基於搭接相位的主動公交信號優先控制方法

2023-05-31 02:01:46 1

專利名稱：基於搭接相位的主動公交信號優先控制方法
技術領域：
本發明涉及一種用於城市主動公交信號優先的方法，更具體地說，它涉及 一種在考慮交叉口存在搭接相位情況下的主動公交信號優先控制方法。
背景技術：
主動公交信號優先控制的方法是根據實時採集的公交信息，採用綠燈提前 啟亮和綠燈延長等優先方式實現公交車儘可能少延誤的通過交叉口。
美國、歐洲等國大都能夠實現了單個交叉口的主動公交信號優先控制方法， 並陸續在一些地方實—瞼和實際運行。這些方法為在我國實際應用主動7>交信號 優先控制提供了研究思路和原理，但國內城市交叉口複雜多樣，直接採用外國 的方法並不可行，必須針對我國實際國情才能真正實現我國的主動公交信號優 先控制。
國內對主動公交信號優先控制方法的研究也逐漸走向成熟和多樣化，學者 也提出了不少主動公交信號優先控制方法，這些主動公交信號優先控制方法從 不同角度出發實現了主動公交信號優先控制，但對於一些在實際運用中可能存 在的問題並沒有深入探討，如搭接相位、行人相位在主動公交信號優先控制中 如何考慮等。這些問題在現有研究中都沒有足夠的理論基礎，造成主動公交信 號優先控制在實際運用存在一定難度。
本發明針對上述存在的問題，提出了一種基於搭接相位的主動公交信號優 先控制方法，來具體解決主動公交信號優先控制中的實際問題。

發明內容
本發明所要解決的技術問題是克服了現有技術存在的在主動公交信號優先 控制中對搭接相位考慮不足的問題，採用自編的電腦程式，提供了一種基於 4荅接相位的主動公交信號優先控制方法。
為解決上述技術問題，本發明是採用如下技術方案實現的該方法首先是 安裝檢測器、裝有電腦程式的信號機、信號燈，並用光纜和電線依次將他們 連接起來(或者使用現有設備)，再採用下列步驟
1. 信號機通過檢測器判斷是否有公交優先申請，即是否有公交車輛到達， 若是，進入下一判斷步驟；若不是，返回到是否有公交優先申請的開始判斷步 驟。
2. 信號機根據公交車輛到達檢測器的時刻判斷該時刻公交相位信號燈的燈 色是否是綠燈，若是綠燈，預測公交車輛到達交叉口停車線所需時間，採用綠 燈延長控制方式；若不是綠燈，進入下一判斷步驟。
7l信號機根據公交車輛到達檢測器的時刻公交相位在該時刻信號燈的燈色 不是綠燈，判斷公交相位前一相位信號燈的燈色是否是綠燈，若是綠燈，預測
公交車輛到達交叉口停車線所需時間，採用綠燈^^是前啟亮控制方式；若不是綠
燈，進入下一判斷步驟。
4.不是採用綠燈延長控制方式或者綠燈提前啟亮控制方式，信號機則保留
公交相位優先申請為1,循環進行下一輪的重新判斷。
第二步驟中所述的綠燈延長控制方式採用下列步驟
1) 確定公交相位最大延長綠燈時間。
2) 公交延長申請的決策。
3) 各相位l錄燈時間的重新分配。
第三步驟中所述的綠燈提前啟亮控制方式採用下列步驟
1) 判斷公交車輛從;險測器到達交叉口停車線行程時間是否大於當前相位紅 燈剩餘時間，若是，保持原信號配時不變；若不是，進入下一判斷步驟。
2) 判斷當前相位是否為屏障前一相位，若是，進入確定屏障前半環可壓縮 綠燈時間的步驟；若不是，進入確定公交所在半環的相位可壓縮綠燈時間的步 驟。
3) 若當前相位為屏障前一相位，確定屏障前半環可壓縮綠燈時間，即
r,min(^);其中^為屏障前環中各半環的可壓縮綠燈時間。
4 )判斷公交相位優先所需時間是否大於屏障前半環可壓縮綠燈時間，若是，
確定屏障前半環壓縮時間為可壓縮綠燈時間；若不是，進入下一判斷步驟。 5)當公交相位優先所需時間不大於屏障前半環可壓縮綠燈時間時，確定屏
障前半環壓縮時間為^^交優先所需時間。
6 )確定當前7>交環各相位綠燈時間。 7)確定非公交所在環各相位綠燈時間。
8 )若當前相位不是屏障前一相位，確定/>交所在半環相位可壓縮^:燈時間，
即^=&,，其中^為相位i可壓縮綠燈時間。
9 )判斷公交相位優先所需時間是否大於公交所在半環的相位可壓縮綠燈時 間，若是，確定相位i壓縮綠燈時間為可壓縮時間，若不是，進入下一判斷步 驟。
10 )當公交相位優先所需時間不是大於公交所在半環的相位可壓縮綠燈時 間時，確定相位i壓縮綠燈時間為公交優先所需時間。
11 )確定公交相位綠燈時間和相位綠燈時間。
技術方案中所述的確定公交相位最大延長綠燈時間是指公交相位最大延 長綠燈時間是選取各環所提供的可壓縮綠燈時間與信號機內置相位最大延長時
間中較小的一個即^=min(2>，g;max-g。》 (1)式中g。,一相位i基礎綠燈時間，單位為s，為未執行公交優先時所採用
的相位綠燈時間，當表示公交相位時，相應標號可用j替代。
g,咖一相位1最小綠燈時間，單位為s,根據行人過街等因素事先確定。
g呵一半環q最大綠燈延長時間，單位為s，為半環可壓縮綠燈最小
值，即g呵-mi《)。
g,《一環p中半環q可壓縮綠燈時間，單位為s,為半環內可壓縮相
