一种基于车路协同系统的饱和单路口公交信号控制方法与流程

技术特征：
1.一种基于车路协同系统的饱和单路口公交信号控制方法，其特征在于：所述车路协同系统包括：多个车载单元、云端处理中心、交通信号控制机；所述云端处理中心与所述交通信号控制机通过无线方式连接；所述云端处理中心分别与所述车载单元依次通过无线方式连接；所述车载单元安装于交叉口每辆车辆上；所述车载单元将车辆的长度、车辆的位置信息、车辆的行驶速度、车辆的加速度无线传输给云端处理中心；所述云端处理中心根据车辆的位置信息、车辆的行驶速度、车辆的加速度通过所述饱和交通状态下的公交优先感应控制方法得到交通信号的控制信息，将交通信号的控制信息无线传输至所述交通信号控制机；所述交通信号控制机根据接收的交通信号的控制信息来控制交通信号灯；所述饱和单路口公交信号控制方法，具体步骤如下：步骤1：云端处理中心通过车载单元采集每台车辆的位置信息、每台车辆的行驶速度、每台车辆的加速度，每台车辆的长度，根据每条道路的位置区域范围、每台车辆的位置信息进一步判断车辆所对应的道路，以构建每条道路的车辆数据集；步骤2：将交叉口一组车道内第1条道路定义为公交专用道，所述公交专用道为优先相位车道，交叉口一组车道内除第1条道路外均定义为非优先相位车道，云端处理中心根据非优先相位车道的车辆数据集，判断各非优先相位车道的已排队的总车辆长度是否已超出每条道路溢出点的长度阈值，确定第j条道路发生排队溢出；步骤3：当云端处理中心识别出第j条道路发生排队溢出，首先获得此时刻的第1条道路即公交车道上的公交车辆数据集，计算距交叉口最近的公交车辆到达交叉口停车线的时间；然后获得第j条道路上的车辆数据集，云端处理中心通过与路侧单元通讯获得第j条道路长度阈值点前最多可容纳的排队车辆数，计算在阈值点前的所有已排队的非优先相位车辆通过交叉口所需的时间；步骤4：云端处理中心通过步骤3获得的溢出点前已排队的非优先相位车辆通过交叉口所需的时间和发生排队溢出后公交车辆通过交叉口所需的时间，确定本周期的非优先相位最大绿灯时间，然后对交叉口各相位的配时进行优化，对交叉口进行感应控制。2.根据权利要求1所述的基于车路协同系统的饱和单路口公交信号控制方法，其特征在于，步骤1所述每台车辆的位置信息为：(x
i
，y
i
)，i∈[1，m]其中，m表示交叉口一组车道内车辆的数量，(x
i
，y
i
)表示第i台车辆的位置信息，x
i
表示第i台车辆的x轴坐标，y
i
表示第i台车辆的y轴坐标；所述的x轴、y轴是以交叉口信号灯为原点，以车辆行车方向为x轴、垂直于行车方向为y轴；步骤1所述每台车辆的行驶速度为：v
i
，i∈[1，m]其中，m表示交叉口一组车道内车辆的数量，v
i
表示第i台车辆的行驶速度；步骤1所述每台车辆的加速度为：a
i
，i∈[1，m]
其中，m表示交叉口一组车道内车辆的数量，a
i
表示第i台车辆的加速度；步骤1所述每台车辆的长度为：l
i
，i∈[1，m]其中，m表示交叉口一组车道内车辆的数量，l
i
表示第i台车辆的长度；步骤1所述每条道路的位置区域范围，具体定义为：每条道路的中心点坐标为：(u
j
，v
j
)，j∈[1，n]其中，n表示交叉口一组车道内道路的数量；每条道路的长度为l，每条道路的宽度为w；每条道路的x轴坐标取值范围为：每条道路的y轴坐标取值范围为：步骤1所述进一步判断车辆所对应的道路为：将第i台车辆的位置信息(x
i
，y
i
)传输至云端处理中心，由云端处理中心判断第i台车辆的位置信息值是否属于第j条车道的矩形区域；所述云端处理中心判断的方法为：若x
i
∈[u
j
‑
l/2，u
j
l/2]且y
i
∈[v
j
‑
w/2，v
j
w/2]，则判定第i台车辆位于第j条道路中；云端处理中心将第j条道路上的k
j
台车辆的x轴坐标由小到大依排序，得到车辆的编号依次为：第j1台车辆、第j2台车辆、...、第k
j
