一種具有公交優先的城市路網交通流智能協調控制方法
2023-12-05 10:23:36 3
專利名稱：一種具有公交優先的城市路網交通流智能協調控制方法
技術領域：
本發明涉及自動控制技術領域中的交通控制方法，具體地說涉及一種具有 公交優先的城市路網交通流智能協調控制方法。
背景技術：
大中城市的道路交通網絡通常包含成百上千個路口 ，如此龐大複雜的交通 網絡必須通過有序的交通信號來控制車輛通行。多路口的交通網絡存在路口之 間交通流的相互影響，僅考慮單路口的通行問題無法使整個網絡達到最佳的通 行狀態。在複雜的時變交通環境下，提高路口之間交通信號的協調以增加整個 路網的通行能力是路網交通信號控制的關鍵。近年來，國內外許多專家和學者 致力於開發新的交通信號控制技術，人工智慧是新的研究方向之一，這是因為 人工智慧在複雜系統的定性建模和控制上富有成效。然而，當前基於人工智慧 的交通控制研究大多數集中在簡單的交通環境中，如單路口控制和城市幹線控 制，而一些路網協調控制算法，由於計算複雜，實時性差，很難在在實際中應 用。
公共運輸作為一種社會群體型交通，具有人均佔用道路面積少、運量大、 效率高等優點，是城市交通的首選方式。借鑑國內外解決城市交通問題的經驗， 在交通信號控制中實施公交優先是解決城市交通問題的有效方法之一。國內外 對公交優先的規劃、控制和管理已作了大量研究，取得了一定的成果，但研究 範圍大多集中在單路口的公交專用道設置和公交優先控制模式上，對公交優先 與路網協調控制的結合缺乏深入研究。本發明在當前無法有效降低社會車輛使 用率的前提下，研究將公交優先技術與路網協調技術結合起來，既減少公交車 輛的平均行程時間，又儘可能減少其它社會車輛的延誤，具有重要意義。
發明內容
本發明的目的是克服現有技術的不足，提供一種具有公交優先的城市路網 交通流智能協調控制方法。它通過相鄰路口智能信號控制機的信息交互和協調， 實現整個路網交通流的協調和公交優先通行。
具有公交優先的城市路網交通流智能協調控制方法是在每個路口設置一 個智能信號控制機，通過相鄰路口智能信號控制機之間的協調達到交通網絡優
化控制與公交優先的目的；所述的智能信號控制機至少包括下列模塊-
l)本地路口信號控制模塊根據本地車輛達到信息和相鄰路口車輛排隊、公交車輛到達和當前綠燈相位的信息，經過智能決策，確定當前本地路口各個信
號相位的信號燈顏色；
2) 相鄰路口信息處理模塊實時收集相鄰路口智能信號控制機發送過來的當 前該路口綠燈相位和車輛排隊信息，結合由本地車輛到達信息，按照預設的原 則隨時更新從相鄰路口駛向本地路口的車隊信息；
3) 通信模塊按照預設的通信語言和規則通過網絡與相鄰路口智能信號控制 機交換當前車輛排隊與綠燈相位信息；
4) 本地車輛信息處理模塊隨時將獲得的原始車輛信息加工成為與信號配時 決策直接相關的數據；
5) 社會車輛檢測模塊實時檢測路段上社會車輛的通行信息；
6) 公交車輛檢測與定位模塊實時檢測路段上公交車輛的通行信息。 所述的本地路口信號控制模塊至少包括下列子模塊
a) 公交優先模塊根據當前綠燈相位下公交車輛的到達情況和下一個待放行 的紅燈相位下公交車輛排隊等候情況，來決定哪一個相位下的公交車輛優先放 行；
b) 綠燈觀察模塊根據當前路口綠燈相位和相鄰的下遊路口的交通情況，來 決定停止當前綠燈相位還是繼續當前綠燈相位；
C)相位切換模塊根據公交優先模塊的輸出和綠燈觀察模塊的輸出，來衡量 是否將放行相位切換到由下一個待放行的紅燈相位。 所述的公交優先模塊
公交優先模塊輸出一個叫優先權戶的變量，屍表示當前綠燈相位下的公交 車輛相對於下一個待放行的紅燈相位下公交車輛優先通行的需求；