位綠燈時間之和；^=5>fa。
^一相位i可壓縮綠燈時間，單位為s,為基礎綠燈時間與最小綠 燈時間之差；gfa=g。,-g,min。
g,隨一相位1極限綠燈時間，單位為s,為相位i所能容忍的最大綠 燈時間，為信號機內置參數。
技術方案中所述的公交延長申請的決策採用下列步驟
1. 根據公交車到達交叉口停車線的時刻，確定公交延長所需時間為公交車 到達停車線時刻與綠燈結束時刻之差，即g^^-、；其中A^。 + ","為公 交車從檢測器到交叉口停車線的時間；^為公交車到達4企測器的時刻。
2. 判斷是不是^>^,如果是，則信號配時不變；否則就需延長綠燈時間， 進入各相位綠燈時間重新分配的步驟。
技術方案中所述的各相位綠燈時間的重新分配採用下列步驟 1.確定公交所在環各壓縮相位的綠燈時間 1)壓縮相位總壓縮綠燈時間&為公交延長最大時間，即&=^。按綠燈時 間比例分配壓縮各相位壓縮綠燈時間，採用四捨五入方法，最後一個相位壓縮
時間為壓縮總時間減去前面相4立壓縮時間。
2 )非最後一個壓縮相位的壓縮綠燈時間gy,為
g,i，x^~ + 0.5) (2)
y, g。,
式中!>。, 一從公交相位j下一相位至本周期結束可壓縮相位的基礎綠燈 時間(s)之和。
若相位壓縮綠燈時間大於相位可壓縮綠燈時間,即&, ,則， 否則根據公式(2)得到相位壓縮綠燈時間&,。3)最後一個壓縮相位的壓縮綠燈時間
formula see original document page 104 )公交申請所在環壓縮相位i的綠燈時間《,,為
formula see original document page 10 (4)
式中相位i優化綠燈時間，單位為s，執行相位i第k個公交申請
後確定的各相位綠燈時間。
2.確定其他環可壓縮相位綠燈時間
1)根據公交申請所在環的各相位綠燈時間確定出非公交申請半環的半環綠 燈時間《，即從公交相位(J)下一相位至周期結束各相位優化綠燈時間之和。
cr4 —々cr* f 5 )
g*/ —乙g。P" 、 J 乂
2)確定其他環非公交所在半環的綠燈壓縮時間^
g,K—1 (6) 式中《-'為上一次(k-l次)信號配時方案確定時得到的半環綠燈時間， 單位為s。
3)確定其他非公交所在半環的可壓縮相位綠燈時間，確定方法和第1)步 驟中的第(2)、 (3)與(4)步驟相同。
3.確定其他環與公交在同半環的相位綠燈時間
1) 確定公交所在半環綠燈時間^
g卜c-《 (7)
式中c — 一交叉口周期，單位為s。
a —第k個公交申請的公交申請所在半環的半環綠燈時間，單位為s。
g^—第k個公交申請的公交所在環的非公交半環綠燈時間，單位為
So
2) 按綠燈時間比例分配其他環與公交在同半環的相位綠燈時間，非最後一 個相位綠燈時間為
《x，+o.5) (8)
若相位綠燈時間《u小於相位基礎綠燈時間g。,，即《,,>^,則《,g。,，否則根據公式得到相位壓縮綠燈時間《,,；
最後一個相位綠燈時間
M—l
一 ^ (9)
技術方案中所述的判斷當前相位是否為屏障前一相位採用下列步驟
1. 若當前相位為屏障前一相位
1) 確定屏障前半環的可壓縮綠燈時間7;,即屏障前各環中各半環的可壓縮 綠燈時間的最小值，r,min(g。。
2) 判斷公交相位優先所需時間&即公交相位綠燈啟亮時刻與公交車輛到 達交叉口停車線時刻值差，& = &是否大於屏障前半環可壓縮綠燈時間A ， 若是，確定屏障前半環壓縮時間為可壓縮綠燈時間7T，若否，確定屏障前半環 壓縮時間為公交優先所需時間gI9 。
3 )確定當前公交所在環各^目位綠燈時間
(1 )公交所在環公交相位綠燈時間為公交相位基礎綠燈時間加上屏障前半 環壓縮時間，即《,=《+&。
(2) 相位i綠燈時間為相位i基礎綠燈時間減去屏障前相位壓縮時間即
(3) 其他相位綠燈時間不變。
4)確定非公交所在環各相位綠燈時間
(1)非當前環同公交半環的半環綠燈時間g:-gr + gy;非最後一個相位綠 燈時間為
《,int(^x， + 0.5) (10)
7+1
最後一個相位綠燈時間為
g。w - 〉: g 。p" (ii)
(2 )非公交環，不屬於公交半環相位綠燈壓縮時間《=《1 - &,各相位綠 燈時間按公式(10) (11)計算。
2. 若當前相位不是屏障前一相位
1) 確定公交所在環的相位壓縮綠燈時間r2 =&。
2) 然後判斷公交相位(j)優先所需時間gw是否大於公交所在半環可壓縮綠燈時間7;,若是，確定半環可壓縮綠燈時間為可壓縮時間，此時相位i綠燈 時間為《,,=^,—72，公交相位綠燈時間為4。=《+乃，其他相位綠燈時間保持 不變；若否，確定半環可壓縮綠燈時間為公交優先所需時間"，此時相位i綠
燈時間為《,,=^,-&，公交相位綠燈時間為g"-《+^，其他相位綠燈時間保 持不變。
與現有技術相比本發明的有益效果是
