一种多公交优先申请下两相位信号交叉口实时控制方法

本发明涉及交通信号控制的技术领域，尤其涉及一种多公交优先申请下两 相位信号交叉口实时控制方法。

随着我国经济发展城镇化进程不断加快，为了满足日益增长的城市交通出 行需求，近些年来，我国正在加快公共交通系统的建设。公共交通载运量大， 效率高，环境污染小，具有环保型、高效性、便捷性。公交车在时间和空间上 的优先措施日益完善，很多交叉口设有公交优先感应控制装置用以提供公交优 先的信号控制。但遗憾的是，当多辆公交车同时对交叉口提出优先申请时，公 交优先申请得不到合理的处理，导致交叉口总的通行效率未最优化，公交车的 通行效率未最大化，公交优先的控制理念未得到完善的实施。

经发明人长期研究发现，随着我国城市道路网的基础设施的不断建设，公 交优先技术日益完善，部分城市已经具备公交专用道设施和实时公交信号优先 技术的条件。公交信号优先技术旨在减少公交车交叉口延误时间，提升公交车 的通行效率和速度，现有信号优先方式多为简易的针对单辆公交车的优先控制 方法，但在实际运用中，多公交车同时提出优先申请状态经常发生，而多公交 车状态下的信号优先研究多存在于理论层次，理论研究模型复杂、计算繁琐、 数据需求庞大，不易在实际应用中操作，而简易的公交信号优先控制方法对公 交车优先通行产生的效果较为有限。

如果能够在多辆公交车同时提出优先通行的申请时，综合考虑公交车载客 人数以及优先需求对交叉口信号调整的幅度和对其余公交车的影响，及时调整 交叉口信号控制方案，让尽可能多的客流通过交叉口，则可以有效完善公交优 先通行的效果，提高交叉口的公交客流通行效率。

本发明在考虑交叉口两相位信号方案和多辆公交车同时提出优先通行申请 情况下，结合优先申请检测装置、驶离检测装置和公交车载设备，在公交车驶 至优先申请位置，被检测器激活，传输公交车基本信息到交叉口的公交优先控 制器，通过计算机自动控制，以绿灯提前起亮或者绿灯延长的方式，生成考虑 公交优先的信号控制方案，确保在多辆公交车同时对交叉口提出优先通行申请 时，乘客较多、较容易实现优先通行的车辆可以优先通过交叉口。在有多辆公 交车同时对交叉口提出优先通行申请时，有效保证已经具有优先通行权利车辆 的通行权益，避免多辆公交车产生优先冲突，最大化乘客利益，提出一种简便、 易操作的交通信号控制方式，提高交叉口的公交通行效率。

本发明的目的是提供一种面向公交优先的交叉口信号控制方法，当交叉口 信号控制机同时收到多辆公交车提出优先通行申请时，根据公交车的车载人数 和预测到达时刻等信息，自动生成考虑公交优先的信号控制方案，确保尽可能 多的乘客和公交车辆通过交叉口，缓解多辆公交车优先通行需求的矛盾。

为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案为：一种多公交优先申请下两 相位信号交叉口实时控制方法，该方法包括如下步骤：

步骤1：在交叉口各进口道的优先申请位置布设优先申请检测装置，在各出
口道布设驶离检测装置；优先申请位置为交叉口各进口道距离停车线上游
处，其中，R_len为路段的长度，为公交车的历史平均行驶速度，C
为交叉口常态信号周期；