公交優先模塊是一個兩輸入單輸出模糊決策模塊，輸入包括C『T和7V^T， CWT表示當前綠燈相位所控制的所有路段進路中距離路口最近的行進中的公交 車到達路口停止線所需的時間，其語言值為Z、 S、 Jl/、丄，如果該路段進路同 時有多輛公交車在行進中，則取所需時間最小的公交車，iN^T為下一個待放行 的紅燈相位所控制的所有路段進路中排隊等候通行的公交車目前總累計等候時 間，其語言值為Z、 KS、 S、 M、 ￡、 FL如果該相位同時有多輛公交車排隊等 候，則取所有公交車的累計等候時間之和，輸出為優先權屍，其語言值為iV5、 iVM、 A/iS、 Z、 M、 PM、屍5,如果優先權取值為正，則表示當前綠燈相位所控 制的路段進路上行進中的公交車要優先通行，其值越大則該公交車到達路口時 間越短，也就是優先權越大；如果優先權取值為負，則表示下一個待放行的紅燈相位所控制的路段進路中排隊等候的公交車要優先通行，其值越小表示該相 位下公交車等候時間越久，優先權越大；
公交優先模塊模糊規則的基本規則是屍反比於CfFT和A^T，也就是說， 如果當前綠燈相位所控制的路段進路有公交車很快就要達到路口 ，或下一個待 放行的紅燈相位所控制的路段進路公交車排隊等候的時間很短，則優先權為正 大，應該適當延長當前相位的綠燈時間讓行進中的公交車不停車地通過路口。
所述的綠燈觀察模塊
綠燈觀察模塊輸出一個叫停止度的變量，表示停止當前綠燈相位放 行的可能性；
綠燈觀察模塊以和i^VO^作為模糊輸入，表示當前綠燈相位車隊 有效佔用綠燈增加時間比，其語言值r丄、丄、仏F//，設f為當前放行相位己
執行的綠燈時間，^m為相位基本綠燈時間，在該相位綠燈信號開始前確定，使
該相位下排隊等候的車輛能一次性通過路口 ， A和^為當前相位下某一進路最靠 近路口的車隊中首車和尾車按當前的行車速度分別達到路口停止線的時間，
和^x為相位的固定的最小和最大綠燈時間，其中^n是為了使車輛和行人安全 地通過路口， ^t為相位初始綠燈時間，其值等於max(U，Qm); ^d為當前相位
下某一進路所需追加的綠燈時間，當糹-^t後，智能信號控制機分別計算^和^， 按照累計綠燈時間不大於/自和最大限度保證車隊不停車通過路口原則，計算每 個車道的預計增加綠燈時間Qd，如果^+"L，則U^皿-"否則U^， 各車道的車隊有效佔用綠燈增加時間比r為r = ^add -^)/fadd ，從各車道的r中選 取最大值r^作為7 "te。 W"fe越小，表示綠燈延長時間效率越低，則當前相位綠 燈延長的可能性越小，FAAO^為與當前綠燈相位所影響的相鄰路口間的車輛數， 它反映相鄰路口間的耦合，其語言值為F、 M、 F，輸出是當前綠燈相位的停 止度SD，用來衡量是否該停止當前該車道的放行，其語言值M M， r;
綠燈觀察模塊模糊規則的基本規則是如果當前綠燈相位有效佔用綠燈增 加時間比較小，或相鄰路口間的車輛數較多，那麼應該停止當前綠燈相位的放 行。
所述的相位切換模塊
相位切換模塊的輸入分別是公交優先模塊的輸出戶和綠燈觀察模塊的輸出 SD，輸出是相位切換權Si ，用來衡量是否該將放行相位切換到由下一個待放行
的紅燈相位，其語言值w和r，如果清晰化後的切換度大於某一設定的閥值，
那麼智能信號控制機就切換當前的綠燈相位到下一個待放行的紅燈相位；相位切換模塊模糊規則的基本規則是如果當前綠燈相位中有公交車或有 行進中的社會車隊很快就要到達路口停止線，那麼繼續延長放行當前綠燈相位。 所述的本地路口信號控制模塊的決策過程至少包括下列步驟
d) 當本相位由紅燈變為綠燈時，根據本相位所控制的車道車輛排隊情況，以 單車道最大排隊車輛數位參考值，再根據車輛啟動、加速、跟車等經驗數據， 確定本相位的基礎綠燈時間"m，然後結合本相位的最小綠燈時間^n，計算本
相位的初始綠燈時間^t，因此初始綠燈時間既能使排隊車輛能順利通過路口，
又確保非機動車和行人安全通過路口 ；
e) 當前綠燈相位的綠燈時間累計達到或超過初始綠燈時間時，判斷當前相位
所控制的路段進路中是否有正在消散的車隊或正在通過路口的公交車輛，如果
有則將當前相位綠燈時間延長2秒並重複步驟e)，否則經入信號配時決策的步
'f)根據相鄰路口信息處理模塊和本地車輛信息處理模塊提供的信息，進行智 能決策，確定是否進行相位切換，如果決策結果為相位切換，則進入步驟g)，
