基于生态效益的公交信号优先控制方法、装置及存储介质与流程

1.本发明涉及公交信号优先技术领域，尤其涉及一种基于生态效益的公交信号优先控制方法、装置及存储介质。


背景技术：

2.公交信号优先是提高公交系统运行速度和可靠性的重要手段，对于缓解城市道路交通拥堵，提升城市道路交通运行效率具有重要作用。传统公交信号优先控制的目标主要是使公交车尽快通过交叉口，减少延误，提高公交服务水平，因此现有研究通常以降低公交车的延误为优化目标，也有部分学者同时将车辆延误和社会车辆延误的综合考虑在内。
3.然而随着汽车电气化的推进，尤其是公交车已经基本实现了全电动的情况下，一味的追求交叉口的时间效益而实施公交优先，则会在增加社会车辆延误的同时大大的增加交叉口的生态负面影响，而若在考虑车辆对交叉口生态环境负面影响的基础上，一味以生态效益最小为优化目标，一定程度上又会降低公交车的优先权，与公交信号优先的理念相违背。


技术实现要素：

4.本发明实施例的目的是提供一种基于生态效益的公交信号优先控制方法、装置及存储介质，通过以时间成本最小为目标，生态成本为约束得到最优的交叉口信号配时方案，能够平衡公交通行效率和交叉口生态效益之间的关系，在尽可能地提高交叉口乘客的时间效益的同时，将对环境生态效益的负面影响控制在一定范围内，保障交通系统的低碳化和可持续性。
5.为实现上述目的，本发明实施例提供了一种基于生态效益的公交信号优先控制方法，包括：
6.当检测到公交车进入交叉口进口道时，预测公交车到达停车线时的交叉口信号灯的相位状态；
7.当预测到所述相位状态不是绿灯相位时，根据预设的交叉口信号配时约束条件，得到信号优先的第一公交车集合及每一所述第一公交车的交叉口信号配时方案；
8.计算每一所述交叉口信号配时方案的交叉口乘客增加的时间成本和交叉口乘客增加的生态成本；
9.以所述时间成本最小为目标，所述生态成本为约束，从所有所述交叉口信号配时方案中筛选出最优的交叉口信号配时方案，将所述最优的交叉口信号配时方案反馈至所述交叉口信号灯的控制中心，以使所述交叉口信号灯执行所述最优的交叉口信号配时方案。
10.作为上述方案的改进，所述当检测到公交车进入交叉口进口道时，预测公交车到达停车线时的交叉口信号灯的相位状态，包括：
11.当检测到公交车进入交叉口进口道时，获取公交车经过设立在所述交叉口进口道的检测器的当前车辆信息、所述交叉口进口道的当前交通流信息和交叉口信号灯的当前相
位状态；
12.利用所述当前车辆信息和所述当前交通流信息，预测公交车到达停车线的预计时刻；
13.根据所述当前相位状态和所述预计时刻，得到公交车到达停车线时的交叉口信号灯的相位状态。
14.作为上述方案的改进，所述当预测到所述相位状态不是绿灯相位时，根据预设的交叉口信号配时约束条件，得到信号优先的第一公交车集合及每一所述第一公交车的交叉口信号配时方案，包括：
15.当预测到所述相位状态不是绿灯相位时，根据预设的交叉口信号配时约束条件，计算交叉口信号配时参数的取值范围；其中，所述交叉口信号配时参数包括红灯截断时长和绿灯延长时长；
16.根据每一公交车到达停车线的预计时刻，获取在所述取值范围内的信号优先的第一公交车集合以及每一所述第一公交车的交叉口信号配时方案。
17.作为上述方案的改进，所述交叉口信号配时约束条件包括非优先相位k+1被借用时间约束和非优先相位k+1剩余时间约束；
18.所述非优先相位k+1被借用时间约束为：
[0019][0020]
式中，为第z个周期非优先相位k+1未实施公交优先时的绿灯时间，为第z个周期非优先相位k+1实施公交优先时被借用的绿灯时长，ρ代表非优先相位k+1最大允许的v/c比，v表示交叉口进口道的车流量，c表示交叉口进口道的通行能力，v/c表示交叉口进口道的饱和度；
[0021]
所述非优先相位k+1剩余时间约束为：
[0022][0023]
式中，为第z个周期非优先相位k+1未实施公交优先时的绿灯时间，为第z个周期非优先相位k+1实施公交优先时被借用的绿灯时长，为非优先相位k+1上预设的保证行人和车流安全通过的最小绿灯时间。
