基于速度检测的交叉口公交插队优先控制方法与流程

本发明属于城市道路交通信号控制领域，涉及到交叉口信号配时、公交优先等方面的方法。

背景技术：

目前，城市交通面临的主要问题是交通拥挤，解决这个问题的主要途径是优先发展公共交通。城市道路资源有限和机动车数量的急剧增长严重影响了公共交通的发展，很多城市公共交通出行比例很低，服务水平不能满足乘客需求，对城市交通的便捷作用没有完全发挥出来。特别是在城市交通的节点信号交叉口处，公交车辆与社会行驶车辆拥有共同的行驶权，由于没有将公交车辆载客率高的特点考虑进去，人员的总延误很大，造成公交车的总延误增加，无法充分满足乘客对服务舒适度和公交车准点效率的要求。

公交优先包括两方面的含义，即对公交车在通行“空间”和“时间”上给予优先。所谓“空间优先”，是通过设立公交专用道路加以实现；而“时间优先”则体现在为公共汽车提供优先通行的交通控制信号。

本发明从时空两方面着手，空间上利用右转车道在交叉口处给予优先通行权，在时间上利用信号配时引导公交车离开上游公交站不停车驶离交叉口，减少公交车在交叉口处的二次停车，减少了公交车的行车延误。

技术实现要素：

针对现有技术存在的问题，本发明提出了一种基于速度检测的交叉口公交优先控制方法，解决现阶段交叉口时空资源有限的情况下公交车在交叉口延误较大的问题。

基于速度检测的交叉口公交插队优先控制方法，对于右转不受控制的信号交叉口，公交车从上游驶入港湾式公交站台，通过公交站台信号灯控制公交车是否驶出站台，若信号灯显示绿色，则公交车驶出站台后，利用足够的速度差通过交叉口右转和公交共用车道，在社会车辆之前驶离信号交叉口，若速度差不足，则利用交叉口处的公交信号灯提前进入交叉口，驶离交叉口。

进一步，所述公交站台信号灯设置在港湾式站台上方。

进一步，所述公交站台信号相位早于交叉口直行绿灯的相位，其相位差公式为：

t＝d/v+t，其中d表示公交站到交叉口停车线的距离，v为公交车匀速行驶的车速，t为安全时距。

进一步，若公交车与社会车辆之间的速度差不足时，则需要设置交叉口信号和公交信号的相位差，公交信号相位早于交叉口直行绿灯的相位，其相位差公式为:

式中：δt为公交车信号灯与交叉口信号灯之间的相位差；vb为公交车到达检测器处的速度；ab为公交车做匀加速直线运动的加速度；ac为社会车辆做匀加速直线运动的加速度；d为交叉口距离；d为安全车距；l为公交车车长。

进一步，所述速度差是由安装在公交车上的rfid阅读器和无源rfid标签采集得到，通过rfid系统中的信息共享模块与交叉口进行交互，信号交叉口接收速度差后进行相位差的计算。

进一步，所述交叉口右转和公交共用车道即现有右转不受控制的车道。

进一步，所述交叉口可为y型、t型、十字型。

进一步，所述公交站台信号灯只设有红色和绿色。

本发明的有益效果：

1、本发明科学利用交叉口有限的几何空间，将交叉口右转车道改为右转和公交共用车道，提高了车道的使用效率。

2、通过合理的相位差，解决了公交车在交叉口处的二次停车问题，降低机动车尾气排放，保护环境。

3、本发明可以解决公交车从公交站台出发需排队等待的问题，减少了公交车的延误和公交车人均行车延误，达到了公交优先的目的。

附图说明

图1是基于速度检测的公交插队优先控制方法流程图；

图2是基于速度检测的公交插队优先控制方法原理图；

图3是基于速度检测的公交插队优先信号控制方法的相位设置图。

附图标记：0-主信号灯，1-西进口上游港湾式公交站台，2-南进口上游港湾式公交站台，3-东进口上游港湾式公交站台，4-北进口上游港湾式公交站台，5-西进口上游港湾式公交站台信号灯，6-南进口上游港湾式公交站台信号灯，7-东进口上游港湾式公交站台信号灯，8-北进口上游港湾式公交站台信号灯，9-交叉口西进口停车线，10-交叉口南进口停车线，11-交叉口东进口停车线，12-交叉口北进口停车线，13-西进口安装无源rfid标签位置，14-南进口安装无源rfid标签位置，15-东进口安装无源rfid标签位置，16-北进口安装无源rfid标签位置，17、18、19、20-公交车，21-西进口右转和公交共用车道，22-南进口右转和公交共用车道，23-东进口右转和公交共用车道，24-北进口右转和公交共用车道。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

