[发明专利]一种基于车路协同的公交实时调度与优先控制方法

权利要求书

1.一种基于车路协同的公交实时调度与优先控制方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

步骤1：基于车路协同环境，针对一条公交线路，上行方向或下行方向，收集研究区段上，正在运行的公交车辆总数，记为，并将所有公交车辆进行编号，记为，；收集每台公交车辆的位置信息，速度信息；确定公交车与紧邻前车之间包含的公交站点总数，记为，并按公交行驶方向将包含的公交站点进行编号，记为，；确定公交车与紧邻前车之间包含的交叉口总数，记为，同样，按公交行驶方向将包含的交叉口进行编号，记为，；确定车辆与前方交叉口之间公交站点总数，记为，按公交车行驶方向进行编号，记为，；收集各交叉口的信号相位总数，记为，按顺序以数字进行编号记为，，采集各交叉口各相位的有效绿灯时长，信号周期时长；

步骤2：计算公交车在各交叉口，的信号延误；

步骤3：计算相邻公交车辆之间的车头时距；

步骤4：根据所有相邻公交车辆之间的车头时距分布，判别所有公交，的“快慢车”属性；

步骤5：根据公交车辆的“快慢车”属性，采用公交调度与公交优先的优化方法，确定公交车辆的最佳行驶车速、驻站时间、以及相应的交叉口信号优先方案；

所述步骤2中公交车在各交叉口，的信号延误的计算方法包括如下步骤：

步骤 21：已知车辆m的行驶速度为，与交叉口距离为，车辆m在公交站点的停靠时间为，则车辆m行驶到交叉口所需的时间，如式(1)所示：

(1)

上式中，第一项为公交行驶时间，表示公交站点的停靠时间，表示交叉口的停车延误；

步骤22：设当前时刻交叉口当前周期已运行时间为，计算当车辆m到达交叉口时的信号周期运行时间点，如式(2)所示：

(2)

步骤23：设公交车辆在交叉口的绿灯相位编号为，车辆m到达交叉口时，公交绿灯相位的开始时间点记为，结束时间点记为，则：

(3)

(4)

步骤24：根据车辆到达交叉口时，信号周期运行时间点与公交绿灯相位的开始时间点、结束时间点的先后关系，计算车辆m在交叉口的交叉口停车延误，如式(5)所示：

(5)

所述步骤3中，相邻公交车辆之间的车头时距计算方法，如公式(6)所示：

(6)

式中，表示公交车辆与前车之间的车头时距，表示公交车辆与前车之间的车头路程；

所述步骤4中根据所有相邻公交车辆之间的车头时距分布，判别所有公交，的“快慢车”属性的计算方法，包括如下步骤：

步骤41：定义相邻两辆公交车辆的期望车头时距为计算车辆与车辆之间的车头时距偏差，如式(7)所示：

(7)

步骤42：根据偏差值正负，以及允许偏差范围，判断车辆的“快慢车”属性，如式(8)所示：

(8)

式中取值为-1时表示公交车辆与紧邻前车的车头时距偏小，为快车；取值为0时表示公交车辆m与紧邻前车的车头时距在正常范围内；取值为1时表示公交车辆m与紧邻前车的车头时距偏大，为慢车；

所述步骤5中公交调度与公交优先的优化方法，包括如下步骤：

步骤51：设研究路段车辆最低行驶速度为，车辆最高行驶速度为，定义公交车辆优化后的最佳行驶车速为，则：

(9)

步骤52：考虑驻站时乘客能接受的最长等待时间为，优化后车辆m在站点的驻站时间记为，则：

(10)

步骤53：更新车辆到达信号交叉口所需的时间，记为，如式（11）所示：

(11)

式中表示优化后交叉口的停车延误，表示优化后在公交站点的驻站时间；

步骤54：根据式(2)，更新车辆m到达交叉口时的周期运行时间点，记为 ；根据式（3）、（4）、（5），更新车辆m在交叉口的停车延误，记为；

步骤55：设各相位最短绿灯时长为，车辆m到达交叉口时，公交绿灯相位的最早开始时间点记为，最迟结束时间点记为，则：

(12)

(13)

步骤56：根据更新后，公交车辆到达交叉口时，周期运行时间点与、的先后关系，设为二元变量，，如(14)所示：

(14)

设为二元变量，，如式(15)所示：

(15)

三者应满足如式(16)所示的约束：

(16)

上式能确保公交为慢车，且信号相位允许的情况下，使公交能获得信号优先；

步骤57：若设为三元变量，，如式(17)所示：

(17)

计算交叉口的各相位应调整的有效绿灯时长，如式(18)所示：

(18)

式(18)中，表示，若，交叉口的各相位对应调整的时长，计算方法如式(19)所示：

(19)

式（18）中，表示，若，交叉口的各相位应调整的时长，计算方法如式（20）所示：

(20)

步骤58：使用公交调度与公交优先的优化方法后，计算车辆m与紧邻前车之间的车头时距，记为，如式（21）所示：

(21)

步骤59：以整条公交线路，所有相邻公交车辆之间的车头时距与期望车头时距差值最小为目标函数，如式(22)所示，基于约束条件(1)-(21)，优化得出公交最佳行驶速度，最佳驻站时间，与信号优先的最佳设置地点以及对应的信号调整方案；

(22)。