【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)屬于交通工程和交通信息及控制系統(tǒng)領(lǐng)域，涉及智能交通系統(tǒng)，更具體地說(shuō)，涉及一種基于時(shí)間窗的公交車速與信號(hào)配時(shí)協(xié)同優(yōu)化方法。
技術(shù)介紹
1、近年來(lái)，智能網(wǎng)聯(lián)車輛(intelligent?and?connected?vehicles,icvs)技術(shù)的快速發(fā)展為交通系統(tǒng)的優(yōu)化控制提供了全新思路，尤其在車輛軌跡和信號(hào)配時(shí)協(xié)同優(yōu)化方面，成為智能交通系統(tǒng)研究的熱點(diǎn)之一。icvs通過(guò)實(shí)時(shí)通信技術(shù)獲取車輛的動(dòng)態(tài)信息，結(jié)合交通信號(hào)控制策略，可以顯著提高道路的通行效率，減少交通延誤，優(yōu)化能耗。楊曉光教授等對(duì)車路協(xié)同環(huán)境下的軌跡級(jí)交通控制進(jìn)行了全面綜述，展示了該領(lǐng)域的前沿研究進(jìn)展(楊曉光等.車路協(xié)同環(huán)境下的軌跡級(jí)交通控制研究綜述[j].中國(guó)公路學(xué)報(bào),2023,36(09):225-243.)。
2、當(dāng)前，針對(duì)智能網(wǎng)聯(lián)車輛的車輛速度引導(dǎo)研究主要集中在通過(guò)調(diào)整車輛的行駛速度，使車輛能夠在紅綠燈轉(zhuǎn)換之間順利通過(guò)交叉口，從而實(shí)現(xiàn)信號(hào)配時(shí)的優(yōu)化。這種方法依賴于車輛準(zhǔn)確的到達(dá)時(shí)間節(jié)點(diǎn)，通過(guò)精確的時(shí)空同步來(lái)提高交叉口的通行效率。然而，這類方法在處理公交車的行駛引導(dǎo)時(shí)面臨一定的挑戰(zhàn)。
3、公交車由于服務(wù)于乘客的需求，不僅要與普通車輛一樣通過(guò)交叉口，還需要在指定站點(diǎn)?？可舷驴?，這增加了行駛時(shí)間的波動(dòng)性和不確定性。公交車的?？繒r(shí)間與乘客數(shù)量、上下客速度等因素密切相關(guān)，使得公交車在站點(diǎn)停靠的時(shí)間難以精確預(yù)測(cè)，導(dǎo)致現(xiàn)有基于普通車輛的車速引導(dǎo)和信號(hào)配時(shí)優(yōu)化方法難以有效應(yīng)用于公交車。公交車的頻繁停靠打亂了信號(hào)配時(shí)與車輛行駛軌跡的協(xié)調(diào)，降低了交通系
4、針對(duì)上述問(wèn)題，本專利技術(shù)提出了一種基于時(shí)間窗的公交車速與信號(hào)配時(shí)協(xié)同優(yōu)化方法。通過(guò)考慮公交車的到達(dá)時(shí)間窗和通過(guò)時(shí)間窗，結(jié)合公交車停靠站的動(dòng)態(tài)特性，提出新的優(yōu)化方法來(lái)提升公交車的準(zhǔn)點(diǎn)率和通行效率?；趧?dòng)態(tài)時(shí)間窗的控制策略，以應(yīng)對(duì)公交車運(yùn)行中的不確定性因素，實(shí)現(xiàn)車路協(xié)同控制下的智能網(wǎng)聯(lián)公交優(yōu)先通行機(jī)制。在公交車站點(diǎn)停靠時(shí)間不可控的情況下，能夠?qū)崿F(xiàn)與交叉口信號(hào)配時(shí)與車速協(xié)同優(yōu)化，提高公共交通系統(tǒng)的運(yùn)營(yíng)效率。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、技術(shù)問(wèn)題：針對(duì)現(xiàn)有車速和信號(hào)配時(shí)協(xié)同優(yōu)化的研究無(wú)法直接適用于公交車的不足，本專利技術(shù)的目的是提供一種基于時(shí)間窗的公交車速與信號(hào)配時(shí)協(xié)同優(yōu)化方法，通過(guò)引入到達(dá)時(shí)間窗和通過(guò)時(shí)間窗，判斷車輛是否能不停車通過(guò)交叉口，決定是否實(shí)施速度優(yōu)化以及優(yōu)化的具體方法，提高公交車在城市道路上的運(yùn)行效率。