如果決策過程為延長當前綠燈時間，繼續延長綠燈時間/^nd-Z，設當前綠燈相
位控制路段進路上行進中的公交車輛按照現在的速度到達路口停止線為^,，綠 燈觀察模塊確定的車道最大預計增加綠燈時間《dd ，則
"nd =瓜一 + 111一^,0，^),當綠燈延長時間運行完畢後，進入步驟g);
g)通行權切換給下一個待放行的紅燈相位，並返回步驟d)。
本發明同時綜合考慮當前路口行進中的公交車輛到達路口時間和排隊等候 公交車輛的延誤時間，在不降低路口綠燈時間使用效率的前提下實現了公交優 先通行。在當前無法有效降低私家車使用率的形勢下，將公交優先技術與路網 協調技術結合起來，既減少公交車輛的平均行程時間，又儘可能不增加其它社 會車輛的延誤，是解決城市交通擁堵問題的一種有效的方法。
圖1為城市路網中路口間車隊狀態示意圖； 圖2為車輛檢測器安裝示意圖； 圖3為交叉口實現公交優先機制的示意圖； 圖4為智能信號控制機結構圖。
具體實施例方式
具有公交優先的城市路網交通流智能協調控制方法是在每個路口設置一 個智能信號控制機，通過相鄰路口智能信號控制機之間的協調達到交通網絡優
8化控制與公交優先的目的；所述的智能信號控制機至少包括下列模塊
l)本地路口信號控制模塊根據本地車輛達到信息和相鄰路口車輛排隊、公
交車輛到達和當前綠燈相位的信息，經過智能決策，確定當前本地路口各個信
號相位的信號燈顏色；
2灘鄰路口信息處理模塊實時收集相鄰路口智能信號控制機發送過來的當
前該路口綠燈相位和車輛排隊信息，結合由本地車輛到達信息，按照預設的原
則隨時更新從相鄰路口駛向本地路口的車隊信息；
3) 通信模塊按照預設的通信語言和規則通過網絡與相鄰路口智能信號控制 機交換當前車輛排隊與綠燈相位信息；
4) 本地車輛信息處理模塊隨時將獲得的原始車輛信息加工成為與信號配時
決策直接相關的數據；
5) 社會車輛檢測模塊實時檢測路段上社會車輛的通行信息；
6) 公交車輛檢測與定位模塊實時檢測路段上公交車輛的通行信息。 所述的本地路口信號控制模塊至少包括下列子模塊
a) 公交優先模塊根據當前綠燈相位下公交車輛的到達情況和下一個待放行 的紅燈相位下公交車輛排隊等候情況，來決定哪一個相位下的公交車輛優先放 行；
b) 綠燈觀察模塊根據當前路口綠燈相位和相鄰的下遊路口的交通情況，來 決定停止當前綠燈相位還是繼續當前綠燈相位；
C)相位切換模塊根據公交優先模塊的輸出和綠燈觀察模塊的輸出，來衡量 是否將放行相位切換到由下一個待放行的紅燈相位。 所述的公交優先模塊-
公交優先模塊輸出一個叫優先權戶的變量，屍表示當前綠燈相位下的公交 車輛相對於下一個待放行的紅燈相位下公交車輛優先通行的需求；
公交優先模塊是一個兩輸入單輸出模糊決策模塊，輸入包括CffT和A^T，
c『r表示當前綠燈相位所控制的所有路段進路中距離路口最近的行進中的公交
車到達路口停止線所需的時間，其語言值為Z、 S、 M、 L，如果該路段進路同
時有多輛公交車在行進中，則取所需時間最小的公交車，iVfFT為下一個待放行 的紅燈相位所控制的所有路段進路中排隊等候通行的公交車目前總累計等候時 間，其語言值為Z、 F5"、 S、 M、 Z、 FL如果該相位同時有多輛公交車排隊等 候，則取所有公交車的累計等候時間之和，輸出為優先權屍，其語言值為iV5、 iVM、 A^S、 Z、 M、 /W、如果優先權取值為正，則表示當前綠燈相位所控制的路段進路上行進中的公交車要優先通行，其值越大則該公交車到達路口時 間越短，也就是優先權越大；如果優先權取值為負，則表示下一個待放行的紅 燈相位所控制的路段進路中排隊等候的公交車要優先通行，其值越小表示該相 位下公交車等候時間越久，優先權越大；
公交優先模塊模糊規則的基本規則是戶反比於C^和A^T，也就是說， 如果當前綠燈相位所控制的路段進路有公交車很快就要達到路口 ，或下一個待 放行的紅燈相位所控制的路段進路公交車排隊等候的時間很短，則優先權為正 大，應該適當延長當前相位的綠燈時間讓行進中的公交車不停車地通過路口。
