[发明专利]一种交叉口-下游停靠站相互作用环境下的公交优先绿灯延长时间优化方法

摘要

本发明公开了一种交叉口‑下游停靠站相互作用环境下的公交优先绿灯延长时间优化方法，属于城市道路交叉口公交优先信号控制领域，包括控制区域交叉口、下游停靠站交通特征数据集搭建，交叉口‑下游停靠站相互作用环境下控制区域交叉口公交优先绿灯延长时间优化模型构建及参数标定，交叉口‑下游停靠站相互作用环境下控制区域交叉口公交优先绿灯延长时间求解的步骤。本发明避免片面的在交叉口处优先放行公交车辆而忽视了下游停靠站的公交车辆服务能力；以控制区域内乘客总延误最小与公交车辆偏离时刻表运行时间最小作为优化控制目标构建优化模型，并利用“试值法”求解，可避免片面强调乘客出行延误最小而忽视公交线路合理配置与有效调度的情况。

主权项

1.一种交叉口‑下游停靠站相互作用环境下的公交优先绿灯延长时间优化方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)选取交叉口与下游公交停靠站间距小于300米的路段作为优化控制区域；(2)建立交叉口‑下游停靠站相互作用环境下优化控制区域交叉口、下游停靠站交通特征数据集；交叉口交通特征数据集I＝{TS,qg(t),qt(t),Og(t),Ot(t)}，其中TS为交叉口现状配时方案，qg(t)、qt(t)分别表示单位时间内交叉口范围内社会车辆与公交车辆车流量，Og(t)、Ot(t)分别表示交叉口各车道社会车辆和公交车辆载客人数；下游停靠站交通特征数据集S＝{Ts,Ta,Td,Pb,Pa,Ot(t),f(t),h(t)}，其中Ts、Ta、Td分别表示单位时间内在停靠站停靠的公交车辆时刻表到站时间、实际到站时间、实际离站时间，Pb、Pa分别为公交车辆进站时，乘客上、下车数量，f(t)、h(t)分别为候车乘客到站、离站登车分布函数；(3)建立交叉口‑下游停靠站相互作用环境下控制区域交叉口公交优先绿灯延长时间优化模型，该模型以控制区域内乘客总延误最小和公交车辆运行准点性最高为优化控制目标；控制区域内乘客总延误D包括社会车辆在交叉口处的乘客总延误DIg、公交车辆在交叉口处的乘客总延误DIt、公交车辆在下游停靠站处的乘客总延误DSb、下游停靠站处候车乘客的等待延误DSw；公交车辆运行准点性特征由公交车辆偏离时刻表运行时间ΔDS来反映，公交车辆偏离时刻表运行时间为公交运行关键控制节点处公交车辆实际到达时间与时刻表到达时间的差值之和；(4)利用“试值法”对交叉口公交优先绿灯延长时间优化模型进行求解，优化交叉口‑下游停靠站相互作用环境下公交优先绿灯延长时间tge；所述步骤(3)中，构建交叉口‑下游停靠站相互作用环境下控制区域交叉口公交优先绿灯延长时间优化模型，并对模型中各参数指标进行标定，具体为：(3‑1)综合考虑交叉口‑下游停靠站控制区内乘客总延误及公交运行准点性，构建交叉口‑下游停靠站相互作用环境下控制区域交叉口公交优先绿灯延长时间优化控制模型：式中，D＝DIg+DIt+DSb+DSw；其中，DIg和DIt属于乘客在交叉口处的延误DI，DSb和DSw属于乘客在停靠站处的延误DS；在此基础上，通过分析交叉口车道车流饱和度情况，建立该优化控制模型的约束条件：式中：λj表示交叉口处单位时间内信号周期的第j相位的信号配时绿信比；xj表示交叉口处单位时间内信号周期的第j相位的车辆饱和度；J表示交叉口的信号相位数量；xj＝qj/cj，其中,qj表示单位时间内信号周期的第j相位所允许通行的车道的交通量；cj表示单位时间内信号周期的第j相位所允许通行的车道的通行能力；(3‑2)分别计算交叉口处社会车辆乘客总延误DIg和公交车辆乘客总延误DIt；(3‑2‑1)通过计算信号控制交叉口处单位时间内信号周期的第j相位的社会车辆车均延误确定单位时间内交叉口处社会车辆乘客总延误D_Ig：式中：表示交叉口处单位时间内信号周期的第j相位的社会车辆流量；表示交叉口处单位时间内信号周期的第j相位的社会车辆车均载客人数；C表示信号控制交叉口信号周期时长；λ^j表示交叉口处单位时间内信号周期的第j相位的绿信比；表示交叉口处单位时间内信号周期的第j相位的社会车辆饱和度；g^j表示原信号配时