一种公交车辆与社会车辆协同优化的绿波控制方法及系统

本发明涉及智能交通，尤其是涉及一种公交车辆与社会车辆协同优化的绿波控制方法及系统。

背景技术：

1、随着城市机动车保有量不断增加，城市交通拥堵问题难以解决，绿波控制能有效减少车辆在道路交叉口的延误，从而提高道路通行效率，以达到减缓城市交通拥堵。由于小汽车载客率低以及公交优先的发展策略，绿波控制从以小汽车为对象进行设计逐渐转向为公交优先服务。

2、现有公交信号优先方法大多缺乏对道路交叉口交通流通行效益的综合考虑。常见的控制策略包括绿灯延长、红灯早断、相位跳跃等。然而，以上操作仅能优先处理极少数的公交车辆，难以带来全局效益的提升，同时保障各方利益的平衡。此外，现有公交优先绿波控制方法中，公交车辆的运行参数（如发车间隔、停站时间）通常采用固定值或经验值，未考虑站点客流动态变化对停站时间的影响，也忽略了公交车辆进出站加减速过程对行程时间的实际影响，导致绿波配时精度不足。同时，公交调度与信号配时通常各自独立优化，缺乏公交车辆发车间隔与信号周期之间的协调匹配，难以确保每趟公交车辆均能落入绿波带。现有技术中缺乏同时考虑公交车辆和社会车辆通行效益的绿波控制方法。城市道路交通中公交车辆和社会车辆的通行利益均不可忽视，如何在保证公交车辆绿波通行基础上兼顾社会车辆的通行效率，是本领域亟待解决的技术问题。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种公交车辆与社会车辆协同优化的绿波控制方法及系统，以解决现有绿波控制方法难以同时兼顾公交车辆优先通行与社会车辆通行效率，导致城市道路整体通行效益无法最优化的技术问题。

2、为实现上述目的，本发明提供了一种公交车辆与社会车辆协同优化的绿波控制方法，包括以下步骤：

3、s1：以存在公交专用道的多交叉口的城市干路作为设计道路，获取设计道路上公交车辆流量，根据公交车辆流量确定交叉口的信号周期；

4、s2：获取公交车辆在公交专用道上仅停靠公交站台而不停靠交叉口的行程时间，行程时间根据公交车辆在路段上公交站台的停站时间与公交车辆在路段的行驶时间确定；停站时间根据站台上下车人数和单人上下车时间动态计算；行程时间还包括进出站加减速延误时间；

5、s3：以连续的两个交叉口以及两个交叉口间的路段为例，获取公交车辆在各路段的行程时间，获取路段上的信号周期和绿灯时间，以公交车辆到达前一路段起始点的时刻为基准，确定公交车辆到达各交叉口的时刻；以公交车辆从各交叉口绿灯区间的中间时刻通过为目标，分别输出各交叉口的绿灯区间，各交叉口的绿灯区间构成面向公交车辆的基础绿波方案；

6、s4：获取各路段上多辆社会车辆在无信号灯阻碍条件下的行程时间，根据多辆社会车辆在无信号灯阻碍条件下的行程时间确定社会车辆在各路段上的平均行程时间；

7、s5：构建下层公交调度模型，以公交客流人均出行时间成本最小为目标优化公交车辆的发车间隔、车队大小及行驶速度；在步骤s3输出的基础绿波方案基础上，通过改变后一交叉口绿灯区间在信号周期内的偏移量生成多种调节方案，使社会车辆到达后一交叉口的时刻位于绿灯区间起始端，且公交车辆的发车间隔与信号周期满足整数倍关系；

8、s6：构建上层信号配时模型，根据下层模型输出的公交行驶速度、发车间隔和车队大小，以“人×车速”最大为目标优化交叉口的信号周期、相邻交叉口相位差及社会车辆行驶速度，并将优化后的信号周期反馈至下层模型重新优化发车间隔，反复迭代直至收敛；将基础绿波方案与多种调节方案组合得到多种绿波控制方案，以社会车辆在整个绿波段的平均通行时间或“人×车速”指标作为评价指标选出最优方案。

9、优选的，s1中道路交叉口的信号周期为：

10、；

11、其中，为道路交叉口的基准信号周期，单位为秒；

n为整数，

n=1，2，3，4，……；

12、道路交叉口的基准信号周期为：

13、；

14、其中，为公交车辆流量；

15、

n具体取值的确定方法为：

16、按照韦伯斯特方法确定道路沿线各交叉口的最优信号周期长，取使得大于等于且最接近的

n作为

n的取值。

17、优选的，s2中公交车辆在路段的行程时间为：

18、；

19、其中，为公交车辆在路段的行程时间，为公交车辆在路段上公交站台的停站时间，为公交车辆在路段的行驶时间；为公交车辆运行速度，、分别为减速度和加速度。

20、优选的，s3中，以连续的两个交叉口和为例，两个交叉口对应的路段分别为和，公交车辆在路段和路段的行程时间分别为和，信号周期为，绿灯时间为，公交车辆在时刻到达路段起始点；