所述的綠燈觀察模塊
綠燈觀察模塊輸出一個叫停止度的變量，5 表示停止當前綠燈相位放 行的可能性；
綠燈觀察模塊以和FWCar作為模糊輸入，表示當前綠燈相位車隊 有效佔用綠燈增加時間比，其語言值PX、丄、仏W/，設t為當前放行相位己 執行的綠燈時間，"^為相位基本綠燈時間，在該相位綠燈信號開始前確定，使 該相位下排隊等候的車輛能一次性通過路口 ， ^和/2為當前相位下某一進路最靠 近路口的車隊中首車和尾車按當前的行車速度分別達到路口停止線的時間，
禾口、ax為相位的固定的最小和最大綠燈時間，其中是為了使車輛和行人安全 地通過路口， U為相位初始綠燈時間，其值等於maxU^); ^為當前相位
下某一進路所需追加的綠燈時間，當f-、it後，智能信號控制機分別計算A和^， 按照累計綠燈時間不大於、M和最大限度保證車隊不停車通過路口原則，計算每
個車道的預計增加綠燈時間^d，如果G+"l，貝化dn-"否則^d^， 各車道的車隊有效佔用綠燈增加時間比r為r=fcdd -0/fadd ，從各車道的r中選 取最大值r皿作為i "fe。 i^fe越小，表示綠燈延長時間效率越低，則當前相位綠
燈延長的可能性越小，i^V07r為與當前綠燈相位所影響的相鄰路口間的車輛數， 它反映相鄰路口間的耦合，其語言值為F、 M、 F，輸出是當前綠燈相位的停 止度SD，用來衡量是否該停止當前該車道的放行，其語言值W， Jl/， 7;
綠燈觀察模塊模糊規則的基本規則是如果當前綠燈相位有效佔用綠燈增 加時間比較小，或相鄰路口間的車輛數較多，那麼應該停止當前綠燈相位的放 行。
所述的相位切換模塊
相位切換模塊的輸入分別是公交優先模塊的輸出P和綠燈觀察模塊的輸出
^SD，輸出是相位切換權57 ，用來衡量是否該將放行相位切換到由下一個待放行的紅燈相位，其語言值7V和y，如果清晰化後的切換度大於某一設定的閥值， 那麼智能信號控制機就切換當前的綠燈相位到下一個待放行的紅燈相位；
相位切換模塊模糊規則的基本規則是如果當前綠燈相位中有公交車或有 行進中的社會車隊很快就要到達路口停止線，那麼繼續延長放行當前綠燈相位。
所述的本地路口信號控制模塊的決策過程至少包括下列步驟
d) 當本相位由紅燈變為綠燈時，根據本相位所控制的車道車輛排隊情況，以 單車道最大排隊車輛數位參考值，再根據車輛啟動、加速、跟車等經驗數據，
確定本相位的基礎綠燈時間^m，然後結合本相位的最小綠燈時間/min，計算本
相位的初始綠燈時間^it，因此初始綠燈時間既能使排隊車輛能順利通過路口，
又確保非機動車和行人安全通過路口 ；
e) 當前綠燈相位的綠燈時間累計達到或超過初始綠燈時間時，判斷當前相位
所控制的路段進路中是否有正在消散的車隊或正在通過路口的公交車輛，如果
有則將當前相位綠燈時間延長2秒並重複步驟e)，否則經入信號配時決策的步 驟f);
f) 根據相鄰路口信息處理模塊和本地車輛信息處理模塊提供的信息，進行智 能決策，確定是否進行相位切換，如果決策結果為相位切換，則進入步驟g)，
如果決策過程為延長當前綠燈時間，繼續延長綠燈時間^te。d-f，設當前綠燈相 位控制路段進路上行進中的公交車輛按照現在的速度到達路口停止線為^s ，綠
燈觀察模塊確定的車道最大預計增加綠燈時間《，則
"nd = min(f + max(、，《)，^)，當綠燈延長時間運行完畢後，進入步驟g);
g) 通行權切換給下一個待放行的紅燈相位，並返回步驟d)。
如圖1所示，車道內的車隊可分為3類正在消散的車隊、行駛在途中的 車隊和正在形成的車隊。在本地路口 A，當前綠燈相位所控制的車道中1號車 正在通過路口停止線進入路口 A內，該車和緊隨其後的2號與3號車所形成的 車隊屬於正在消散的車隊；在路口B， 7、 8、 9號車正在向路口A行駛，其中7 號車已進入路段，8號與9號車還在路口B中，這3輛車所構成的車隊屬於正在 形成的車隊；中間5、 6、 7號車是在路口B的前一次綠燈時間中通過路口B進 入路段的，該車隊屬於行駛在途中的車隊。
