一种基于交叉口定时配时的快速公交站点位置布设方法

1.本发明属于交通控制领域，涉及城市快速公交线路站点位置布设技术领域，更具体地说，涉及一种基于交叉口定时配时的快速公交站点位置布设方法。


背景技术：

2.快速公交人均占用道路面积小、运量大、尾气排放量低，符合城市绿色交通发展的要求，但在公交站点位置布设方面，鲜有可以参考的标准规范，在《城市道路交通设施设计规范gb50688-2011》中仅对设置公交站的大小、设置港湾式停靠站条件等做了要求，如何设置合理的快速公交站点位置，是亟待解决的问题。
3.因此，本发明提出一种基于交叉口定时配时的快速公交站点位置布设方法，快速公交站点设置在定时配时的交叉口附近时，分为交叉口上游停靠站和交叉口下游停靠站，对于任意一条快速公交线路，沿途若经过n个交叉口，以上行和下行两个方向的站点位置布设为研究对象，则快速公交线路的站点位置布设组合方案有4n种，通过研究快速公交线路在上行和下行方向站点位置的布设方案，减小快速公交在交叉口的信号总延误时间，从而提高乘客的出行效率，是本专利重点解决的问题。
4.经过现有技术的文献检索发现，针对城市道路快速公交站点位置布设的研究较少，大部分文献为定性分析及实践经验总结，鲜有定量分析，目前没有基于交叉口定时配时、面向快速公交总延误最小、针对快速公交线路上行和下行这一双向站点位置布设的相关研究。