[0024]
作为上述方案的改进，所述以所述时间成本最小为目标，所述生态成本为约束，从所有所述交叉口信号配时方案中筛选出最优的交叉口信号配时方案，将所述最优的交叉口信号配时方案反馈至所述交叉口信号灯的控制中心，以使所述交叉口信号灯执行所述最优的交叉口信号配时方案，包括：
[0025]
根据所述生态成本，从所有所述交叉口信号配时方案中筛选出所述生态成本小于预设的生态成本增加阈值的若干第一交叉口信号配时方案；
[0026]
根据所述时间成本，从所有所述第一交叉口信号配时方案中筛选出所述时间成本最小的第二交叉口信号配时方案；
[0027]
将所述第二交叉口信号配时方案作为最优的交叉口信号配时方案，并将所述最优
的交叉口信号配时方案反馈至所述交叉口信号灯的控制中心，以使所述交叉口信号灯执行所述最优的交叉口信号配时方案。
[0028]
作为上述方案的改进，通过以下步骤计算所述交叉口乘客增加的时间成本：
[0029]
根据下式，计算优先相位k减少的时间成本：
[0030][0031]
式中，为优先相位车辆在实施公交信号优先策略的时间成本；为优先相位车辆在未实施公交信号优先策略的时间成本；
[0032]
根据下式，计算非优先相位k+1增加的时间成本：
[0033][0034]
式中，为非优先相位车辆在实施公交信号优先策略的时间成本；为非优先相位车辆在未实施公交信号优先策略的时间成本；
[0035]
根据下式，计算交叉口乘客增加的时间成本：
[0036][0037]
式中，代表非优先相位k+1增加的时间成本，代表优先相位k的减少的时间成本；
[0038]
其中，根据下式计算预设相位q下的预设策略的时间成本：
[0039][0040]
式中，nq代表预设策略下的当前周期内预设相位q通过的车辆总数量，为预设策略下的第n辆车辆经过交叉口的实际时间，n
car
表示社会车辆的平均载客人数，n
bus
表示公交车的平均载客数，tf代表预设策略下的车辆不受阻碍经过交叉口的时间，代表预设策略下的第n辆车辆的站台乘客候车延误，m
bus
代表等候第n辆公交车的平均站台乘客数，m
t
代表人均时间价值，为第n辆车辆的车辆类型，表示社会车辆，表示公交车，预设相位q为优先相位k或非优先相位k+1，预设策略为实施公交信号优先策略或未实施公交信号优先策略。
[0041]
作为上述方案的改进，通过以下步骤计算所述交叉口乘客增加的生态成本：
[0042]
根据下式，计算优先相位k减少的生态成本：
[0043][0044]
式中，为优先相位车辆在实施公交信号优先策略的生态成本；为优先相位车辆在未实施公交信号优先策略的生态成本；
[0045]
根据下式，计算非优先相位k+1增加的生态成本：
[0046][0047]
式中，为非优先相位车辆在实施公交信号优先策略的生态成本；
为非优先相位车辆在未实施公交信号优先策略的生态成本；
[0048]
根据下式，计算增加的生态成本：
[0049][0050]
式中，代表非优先相位k+1增加的生态成本，代表优先相位k的减少的生态成本；
[0051]
其中，根据下式，计算预设相位q下的预设策略的生态成本：
[0052][0053]
式中，nq代表预设策略下的当前周期内预设相位q通过的车辆总数量，t
no
和t
nd
分别为预设策略下的第n辆车辆进入交叉口的时刻和离开交叉口的时刻，为预设策略下的第n辆车辆的瞬时油耗率，c1为汽油价格，α1为预设的尾气排放权重系数，为第n辆车辆第m项尾气指标的瞬时排放率，cm表示燃油车辆第m项尾气指标的环境保护税税额，r
ne
为第n辆车辆的瞬时电能消耗率，c
p
为电能价格，θn为第n辆车辆的动力类型，θn＝1表示燃油车，θn＝0表示电动车，预设相位q为优先相位k或非优先相位k+1，预设策略为实施公交信号优先策略或未实施公交信号优先策略。
[0054]
作为上述方案的改进，通过以下步骤获取车辆的瞬时油耗率、瞬时排放率、瞬时电能消耗率：