如圖2所示，交通信息對智能信號控制機的實時控制效果起著至關重要的 作用。本發明假定每個交叉口的每條進口道上都安裝有兩個感應線圈檢測器， 一個安裝在靠近停止線後，另外一個安裝在車道上遊停止線一定的距離後。每 個檢測器應能計算出經過的車輛數。公交車輛檢測器採用射頻形式，發射裝置
ii安裝在公交車上，接收裝置放置在路邊，如果兩相鄰交叉口間有公交車站，接 受裝置則在車站下遊處，否則就在兩相鄰交叉口的正中間。
如圖3所示，公交優先包括空間優先和時間優先。公交專用道和公交優先 等候區從空間上實現公交優先，具有公交優先的智能交通控制策略能夠從時間 上保證公交優先。公交專用道由公交車輛專用，社會車輛不允許進入。當前相 位為紅燈時，社會車輛在停車線後排隊，不允許進入公交優先等候區，而此時 公交車輛可以從右轉車道進入公交專用等候區，右轉車輛可以自由通過交叉口 。 當左轉提示信號開始時，排隊的公交車輛進入左轉待駛區。左轉預信號開始後， 等候的社會車輛進入公交優先等候區，並排在公交車輛的後面。左轉信號開始 後，公交車輛與社會車輛依次通過交叉口。直行時公交優先的模式與左轉時類 似。通常情況下，預信號和提示信號同時啟動。
如圖4所示，按照分布式控制原則，本發明在每個路口設置一個智能信號 控制機，通過相鄰路口智能信號控制機之間的協調達到交通網絡控制優化的目 的。智能信號控制機由本地路口信號控制模塊、相鄰路口信息處理模塊、通信 模塊、本地車輛信息處理模塊、社會車輛檢測模塊、公交車輛檢測與定位模塊6 個主要部分組成。
本地路口信號控制模塊根據本地車輛信息處理模塊提供的路段車輛達到信 息和經過相鄰路口信息處理模塊處理過的相鄰路口車輛排隊、公交車輛達到和 當前綠燈相位的信息，經過智能決策，確定當前本地路口各個信號相位的信號 燈顏色，與此同時，經過通信模塊向相鄰路口的智能信號控制機發送本地路口 當前綠燈相位和車輛通過信息。相鄰路口信息處理模塊實時收集相鄰路口智能 信號控制機發送過來的當前該路口綠燈相位和車輛排隊信息，結合由本地車輛 信息處理模塊發送來的路段車輛到達信息，按照預設的原則隨時更新從相鄰路 口駛向本地路口的車隊信息，並實時將這些車隊信息提供給本地路口信號控制 模塊。通信模塊按照預設的通信語言和規則通過網絡與相鄰路口智能信號控制 機交換當前車輛排隊與綠燈相位信息。本地車輛信息處理模塊隨時將從社會車 輛檢測模塊和公交車輛檢測與定位模塊獲得的原始車輛信息加工成為與信號配 時決策直接相關的數據，並將這些數據提供給本地路口信號控制模塊和相鄰路 口信息處理模塊。公交車輛檢測與定位模塊和社會車輛檢測模塊分別實時檢測 路段上公交車輛和其他社會車輛的通行信息並提供給本地車輛信息處理模塊進 一步處理。
本地路口信號控制模塊包括三個子模塊公交優先模塊，綠燈觀察模塊和相位切換模塊，智能信號控制機能根據實際交通狀態動態改變信號周期和綠信 比。
l.公交優先模塊
公交優先模塊根據當前綠燈相位下公交車輛的到達情況和下一個待放行的 紅燈相位下公交車輛排隊等候情況，來決定哪一個相位下的公交車輛該優先放
行。它輸出一個叫優先權屍(Priority)的變量，戶表示當前綠燈相位下的公交車輛 相對於下一個待放行的紅燈相位下公交車輛優先通行的需求。
公交優先模塊是一個兩輸入單輸出模糊決策模塊，輸入包括CPFT和AT^，
c『r表示當前綠燈相位所控制的所有路段進路中距離路口最近的行進中的公交
車到達路口停止線所需的時間，其語言值為Z(零)、《短)、M(中)、"長)。如 果該路段進路同時有多輛公交車在行進中，則取所需時間最小的公交車。iv『r 為下一個待放行的紅燈相位所控制的所有路段進路中排隊等候通行的公交車目 前總累計等候時間，其語言值為Z(零)、FS(很短)、5"(短)、M(中)、丄(長)、F丄(很 長)。如果該相位同時有多輛公交車排隊等候，則取所有公交車的累計等候時間 之和。輸出為戶，表示優先權，其語言值為7VS(負大)、iV^/(負中)、iV5(負小)、