步骤2：每当优先申请检测装置检测到公交车k驶经进口道的优先申请检测 装置处时，向公交车k的车载信号接收装置发送激活信号，公交车k的车载无 线数据传输装置将其采集的公交车k的基本信息BUSk传输至交叉口的公交优先 控制器，交叉口的公交优先控制器将其存储于接收到的所有公交车基本信息集 合{BUSk}，其中k=1，2，3，…，K，K为当前交叉口的公交优先控制器接收到的 优先申请公交车总数，其中，BUSk＝[IDk,Hk,Nk,σk,Tzhan_k,Tce_k,μk,Dk,Ty_k]，IDk为公 交车k车载设备编号ID；Hk为公交车k交叉口通行相位编号，Hk＝1或2，其中， 1、2分别代表两个信号相位；Nk为公交车车内乘客人数；σk表示公交车k从优 先申请位置至交叉口停车线之间有无停靠站点，并且σk＝1表示有停靠站点， σk＝0表示没有停靠站点，Tzhan_k为公交车k在站点平均停车时间，其中若σk＝0， 则Tzhan_k＝0，Tce_k为公交车驶经优先申请检测装置时刻，μk代表公交车优先状态， μk＝1则公交车在目标交叉口已经获得信号优先通行状态，μk＝0则公交车在目标 交叉口未获得信号优先通行状态，其中若公交车对目标交叉口的优先申请第一 次被检测到，则设定μk＝0；Dk为公交车优先级，初始值为0，Ty_k为公交车预 测到达交叉口时刻，则 $T_{y\_k}=T_{\mathrm{ce}\_k}+{\sigma }_k·T_{\mathrm{zhan}\_k}+S/\bar{v},\forall k;$

步骤3：交叉口信号控制机在每个相位开始前5s时向交叉口的公交优先控 制器发送激活指令，公交优先控制器读取公交车的基本信息集合{BUSk}，通过 公交优先信号确定方法确定公交优先的信号控制方案；

步骤4：所述公交优先控制器将确定的信号控制方案传输至交叉口信号灯控 制机；

步骤5，公交优先控制器读取公交车的基本信息集合{BUSk}内，每一辆公交 车k的车载设备IDk和优先申请的反馈值μk，并根据车载设备IDk值，将优先申 请的反馈值μk发送给相应的公交车的车载设备，若μk＝1，则公交车的优先信号 提示装置将显示“公交车优先申请成功”，若μk＝0，则公交车的优先信号提示装 置显示“公交车优先申请未成功”；

步骤6：每当驶离检测装置检测有公交车k驶经驶离检测装置处时，驶离检 测装置向公交车k的车载信号接收装置发送激活信号，公交车k的车载无线数 据传输装置向交叉口的公交优先控制器发出公交车k的基本信息BUSk，公交优 先控制器根据公交车k的基本信息BUSk中的IDk信息，将公交车k的基本信息 BUSk从接收到的所有公交车基本信息集合{BUSk}中删除。

技术方案中，关于“公交优先信号确定方法”如下：

步骤1：交叉口即将开始的信号相位记为相位一，相位一的下一相位记为相 位二；读取公交优先控制器中相位一的最小绿灯时长Tmin_1、最大绿灯时长Tmax_1、 常态绿灯时长Tmid_1和相位编号J1（J1＝1或2）；根据交叉口当前时刻的信号控制方 案，确定相位一的起始时刻Tbe_1，设定相位一结束时刻的初始值为 Tend_1＝Tbe_1+Tmid_1；

步骤2：初始化相位一的结束时刻下限值A＝Tbe_1+Tmin_1，相位一的结束时刻 上限值B＝Tbe_1+Tmax_1；

步骤3：读取基本信息集合{BUS_k}内，所有到达时刻T_{y_k}处于相位一结束时
刻的下限值与上限值之间（即T_{y_k}∈[A,B]）的公交车的基本信息BUS_k，并组成临
时的信息集合TEMP，根据多公交车申请下信号优先顺序确定方法确定临时的信
息集合TEMP每一辆公交车k的优先级值，并将优先级数值赋值于公交车k的基
本信息BUS_k中的D_k，若转至步骤8；若转至步骤4；

步骤4；在临时的信息集合TEMP中，根据min（Dk），选取优先级最高的公 交车k′确定其到达交叉口时刻Ty_k′，若Ty_k′≤Tend_1，公交车在相位一内到达交叉 口，转至步骤5；若Ty_k′＞Tend_1，公交车在相位二内到达交叉口，转至步骤6；

步骤5：若Hk′＝J1，不需要调整相位一结束时刻Tend_1，则A＝max(A,Ty_k′)； 若Hk′≠J1，调整相位一结束时刻B＝min(B,Ty_k′)，且Tend_1＝B；转至步骤7；