本发明的目的是让公交车到达信号交叉口时不减速，并且优先于社会车辆驶出交叉口，实现这个目的就必须要设置港湾式公交站台，并在站台处设立公交站台信号灯。当公交车到达港湾式公交站台时，公交站台信号灯为红色，公交车需要驻站停留，当信号灯变为绿色时，公交车离开港湾式公交站，当到达交叉口右转车道时交叉口信号灯为绿色，公交车不停车减速，利用右转和公交共用车道直接驶入交叉口，提前社会车辆驶出交叉口。

当公交车到达交叉口右转车道的速度不足以满足公交车在交叉口可以插入到社会车辆前时，就需要为公交车设置一个公交信号灯。当安置在右转和公交共用车道的rfid速度检测器检测公交车不能完全满足公交车插队条件时，公交信号灯亮起，交叉口其余信号灯均显示红灯，此时公交车驶入交叉口可插入到社会车辆前，提前驶出交叉口，达到公交优先的目的。

本发明具体通过以下步骤实现：

1、设置港湾式站台和公交站台信号灯

本实施例的交叉口可为y型、t型、十字型，优选如附图2所示的十字型交叉口，将十字交叉道路分为n(北)方向路口、s(南)方向路口、w(西)方向路口和e(东)方向路口四个路口。

将十字交叉口中间位置的信号灯称为主信号灯0，与在交叉口的四个进口道处，且距离交叉口停车线(9、10、11、12)dw1+dw2、ds1+ds2、de1+de2、dn1+dn2处建立深度为3.5m的上游港湾式公交站台1、2、3、4，17、18、19、20为公交车，港湾式站台停靠点正上方设置一组信号灯5、6、7、8，称为公交站台信号灯，用于控制公交车驶出站台。在公交站台信号灯为红灯时，公交车停靠在港湾式站台内等待，当站台信号灯为绿灯时，公交车可以在右转车道上通行。除此之外，附图2中21、22、23、24为右转和公交共用车道，直行公交车可利用该车道驶入交叉口进行插队。主信号灯0旁边设置有公交信号灯，公交信号灯与公交站台信号灯为同一种类型的信号灯，且公交信号灯、公交站台信号灯与主信号灯0周期相同、绿灯时间相同(信号灯安装的过程中进行设置)。

若公交车在到达港湾式站台1、2、3、4时，公交站台信号灯5、6、7、8显示绿灯，则公交车无需等待直接通过交叉口右转和公交共用车道进入交叉口。若公交车到达港湾式站台时，公交站台信号灯5、6、7、8显示红灯，则公交车需驶入港湾式站台内等待，当公交站台信号灯变为绿灯时，允许港湾式站台内的公交车驶出站台，由右转和公交共用车道(现有右转不受控制的车道)驶入交叉口。此外，通过合理设置主信号和站台信号的相位差、公交信号与主信号的相位差，当从右转和公交共用车道进入交叉口的公交车在到达交叉口进口停车线9、10、11、12时，主信号灯0显示绿灯，使得公交车可以利用右转和公交共用车道进入交叉口，插入到社会车辆前，提前驶出交叉口，不需要二次等待。

2、设置交叉口信号和公交站台信号的相位差

(1)交叉口信号相位

按照附图3组织方式，在交叉口采用四相位控制(见附图3)，即南北(sn)左转相位、南北(sn)直行相位、东西(ew)左转相位和东西(ew)直行相位；南北直行相位放行的车流包括南北直行机动车，南北左转相位放行的车流包括南北左转机动车，东西直行相位放行的车流包括东西直行机动车，东西左转相位放行的车流包括东西左转机动车。

(2)主信号和公交站台信号的相位差、主信号和公交信号的相位差

通过rfid阅读器和无源rfid标签检测公交车车速，rfid阅读器安装在公交车车底前部，交叉口右侧车道的车道中线安装无源rfid标签，即在交叉口13、14、15、16处铺设，无源rfid标签到交叉口停车线9、10、11、12的距离dw1、ds1、de1、dn1。当公交车通过无源rfid标签处时阅读器会直接获取公交车车速，此时rfid检测的交叉口东西南北处公交车速度为：vw、vs、ve、vn，然后rfid阅读器通过车载无线自组网(vanet)以v2i的方式将公交车速度参数传输给交叉口路侧设施，交叉口的路侧设施获取车速后进行公交车与社会车辆的速度差计算。因为在交叉口处的社会车辆处于排队等待状态，所以社会车车辆的速度即为0，此时检测的公交车车速为速度差，获取相位差后即进行相位差的计算。

公交站台信号灯和主信号灯的周期及绿灯时间相同，公交站台信号灯的绿灯比主信号提前开始，提前结束。公交信号灯和主信号灯的相位差是只针对于直行相位，公交信号灯的绿灯插入到直行相位前，该直行相位前的左转相位之后。

假设车辆在离开交叉口上游公交站台后到交叉口停车线处做匀速直线运动，公交站台距离交叉口停车线得距离为l，行车速度为v。然后车辆进入交叉口后均做匀加速直线运动，公交车做初速度为vb、加速度为ab的匀加速直线运动，社会车辆做初速度为0、加速度为ac的匀加速直线运动。公交车能够插入社会车辆满足的条件是公交车完全通过交叉口的时间较社会车辆通过交叉口的时间短。下面进行公式推导：