台车辆；步骤1所述每条道路的车辆数据集为：其中：data
j
表示第j条道路的车辆数据集；data
jl
表示第j道路上的第l台车辆的数据集，j
l
∈[1，m]，l∈[1，k
j
]，k
j
表示第j条道路的车辆数量，n表示交叉口一组车道内道路的数量，m表示交叉口一组车道内车辆的数量；将交叉口一组车道内第1条道路定义为公交专用道，所述公交专用道为优先相位车道，交叉口一组车道内除第1条道路外均定义为非优先相位车道；data
jl
＝[a
jl
，v
jl
，(x
jl
，y
jl
)，s
jl
]，j
l
∈[1，m]，l∈[1，k
j
]，j∈[1，n]其中，a
jl
表示第j条道路上第1台车辆的加速度；v
jl
表示第j条道路上第1台车辆的速度，(x
jl
，y
jl
)表示第j条道路上第1台车辆的位置信息，s
jl
表示第j条道路上第1台车辆的长度，k
j
表示第j条道路的车辆数量，n表示交叉口一组车道内道路的数量，m表示交叉口一组车道内车辆的数量。3.根据权利要求1所述的基于车路协同系统的饱和单路口公交信号控制方法，其特征在于，步骤2所述的非优先相位车道的总车辆长度：其中，s表示非优先相位车道的总车辆长度，表示第j条道路上第1台车辆的长度，k
j
表示第j条道路的车辆数量，n表示交叉口一组车道内道路的数量，m表示交叉口一组车道内车辆的数量；h表示车头间距；表示非优先相位第j条道路已排队的车辆数；
所述第j条道路已排队的车辆数量，具体计算过程如下：云端处理中心获得第j条道路上的车辆数据集中的每台车辆的速度，将每台车辆的速度与速度阈值比较，统计连续多台车辆速度小于阈值的数量，将连续多台车辆速度小于速度阈值的数量定义为已排队的车辆数量：其中，m表示交叉口一组车道内车辆的数量，n表示交叉口一组车道内道路的数量；所述判断第j条道路已排队车辆的方法：所述的速度阈值定义为：其中，n表示交叉口一组车道内道路的数量；步骤2所述的每条道路溢出点的长度阈值定义为：其中，表示第j条道路的溢出点的长度阈值，通过经验观察得到；n表示交叉口一组车道内道路的数量。4.根据权利要求1所述的基于车路协同系统的饱和单路口公交信号控制方法，其特征在于，步骤3所述的公交车辆到达交叉口停车线的计算方法：当云端处理中心监测到非优先相位排队溢出后，公交专用道上第1台公交车辆的数据集根据数据集中的计算公交车辆到达交叉口停车线的时间；公交车辆仅在进出站台时做加速度恒定的匀加速运动或匀减速运动，其余均做速度恒定的匀速运动；其中：表示公交专用道上1台公交车辆的数据集；表示公交专用道上第1台公交车辆的加速度；表示公交专用道上第1台公交车辆的速度；表示公交专用道上第1台公交车辆的速度；表示公交专用道上第1台公交车辆的位置信息；步骤3所述计算距交叉口最近的公交车辆到达交叉口停车线的时间为：表示公交专用道上第1台公交车辆的位置信息与站台位置信息比较，具体过程为：x
b
表示公交站台的中心位置坐标，w表示公交站台长度，若则判定此时公交车辆位于站台内；若则判定此时公交车辆位于站台下游；若则判定此时公交车辆位于站台内；若公交车辆位于站台上游时，公交车辆通过交叉口所需时间为：若公交车辆位于站台上游时，公交车辆通过交叉口所需时间为：
其中，表示公交车辆通过交叉口所需的时间；t1表示公交车辆驶入站台所需的时间；t2表示公交车辆驶出站台所需的时间；t
′
表示公交车辆驶出站台后，通过交叉口的时间；；表示公交车辆驶出站台后，此时公交车辆的位置信息；表示公交专用道上第1台公交车辆的速度；所述的驻站时间t
stop
的计算方法：根据云端处理中心已获得的公交车辆数据集读取公交车辆的速度判断此时的公交车辆速度是否持续小于速度阈值，若速度持续小于则判定此时公交车辆正在驻站，将公交车辆速度持续小于速度阈值的一段时间定义为驻站时间，记为所述的速度阈值定义为：其中，n表示交叉口一组车道内道路的数量；公交车辆位于站台内时，公交车辆通过交叉口所需时间为：公交车辆位于站台内时，公交车辆通过交叉口所需时间为：公交车辆位于站台内时，公交车辆通过交叉口所需时间为：其中：表示公交车辆通过交叉口所需的时间；t2表示公交车辆驶出站台所需的时间；t