步骤6：若Hk′≠J1，不需要调整相位一结束时刻Tend_1，则B＝min(B,Ty_k′)； 若Hk′＝J1，调整相位一结束时刻A＝max(A,Ty_k′)且Tend_1＝A；

步骤7：将公交车k′的基本信息BUS_k′和临时的信息集合TEMP中所有到达时
刻的公交车的基本信息BUS_k都从临时的信息集合TEMP中删除，如果
则转至步骤4；如果则转至步骤8；

步骤8：判断基本信息集合{BUSk}内所有公交车的优先状态：若公交车k 的到达时刻Ty_k∈[Tbe_1,Tend_1]且Hk＝J1，令公交车k基本信息BUSk内的μk＝1；否 则，令μk＝0；

步骤9：相位一时长修改为T1′=Tend_1-Tbe_1，将该结果存储于公交优先控制器内 作为确定的信号控制方案。

“公交优先信号确定方法”中，关于“多公交车申请下信号优先顺序确定方 法”如下：

步骤1：读取相位一的相位编号J₁、起始时刻T_{be_1}、相位一结束时刻的初始
值T_{end_1}；根据临时的信息集合TEMP中的信息，公交车k到达交叉口停车线预测
时刻T_{y_k}，若J₁＝H_k，则公交车k可在相位一内直接通过交叉口，公交车k的通
行损失时间T_{delay_k}＝0；若J₁≠H_k，则公交车k在不能在相位一内通行，公交车k
的通行损失时间为T_{delay_k}＝Min[|T_{y_k}-T_{be_1}|，|T_{end_1}-T_{y_k}|]，

步骤2：确定信息集合{BUSk}内，公交车k的重要因素值为λk＝Tdelay_k/Nk， 并进行公交车优先级别排序，其规则为：首先，公交优先状态μk越大的优先级 别越高；其次，当公交优先状态μk相同时，公交车重要因素值λk越小的优先级 别越高；最后，当重要因素值λk相同时，车内乘客数量Nk越大的优先级别越高；

步骤3：根据优先排序结果，对基本信息集合TEMP内的各公交车的优先级 别Dk赋值，Dk=1，2，3，…，数值越小优先级越高。

图1为一种多公交优先申请下两相位交叉口信号实时控制方法流程图；

图2为公交优先信号确定方法流程图；

图3为多公交车申请下信号优先顺序确定方法；

图4为检测器布设方法示意图。

下面结合附图对本发明做进一步说明。

步骤1：在交叉口各进口道的优先申请位置布设优先申请检测装置，在各出
口道布设驶离检测装置；优先申请位置为交叉口各进口道距离停车线上游
处，其中，R_len为路段的长度，为公交车的历史平均行驶速度，C
为交叉口常态信号周期；

步骤2：每当优先申请检测装置检测到公交车k驶经进口道的优先申请检测 装置处时，向公交车k的车载信号接收装置发送激活信号，公交车k的车载无 线数据传输装置将其采集的公交车k的基本信息BUSk传输至交叉口的公交优先 控制器，交叉口的公交优先控制器将其存储于接收到的所有公交车基本信息集 合{BUSk}（k=1，2，3，…，K，K为当前交叉口的公交优先控制器接收到的优先 申请公交车总数），其中，BUSk＝[IDk,Hk,Nk,σk,Tzhan_k,Tce_k,μk,Dk,Ty_k]，IDk为公交 车k车载设备编号ID；Hk为公交车k交叉口通行相位编号，（Hk＝1或2，其中，1、 2分别代表两个信号相位）；Nk为公交车车内乘客人数；σk表示公交车k从优先 申请位置至交叉口停车线之间有无停靠站点（σk＝1表示有停靠站点，σk＝0表示 没有停靠站点），Tzhan_k为公交车k在站点平均停车时间（若σk＝0，则Tzhan_k＝0）， Tce_k为公交车驶经优先申请检测装置时刻，μk代表公交车优先状态，μk＝1则公 交车在目标交叉口已经获得信号优先通行状态，μk＝0则公交车在目标交叉口未 获得信号优先通行状态（若公交车对目标交叉口的优先申请第一次被检测到， 设定μk＝0），Dk为公交车优先级，初始值为0，Ty_k为公交车预测到达交叉口时 刻， $T_{y\_k}=T_{\mathrm{ce}\_k}+{\sigma }_k·T_{\mathrm{zhan}\_k}+S/\bar{v},\forall k;$