方案的交叉口处单位时间内信号周期的第j相位的绿灯通行时间；L表示信号周期的损失时间；(3‑2‑2)通过计算信号控制交叉口处单位时间内信号周期的第j相位的公交车辆车均延误确定单位时间内交叉口处公交车辆乘客总延误D_It：式中：qt表示信号控制交叉口处单位时间内公交优先相位的公交车辆流量；Ot表示信号控制交叉口处单位时间内公交优先相位的公交车辆车均载客人数；λt表示信号控制交叉口处单位时间内公交优先相位的绿信比；xt表示信号控制交叉口处单位时间内公交优先相位的公交车辆饱和度；C表示信号控制交叉口信号周期时长；L表示信号周期的损失时间；gt表示原信号配时方案的交叉口处单位时间内信号周期的公交优先通行绿灯时间；(3‑3)利用图解法，分别计算停靠站处公交车辆内乘客总延误DSb和停靠站处候车乘客的等待延误DSw；(3‑3‑1)通过分析公交车辆在停靠站停靠期间车内乘客数量变化情况，利用图解法计算单位时间内停靠站处公交车辆内乘客总延误DSb：式中：表示停靠站处第m条公交线路的第n辆公交车内乘客延误；表示第m条公交线路中第n辆公交车进入停靠站时车上的乘客数；表示停靠站处第m条公交线路的第n辆公交车在停靠站的停靠时间；h^mn(t)表示在停靠站处等待第m条公交线路的第n辆公交车的乘客上车的分布函数；分别表示停靠站处第m条公交线路的第n辆公交车到达与离开公交站的具体时刻；M表示停靠站处公交线路的数量；N表示某一条公交线路的公交车数量；(3‑3‑2)通过分析公交停靠站处候车乘客数量变化情况，利用图解法计算单位时间内停靠站候车乘客的等待延误DSw式中：表示停靠站处第m条公交线路的第n辆公交车的乘客候车等待延误；表示停靠站处第m条公交线路的第n辆与第n‑1辆公交车驶离停靠站的时间间隔；f^mn(t)表示在停靠站处等待第m条公交线路的第n辆公交车的乘客到达停靠站的分布函数；分别表示停靠站处第m条公交线路的第n‑1辆公交车离开公交站的具体时刻；分别表示停靠站处第m条公交线路的第n辆公交车到达与离开公交站的具体时刻；表示停靠站处第m条公交线路的第n辆公交车在停靠站的停靠时间；h^mn(t)表示在停靠站处等待第m条公交线路的第n辆公交车的乘客上车的分布函数；M表示停靠站处公交线路的数量；N表示某一条公交线路的公交车数量；(3‑4)结合公交车辆时刻表到达及实际到达停靠站的时刻，并根据交叉口公交车辆轨迹‑时间图确定信号配时调整后的公交车辆到达停靠站时刻，计算单位时间内不同信号配时方案下公交停靠站处公交车辆偏离时刻表运行时间ΔDS:式中：表示停靠站处第m条公交线路的第n辆公交车实际到达公交站的具体时刻；表示停靠站处第m条公交线路的第n辆公交车按照公交时刻表运行到达公交站的具体时刻；所述步骤(4)中，利用“试值法”对交叉口公交优先绿灯延长时间优化模型进行求解，优化交叉口‑下游停靠站相互作用环境下公交优先绿灯延长时间tge，具体为：(4‑1)以交叉口现状配时方案中各相位绿灯时间作为初始值，在此基础上确定初始公交优先绿灯延长时间tge的初始值和步长k；设定tge的初始值为0，步长k为1秒；(4‑2)在(4‑1)基础上开始试值，令其中表示试值过程中公交优先通行绿灯延长时间，在此基础上分别计算试值过程中公交优先通行绿灯时间和各相位社会车辆通行绿灯间式中：gj表示原信号配时方案的交叉口处单位时间内信号周期的第j相位的绿灯通行时间；gt表示原信号配时方案的交叉口处单位时间内信号周期的公交优先通行绿灯时间；C表示信号控制交叉口信号周期时长；L表示信号周期的损失时间；(4‑3)在(4‑2)基础上，确定试值过程中新的交叉口信号配时方案，并计算交叉口各进口道饱和的情况其中分别表示试值过程中新的交叉口信号配时方案条件下交叉口各进口道车辆饱和度与绿信比；如果就终止，此时t_ge即为优化的交叉口公交优先绿灯延长时间；否则继续往下进行；(4‑4)分别计算试值过程中新的信号配时方案条件下控制区域内乘客总延误停靠站处公交车辆偏离总时间并分别与原信号配时方案条件下控制区域内乘客总延误D、停靠站处公交车辆偏离总时间ΔD_S进行比较；如果或者就终止，此时t_ge即为优化的交叉口公交优先绿灯延长时间；否则，令并转至(4‑2)继续进行试值，直至确定最终优化结果。