2、技術(shù)方案：為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本專利技術(shù)的一種基于時(shí)間窗的公交車速與信號(hào)配時(shí)協(xié)同優(yōu)化方法，包括如下步驟：
3、步驟1：采集信息，包括智能網(wǎng)聯(lián)公交所在的位置、當(dāng)前速度，站點(diǎn)位置以及站點(diǎn)與交叉口停車線距離以及信號(hào)配時(shí)方案；
4、步驟2：計(jì)算公交到達(dá)時(shí)間窗與通行時(shí)間窗；
5、步驟3：根據(jù)智能網(wǎng)聯(lián)公交車的到達(dá)時(shí)間窗、通行時(shí)間窗、信號(hào)燈綠燈時(shí)間判斷車輛是否必須停車，根據(jù)判斷結(jié)果，在不停車情況下實(shí)施速度引導(dǎo)與信號(hào)燈協(xié)同優(yōu)化。
6、本專利技術(shù)中，步驟2中計(jì)算公交到達(dá)時(shí)間窗與通行時(shí)間窗的方法，包括如下步驟：
7、步驟21：公交到達(dá)時(shí)間窗是指在公交運(yùn)行過(guò)程中，公交車輛到達(dá)交叉口停車線的一個(gè)時(shí)間范圍，到達(dá)時(shí)間窗的開(kāi)始時(shí)間和結(jié)束時(shí)間共同決定了到達(dá)時(shí)間窗的范圍公交車到達(dá)時(shí)間窗的起始時(shí)間為公交車輛從車站駛出的時(shí)刻加上公交車加速至最大速度vmax所用的時(shí)間，以及以最大速度行駛至交叉口停車線的位置，由公式(1)計(jì)算：
8、
9、其中，為公交車輛到達(dá)時(shí)間窗的起始時(shí)間；t0為公交車輛從公交車站的出發(fā)時(shí)刻；l2為速度引導(dǎo)區(qū)內(nèi)公交站至交叉口停車線的距離，單位m；vmax為路段允許通行的最大行駛速度，單位m/s；a為智能網(wǎng)聯(lián)公交車的加速度，單位m/s2；
10、公交車到達(dá)時(shí)間窗的結(jié)束時(shí)間由車輛距交叉口停車線的距離、路段允許通行的最小行駛速度vmin、加速度，以及車輛從公交車站出發(fā)的時(shí)刻等計(jì)算，如公式(2)所示：
11、
12、其中，為公交車到達(dá)時(shí)間窗的結(jié)束時(shí)間；vmin表示路段允許通行的最小行駛速度，單位m/s。
13、步驟22：公交通行時(shí)間窗指在公交車到達(dá)交叉口停車線時(shí)可以不停車通過(guò)的時(shí)間范圍，由表示；公交通行時(shí)間窗的開(kāi)始時(shí)間可由信號(hào)燈綠燈開(kāi)始時(shí)刻gs與紅燈允許早斷的最大時(shí)間δ1之差計(jì)算得到，如公式(3)所示：
14、
15、其中，為公交車通行時(shí)間窗的開(kāi)始時(shí)間；gs為當(dāng)前相位信號(hào)燈綠燈開(kāi)始時(shí)刻；δ1為紅燈允許早斷的最大時(shí)間。
16、公交通行時(shí)間窗的結(jié)束時(shí)間可由信號(hào)燈綠燈結(jié)束時(shí)刻與綠燈允許延長(zhǎng)的最大時(shí)間δ2之和計(jì)算得到，如公式(4)所示：
17、
18、其中，為公交車通行時(shí)間窗的結(jié)束時(shí)間；ge為當(dāng)前相位信號(hào)燈綠燈結(jié)束時(shí)刻；δ2為綠燈允許延長(zhǎng)的最大時(shí)間。
19、本專利技術(shù)中，步驟3中判斷車輛是否必須停車，不停車速度引導(dǎo)和信號(hào)配時(shí)優(yōu)化，包括如下步驟：
