测结果为不能优先通过的情况下，采用实时优先控制策略得到公交车控制方案和/或路口的交通信号机控制方案，以控制相应公交车和/或交通信号机，使公交车能够优先通过该路口。
2.根据权利要求1所述的公交信号优先控制方法，其特征在于，步骤1)中，所述干线绿波方案包括交通控制子区划分方案，以及每个控制子区中各路口的信号相位、各信号相位的顺序、各信号相位的绿信比和相邻路口的相位差。
3.根据权利要求1所述的公交信号优先控制方法，其特征在于，步骤2)中，预测公交车能否优先通过该路口时，还需结合公交车的停靠站信息。
4.根据权利要求1～3任一项所述的公交信号优先控制方法，其特征在于，步骤2)中公交车控制方案包括对公交车的速度和/或驻站时长进行调节。
5.根据权利要求1～3任一项所述的公交信号优先控制方法，其特征在于，步骤2)中路口的交通信号机控制方案包括对交通信号机的红灯时长和/或绿灯时长进行调节。
6.一种公交信号优先控制***，其特征在于，包括车端、路端、云端和边缘计算节点；
所述车端设置在公交车上，用于控制公交车在制定的干线绿波方案的道路上行驶；车端与路端连接，用于将公交车实时位置信息发送给路端，并接收路端转发的公交车控制方案，进而执行该公交车控制方案对公交车进行控制以使公交车能够优先通行；车端与云端连接，用于将公交运营信息发送给云端；
所述路端设置在路边，用于获取实时红绿灯信息、交通流量信息和交通信号机状态信息；路端与云端连接，用于将接收的车端发送的信息和获取的信息发送给云端，并接收云端下发的干线绿波方案，进而执行该干线绿波方案对交通信号机进行控制以使公交车能够优先通行；路端与边缘计算节点连接，用于将接收的车端发送的公交实时位置信息和获取的实时红绿灯信息发送给边缘计算节点，并接收边缘计算节点下发的交通信号机控制方案和/或公交车控制方案，进而执行该交通信号机控制方案以使公交车能够优先通行和/或将公交车控制方案转发给车端；
所述云端设置在云端计算机平台上，用于利用接收的公交运营信息、交通流量信息和交通信号机状态信息，基于静态干线定时协调控制策略制定得到干线绿波方案；云端与路端连接，用于将得到的干线绿波方案下发给路端；
所述边缘计算节点设置在路口或云端计算机平台上，用于在公交车行驶至靠近某一路口时，根据公交车实时位置信息和该路口的实时红绿灯信息，预测公交车能否优先通过该路口，在预测结果为不能优先通过的情况下，采用实时优先控制策略得到公交车控制方案和/或路口的交通信号机控制方案；边缘计算节点与路端连接，用于将得到的公交车控制方案和/或路口的交通信号机控制方案发送给路端。
7.根据权利要求6所述的公交信号优先控制***，其特征在于，车端通过V2X与路端连接，通过4G/5G车联网与云端连接。
8.根据权利要求6所述的公交信号优先控制***，其特征在于，所述干线绿波方案包括交通控制子区划分方案，以及每个控制子区中各路口的信号相位、各信号相位的顺序、各信号相位的绿信比和相邻路口的相位差。
9.根据权利要求6所述的公交信号优先控制***，其特征在于，所述路端通过地磁、微波雷达和摄像头中的至少一种设备来获取交通流量信息和交通信号机状态信息。
10.根据权利要求6～9任一项所述的公交信号优先控制***，其特征在于，公交车控制方案包括对公交车的速度和/或驻站时长进行调节，公交车控制方案包括对公交车的速度和/或驻站时长进行调节。
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Cited By (2)
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| CN117475654A (zh) * | 2023-11-02 | 2024-01-30 | 合肥工业大学设计院(集团)有限公司 | 一种基于交叉口流量状态的公交优先动态绿波控制方法 |
| CN117576929A (zh) * | 2024-01-19 | 2024-02-20 | 山东科技大学 | 一种考虑不同公交平面相交的车速与信号协同优化方法 |
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- 2022-09-07 CN CN202211090240.6A patent/CN116665471A/zh active Pending
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