步骤3：交叉口信号控制机在每个相位开始前5s时向交叉口的公交优先控 制器发送计算程序激活指令，公交优先控制器读公交车的基本信息集合{BUSk}， 通过公交优先信号确定方法确定公交优先的信号控制方案；

步骤4：公交优先控制器将确定的信号控制方案传输至交叉口信号灯控制 机；

步骤5，公交优先控制器读取公交车的基本信息集合{BUSk}内，每一辆公交 车k的车载设备IDk和优先申请的反馈值μk，并根据车载设备IDk值，将优先申 请的反馈值μk发送给相应的公交车的车载设备，若μk＝1，则公交车的优先信号 提示装置将显示“公交车优先申请成功”，若μk＝0，则公交车的优先信号提示装 置显示“公交车优先申请未成功”；

步骤6：每当驶离检测装置检测有公交车k驶经驶离检测装置处时，驶离检 测装置向公交车k的车载信号接收装置发送激活信号，公交车k的车载无线数 据传输装置向交叉口的公交优先控制器发出公交车k的基本信息BUSk，公交优 先控制器根据公交车k的基本信息BUSk中的IDk信息，将公交车k的基本信息 BUSk从接收到的所有公交车基本信息集合{BUSk}中删除。

技术方案中，关于“公交优先信号确定方法”如下：

步骤1：交叉口即将开始的信号相位记为相位一，相位一的下一相位记为相 位二；读取公交优先控制器中相位一的最小绿灯时长Tmin_1、最大绿灯时长Tmax_1、 常态绿灯时长Tmid_1和相位编号J1（J1＝1或2）；根据交叉口当前时刻的信号控制方 案，确定相位一的起始时刻Tbe_1，设定相位一结束时刻的初始值为 Tend_1＝Tbe_1+Tmid_1；

步骤2：初始化相位一的结束时刻下限值A＝Tbe_1+Tmin_1，相位一的结束时刻 上限值B＝Tbe_1+Tmax_1；

步骤3：读取基本信息集合{BUS_k}内，所有到达时刻T_{y_k}处于相位一结束时
刻的下限值与上限值之间（即T_{y_k}∈[A,B]）的公交车的基本信息BUS_k，并组成临
时的信息集合TEMP，根据多公交车申请下信号优先顺序确定方法确定临时的信
息集合TEMP每一辆公交车k的优先级值，并将优先级数值赋值于公交车k的基
本信息BUS_k中的D_k，若转至步骤8；若转至步骤4；

步骤4；在临时的信息集合TEMP中，根据min（Dk），选取优先级最高的公 交车k′确定其到达交叉口时刻Ty_k′，若Ty_k′≤Tend_1，公交车在相位一内到达交叉 口，转至步骤5；若Ty_k′＞Tend_1，公交车在相位二内到达交叉口，转至步骤6；

步骤5：若Hk′＝J1，不需要调整相位一结束时刻Tend_1，则A＝max(A,Ty_k′)； 若Hk′≠J1，调整相位一结束时刻B＝min(B,Ty_k′)，且Tend_1＝B；转至步骤7；

步骤6：若Hk′≠J1，不需要调整相位一结束时刻Tend_1，则B＝min(B,Ty_k′)； 若Hk′＝J1，调整相位一结束时刻A＝max(A,Ty_k′)且Tend_1＝A；

步骤7：将公交车k′的基本信息BUS_k′和临时的信息集合TEMP中所有到达时
刻的公交车的基本信息BUS_k都从临时的信息集合TEMP中删除，如果
则转至步骤4；如果则转至步骤8；