1. 本發明所述的基於搭接相位的主動公交信號優先控制方法給出了定周期 下單相位普通公交信號優先控制方法，並採用綠燈延長和綠燈提前啟亮的兩種
控制方式進行主動公交信號優先控制。
2. 本發明所述的基於搭接相位的主動公交信號優先控制方法給出了環的概 念，並通過考慮各環中各相位的極限綠燈時間來確定公交車輛延長和提前啟亮 時間的範圍，佳/>交信號優先控制方法更貼近實際情況。
3. 本發明所述的基於搭接相位的主動公交信號優先控制方法不僅適用於普 通公交車輛優先控制，同樣適用於快速公交(BRT)系統，具有廣泛的適用性。
4. 本發明所述的基於搭接相位的主動公交信號優先控制方法充分考慮了公 交車輛的需求，只在需要的時刻(如公交車輛晚點)給予恰當的優先控制，大 大減小了交叉口的總體延誤，提高交叉口的運行效率。


下面結合附圖對本發明作進一步的說明
圖1是本發明所述的基於搭接相位的主動公交信號優先控制方法中說明環 的定義的示意圖2是本發明所述的基於搭接相位的主動公交信號優先控制方法中說明屏 障(barrier)的定義的示意圖3是本發明所述的基於搭接相位的主動公交信號優先控制方法中說明公 交相關環的定義的示意圖4是本發明所述的基於搭接相位的主動公交信號優先控制方法的公交信 號優先控制的流程框圖5是本發明所述的基於搭接相位的主動公交信號優先控制方法的綠燈延 長控制方式的流程框圖6是本發明所述的基於搭接相位的主動公交信號優先控制方法的綠燈提 前啟亮控制方式的流程框圖。
具體實施例方式
下面結合附圖對本發明作詳細的描述
一.本發明技術方案的構思及主要技術特徵
1.本發明涉及一種應用電腦程式並採用綠燈延長和綠燈提前啟亮兩種控
12制方式的基於搭接相位的主動公交信號優先控制方法。屬於電腦程式一部分 的綠燈延長模塊和綠燈提前起亮模塊內嵌在主動公交信號優先控制的流程中， 當檢測器檢測到有公交車輛到達時(即檢測到公交申請)，根據實時數據調出相 應模塊，實現公交信號優先控制。該方法的新穎之處在於對公交車輛延長時間 和提前啟亮時間範圍的界定。界定時引入環的概念，既考慮公交所在環各相位 極限綠燈時間的約束，又考慮非公交所在環各相位極限綠燈時間的約束。 2.實現公交信號優先控制的基本概念和相關參數說明
搭接相位是通過環來體現的，且只有在多環的情況下才可以體現出來。當 信號燈執行綠燈延長和提前啟亮控制方式時，環中相位的綠燈時間發生變化， 從而使不同環的某些相位有所重疊，即某個相位跨多個信號階段，產生了搭接 相位。通俗的講，環內的每個相位都是搭接相位。用環來定義搭接相位能更清 晰的體現多個相位招"接的情形。在界定一個信號周期所能提供給^^交相位延長 或提前啟亮時間的範圍時，要充分考慮各環各相位極限綠燈時間的約束。
為了保證交叉口存在搭接相位情況下，公交信號優先控制的實施不會影響 交叉口的正常運行，因此，本發明對公交信號優先控制的相關概念進行說明。
1) 環的定義
參閱圖l,環是指一個周期內車流綠燈連續顯示的燈色組合。如圖中所示，
相位l、 2、 3和4就構成一個環，同理交叉口排除右轉車流後的8股車流可構 成兩個環，如果考慮公交車流、行人流則可以有3個或者4個環。
在有多個環的情況下，交叉口的信號配時方案若根據各環流量計算會得到 不同配時方案，因而將所有環中所需周期最大的環稱為關鍵環，信號配時參數 主要根據關鍵環的交通狀態確定。
2) 屏障(barrier)的定義
參閱圖2,屏障(barrier )是指所有環的某一相位綠燈都必須結束的時刻， 如圖中所示。在屏障左邊，不管哪個環的車流^:燈終止時刻都不能大於屏障， 同理，在屏障右邊，不管哪個環的車流綠燈開始時刻都不能小於屏障。
從圖中可知各環在兩個屏障之間的綠燈時間是相同的，將兩個屏障間車流 的連續燈色稱為半環。 一個周期有兩個半環構成，即左半環和右半環。半環綠 燈時間可根據實際交通狀態調整，但若關鍵環調整了各相位綠燈時間，則其它 環也必須做相應調整，才能保證綠燈結束時刻在屏障處是對齊的。
3) 公交相關環的定義
參閱圖3，採用公交信號優先控制後，公交車流就會比其它車流更加特殊， 其它車流信號配時都需要根據公交車流的配時進行調整，因而根據環、半環和 屏障的定義及公交車流的特殊性，還需定義以下概念公交所在環、非公交所 在環、公交半環、非公交半環等四個參數的含義，其含意如圖中所示。公交所在環一是指公交申請相位對應的一個周期連續的燈色組合確定的 環，只包含一組相位相序方案；
非公交所在環一是指除了公交所在環外的所有環；
公交半環一是指在公交所在環和非公交所在環中，與公交所在半環處於其 屏障同一側的半環；
非公交半環一是指在公交所在環和非公交所在環中，與公交所在半環處於 其屏障相反側的半環。
4)相關參數說明
(1) 相位屬性
a. 公交可利用的可壓縮相位，在可壓縮相位中，選擇的從公交相位到最後 一相位可以利用的壓縮相位都稱為7>交可利用的可壓縮相位；
b. 屏障前一相位；
c. 當前綠燈相位；
d. />《才目4立*一一4立；