′
表示公交车辆驶出站台后，通过交叉口的时间；表示公交车辆驶出站台后，此时公交车辆的位置信息；表示公交专用道上第1台公交车辆的速度；所述的驻站时间t
stop
的计算方法：根据云端处理中心已获得的公交车辆数据集读取公交车辆的速度判断此时的公交车辆速度是否小于速度阈值，若小于则判定此时公交车辆正在驻站，将驻站时间记为t
stop
；所述的速度阈值定义为：其中，n表示交叉口一组车道内道路的数量；公交车辆位于站台下游时，公交车辆通过交叉口所需时间为：其中：表示公交车辆通过交叉口所需的时间；表示公交专用道上第1台公交车辆的位置信息；表示公交专用道上第1台公交车辆的速度；
步骤3所述的云端处理中心通过与路侧单元通讯获得第j条道路长度阈值点前最多可容纳的排队车辆数为：n
j
，n
j
∈[1，m]其中，j表示第j条道路发生排队溢出；n
j
表示发生排队溢出第j条道路所能容纳的排队车辆数量；m表示交叉口一组车道内车辆的数量其中，表示第j条道路的溢出点的长度阈值，通过经验观察得到；表示车辆平均车身长，m；h表示非优先相位车辆的平均车头间距，m；步骤3所述的道路长度阈值点前所有已排队的非优先相位车辆通过交叉口时间的计算方法为：为保证道路长度阈值点前所有已排队的非优先相位车辆通过交叉口时间，可将计算等效为道路长度阈值点后第一台非优先相位车辆到达交叉口停车线的最小绿灯时间其中，表示道路长度阈值点前已排队的车辆通过交叉口所需的时间，s；表示本周期非优先相位的社会车辆平均消散率，pcu/h，可通过车载单元直接获得。5.根据权利要求1所述的基于车路协同系统的饱和单路口公交信号控制方法，其特征在于，步骤4所述的确定本周期非优先相位的最大绿灯时间的方法：在保证交叉口实施公交优先的条件下，通过建立本周期非优先相位的绿灯时间模型来确定本周期非优先相位的最大绿灯时间，来减少非优先相位车辆在交叉口的二次排队；所述的本周期非优先相位的最大绿灯时间指的是既保证公交车辆优先通行后又保证交叉口的正常通行后，本周期所能给予已发生排队溢出方向的车辆最大的绿灯时间；所述的本周期非优先相位的绿灯时间模型：所述的本周期非优先相位的绿灯时间模型：其中：表示本周期非优先相位的绿灯需求时间；表示表第j条道路的溢出点的长度阈值；为第j条道路容许的最大排队长度；g
max
为最大绿灯时间；步骤4所述的对交叉口相位进行配时优化，对交叉口进行感应控制：发生排队溢出时，云端处理中心判断当前交叉口相位是公交专用相位：若插入一个时长为的可以使非优先车辆通行的绿灯相位；若插入一个时长为的可以使非优先车辆通行的绿灯相位；发生排队溢出时，云端处理中心判断当前交叉口相位是非优先相位：若此时非优先相位绿灯剩余时间小于该相位绿灯时间的五分之一，切换下一相位。

技术总结
本发明涉及一种基于车路协同系统的饱和单路口公交信号控制方法。本系统中的云端处理中心通过车载单元获取每条道路上的车辆数据集，根据数据集中的信息，确定发生排队溢出的道路。云端处理中心接收到排队溢出响应后，分别计算此时距交叉口最近的公交车辆到达交叉口停车线的时间和在阈值点前的所有已排队的非优先相位车辆通过交叉口所需的时间，进而确定本周期非优先相位最大绿灯时间，对交叉口各相位进行配时优化，实施感应信号控制。本发明在饱和交通状态下既可以保证在公交车辆的顺畅通行，也可以在一定程度上缓解社会车辆排队通过交叉口的情况，缓解交叉口的拥堵，提高交叉口的通行效率。叉口的通行效率。叉口的通行效率。


技术研发人员：吕悦晶 同奕萌 谢文俊 樊宇 祝财年 韩耿斌 海永梁 张萌萌
受保护的技术使用者：青海省公路局
技术研发日：2021.07.27
技术公布日：2021/11/4