20、步驟31：當(dāng)智能網(wǎng)聯(lián)公交車出站后加速至最大速度，并以此速度行駛至交叉口停車線時(shí)剛好處在綠燈最大延長(zhǎng)時(shí)間范圍內(nèi)，即智能網(wǎng)聯(lián)公交車到達(dá)交叉口停車線時(shí)刻相當(dāng)于且表示空集。這種情況考慮使智能網(wǎng)聯(lián)公交車加速至最大速度vmax行駛，因此只需要尋找一個(gè)合理的加速度；其中：ge為當(dāng)前相位信號(hào)燈綠燈結(jié)束時(shí)刻，為公交通行時(shí)間窗的開(kāi)始時(shí)間，為公交車通行時(shí)間窗的結(jié)束時(shí)間，為公交車輛到達(dá)時(shí)間窗的起始時(shí)間，為公交車到達(dá)時(shí)間窗的結(jié)束時(shí)間，t1為智能網(wǎng)聯(lián)公交車到達(dá)交叉口停車線時(shí)刻；
21、在上述情況下，將加速至最大速度情況下的目標(biāo)函數(shù)設(shè)定為智能網(wǎng)聯(lián)公交車從公交站點(diǎn)出發(fā)至交叉口停車線的時(shí)間最短，包括智能網(wǎng)聯(lián)公交車從站點(diǎn)出發(fā)加速至最大速度的時(shí)間，以及以最大速度行駛至交叉口停車線的時(shí)間，如公式所示：
22、
23、其中，tj表示智能網(wǎng)聯(lián)公交車到達(dá)交叉口停車線的時(shí)刻；t0表示公交車輛從公交車站駛出的時(shí)刻；vmax表示路段允許通行的最大行駛速度，單位m/s；a表示智能網(wǎng)聯(lián)公交車的加速度，單位m/s2；l2表示車輛從公交車站駛出至交叉口停車線之間的距離，單位m。
24、時(shí)間約束如公式(6)-(7)所示，公式(6)保證智能網(wǎng)聯(lián)公交車能夠在通行時(shí)間窗內(nèi)到達(dá)交叉口停車線；公式(7)保證了研究車輛與前車之間保持安全的車頭時(shí)距；
25、
26、tj≥tj-1+ta???(7)
27、其中，tj-1表示上一輛車通過(guò)交叉口停車線的時(shí)刻；ta為能保證智能網(wǎng)聯(lián)公交車安全運(yùn)行的車頭時(shí)距，單位m。
28、由于智能網(wǎng)聯(lián)公交車的運(yùn)行也是嚴(yán)格按照交規(guī)運(yùn)行，其在速度引導(dǎo)區(qū)的運(yùn)行也應(yīng)滿足路段行駛速度的限制，全程行駛速度不得大于路段允許通行的最大行駛速度，速度約束如公式(8)所示：
29、vj≤vmax???(8)
30、其中，vj表示研究目標(biāo)j在速度引導(dǎo)區(qū)的形式速度，單位m/s。
31、為保本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
1.一種基于時(shí)間窗的公交車速與信號(hào)配時(shí)協(xié)同優(yōu)化方法，其特征在于，該方法包括如下步驟：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于時(shí)間窗的公交車速與信號(hào)配時(shí)協(xié)同優(yōu)化方法，其特征在于，所述步驟3中判斷車輛是否必須停車，不停車速度引導(dǎo)和信號(hào)配時(shí)優(yōu)化，包括如下步驟：
【技術(shù)特征摘要】
1.一種基于時(shí)間窗的公交車速與信號(hào)配時(shí)協(xié)同優(yōu)化方法，其特征在于，該方法包括如下步驟：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：馬昌喜，李元平，劉洋，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：蘭州交通大學(xué)，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：
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