[发明专利]一种公交多模式调度和沿线交叉口信号配时协同优化方法

权利要求书

1.一种公交多模式调度和沿线交叉口信号配时协同优化方法，其特征在于，通过求解优化模型，同步优化快速公交运行模式选择、各班次发车时刻和沿线交叉口信号配时；

所述优化模型用非线性规划模型表述；以乘客总出行时间最小作为优化目标，并结合考虑多种约束条件，所述约束条件包括交叉口信号控制约束、交叉口饱和度约束、乘客候车约束和优化参数取值范围；

所述优化模型的输入参数包括：R，车辆集合；r，车辆编号，r∈R；I，班次集合；i，班次编号，i∈I；J，交叉口集合；j，交叉口编号，j∈J；K，公交站点集合；k，交叉口编号，k∈K；S，节点集合；s，节点编号，S＝J∪K，h，行车方向，h＝1代表上行，h＝2代表下行；p，交叉口信号相位编号；f，交叉口协调信号相位编号；f′，交叉口公交流向所在相位；m_h，行车方向h站点数，单位个；b，快速公交配车数，单位辆；U_max，快速公交车辆最大载客量，单位per；t，乘客到达时段长度，单位s；q_kk′，从站点k到站点k’的乘客到达率函数，单位per/s；τ_min，最小休车时间，单位s；t_o，乘客上车所需时长，单位s/per；t_d，乘客下车所需时长，单位s/per；v，快速公交车速，单位m/s；ψ，车辆进站减速和出站加速所花费的时间，单位s；D_s，节点s-1与节点s之间的距离，单位m；C_j，交叉口j的信号周期，单位s；I_g，绿灯间隔时间，单位s；x_max，交叉口饱和度最大值；g′_jp，交叉口j的信号相位p的初始绿灯时长，单位s；G′_jp，交叉口j的信号相位p的初始绿灯开始时刻，单位s；Q_jp，交叉口j的信号相位p的车流量，单位veh/h；Q′_jp，交叉口j的信号相位p的饱和流量，单位veh/h；

所述优化模型的输出参数包括：T_ri，车辆r班次i的发车时刻，单位s；G_jp，优化后交叉口j的信号相位p绿灯开始时刻，单位s；g_jp，优化后交叉口j的信号相位p绿灯时长，单位s；M_0ri，M_1ri，M_2ri，快速公交运营调度方案；δ_1k，区间车跳站方案；δ_2k，大站车跳站方案；

以乘客总出行时间最小化为目标函数；所述目标函数为：

式中A_rikk′，可乘上车辆r班次i的从k站去往k’站所有乘客中的最晚到达时刻，单位s；A_r'i'kk'，乘坐之前上一辆从k站去往k’站的车辆乘客中最晚到达的时刻，单位s；T_rik′，车辆r班次i到达节点s的时刻，单位s；

所述交叉口信号控制约束，要求考虑干线协调信号的影响，将交叉口分为三种类型：

第一类交叉口的公交信号与协调信号方向相同，满足以下公式：

第二类交叉口的公交信号与干线协调信号方向不相同，因干线协调信号具有更高的优先级，此时协调方向的绿灯开始时刻和持续时长固定，要满足以下公式：

第三类交叉口属于单点控制，不在干线协调控制内，公交流向所在相位的绿灯开始时刻和持续时长都可以调整；

各其余相位的绿灯时长按照原方案等比例缩放，满足以下公式：

所述交叉口饱和度约束，是由于快速公交信号优先可能对交叉口相交道路的通行能力产生负面影响，因此需要设置交叉口饱和度约束，保障相交道路的服务水平满足基本要求，并且当初始饱和度已超过阈值时，要求其饱和度不进一步增加，需要满足以下公式：

所述乘客候车约束，是确保乘客的候车时间不会过长，要满足以下公式：

所述优化参数取值范围应满足以下四个约束条件：

一、快速公交停站策略要满足大站车除首末站不能跳站外，其余各站均可跳站；区间车在某区间连续停站，上行和下行，其余站点均不停站，需要满足以下公式：

δ_1k＝1,k＝1,m₁,m₁+1,m₁+m₂

二、快速公交每班都只有一个运营模式，满足以下公式：

三、同一辆车在不同班次可以是全程车和大站车，但如果是区间车，则只能是区间车，需要满足以下公式：

四、为了确保车辆下一次发车时刻晚于本次车辆到达时刻，快速公交在完成一次单线任务后到达终点站，通常会在终点站进行休息调整，这段时间为休车时间，需要满足以下公式：

车辆r班次i到达上行终点站m₁的时刻，单位s；车辆r变为班次i+1在下行始发站m₁+1的出发时刻，单位s；车辆r班次i到达下行终点站m₁+m₂的时刻，单位s；T_r(i+1)1，车辆r变为班次i+1在上行始发站1的出发时刻，单位s；τ_min，最小休车时间，单位s。