e. 公交所在環的壓縮相位，指與公交相位在同一個環中的可壓縮相位；
f. 其他環非公交相位所在半環的壓縮相位，指不在公交相位所處的環且不 屬於公交所處半環的可壓縮相位；
g. 其他環同公交相位所在半環的壓縮相位，指不在公交相位所處的環但屬 於公交所處半環的可壓縮相位；
(2) 綠燈時間參數
這裡所有相位均可用i表示，一^交相位用j表示，環用p表示，半環用q 表示。
a. g。,一相位i基礎綠燈時間(s ),為未執行公交優先時所採用的相位綠燈
時間；當表示公交相位時，相應標號可用j替代；
b. g,皿。一相位i最小綠燈時間(s),根據行人過街等因素事先確定；
c. g呵一半環Q最大綠燈延長時間(s)，為半環可壓縮綠燈最小值，即
d. g,《一環p中半環q可壓縮綠燈時間(S ),為半環內可壓縮相位綠燈時間
之和，即^ = 2>,,;
'eg
e. &,—相位i可壓縮綠燈時間(s ),為基礎綠燈時間與最小綠燈時間之差，
民^ gh - g/min ，
f. g,n^一相位極限綠燈時間(S),為相位所能容忍的最大綠燈時間，為信
號機內置參數；
g-《,, 一相位i優化綠燈時間(s ),執行相位i第k個公交申請(將k定義為公交申請後執行公交優先改變信號配時的公交申請數)後確定的各相位綠燈
時間；
h. ^—公交車輛最大延長時間(S)，即環可壓縮綠燈時間與/>交相位最大
綠燈時間減去基礎綠燈時間中較小的那一個，即^ =min(J><g，-g。》；
i. g^—公交延長所需時間(s),為公交車到達停車線時刻^與綠燈結束時 刻、之差，即^-w，
j. ^一公交提前啟亮所需時間(s)，為綠燈結束時刻與公交車到達停車線 時刻^之差，即^-、-^;
k. 相位i壓縮綠燈時間(s ),因起亮或者延長公交相位綠燈造成的壓 縮相位i減少的綠燈時間；
1. g- —第k個公交申請的公交申請所在半環的半環綠燈時間(s ):公交申 請所處的兩個屏障間的時間差，即兩屏障間所有相位綠燈時間之和；
m.《一第k個公交申請的公交所在環的非公交半環綠燈時間(s ):不是公 交申請所在的兩個屏障之間的綠燈時間。
3. 行程時間預測
當公交車輛到達檢測器，預測公交車輛從才企測器到達交叉口停車線所需的 時間A,，用檢測器和交叉口停車線之間的距離L除以公交車輛的速度v，即
"=丄。由於行程時間預測不是本專利的重點，這裡不再贅述。
4. 與主動公交信號優先控制方法相關的兩個優先控制方式 1)綠燈延長控制方式
綠燈延長控制方式共由三部分組成， 一是確定公交相位最大延長綠燈時間； 二是公交延長申請的決策，三是各相位綠燈時間的重新分配。 (1)公交相位最大綠燈延長時間的確定
公交相位最大延長綠燈時間gm選取各環所提供的可壓縮綠燈時間與信號機 內置相位最大延長時間中較小的一個；各環可壓縮綠燈時間為屏障兩側半環可 壓縮綠燈時間之和；半環的可壓縮綠燈時間是根據公交所在環和非公交所在環 各相位綠燈時間的極限值作為約束確定的；半環的可壓縮綠燈時間為半環內可 壓縮相位可壓縮綠燈時間之和；這裡的各相位可壓縮鄉錄燈時間由該相位基礎綠 燈時間減去最小綠燈時間得到。
gm = minCZ g呵,gj咖x _ g0》 (12 )
式中g。,一相位i基礎綠燈時間(s)，為未執行公交優先時所採用的相位 綠燈時間，當表示公交相位時，相應標號可用j替代；g,m,n一相位1最小綠燈時間(s),根據行人過街等因素事先確定；
^,一半環q最大綠燈延長時間(s)，為半環可壓縮綠燈最小值，即
^一環P中半環q可壓縮綠燈時間(s )，為半環內可壓縮相位綠燈時間之
和；& =2>"

相位i可壓縮綠燈時間(s),為&出綠燈時間與最小綠燈時間之差，
g,皿一相位i極限綠燈時間(s),為相位所能容忍的最大綠燈時間，為信
號機內置參數。
(2)公交延長申請的決策 根據公交車到達交叉口時刻，確定公交延長所需時間&為公交車到達停車 線時刻f，與綠燈結束時刻、之差，即^^,-、；其中f1=f。 + A" A/為公交車從 檢測器到停車線的時間，,。為公交車到達4企測器的時刻。
如果 >^，則信號配時不變；否則就需延長綠燈時間，進入下面步驟， 重新分配各相位鄉錄燈時間。
(3 )各相位綠燈時間的重新分配
①確定公交所在環各壓縮相位的綠燈時間
a. 壓縮相位總壓縮綠燈時間&為公交延長最大時間，即gy = gm 。按綠燈時 間比例分配壓縮各相位壓縮《錄燈時間，採用四捨五入方法，最後一個相位壓縮 時間為壓縮總時間減去前面相4立壓縮時間。
b. 非最後一個壓縮相位的壓縮綠燈時間為
g,int(g,^^+0.5) (13)
川
式中玄g。,一從公交相位j下一相位至本周期結束可壓縮相位的基礎綠燈時 間(s 丫;十1
若相位壓縮綠燈時間大於相位可壓縮綠燈時間,即& >& ,則否則根據式(13 )得到相位壓縮綠燈時間。
c. 最後一個壓縮相^立的壓縮綠:燈時間
(14)
d. 公交申請所在環壓縮相位i的綠燈時間g:,為
