[发明专利]一种公交优先信号控制方法

权利要求书

1.一种公交优先信号控制方法，针对固定运营线路的公交车辆在存在公交优先通行车道的信号控制路口实施，公交车辆装载有实时定位装置，其特征在于，包括具体的方法步骤如下：

S1、基于路口进口道流量、排队长度的历史检测数据，分时段提取路口各流向的交通流量、排队长度的历史统计值，在此基础上计算各流向的绿灯空放时长、排队清空时长，对信号控制背景方案进行初次优化；根据公交车通行线路确定信控路口优先相位，根据公交车历史定位数据统计车辆在信控路口的等待时长，进一步对非优先相位绿灯时长进行优化；

S2、基于公交车实时定位数据，结合历史定位记录，动态估计路段行程时间以及公交站内停留时间，进一步动态预测公交车到达信控路口的行程时间；

S3、基于目标公交车到达路口预测时间，确定车辆到达时刻并生成路口公交车辆优先请求预测清单，依据预测的路口到达时刻先后排列；基于相邻优先请求的时间差判断为优先单车模式、优先车队模式；

S4、根据优先模式、车辆到达路口预测时间，以及经S1调整的信号控制背景方案，确定信号优先策略；

S4中具体的信号优先策略为：

(1)若预测车辆、车组在优先相位绿灯期间到达，根据预测到达时刻与优先相位绿时计算优先相位绿灯剩余时长δ；

检测车辆能否在剩余绿灯时长内通过路口，即δ≥t_b，则不对路口信号控制方案进行调整，正常放行即可保障公交不停车通过路口；返回S2，处理后续的公交优先请求，t_b为车辆通过路口所需时长；

若剩余绿灯时长不足以支撑公交车通过路口，即δ＜t_b，则需进行优先相位的绿灯时间补偿；根据优先相位剩余绿时与路口通行时长的差值确定优先相位补偿绿时Δ_c＝t_b-δ；确定为优先相位绿时补偿模式，转入S5-1；

(2)若预测车辆、车组在优先相位红灯期间到达，计算到达路口预测时刻与最近的优先相位启动时刻的时间差Δa，根据周期内的相序配置情况，确定到达时的放行相位p_a与优先相位p₀的排序关系，进一步决策优先模式；具体地，

若p_a在p₀之前，且为相邻相位，属于同一周期，即到达后的下一相位为优先相位，确定为红灯早断模式，转入S5-2；

若p_a在p₀之前，且为相邻相位，但不属于同一周期，即优先相位为周期C内的首相位，到达时刻放行相位为上一周期C^-末相位，确定为优先预调模式，转入S5-3；

若p_a在p₀之后，且为相邻相位，属于同一周期，确定为优先相位绿时补偿模式，优先相位补偿绿时Δ_c＝Δ_a+t_b，转入S5-1；

若p_a在p₀之后，且为相邻相位，但不属于同一周期，即优先相位为周期C内的末相位，到达时刻放行相位为周期C⁺首相位，C⁺为C的下一周期；则确定为滞后补偿模式，优先相位补偿绿时Δ_c＝∧_a+t_b，转入S5-4；

若p_a与p₀的非相邻相位，确定为双周期协调模式，转入S5-5；

S5、基于各转向实时的排队长度，对S1生成的优化背景方案下各流向的排队清空时间、绿时空放时长进行更新，计算各相位的绿时空放时长；

根据S4的优先策略，在保障周期稳定性的前提下，对优先相位绿时补偿、红灯早断、优先预调、滞后补偿、双周期协调模式下的相位绿时长度进行优化；具体地包括以下步骤：

S5-1、优先相位绿时补偿模式下，从本周期内提取绿时补偿额度，周期内的绿时补偿额度为∑T_p’，式中p’指代周期内到达相位后的非优先相位序号，T_p’为非优先相位p’的绿时空放时长；

若补偿绿时未超出周期内的绿时补偿额度，即Δ_c≤∑T_p’，确定优先相位的绿时补偿量为Δc；

若补偿绿时超出非优先相位提供的累计空放时长，则优先单车模式下不进行绿时补偿，优先车队模式绿时补偿量为ΣT_p’；

为保障周期稳定，对非优先相位绿时进行适应性调节，构建非优先相位绿时调整量最小的凸规划模型：

式中，φ_p’为序号为p’的非优先相位在本次调整前的绿灯时长；模型输出非优先相位绿灯时长φ_p’；

S5-2、红灯早断模式下，提取该周期内优先相位之前的各相位空放时长T_m，m为周期内相位p₀前的各相位序号；

若Δ_a＞∑T_m，则优先相位的绿时调整量为若Δ_a≤∑T_m，则优先相位的绿时调整量为

调整后的优先相位绿时为

构建相位p₀前的非优先相位绿时调整凸规划模型，输出非优先相位绿灯时长Φ_m：

式中，Φ_m为序号为m的非优先相位在本次调整前的绿灯时长；相应地，优先相位启动时刻提前

S5-3、优先预调模式下，从优先相位的上一周期C^-进行相位绿时微调；若Δ_a＞∑T_u，则优先相位的绿时调整量为其中u为周期C^-内各相位的序号；若Δ_a≤ΣT_u，则优先相位的绿时调整量为

调整后的优先相位绿时为

构建相位p₀前的非优先相位绿时调整凸规划模型，输出非优先相位绿灯时长φ_u：

式中，φ_u为周期C^-内序号为u的相位在本次调整前的绿灯时长；

相应地，优先相位启动时刻提前

S5-4、滞后补偿模式下，从预测的到达时刻放行相位所在周期C⁺提取绿时补偿额度，周期内的绿时补偿额度为∑T_v，v为周期C⁺内的相位编号，T_v为周期C⁺内相位空放时长；

若Δ_c≤∑T_v，确定优先相位的绿时补偿量为Δc；针对周期C⁺构建凸规划模型，输出各相位绿灯时长Φ_v：

式中，Φ_v为周C⁺内序号为v的相位在本次调整前的绿灯时长；

S5-5、双周期协调模式下，提取p_a的下一个优先相位所在周期C，及该周期的上一周期C^-信号方案，对两个周期内p₀前的所有相位的绿时空放时长进行累计∑T_z，其中T_z为编号为z的相位的绿时空放时长；

若Δ_a＞∑T_z，则Δ_c＝∑T_z；否则Δ_c＝Δ_a；

对两个周期内p₀前的所有相位构建凸规划模型，输出各相位绿灯时长Φ_z：

式中，Φ_z为序号为z的相位在本次调整前的绿灯时长；

S6、当预测到达时刻与当前时刻的差值低于阈值时，开始下发信号控制方案，根据S5确定的车辆通过路口所需时长，确定各相位的启动、终止时刻。