[0055]
当判断到进入交叉进口道的车辆的动力类型为电动车时，通过预设的电动车速度模型模拟该车辆的运行状况，得到该车辆的瞬时电能消耗率；
[0056]
当判断到进入交叉进口道的车辆的动力类型为燃油车时，通过预设的燃油车速度模型模拟该车辆的运行状况，得到该车辆的瞬时排放率和瞬时油耗率。
[0057]
为实现上述目的，本发明实施例提供了一种基于生态效益的公交信号优先控制装置，包括：
[0058]
相位状态预测模块，用于当检测到公交车进入交叉口进口道时，预测公交车到达停车线时的交叉口信号灯的相位状态；
[0059]
交叉口信号配时方案获取模块，用于当预测到所述相位状态不是绿灯相位时，根据预设的交叉口信号配时约束条件，得到信号优先的第一公交车集合及每一所述第一公交车的交叉口信号配时方案；
[0060]
成本计算模块，用于计算每一所述交叉口信号配时方案的交叉口乘客增加的时间成本和交叉口乘客增加的生态成本；
[0061]
最优交叉口信号配时方案获取模块，用于以所述时间成本最小为目标，所述生态成本为约束，从所有所述交叉口信号配时方案中筛选出最优的交叉口信号配时方案，将所述最优的交叉口信号配时方案反馈至所述交叉口信号灯的控制中心，以使所述交叉口信号灯执行所述最优的交叉口信号配时方案。
[0062]
为实现上述目的，本发明还实施例提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质包括存储的计算机程序；其中，所述计算机程序在运行时控制所述计算机可
读存储介质所在的设备执行如上述的基于生态效益的公交信号优先控制方法。
[0063]
与现有技术相比，本发明实施例提供的一种基于生态效益的公交信号优先控制方法、装置及存储介质，通过以时间成本最小为目标，生态成本为约束，从获取到的所有交叉口信号配时方案中筛选出最优的交叉口信号配时方案，能够保障交叉口乘客的时间效益的同时，将对环境生态效益的负面影响控制在一定范围内，保障交通系统的低碳化和可持续性，也能够避免在实施传统公交信号优先策略时非优先相位社会车辆的生态效益和时间效益大幅下降的情况。
附图说明
[0064]
图1是本发明实施例提供的一种基于生态效益的公交信号优先控制方法的流程图；
[0065]
图2是本发明实施例提供的一种基于生态效益的公交信号优先控制装置的结构框图。
具体实施方式
[0066]
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0067]
参见图1，图1是本发明实施例提供的一种基于生态效益的公交信号优先控制方法的流程图，所述基于生态效益的公交信号优先控制方法，包括：
[0068]
s1、当检测到公交车进入交叉口进口道时，预测公交车到达停车线时的交叉口信号灯的相位状态；
[0069]
s2、当预测到所述相位状态不是绿灯相位时，根据预设的交叉口信号配时约束条件，得到信号优先的第一公交车集合及每一所述第一公交车的交叉口信号配时方案；
[0070]
s3、计算每一所述交叉口信号配时方案的交叉口乘客增加的时间成本和交叉口乘客增加的生态成本；
[0071]
s4、以所述时间成本最小为目标，所述生态成本为约束，从所有所述交叉口信号配时方案中筛选出最优的交叉口信号配时方案，将所述最优的交叉口信号配时方案反馈至所述交叉口信号灯的控制中心，以使所述交叉口信号灯执行所述最优的交叉口信号配时方案。
[0072]
具体地，所述当检测到公交车进入交叉口进口道时，预测公交车到达停车线时的交叉口信号灯的相位状态，包括：
[0073]
当检测到公交车进入交叉口进口道时，获取公交车经过设立在所述交叉口进口道的检测器的当前车辆信息、所述交叉口进口道的当前交通流信息和交叉口信号灯的当前相位状态；
[0074]
利用所述当前车辆信息和所述当前交通流信息，预测公交车到达停车线的预计时刻；
[0075]
根据所述当前相位状态和所述预计时刻，得到公交车到达停车线时的交叉口信号
灯的相位状态。