S - g，' (15)
式中g^,一相位1優化綠燈時間(s ),執行相位i第k個^^交申請後確定的各 相位綠燈時間；
② 確定其他環可壓縮相位^錄燈時間
a. 根據公交申請所在環的各相位綠燈時間確定出非公交申請半環的半環綠 燈時間《
b. 確定其他環非/>交所在半環的綠燈壓縮時間
式中g^為上一次(k-l次)信號配時方案確定時得到的半環綠燈時間(s);
c. 確定其他非公交所在半環的可壓縮相位綠燈時間，確定方法採用公式 (13)、 (14)和(15);
③ 確定其他環與7>交在同半環的相位綠燈時間
a. 確定公交所在半環綠燈時間^
g卜-《 (18) 式中c一一交叉口周期(s);
g:—第k個公交申請的公交申請所在半環的半環綠燈時間(s):公交 申請所處的兩個屏障間的時間差，即兩屏障間所有相位綠燈時間之和；
《一第k個公交申請的公交所在環的非公交半環綠燈時間(s ):不是
公交申請所在的兩個屏障之間的綠燈時間；
b. 按綠燈時間比例分配其他環與公交在同半環的相位綠燈時間，非最後一
個相位綠燈時間為
g(Xx， + 0.5) (19) 片l
若相位綠燈時間《,,小於相位基礎綠燈時間4,即《,g。,，則《,廣g。,，否則根據公式(19)得到相位壓縮綠燈時間g二。 最後一個相位綠燈時間為
4"-&一 (20) 2)綠燈提前起亮控制方式
提前啟亮控制方法通過壓縮前一相位綠燈時間實現公交優先。首先確定公 交提前啟亮所需時間^二^-r,，判斷g^是否大於綠燈相位i可壓縮綠燈時間
石，即是不是^^t;,如果是，則相位i綠燈時間《,,=《;;-7;,公交相位j綠
燈時間g^,g^+《；否則，相位i綠燈時間4,,=《_,;-&，且公交相位j綠燈 時間《。^g^+^。在此基礎上，判斷當前綠燈相位i是否為屏障前一相位，如
果是，則需確定非公交所在環各相位綠燈時間；如杲不是，則其他相位信號配
時不變。
二具體實施基於搭接相位的主動公交信號優先控制方法 主動公交信號優先控制方法包括主動公交信號優先控制的工作流程及與其 密切相關的綠燈延長和綠燈一是前啟亮兩種方式。綠燈延長即延長相位綠燈時間， 當公交車輛到達交叉口時，若該相位的綠燈信號即將結束，採用延長該相位的 綠燈時間的方法，使公交車輛可以通過交叉口，公交車輛通過交叉口後，控制 系統將恢復原有的信號配時。綠燈提前啟亮即縮短車輛等待綠燈信號的紅燈時 間，在公交車輛到達交叉口時，如果公交車輛通行方向所在的相位處於紅燈狀 態，這時通過壓縮非公交相位使公交相位提前激活達到公交優先的目的。在延 長和提前啟亮控制方式中，公交車輛延長和提前啟亮的時間由各環可壓縮綠燈 時間提供，其範圍不僅要考慮公交所在環各相位極限綠燈時間的約束，還要考 慮非公交所在環各相位極限綠燈時間的約束。信號機對公交車主動優先進行合 理的信號配時，在配時過程中考慮搭接相位的影響，並給出具體的信號配時方 法。
1.主動公交信號優先控制方法的工作流程
參閱圖4，主動公交信號優先控制方法根據公交車不同到達時刻與信號配 時狀態的匹配關係，選擇合適的方式進行公交信號優先控制。其工作流程是
(1 )信號機通過檢測器判斷在"時刻是否檢測到公交申請(是否有公交車 輛到達)，若檢測到公交申請(即有公交車輛到達)，進入下一判斷步驟；若沒 有檢測到公交申請(即沒有公交車輛到達)，返回到檢測下一時刻是否有公交申 請的開始步驟。
(2)當在f。時刻有公交車輛到達檢測器時，判斷在,。時刻即公交車輛到達 檢測器時刻公交相位j'交叉口的信號燈是否為綠燈，若是綠燈，預測公交車到 達交叉口停車線所需時間，並運行綠燈延長控制方式；若不是綠燈，進入下一
18判斷步驟。
(3) 當公交車輛在f。時刻到達檢測器公交相位j交叉口的信號燈不是綠燈 時，判斷在,。時刻即公交車輛到達檢測器時刻公交相位j前一相位是否為綠燈，
若是綠燈，預測^S交車到達交叉口停車線所需時間，並運行提前啟亮控制方式； 若不是綠燈，進入下一判斷步驟。
(4) 不是採用綠燈延長控制方式或者綠燈提前啟亮控制方式，信號機則保 留公交相位j申請，記錄公交相位j的公交申請為1。
2.技術方案中所述的綠燈延長控制方式
參閱圖5，圖中所示綠燈延長控制方式的工作流程
1 )判斷公交車輛從糹企測器到達交叉口停車線所需時間Af是否小於該相位綠 燈剩餘時間t,即A^〈^是不是成立，其中& =丄，L-檢測器與交叉口停車線
V
之間的距離，v-公交車輛的速度。若是，保持原信號配時不變；若不是，進入 下一判斷步驟。
2)實施綠燈延長控制方式的工作流程 (1)確定公交車輛的最大延長時間g
a. 確定各環各壓縮相位的可壓縮綠燈時間g〖，即基礎綠燈時間g。,減去最小 綠燈時間g,，；
g:—相位i可壓縮綠燈時間(s )，為基礎綠燈時間與最小綠燈時間之差， g。,一相位i基礎綠燈時間(s),為未執行公交優先時所採用的相位綠燈
時間；
g,一相位1最小綠燈時間(s )，根據行人過街等因素事先確定；