z(零)、屍《正小)、z^r(正中)、屍b(正大)。如果優先權取值為正，則表示當前綠
燈相位所控制的路段進路上行進中的公交車要優先通行，其值越大則該公交車
到達路口時間越短，也就是優先權越大；如果優先權取值為負，則表示下一個 待放行的紅燈相位所控制的路段進路中排隊等候的公交車要優先通行，其值越 小表示該相位下公交車等候時間越久，優先權越大。
公交優先模塊的模糊規則是這樣的屍反比於CWT和A^T，也就是說，如 果當前綠燈相位所控制的路段進路有公交車很快就要達到路口 ，或下一個待放 行的紅燈相位所控制的路段進路公交車排隊等候的時間很短，則優先權為正大， 應該適當延長當前相位的綠燈時間讓行進中的公交車不停車地通過路口。公交 優先模塊有17條模糊規則，表1列舉了部分規則。
表1公交優先模塊的部分規則
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12 3 4 5 62i錄燈觀察模塊
綠燈觀察模塊根據當前路口綠燈相位和相鄰的下遊路口的交通情況，來決
定是停止當前綠燈相位還是繼續當前綠燈相位。它輸出一個叫停止度5D(Stop Degree)的變量，SD表示停止當前綠燈相位放行的可能性。
綠燈觀察模塊以/ "te和FWCw作為模糊輸入。表示當前綠燈相位車隊
有效佔用綠燈增加時間比，其語言值rz(很低)、丄(低)、//(高)、F/Z(很高)。設
^為當前放行相位已執行的綠燈時間；^em為相位基本綠燈時間，在該相位綠燈 信號開始前確定，使該相位下排隊等候的車輛能一次性通過路口； A和^為當 前相位下某一進路最靠近路口的車隊中首車和尾車按當前的行車速度分別達到
路口停止線的時間；^m和f自為相位的固定的最小和最大綠燈時間，其中^ 是
為了保證若干輛汽車和行人等安全地通過路口； ^t為相位初始綠燈時間，其值 等於max(^。,^J; Qd為當前相位下某一進路所需追加的綠燈時間。當^ = /^後， 智能信號控制機分別計算^和^ ,按照累計綠燈時間不大於^^和最大限度保證 車隊不停車通過路口原則，計算每個車道的預計增加綠燈時間U。如果
G+f〉,隨，則^dd-^ax-"否則"=~。各車道的車隊有效佔用綠燈增加時間
比r為^^d-0/^d，從各車道的r中選取最大值 u作為i^fe。 /toe越小， 表示綠燈延長時間效率越低，則當前相位綠燈延長的可能性越小。^FWC"r為與 當前綠燈相位所影響的相鄰路口間的車輛數，它反映相鄰路口間的耦合，其語 言值為F(少)、M(中)、R多)。輸出是當前綠燈相位的停止度6D，用來衡量 是否該停止當前該車道的放行，其語言值iV(否)，M(可能)，y(是)。
需要著重強調的是的模糊劃分對於路口交通信號控制效果具有及其重 要的影響，必須確保路口信號綠燈時間的利用率維持在合理水平之上。綠燈觀 察模塊的模糊規則是這樣的如果當前綠燈相位有效佔用綠燈增加時間比較小，
或相鄰路口間的車輛數較多，那麼應該停止當前綠燈相位的放行。綠燈觀察模
塊有27條模糊規則，表2列舉了部分規則。
表2綠燈觀察模塊的部分規則
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2
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...... ..> > >.相位切換模塊的輸入分別是公交優先模塊的輸出戶和綠燈觀察模塊的輸出
SD。輸出是相位切換權S及(SwitchRight),用來衡量是否該將放行相位切換到由 下一個待放行的紅燈相位，其語言值W(否)和r(是)，如果清晰化後的切
換度大於某一設定的閥值，那麼智能信號控制機就切換當前的綠燈相位到下一 個待放行的紅燈相位。
相位切換模塊有17條規則，表3列舉了部分規則。其基本思想是如果當
前綠燈相位中有公交車，或有行進中的社會車隊很快就要達到路口停止線，那 麼繼續延長放行當前綠燈相位。