步骤8：判断基本信息集合{BUSk}内所有公交车的优先状态：若公交车k 的到达时刻Ty_k∈[Tbe_1,Tend_1]且Hk＝J1，令公交车k基本信息BUSk内的μk＝1；否 则，令μk＝0；

步骤9：相位一时长修改为T1′=Tend_1-Tbe_1，将该结果存储于公交优先控制器内 作为确定的信号控制方案。

“公交优先信号确定方法”中，关于“多公交车申请下信号优先顺序确定方 法”如下：

步骤1：读取相位一的相位编号J₁、起始时刻T_{be_1}、相位一结束时刻的初始
值T_{end_1}；根据临时的信息集合TEMP中的信息，公交车k到达交叉口停车线预测
时刻T_{y_k}，若J₁＝H_k，则公交车k可在相位一内直接通过交叉口，公交车k的通
行损失时间T_{delay_k}＝0；若J₁≠H_k，则公交车k在不能在相位一内通行，公交车k
的通行损失时间为T_{delay_k}＝Min[|T_{y_k}-T_{be_1}|，|T_{end_1}-T_{y_k}|]，

步骤2：确定信息集合{BUSk}内，公交车k的重要因素值为λk＝Tdelay_k/Nk， 并进行公交车优先级别排序，其规则为：首先，公交优先状态μk越大的优先级 别越高；其次，当公交优先状态μk相同时，公交车重要因素值λk越小的优先级 别越高；最后，当重要因素值λk相同时，车内乘客数量Nk越大的优先级别越高；

步骤3：根据优先排序结果，对基本信息集合TEMP内的各公交车的优先级 别Dk赋值，Dk=1，2，3，…，数值越小优先级越高。

示例：以佛山市交通干道交叉口为发明的研究对象，交叉口平面如附图4 所示。

1)公交车历史平均行驶速度为10m/s，交叉口常态信号周期为60s，各进口
道路段长800m，优先申请位置为交叉口各进口道距离停车线上游
处，在各进口道优先申请位置布设优先申请检
测装置，在各出口道进口处布设驶离检测装置，在需要交叉口优先的公交车辆
2)公交车1驶至优先申请位置向系统提出优先申请，公交车1车载信号接
收装置接收到优先申请检测装置的激活信号，公交车1的车载无线数据传输装
置将基本信息BUS₁传输至公交优先控制器，其中
BUS₁＝[ID₁,H₁,N₁,σ₁,T_{zhan_1},T_{ce_1},μ₁,D₁,T_{y_1}]

=[123,1,20,0,0,500,0,0,500+0·0+600/10]=[123,1,20,0,0,500,0,0,570]；

3)公交车2驶至优先申请位置向系统提出优先申请，公交车2车载信号接 收装置接收到优先申请检测装置的激活信号，公交车2的车载无线数据传输装 置将基本信息BUS2传输至公交优先控制器，其中 BUS2＝[ID2,H2,N2,σ2,Tzhan_2,Tce_2,μ2,D2,Ty_2]

＝[234,2,25,1,10,500,0,0,500+1·10+600/10]＝[234,2,25,1,10,500,0,0,570]；

4)距离下一信号相位开始还有5s，交叉口信号控制机向交叉口的公交优先 控制器发送计算程序激活指令，交叉口即将开始的信号相位记为相位一，相位 一的下一相位记为相位二，读取公交优先控制器中相位一的最小绿灯时长 Tmin_1＝15s、最大绿灯时长Tmax_1=45s、常态绿灯时长Tmid_1=30s和相位编号J1=1，相 位一的起始时刻Tbe_1=545s，设定相位一结束时刻的初始值为 Tend_1＝Tbe_1+Tmid_1=545+30=575s；

5)初始化相位一的结束时刻下限值A＝Tbe_1+Tmin_1=545+15=560s，相位一的结束 时刻上限值B＝Tbe_1+Tmax_1=545+45=590s；

6)读取基本信息集合，公交车的基本信息集合为{BUSk}={BUS1,BUS2}，公交 车1、2到达时刻为560s、570s，均满足Ty_k∈[A,B]，则TEMP={BUS1,BUS2}；