b. 確定各半環的可壓縮綠燈時間《，即半環內各壓縮相位可壓縮l錄燈時間
之和
/eg
c. 確定半環的可壓縮綠燈時間gm9,即屏障一側的所有半環可壓縮綠燈時間 的最小4直，g^-min(g。；
d. 確定環的可壓縮綠燈時間，即半環的可壓縮綠燈時間之和^>";
e. 確定公交車輛最大延長時間gM ,即環可壓縮綠燈時間與公交相位最大綠燈時間減去基礎綠燈時間中較小的那一個，即^ =min(^>:g，-g。》。
(2)判斷公交車輛所需時間^是否大於最大延長時間^，若是，保持原信
號配時不變；若不是，進入下一步驟；
公交車輛所需時間^為公交車到達停車線時刻^與綠燈結束時刻、之差，
即&=6-、。其中A^。+Af， Af為公交車從^r測器到交叉口停車線的時間，即 "。
V
(3 )確定各環壓縮相位的綠燈時間
a. 確定公交所在環各壓縮相位的綠燈時間
a) 壓縮相位總壓縮綠燈時間&為公交最大延長時間，即& = &。按綠燈時
間比例分配壓縮各相位壓縮綠燈時間，採用四捨五入方法，最後一個相位壓縮 時間為壓縮總時間減去前面相位壓縮時間。
b) 非最後一個壓縮相位的壓縮綠燈時間為
g,i，x^^ + 0.5) (21) 片i
式中1>。,一從公交相位j下一相位至本周期結束可壓縮相位的勤出綠 燈時間(s)之和；
若相位壓縮綠燈時間&,大於相位可壓縮綠燈時間&,，即g^^&,則&,=&, 否則根據式(21)得到相位壓縮綠燈時間。
c) 最後一個壓縮相位的壓縮綠燈時間
d) 公交申請所在環壓縮相位i的綠燈時間《,,為
《w g( p// g>v (23)
式中《,,一相位i優化綠燈時間(s ),執行相位i第k個公交申請後確定的各 相位鄉錄燈時間(s);
b. 確定其他環可壓縮相位綠燈時間a) 根據公交申請所在環的各相位綠燈時間確定出非公交申請半環的半環綠
燈時間《
4 = ￡《， (24)
b) 確定其他環非公交所在半環的綠燈壓縮時間
d《1 (25) 式中《-'為上一次(k-l次)信號配時方案確定時得到的半環綠燈時間(s);
c) 確定其他非公交所在半環的可壓縮相位綠燈時間，確定方法同^^式(21 )、 (22)和(23);
c.確定其他環與公交在同半環的相位綠燈時間
a) 確定公交所在半環綠燈時間gf
g"c-《 (26) 式中c——交叉口周期(s);
g，一第k個公交申請的公交申請所在半環的半環綠燈時間(s):公交申請所處 的兩個屏障間的時間差，即兩屏障間所有相位綠燈時間之和； <_第k個公交申請的公交所在環的非公交半環綠燈時間(s):不是公交申請 所在的兩個屏障之間的綠燈時間；
b) 按綠燈時間
個相位綠燈時間為
間，非最後——
7+i
(27)
若相位綠燈時間C小於相位基礎綠燈時間g。,，即《,一g。,，則《,7g。,，否 則根據式(27)得到相位壓縮綠燈時間g"。最後一個相位綠燈時間為
gXS; (28)
乂+i
3、技術方案中所述的綠燈提前啟亮控制方式
參閱圖6,圖中所示綠燈提前啟亮控制方式的工作流程
1)判斷公交車輛預測行程時間m是否大於當前相位紅燈剩餘時間^,即a/ 〉^是不是成立，其中& =仝，L—全測器與交叉口停車線之間的距離，v-公交
V
車輛的速度。若是，保持原信號配時不變；若不是，進入下一判斷步驟。2 )當預測公交車輛行程時間&不大於當前相位紅燈剩餘時間r,時，判斷當 前相位i是否為屏障前一相位，若是，進入右側步驟，若不是，進入左側步驟；
3) 若當前相位為屏障前一相位；
(1)確定屏障前半環的可壓縮綠燈時間7;,即屏障前各環中各半環的可壓 縮綠燈時間的最小值，7; = min(g;;)，
(2 )判斷/>交相位優先所需時間&即公交相位綠燈啟亮時刻與公交車輛
到達交叉口停車線時刻之差，^,^-^是否大於屏障前半環可壓縮綠燈時間
;，若是，確定屏障前半環壓縮時間為可壓縮綠燈時間7;;若否，確定屏障前半
環壓縮時間為公交優先所需時間gw 。
(3 )確定當前公交所在環各相位綠燈時間
a. 公交所在環公交相位綠燈時間為公交相位基礎綠燈時間加上屏障前半環 壓縮時間，即g".-《+g"
b. 相位i l錄燈時間為相位i基礎綠燈時間減去屏障前相位壓縮時間；即
g。W go/ ，
c. 其他相位^:燈時間不變
(4)確定非/>交所在環各相位綠燈時間
a. 非當前環同公交半環的半環綠燈時間^-gr+^;非最後一個相位綠燈 時間為 《,,=int(g:x， + 0.5) (29)
最後一個相位綠燈時間為
《,,=&-5>，, (30)
b. 非公交環，不屬於公交半環相位綠燈壓縮時間《-gf/-各相位綠燈 時間按公式(29 ) ( 30 )計算。
4) 若當前相位不是屏障前一相位，
a. 確定公交所在環相位i壓縮綠燈時間r2 = &;
b. 然後判斷公交相位(j )優先所需時間^是否大於公交所在半環相位i 可壓縮綠燈時間7;,若是，確定半環可壓縮綠燈時間為相位i可壓縮時間，此