技术实现要素：

5.技术问题：针对现有研究的不足，本发明的目的是提供一种基于交叉口定时配时的快速公交站点位置布设方法，从快速公交站点位置布设在交叉口上游或者交叉口下游出发，通过构建快速公交在上行和下行方向到达所有信号交叉口的时刻与快速公交站点位置布设的关系式，建立快速公交在各信号交叉口的延误时间公式，进而建立站点位置优化模型，使得快速公交双向总延误最小化，提高乘客的出行效率。
6.技术方案：为解决上述技术问题，本发明的一种基于交叉口定时配时的快速公交站点位置布设方法，包括如下步骤：步骤1：采集快速公交线路上交叉口数量、各交叉口间距和信号配时参数，采集快速公交的平均行驶车速、快速公交在站点的停靠时间；步骤2：建立快速公交在上行和下行方向到达所有信号交叉口的时刻与快速公交站点位置布设的关系式；步骤3：建立快速公交在各信号交叉口的延误时间计算公式，以快速公交在所有信号交叉口的双向总延误最小为目标，确定快速公交线路的站点位置布设最佳方案；
7.本发明中，步骤1包括如下步骤：步骤11：采集快速公交线路的基本参数包括：交叉口数量，用n表示，并将交叉口进
行编号，记为i， i∈{1，2，
…
，n}；线路方向用k表示，k∈{1，2}，1表示下行方向，2表示上行方向；快速公交平均行驶车速用v表示，单位为米每秒；快速公交从研究区域起点至第一个交叉口的距离用表示，单位为米；交叉口间距，用表示，单位为米；沿线各交叉口信号配时参数包括：快速公交通行方向所在相位的红灯时间用表示，交叉口绝对相位差用表示，公共周期用c表示，单位均为秒。
8.本发明中，步骤2，建立快速公交在上行和下行方向到达所有信号交叉口的时刻与快速公交站点位置布设的关系式，包括如下步骤：步骤21：在快速公交上行线路和下行线路，用0-1变量表示快速公交站点位置的设置情况，快速公交站点在任意一个交叉口i的布设位置有两种情况，情况一：站点设置在交叉口i的上游，即表示上游停靠站；情况二：站点设置在交叉口i的下游，即表示下游停靠站，如公式(1)所示：步骤22：快速公交到达研究区域的时刻用t来表示，单位为秒，设置计时周期和信号周期c相等，满足公式(2)：0≤t≤c
ꢀꢀꢀ
(2)步骤23：在上行和下行方向，到达时刻为t秒的快速公交，到达第一个交叉口的行驶时间为如公式(3)所示：针对任意两相邻交叉口，交叉口i和交叉口j，交叉口间上行和下行方向的路段行驶时间的计算，如公式(4)所示：步骤24：在上行和下行方向，快速公交从研究区域起点至第一个交叉口间的站点停靠时间的计算，如公式(5)所示：公式(5)中，为快速公交上行线路或下行线路在第一个交叉口的站点位置布设情况，δt为快速公交在站点的停靠时间，单位为秒；在上行和下行方向，快速公交在任意两相邻交叉口i与交叉口j间的站点停靠时间的计算，如公式(6) 所示：公式(6)中，为快速公交上行线路或下行线路在第i个交叉口的站点位置布设情况，为快速公交上行线路或下行线路在第j个交叉口的站点位置布设情况；步骤25：在上行和下行方向，快速公交从研究区域起点到达第一个交叉口的时刻
如公式(7)所示：公式(7)中，t为快速公交到达研究区域起点的时刻，为上行或下行方向快速公交从研究区域起点至第一个交叉口间的站点停靠时间，为上行或下行方向快速公交从研究区域起点至第一个交叉口间的行驶时间，单位均为秒；在上行和下行方向，快速公交从交叉口i至交叉口j花费的总时间如公式(8)所示：公式(8)中，为上行或下行方向快速公交从交叉口i至交叉口j间总的站点停靠时间，为上行或下行方向快速公交从交叉口i至交叉口j的行驶时间，单位均为秒。
9.本发明中，所述步骤3，建立快速公交在各信号交叉口的延误时间计算公式包括如下步骤：步骤31：在上行和下行方向，计算第t秒到达研究区域起点的快速公交在第一个交叉口的延误时间首先将快速公交到达第一个交叉口的时刻除以公共信号周期c，然后将快速公交到达第一个交叉口的时刻向下取整，把快速公交到达交叉口的时刻转化为一个介于0至公共信号周期c内的变量，快速公交在第一个交叉口的延误时间的计算，如公式(9)所示：公式(9)中，为上行或下行方向快速公交在第一个交叉口通行所在相位的红灯时间，单位为秒；步骤32：在上行和下行方向，第t秒到达研究区域起点的快速公交行驶至第i个交叉口的时刻如公式(10)所示：公式(10)中，为上行或下行方向快速公交到达第一个交叉口的时刻，为上行或下行方向快速公交在第一个交叉口的延误时间，为上行或下行方向快速公交从交叉口m至交叉口n花费的总时间，为上行或下行方向快速公交在第m个交叉口的延误时间，为上行或下行方向第i个交叉口的绝对相位差，单位均为秒；在上行和下行方向，快速公交在第i个交叉口的延误时间的计算，如公式(11)所示：
公式(11)中，为上行或下行方向快速公交在第i个交叉口通行所在相位的红灯时间，单位为秒；步骤33：以快速公交上行和下行方向在所有交叉口的总延误最小为目标函数，如公式(12)所示，结合公式(1)-(11)，优化得出快速公交线路在上行和下行方向的最佳站点位置布设方案：公式(12)中，d为快速公交在上行和下行方向所有交叉口的总延误时间，为快速公交在上行或下行方向在第一个交叉口的延误时间，为快速公交在上行或下行方向交叉口i的延误时间，单位均为秒。
10.本发明与现有技术相比，具有以下优点：本发明方法针对城市道路上快速公交站点位置的布设问题，考虑了站点位置的选取对快速公交在交叉口的延误影响计算，根据快速公交线路沿途所有交叉口信号配时参数、交叉口间距、快速公交平均行驶车速、绝对相位差、公共信号周期等参数，计算获取快速公交站点位置布设最佳方案，本发明通过设置合理的站点位置来减小快速公交延误，进而提高乘客的出行效率，使更多的出行者选择快速公交出行，推动大力发展公共交通。
附图说明
11.图1为本发明的总体流程图；
12.图2为单个交叉口快速公交站点位置可选组合方案示意图；
13.图3为本发明的实施例示意图。
具体实施方式
14.下面结合附图1-3和实施例，对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。本发明的实施方式并不受所述示例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
15.实施例1选取某条快速公交线路作为研究对象，该路线沿途经过12个连续的信号控制交叉口，根据步骤1所述，采集交叉口信号周期c＝180s，将全部交叉口依次进行编号；采集其他基本参数：站点停靠时间δt＝ 18s，快速公交平均行驶速度v＝12m/s，快速公交的到达研究区域起点的时刻t在公共信号周期c内服从均匀分布，此示例中取某一快速公交的到达时刻t＝17s；采集交叉口间距快速公交在各交叉口的通行相位红灯时间交叉口绝对相位差如表1所示。表1：交叉口间距数据和交叉口信号配时参数
16.实施例2根据步骤2、步骤3中公式(1)-(11)和目标函数公式(12)，计算快速公交在上行和下行方向到达所有信号交叉口的时刻以及延误时间，如表2所示。表2：快速公交到达各交叉口的时刻和在各交叉口的延误时间
17.实施例3以快速公交上行和下行方向在所有交叉口的总延误最小为目标，计算获得该快速公交线路站点位置布设的最佳方案，站点位置布设选择结果如表3所示，该快速公交线路站点位置布设示意图如附图3所示。表3：面向快速公交双向总延误最小的快速公交站点位置布设选择结果
应用本发明方法，目标函数d的值为330.21秒。