21、交叉口的绿灯区间为：

22、[,]；

23、交叉口的绿灯区间为：

24、[,]；

25、其中，为公交车辆到达路段起始点的时刻，为非负整数。

26、优选的，s4中，社会车辆在路段上的平均行程时间为：

27、；

28、其中，表示路段上社会车辆正常通行的平均行程时间，表示路段上第辆社会车辆正常通行的行程时间，表示路段上正常通行的社会车辆总数。

29、优选的，s6中，采用ptv-vissim仿真软件进行仿真，通过对比各方案下社会车辆在整个绿波段的平均通行时间，将平均通行时间最小的方案作为最优方案。

30、优选的，s2中停站时间按以下公式动态计算：

31、；

32、其中，、分别为站台上车和下车的人数，、分别为单个乘客上车和下车所需的时间；

33、s5中发车间隔与信号周期满足：

34、；

35、其中，为正整数。

36、优选的，下层模型的目标函数为：

37、；

38、其中，、、分别为公交乘客的等车时间总成本、乘车时间总成本和智能公交车队的运行时间总成本，为第个站点的上车客流量；

39、上层模型的目标函数为：

40、；

41、其中，为第站至第站之间的总客流量，、分别为公交和社会车辆的客流分担比例，分别为公交和社会车辆的行驶速度。

42、优选的，若公交车辆以车队形式运行，则上层模型中绿波带宽度的最小值根据下层模型输出的车队大小确定：

43、；

44、其中，为车队中的车辆数，为车头时距；

45、上下层模型迭代过程中，根据公交运行效率的提升，利用logit模型更新客流分担比例：

46、；

47、；

48、其中，、分别为选择公交和社会车辆的出行效用，并据此更新各站点的公交od需求后重新进行下层优化。

49、一种公交车辆与社会车辆协同优化的绿波控制系统，包括：

50、信息采集单元，用于获取路段上公交站台的实际人流特征和路段上社会车辆的交通流特征；

51、信息处理单元，用于根据信息采集单元获取的公交站台实际人流特征，确定公交车辆发车频次以及公交车辆在公交站台的停站时间；根据信息采集单元获取的社会车辆交通流特征，确定社会车辆在路段上的平均通行时间；以及根据公交车辆发车频次确定交叉口信号周期，根据公交车辆在公交站台的停站时间与公交车辆在路段的行驶时间确定公交车辆在路段上的行程时间；

52、仿真决策单元，用于根据信息处理单元确定的信号周期、公交车辆在各路段的行程时间以及社会车辆在各路段上的平均通行时间，确定各交叉口绿灯区间，得到面向公交车辆的基础绿波方案；并在基础绿波方案基础上，通过改变后一交叉口绿灯区间在信号周期内的偏移量，生成多种调节方案；将基础绿波方案与多种调节方案组合，得到多种绿波控制方案；以及调用仿真模块对多种绿波控制方案进行评估，以社会车辆在整个绿波段的平均通行时间或“人×车速”指标作为评价指标，从多种绿波控制方案中选出最优方案；

53、方案实施单元，用于接入交通信号控制系统，运行仿真决策单元选出的最优方案。

54、因此，本发明采用上述一种公交车辆与社会车辆协同优化的绿波控制方法及系统，具有以下有益效果：

55、（1）本发明根据公交车辆发车频率确定信号周期，并以公交车辆从各交叉口绿灯区间中间时刻通过为目标设计基础绿波方案，能够在公交专用道条件下保障公交车辆仅停靠公交站台而不停靠交叉口，实现公交车辆在连续交叉口的全程绿波通行。

56、（2）本发明根据公交站台上下车人数动态计算停站时间，并在行程时间中计入进出站加减速延误，使绿波方案设计更加贴合公交车辆实际运行特征，提高了绿波配时的精度和可靠性。

57、（3）本发明通过约束公交车辆发车间隔与信号周期满足整数倍关系，确保每趟发出的公交车辆均能落入绿波带，避免部分车辆因相位不匹配而错过绿波，保障了公交优先效果的稳定性和一致性。

58、（4）本发明构建了公交调度与信号配时协同优化的上下层模型，下层以公交客流人均出行时间成本最小为目标优化发车间隔、车队大小及行驶速度，上层以“人×车速”最大为目标优化信号配时，通过上下层之间的迭代反馈实现公交调度与信号绿波的相互匹配，有效提升了公交车辆运行效率和整个交通网络的通行效益。

59、（5）本发明在保障公交车辆绿波通行的基础上，通过改变后一交叉口绿灯区间在信号周期内的偏移量生成多种调节方案，并遴选出使社会车辆到达交叉口时刻最靠近绿灯起始端的方案，能够有效减少社会车辆在交叉口的停车次数和平均通行时间，改善社会车辆乘坐者的出行体验。

60、下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。