時相位i綠燈時間為《(,=^,-r2,公交相位綠燈時間為g";《+r2,其他相位 綠燈時間保持不變。若否，確定半環可壓縮綠燈時間為公交優先所需時間^，
此時相位i綠燈時間為g"-^,-&，公交相位綠燈時間為其他相 位綠燈時間保持不變。
權利要求
1.一種採用電腦程式的基於搭接相位的主動公交信號優先控制方法，該方法首先是安裝檢測器、信號機、信號燈，並用光纜和電線依次將他們連接起來，其特徵是所述的基於搭接相位的主動公交信號優先控制方法還採用下列步驟1)信號機通過檢測器判斷是否有公交優先申請，即是否有公交車輛到達，若是，進入下一判斷步驟；若不是，返回到是否有公交優先申請的開始判斷步驟；2)信號機根據公交車輛到達檢測器的時刻判斷該時刻公交相位(j)信號燈的燈色是否是綠燈，若是綠燈，預測公交車輛到達交叉口停車線所需時間，採用綠燈延長控制方式；若不是綠燈，進入下一判斷步驟；3)信號機根據公交車輛到達檢測器的時刻公交相位(j)在該時刻信號燈的燈色不是綠燈，判斷公交相位(j)前一相位信號燈的燈色是否是綠燈，若是綠燈，預測公交車輛到達交叉口停車線所需時間，採用綠燈提前啟亮控制方式；若不是綠燈，進入下一判斷步驟；4)不是採用綠燈延長控制方式或者綠燈提前啟亮控制方式，信號機則保留公交相位(j)優先申請為1，循環進行下一輪的重新判斷；所述的綠燈延長控制方式採用下列步驟(1)確定公交相位最大延長綠燈時間(gm)；(2)公交延長申請的決策；(3)各相位綠燈時間的重新分配；所述的綠燈提前啟亮控制方式採用下列步驟(1)判斷公交車輛從檢測器到達交叉口停車線行程時間(Δt)是否大於當前相位紅燈剩餘時間(ts)，若是，保持原信號配時不變；若不是，進入下一判斷步驟；(2)判斷當前相位(i)是否為屏障前一相位，若是，進入確定屏障前半環可壓縮綠燈時間的步驟；若不是，進入確定公交所在半環的相位(i)可壓縮綠燈時間的步驟；(3)若當前相位為屏障前一相位，確定屏障前半環可壓縮綠燈時間(T1)，即T1＝min(grq)；其中grq為屏障前環中各半環的可壓縮綠燈時間；(4)判斷公交相位(j)優先所需時間(gxq)是否大於屏障前半環可壓縮綠燈時間(T1)，若是，確定屏障前半環壓縮時間為可壓縮綠燈時間(T1)；若不是，進入下一判斷步驟；(5)當公交相位(j)優先所需時間(gxq)不大於屏障前半環可壓縮綠燈時間(T1)時，確定屏障前半環壓縮時間為公交優先所需時間gxq；(6)確定當前公交環各相位綠燈時間；(7)確定非公交所在環各相位綠燈時間；(8)若當前相位不是屏障前一相位，確定公交所在半環的相位(i)可壓縮綠燈時間，即T2＝gki，其中gki為相位(i)可壓縮綠燈時間；(9)判斷公交相位(j)優先所需時間(gxq)是否大於公交所在半環的相位(i)可壓縮綠燈時間(T2)，若是，確定相位(i)壓縮綠燈時間為可壓縮時間(T2)，若不是，進入下一判斷步驟；(10)當公交相位(j)優先所需時間(gxq)不是大於公交所在半環的相位(i)可壓縮綠燈時間(T2)時，確定相位(i)壓縮綠燈時間為公交優先所需時間(gxq)；(11)確定公交相位(j)綠燈時間和相位(i)綠燈時間。
2. 按照權利要求1所述的基於搭接相位的主動公交信號優先控制方法，其特徵是所述的確定公交相位最大延長綠燈時間(gm )是指公交相位最大延長綠燈時間(gm )是選取各環所提供的可壓縮綠燈時間與信號機內置相位最大延 長時間中較小的一個即gm=min^>m9,g，x-g。;) (1)式中g。,一相位i勤出綠燈時間，單位為s，為未執行公交優先時所採用的相位綠燈時間，當表示公交相位時，相應標號可用j替代；g,mm—相位i最小綠燈時間，單位為s,根據行人過街等因素事先確定； g^一半環q最大綠燈延長時間，單位為s，為半環可壓縮綠燈最小值，即^一環P中半環q可壓縮鄉錄燈時間，單位為S,為半環內可壓縮相位症錄燈時間之和；^ = I>fa;^'一相位i可壓縮綠燈時間，單位為s，為基礎綠燈時間與最小綠燈時間9 Si' - g。i - &min ,g,max一相位i極限綠燈時間，單位為S,為相位所能容忍的最大綠燈時間， 為信號:內置參數。
3. 按照權利要求1所述的基於搭接相位的主動公交信號優先控制方法，其 特徵是所述的公交延長申請的決策採用下列步驟1)根據公交車到達交叉口停車線的時刻，確定公交延長所需時間(gxy)為公交車到達停車線時刻(^)與綠燈結束時刻(、)之差，即^^-、；其 中A/為公交車從檢測器到交叉口停車線的時間；/。為公交車到達檢測器的時刻；2)判斷是不是^>^,如果是，則信號配時不變；否則就需延長綠燈時間， 進入各相位綠燈時間重新分配的步驟。