7)根据多公交车申请下信号优先顺序确定方法，已知相位一的相位编号 J1=1，起始时刻Tbe_1=545s，结束时刻的初始值为Tend_1＝575s，公交车1、2到达 时刻为560s、575s，通行相位分别为1、2相位，对于车辆1，公交车在通行相 位绿灯期间到达交叉口，通行损失时间Tdelay_1＝0，对于车辆2，公交车在非通行 相位期间到达交叉口，通行损失时间Tdelay_2＝Min[(570-545)，(575-570)]＝5s；

8)分别计算两辆公交车的重要因素因子：λ1＝0/20＝0，λ2＝5/25＝0.2，根据 排序因素进行排序：已知μ1＝μ2＝0，λ1＜λ2，公交车1优先级高于公交2；

9)优先级为1、2的车辆，对应车载设备ID值分别为123、234，对TEMP内 各公交车优先级别赋值，D1＝1、D2＝2；

10)在临时的信息集合TEMP中，根据min（Dk），选取优先级最高的公交车， 为公交车1，其到达交叉口时刻Ty_1＝560s，Ty_1＝560s＜Tend_1＝575s，公交车在相位 一内到达交叉口，且H1＝J1＝1，则不需要调整相位一结束时刻Tend_1，则 A＝max(A,Ty_1)＝max(560,560)＝560s；

11)将公交车1的基本信息BUS1，从临时的信息集合TEMP中删除，此时 TEMP={BUS2}；

12)在临时的信息集合TEMP中，根据min（Dk），选取优先级最高的公交车， 为公交车2（此时仅有一辆公交车在集合内），其到达交叉口时刻Ty_2＝570s， Ty_2＝570s＜Tend_1＝575s，公交车在相位一内到达交叉口，且H2＝2≠J1＝1，则调整 相位一结束时刻B＝min(B,Ty_2)＝min(575,570)＝570s，且Tend_1＝B＝570s；

13)将公交车2的基本信息BUS₂，从临时的信息集合TEMP中删除，此时

14)判断基本信息集合{BUSk}内所有公交车的优先状态：公交车1到达时刻 Ty_1∈[Tbe_1,Tend_1]且H1＝J1，令公交车1基本信息BUS1内的μ1＝1；公交车2到达 时刻Ty_2∈[Tbe_1,Tend_1]且H2＝J1，令公交车2基本信息BUS2内的μ2＝1；

15)相位一时长修改为T1′=Tend_1-Tbe_1＝570-545＝25s，将该结果存储于公交优先 控制器内作为确定的信号控制方案，公交优先控制器将确定的信号控制方案传 输至交叉口信号灯控制机；

16)公交优先控制器读取公交车的基本信息集合{BUSk}内每一辆公交车的车 载设备IDk和优先申请的反馈值μk，将优先申请的反馈值μk发送给相应的公交 车的车载设备，则公交车1车载设备接收到μ1＝1，优先信号提示装置将显示“公 交车优先申请成功”，公交车2车载设备接收到μ2＝1，优先信号提示装置将显 示“公交车优先申请成功”。

17)驶离检测装置检测有公交车1驶经驶离检测装置处时，驶离检测装置向 公交车1的车载信号接收装置发送激活信号，公交车1的车载无线数据传输装 置向交叉口的公交优先控制器发出公交车1的基本信息BUS1，公交车1的 ID1=123，公交优先控制器将公交车基本信息集合{BUSk}中ID值为123的公交车 的基本信息删除。

本发明的各种实施方式将参考附图来描述，其中相同的标号在不同的附图 中表示相同的部分或组件。对各种实施方式的参考不限制本发明的范围。本发 明的范围只能由所附权利要求的范围来限制。另外，本说明书中所阐述的任何 例子都不是限制性的，而仅仅是阐述所保护发明的许多可能实施方式的中的一 些。其中本发明可以体现为方法或设备。相应地，本发明可以采用完全硬件实 施方式或者结合软件与硬件方面的实施方式。因此，以下具体描述不应当从限 制的角度来理解。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通 技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干可以预期的改 进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。