公交站台信号灯与交叉口主信号灯之间的相位差为公交车匀速行驶至交叉口停车线得距离再加上一个安全时间t，即：

t＝d/v+t(1)

其中：t为公交站台信号灯与交叉口主信号灯之间的相位差，d为公交站台距离交叉口停车线得距离，v为公交车匀速行驶的车速，t为安全时距。

公交车完全通过交叉口所需的时间t1为：

变形，得：

根据一元二次方程解法解得：

其中：t1为公交车完全通过交叉口所需的时间，d为交叉口距离，d为车辆间得安全车距，l为公交车车长，vb为公交车到达停车线的车速，ab为公交车加速度。

社会车辆通过交叉口所需的时间t2为：

变形，得：

根据一元二次方程解法解得：

其中：t2为社会车辆通过交叉口所需的时间，ac为社会车辆加速度。

当公交车完全通过交叉口所需的时间较社会车辆通过交叉口的时间短时，即：t1＜t2，此时公交车可插入社会车辆前通过交叉口。

当公交车完全通过交叉口所需的时间较社会车辆通过交叉口的时间长时，即：t1＞t2，此时交叉口处必须提前让公交车提前驶出交叉口，才能保证公交车安全插入社会车辆前通过交叉口。因此在交叉口设置公交车信号灯，控制公交车进入交叉口，公交车信号灯与交叉口信号灯的相位差δt为：

δt＝t1-t2+1(8)

带入t1、t2的计算公式得相位差δt为：

综合上述公式推导得公交车信号灯与交叉口信号灯的相位差δt为：

则西进口公交信号灯的绿灯相位与主信号东西绿灯相位之间的相位差为：

式中：tw1为西进口公交车信号灯与交叉口信号灯之间的相位差，vw为公交车到达检测器处的速度，dwe为交叉口东西向距离(即西进口停车线到东进口的距离)。

则西出口公交站台信号灯5的绿灯相位与主信号0的东西绿灯相位之间的相位差(公交站台信号绿灯早于主信号绿灯)为：

式中：tw2为西出口公交站台信号灯5的绿灯相位与主信号0的东西绿灯相位之间的相位差，dw1为西进口停车线9和西进口右转车道检测器13之间的距离，dw2为西进口右转车道检测器13和公交港湾式站台1之间的距离，t为安全时距。

则东进口公交信号灯的绿灯相位与主信号东西绿灯相位之间的相位差为：

式中：te1为东进口公交车信号灯与交叉口信号灯之间的相位差，ve为公交车到达检测器处的速度。

则东出口公交站台信号灯7的绿灯相位与主信号0的东西绿灯相位之间的相位差(公交站台信号绿灯早于主信号绿灯)为：

式中：te2为西出口公交站台信号灯7的绿灯相位与主信号0的东西绿灯相位之间的相位差，de1为东进口停车线11和东进口右转车道检测器15之间的距离，de2为东进口右转车道检测器15和公交港湾式站台3之间的距离。

则北进口公交信号灯的绿灯相位与主信号东西绿灯相位之间的相位差为：

式中：tn1为东进口公交车信号灯与交叉口信号灯之间的相位差，vn为公交车到达检测器处的速度，dsn为交叉口南北向距离(即南进口停车线到北出口的距离)。

则北出口公交站台信号灯8的绿灯相位与主信号0的南北绿灯相位之间的相位差(公交站台信号绿灯早于主信号绿灯)为：

式中：tn2为西出口公交站台信号灯7的绿灯相位与主信号0的东西绿灯相位之间的相位差，dn1为北进口停车线12和北进口右转车道检测器16之间的距离，dn2为北进口右转车道检测器16和公交港湾式站台4之间的距离。

则南进口公交信号灯的绿灯相位与主信号东西绿灯相位之间的相位差为：

式中：ts1为东进口公交车信号灯与交叉口信号灯之间的相位差，vs为公交车到达检测器处的速度。

则南出口公交站台信号灯6的绿灯相位与主信号0的南北绿灯相位之间的相位差(公交站台信号绿灯早于主信号绿灯)为：

式中：ts2为西出口公交站台信号灯7的绿灯相位与主信号0的东西绿灯相位之间的相位差，ds1为南进口停车线10和南进口右转车道检测器14之间的距离，ds2为西进口右转车道检测器14和公交港湾式站台2之间的距离。

详细的相位设置见附图3所示，图中白色表示绿灯，灰色表示黄灯，黑色表示红灯(其中g表示绿灯时长，y表示黄灯时长，r表示红灯时长)。

根据以上所述，便可以实现本发明。对本领域的技术人员在不背离本发明的精神和保护范围的情况下做出的其它的变化和修改，仍包括在本发明的保护范围之内。