表3相位切換模塊的部分規則
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權利要求
1.一種具有公交優先的城市路網交通流智能協調控制方法，其特徵在於在每個路口設置一個智能信號控制機，通過相鄰路口智能信號控制機之間的協調達到交通網絡優化控制與公交優先的目的；所述的智能信號控制機至少包括下列模塊1)本地路口信號控制模塊根據本地車輛達到信息和相鄰路口車輛排隊、公交車輛到達和當前綠燈相位的信息，經過智能決策，確定當前本地路口各個信號相位的信號燈顏色；2)相鄰路口信息處理模塊實時收集相鄰路口智能信號控制機發送過來的當前該路口綠燈相位和車輛排隊信息，結合由本地車輛到達信息，按照預設的原則隨時更新從相鄰路口駛向本地路口的車隊信息；3)通信模塊按照預設的通信語言和規則通過網絡與相鄰路口智能信號控制機交換當前車輛排隊與綠燈相位信息；4)本地車輛信息處理模塊隨時將獲得的原始車輛信息加工成為與信號配時決策直接相關的數據；5)社會車輛檢測模塊實時檢測路段上社會車輛的通行信息；6)公交車輛檢測與定位模塊實時檢測路段上公交車輛的通行信息。
2. 如權利要求1所述的一種具有公交優先的城市路網交通流智能協調控制 方法，其特徵在於所述的本地路口信號控制模塊至少包括下列子模塊a) 公交優先模塊根據當前綠燈相位下公交車輛的到達情況和下一個待放行的紅燈相位下公交車輛排隊等候情況，來決定哪一個相位下的公交車輛優先放 行；b) 綠燈觀察模塊根據當前路口綠燈相位和相鄰的下遊路口的交通情況，來 決定停止當前綠燈相位還是繼續當前綠燈相位；c) 相位切換模塊根據公交優先模塊的輸出和綠燈觀察模塊的輸出，來衡量 是否將放行相位切換到由下一個待放行的紅燈相位。
3. 如權利要求2所述的一種具有公交優先的城市路網交通流智能協調控制 方法，其特徵在於所述的公交優先模塊公交優先模塊輸出一個叫優先權P的變量，P表示當前綠燈相位下的公交車輛相對於下一個待放行的紅燈相位下公交車輛優先通行的需求；公交優先模塊是一個兩輸入單輸出模糊決策模塊，輸入包括c『r和A^r，C^T表示當前綠燈相位所控制的所有路段進路中距離路口最近的行進中的公交車到達路口停止線所需的時間，其語言值為Z、 S、 Jl/、 ￡，如果該路段進路同時有多輛公交車在行進中，則取所需時間最小的公交車，A^T為下一個待放行的紅燈相位所控制的所有路段進路中排隊等候通行的公交車目前總累計等候時間，其語言值為z、 ks、 s、 ^r、 z、 fl如果該相位同時有多輛公交車排隊等候，則取所有公交車的累計等候時間之和，輸出為優先權屍，其語言值為A^、iVM、 A/51、 Z、 M、屍M、屍A如果優先權取值為正，則表示當前綠燈相位所控 制的路段進路上行進中的公交車要優先通行，其值越大則該公交車到達路口時 間越短，也就是優先權越大；如果優先權取值為負，則表示下一個待放行的紅 燈相位所控制的路段進路中排隊等候的公交車要優先通行，其值越小表示該相 位下公交車等候時間越久，優先權越大；公交優先模塊模糊規則的基本規則是P反比於C『r和A^T，也就是說， 如果當前綠燈相位所控制的路段進路有公交車很快就要達到路口，或下一個待 放行的紅燈相位所控制的路段進路公交車排隊等候的時間很短，則優先權為正 大，應該適當延長當前相位的綠燈時間讓行進中的公交車不停車地通過路口。
4.如權利2所述的一種具有公交優先的城市路網交通流智能協調控制方 法，其特徵在於所述的綠燈觀察模塊綠燈觀察模塊輸出一個叫停止度的變量，表示停止當前綠燈相位放 行的可能性；綠燈觀察模塊以和FAAC^作為模糊輸入，表示當前綠燈相位車隊有效佔用綠燈增加時間比，其語言值"、L、 //、 F仏設f為當前放行相位已執行的綠燈時間，"m為相位基本綠燈時間，在該相位綠燈信號開始前確定，使該相位下排隊等候的車輛能一次性通過路口 ， ^和^為當前相位下某一進路最靠 近路口的車隊中首車和尾車按當前的行車速度分別達到路口停止線的時間，fmin和/皿為相位的固定的最小和最大綠燈時間，其中Qin是為了使車輛和行人安全 地通過路口， ^t為相位初始綠燈時間，其值等於max(^,^m); U為當前相位 下某一進路所需追加的綠燈時間，當f-^t後，智能信號控制機分別計算^和/2， 按照累計綠燈時間不大於/,和最大限度保證車隊不停車通過路口原則，計算每個車道的預計增加綠燈時間^d，如果 2+/>^^，則^^max-"否則"=^，各車道的車隊有效佔用綠燈增加時間比r為r-0Akm，從各車道的^中選取最大值r皿作為7tote。 