4.按照權利要求l所述的基於搭接相位的主動公交信號優先控制方法，其 特徵是所述的各相位綠燈時間的重新分配採用下列步驟1)確定公交所在環各壓縮相位的綠燈時間(1)壓縮相位總壓縮綠燈時間&為公交延長最大時間，即&=^。按綠燈時間比例分配壓縮各相位壓縮綠燈時間，採用四捨五入方法，最後一個相位壓縮時間為壓縮總時間減去前面相位壓縮時間；(2 )非最後一個壓縮相位的壓縮綠燈時間&為^=int(gyx^~ + 0.5) (2)式中1>。,一從公交相位j下一相位至本周期結束可壓縮相位的基礎綠燈時間之和，單<立為s;若相位壓縮綠燈時間&,大於相位可壓縮綠燈時間&,即&,》&,,則^. = &, 否則根據公式(2)得到相位壓縮綠燈時間&,; (3 )最後一個壓縮相位的壓縮綠燈時間川(4 )公交申請所在環壓縮相位i的綠燈時間《,,為^"qp"' gopU g少/ ( 4 )式中《,,一相位i優化綠燈時間(s ),執行相位i第k個公交申請後確定的各 相位鄉錄燈時間；2)確定其他環可壓縮相位綠燈時間(1 )根據公交申請所在環的各相位綠燈時間確定出非公交申請半環的半環 綠燈時間《，即從公交相位(j )下一相位至周期結束各相位優化綠燈時間之和；~ = S ( 5 )(2 )確定其他環非公交所在半環的綠燈壓縮時間&式中gj-'為上一次(k-l次)信號配時方案確定時得到的半環綠燈時間， 單位為s;(3)確定其他非公交所在半環的可壓縮相位綠燈時間，確定方法和第1) 步驟中的第(2)、 (3)與(4)步驟相同；3)確定其他環與公交在同半環的相位綠燈時間 (1)確定公交所在半環綠燈時間g:formula see original document page 5式中c一一交叉口周期(s);g:—第k個公交申請的公交申請所在半環的半環綠燈時間，單位為s二《一第k個公交申請的公交所在環的非公交半環綠燈時間，單位為s二一個相位綠燈時間為formula see original document page 5若相位綠燈時間C小於相位l^出綠燈時間g。,，即g"〉g。,，則《,g。,，否則根據公式得到相位壓縮綠燈時間《,,； 最後一個相位綠燈時間formula see original document page 5
5.按照權利要求1所述的基於搭接相位的主動公交信號優先控制方法，其 特徵是所述的判斷當前相位U)是否為屏障前一相位採用下列步驟 1)若當前相位(i )為屏障前一相位(1)確定屏障前半環的可壓縮綠燈時間《，即屏障前各環中各半環的可壓 縮綠燈時間的最小值，7^min(《)；(2 )判斷公交相位優先所需時間&即公交相位綠燈啟亮時刻與公交車輛 到達交叉口停車線時刻值差，&=^一,是否大於屏障前半環可壓縮綠燈時間 7;,若是，確定屏障前半環壓縮時間為可壓縮綠燈時間？;；若否，確定屏障前半 環壓縮時間為公交優先所需時間&;(3 )確定當前公交所在環各相位綠燈時間a.公交所在環公交相位綠燈時間為公交相位基礎綠燈時間加上屏障前半環壓縮時間，即formula see original document page 6b. 相位i綠燈時間為相位i基礎綠燈時間減去屏障前相位壓縮時間即c. 其他相位綠燈時間不變；(4)確定非公交所在環各相位綠燈時間a. 非當前環同公交半環的半環綠燈時間^ + 非最後一個相位綠燈 時間為formula see original document page 6最後一個相位綠燈時間為formula see original document page 6(ii)b. 非公交環，不屬於公交半環相位綠燈壓縮時間《=《-&，各相位綠燈時間按公式(10) (11)計算；2)若當前相位(i)不是屏障前一相位 (1)確定公交所在環相位i壓縮綠燈時間r2 =gfe;(2 )然後判斷公交相位(j)優先所需時間^是否大於公交所在半環可壓 縮綠燈時間7;,若是，確定半環可壓縮綠燈時間為可壓縮時間，此時相位i綠 燈時間為《,,=^,-r2,公交相位綠燈時間為g:-《+7;,其他相位綠燈時間保 持不變；若否，確定半環可壓縮綠燈時間為公交優先所需時間&,此時相位i 綠燈時間為《,,=^,-公交相位綠燈時間為其他相位綠燈時間 保持不變。
全文摘要
本發明公開了採用電腦程式的基於搭接相位的主動公交信號優先控制方法。旨在克服對搭接相位考慮不足的問題。該方法步驟1)信號機通過檢測器判斷是否有公交車輛達到，若是，進入下一判斷步驟，不是，返回到開始判斷步驟。2)信號機根據公交車輛到達檢測器的時刻判斷公交相位(j)信號燈是否是綠燈，是綠燈，預測到達停車線所需時間，採用綠燈延長控制方式，不是綠燈，進入下一判斷步驟。3)信號機判斷公交相位(j)前一相位信號燈是否是綠燈，是綠燈，預測公交車輛到達停車線所需時間，採用綠燈提前啟亮控制方式，不是綠燈，進入下一判斷步驟。4)不是兩種控制方式，信號機則保留公交相位(j)優先申請為1，循環進行下一輪的重新判斷。
文檔編號G08G1/07GK101561971SQ20091006705
公開日2009年10月21日 申請日期2009年6月4日 優先權日2009年6月4日
發明者宋現敏, 曲昭偉, 慧 朱, 鳳 李, 李志慧, 王殿海, 胡宏宇, 盛 金, 陳永恆, 巍 魏 申請人:吉林大學