[发明专利]一种同时优化公交绿波带宽和站点布设的交通控制方法

权利要求书

1.一种同时优化公交绿波带宽和站点布设的交通控制方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

步骤1：采集公交线路上沿线的交叉口数量、各交叉口间距，采集各交叉口红灯时长、公共信号周期时长，采集公交与小汽车的平均行驶车速，采集公交在站点的停靠时间；

步骤2：建立公交在任意两相邻交叉口间的行程时间与站点位置的关系式，根据信号配时参数，分别建立小汽车与公交的双向绿波带宽约束条件，建立干线协调控制的相位差与公交站点位置的关系式；

步骤3：以小汽车和公交的双向加权绿波带宽最大为目标函数，优化获得公交站点位置布设的最佳方案以及干线协调控制的最优相位差；

所述步骤1中，公交线路基本参数的采集包括如下步骤：

步骤11：采集公交线路上交叉口数量，用n表示，并将交叉口进行编号，用i表示，i∈{1，2...，n}；采集上行、下行方向各交叉口间距，分别用l_i、l′_i表示，单位为米；采集上行、下行方向各交叉口红灯时长，分别用r_i、r_i′表示，采集公共信号周期，用C表示，单位均为秒；采集公交与小汽车的平均行驶车速，分别用v_bus、v_car表示，单位均为米每秒；采集公交在站点的停靠时间，用Δt表示，单位为秒；

所述步骤2，包含如下步骤：

步骤21：分别计算上行、下行方向小汽车在两相邻交叉口i-1和交叉口i之间的行驶时间t_i、t′_i，如公式(1)、(2)所示：

t_i＝l_i/v_car，i∈{2，3，...，n} (1)

t′_i＝l′_i/v_car，i∈{2，3，...，n} (2)

步骤22：在上行方向，建立公交在任意两相邻交叉口i-1和交叉口i之间的行程时间与站点位置的关系式，如公式(3)所示，在下行方向，建立公交在任意两相邻交叉口i-1和交叉口i之间的行程时间与站点位置的关系式，如公式(4)所示：

T_i＝l_i/v_bus+(1-δ_i-1)Δt+δ_iΔt，i∈{2，3，...，n} (3)

T′_i＝l′_i/v_bus+(1-δ′_i-1)Δt+δ_i′Δt，i∈{2，3，...，n}(4)

公式(3)中，T_i表示公交在上行方向从交叉口i-1至交叉口i之间的行程时间，单位为秒，δ_i-1、δ_i分别表示上行方向公交站点在交叉口i-1与交叉口i的设置情况，公式(4)中，T′_i表示公交在下行方向从交叉口i-1至交叉口i之间的行程时间，单位为秒，δ′_i-1、δ′i分别表示下行方向公交站点在交叉口i-1与交叉口i的设置情况；

步骤23：小汽车的双向绿波带宽满足公式(5)-(8)：

w_i+b≤C-r_i，i∈{1，2，...，n} (5)

wi_′+b′≤C-r_i′，i∈{1，2，...，n} (6)

b，b′≥α(b+b′)≥0 (7)

w_i，w_i′≥0，i∈{1，2，...，n} (8)

公式(5)中，wi表示上行方向交叉口i的红灯时段右侧到小汽车绿波带的时间间隔，b表示上行方向小汽车的绿波带宽，公式(6)中，w′i表示下行方向交叉口i的红灯时段右侧到小汽车绿波带的时间间隔，b′表示下行方向小汽车的绿波带宽，单位均为秒，公式(7)中，α为参数，α的取值范围为[0，1]；

步骤24：公交的双向绿波带宽需满足公式(9)-(12)：

W_i+B≤C-r_i，i∈{1，2，...，n} (9)

W_i′+B′≤C-r_i′，i∈{1，2，...，n} (10)

B，B′≥β(B+B′)≥0(11)

W_i，W_i′≥0，i∈{1，2，...，n}(12)

公式(9)中，W_i表示上行方向交叉口i的红灯时段右侧到公交绿波带的时间间隔，B表示上行方向公交的绿波带宽，公式(10)中，W_i′表示下行方向交叉口i的红灯时段右侧到小汽车绿波带的时间间隔，B′表示下行方向公交的绿波带宽，单位均为秒，公式(11)中，β为参数，β的取值范围为[0，1]；

步骤25：小汽车干线协调控制的相位差计算如公式(13)-(16)所示：

公式(13)和(14)中，分别表示上行和下行方向，小汽车绿波带左侧交叉口i-1的红灯中点至交叉口i的红灯中点之间的时差，公式(15)中，ki为整数变量，公式(16)中，Oi表示干线协调控制交叉口i相对于相邻交叉口i-1的相位差，单位均为秒；

步骤26：公交干线协调控制的相位差计算如公式(17)-(20)所示：

公式(17)和(18)中，分别表示上行和下行方向，公交绿波带左侧交叉口i-1的红灯中点至交叉口i的红灯中点之间的时差，单位均为秒，公式(19)中，K_i为整数变量；

所述步骤3，包含如下步骤：

步骤31：以小汽车和公交的双向加权绿波带宽最大为目标函数，如公式(21)所示：

MaximizeB_total＝ρ(B+B′)+(1-ρ)(b+b′)(21)

公式(21)中，B_total表示小汽车和公交的双向加权绿波带宽，单位为秒，ρ表示公交双向绿波带宽所占权重系数，结合公式(1)-(20)，优化获得公交站点位置布设的最佳方案以及干线协调控制的最优相位差。