i^fe越小，表示綠燈延長時間效率越低，則當前相位綠燈延長的可能性越小，Fiva^為與當前綠燈相位所影響的相鄰路口間的車輛數，它反映相鄰路口間的耦合，其語言值為F、 M、 K，輸出是當前綠燈相位的停止度SD，用來衡量是否該停止當前該車道的放行，其語言值見M， r;綠燈觀察模塊模糊規則的基本規則是如果當前綠燈相位有效佔用綠燈增 加時間比較小，或相鄰路口間的車輛數較多，那麼應該停止當前綠燈相位的放 行。
5. 如權利2所述的一種具有公交優先的城市路網交通流智能協調控制方 法，其特徵在於所述的相位切換模塊相位切換模塊的輸入分別是公交優先模塊的輸出戶和綠燈觀察模塊的輸出SD，輸出是相位切換權57 ，用來衡量是否該將放行相位切換到由下一個待放行的紅燈相位，其語言值iV和y，如果清晰化後的切換度大於某一設定的閥值， 那麼智能信號控制機就切換當前的綠燈相位到下一個待放行的紅燈相位；相位切換模塊模糊規則的基本規則是如果當前綠燈相位中有公交車或有 行進中的社會車隊很快就要到達路口停止線，那麼繼續延長放行當前綠燈相位。
6. 如權利要求2所述的一種具有公交優先的城市路網交通流智能協調控制 方法，其特徵在於所述的本地路口信號控制模塊的決策過程至少包括下列步驟d) 當本相位由紅燈變為綠燈時，根據本相位所控制的車道車輛排隊情況，以 單車道最大排隊車輛數位參考值，再根據車輛啟動、加速、跟車等經驗數據， 確定本相位的基礎綠燈時間^m，然後結合本相位的最小綠燈時間/^，計算本 相位的初始綠燈時間^t，因此初始綠燈時間既能使排隊車輛能順利通過路口， 又確保非機動車和行人安全通過路口 ；e) 當前綠燈相位的綠燈時間累計達到或超過初始綠燈時間時，判斷當前相位 所控制的路段進路中是否有正在消散的車隊或正在通過路口的公交車輛，如果 有則將當前相位綠燈時間延長2秒並重複步驟e)，否則經入信號配時決策的步 驟f);f) 根據相鄰路口信息處理模塊和本地車輛信息處理模塊提供的信息，進行智 能決策，確定是否進行相位切換，如果決策結果為相位切換，則進入步驟g)， 如果決策過程為延長當前綠燈時間，繼續延長綠燈時間、t^-f，設當前綠燈相 位控制路段進路上行進中的公交車輛按照現在的速度到達路口停止線為^s ，綠 燈觀察模塊確定的車道最大預計增加綠燈時間《dd ，則 ^tend =1^(/ + 111狀(^,0,")，當綠燈延長時間運行完畢後，進入步驟g);g) 通行權切換給下一個待放行的紅燈相位，並返回步驟d)。
全文摘要
本發明公開了一種具有公交優先的城市路網交通流智能協調控制方法，每個路口設置一個網絡型的多相位智能信號控制機，智能信號控制機由本地路口信號控制模塊、相鄰路口信息處理模塊、通信模塊、本地車輛信息處理模塊、社會車輛檢測模塊、公交車輛檢測與定位模塊6個主要部分組成。智能信號控制機核心部分為本地路口信號控制模塊，由三個子模塊組成公交優先模塊、綠燈觀察模塊和相位切換模塊，每個模塊都採用模糊決策方法。本發明通過相鄰路口智能信號控制機的信息交換和協調，實現整個城市路網交通流的協調和公交優先通行，在時變和大流量交通環境中，本發明的控制效果明顯優於傳統的單路口車輛感應控制方法。
文檔編號G08G1/07GK101593419SQ20091010039
公開日2009年12月2日 申請日期2009年7月10日 優先權日2009年7月10日
發明者孔祥傑, 沈國江 申請人:浙江大學