[0076]
可以理解的是，在交叉口进口道上的，且距离交叉口的停车线一定距离内的位置安设检测器，公交车在进入交叉进口道时，必定会经过所述检测器，此时所述检测器被激活，检测到公交车进入交叉口进口道，获取公交车经过所述检测器的当前车辆信息、所述交叉口进口道的当前交通流信息和交叉口信号灯的当前相位状态；可选地，所述当前车辆信息包括当前车速及车辆与停车线之间的距离，即检测器与停车线之间的距离，当前交通流信息通过交通流检测系统获取。
[0077]
具体地，所述当预测到所述相位状态不是绿灯相位时，根据预设的交叉口信号配时约束条件，得到信号优先的第一公交车集合及每一所述第一公交车的交叉口信号配时方案，包括：
[0078]
当预测到所述相位状态不是绿灯相位时，根据预设的交叉口信号配时约束条件，计算信号交叉口配时参数的取值范围；其中，所述交叉口信号配时参数包括红灯截断时长和绿灯延长时长；
[0079]
根据每一公交车到达停车线的预计时刻，获取在所述取值范围内的信号优先的第一公交车集合以及每一所述第一公交车的交叉口信号配时方案。
[0080]
可以理解的是，当预测到所述相位状态处于绿灯相位时，不执行公交优先策略；反之，获取信号优先的第一公交车集合及每一所述第一公交车的交叉口信号配时方案。
[0081]
具体地，所述交叉口信号配时约束条件包括非优先相位k+1被借用时间约束和非优先相位k+1剩余时间约束；
[0082]
所述非优先相位k+1被借用时间约束为：
[0083][0084]
式中，为第z个周期非优先相位k+1未实施公交优先时的绿灯时间，为第z个周期非优先相位k+1实施公交优先时被借用的绿灯时长，ρ代表非优先相位k+1最大允许的v/c比，v表示交叉口进口道的车流量，c表示交叉口进口道的通行能力，v/c表示交叉口进口道的饱和度；
[0085]
所述非优先相位k+1剩余时间约束为：
[0086][0087]
式中，为第z个周期非优先相位k+1未实施公交优先时的绿灯时间，为第z个周期非优先相位k+1实施公交优先时被借用的绿灯时长，为非优先相位k+1上预设的保证行人和车流安全通过的最小绿灯时间。
[0088]
可以理解的是，优先相位中红灯截断的时长和绿灯延长的时长与非优先相位中被借用的时长是相等的，因此，可以从非优先相位的时长去考虑交叉口信号配时约束条件，该时长受到两个因素的约束，一是非优先相位的绿灯时间被借用之后，不能造成非优先相位
的车流溢流：二是非优先相位剩余的绿灯时长要满足行人过街的需求：求：
[0089]
具体地，所述以所述时间成本最小为目标，所述生态成本为约束，从所有所述交叉口信号配时方案中筛选出最优的交叉口信号配时方案，将所述最优的交叉口信号配时方案反馈至所述交叉口信号灯的控制中心，以使所述交叉口信号灯执行所述最优的交叉口信号配时方案，包括：
[0090]
根据所述生态成本，从所有所述交叉口信号配时方案中筛选出所述生态成本小于预设的生态成本增加阈值的若干第一交叉口信号配时方案；
[0091]
根据所述时间成本，从所有所述第一交叉口信号配时方案中筛选出所述时间成本最小的第二交叉口信号配时方案；
[0092]
将所述第二交叉口信号配时方案作为最优的交叉口信号配时方案，并将所述最优的交叉口信号配时方案反馈至所述交叉口信号灯的控制中心，以使所述交叉口信号灯执行所述最优的交叉口信号配时方案。
[0093]
可以理解的是，在本发明实施例中交叉口信号配时方案满足以下控制规则：
[0094]
a.在同一信号周期范围内，主干道方向最多只能实施一次绿灯延长或红灯截断；
[0095]
b.保证整个交叉口的乘客时间效益最优；
[0096]
c.控制交叉口生态效益恶化程度在一定范围内。
[0097]
具体地，通过以下步骤计算所述交叉口乘客增加的时间成本：
[0098]
根据下式，计算优先相位k减少的时间成本：
[0099][0100]
式中，为优先相位车辆在实施公交信号优先策略的时间成本；为优先相位车辆在未实施公交信号优先策略的时间成本；
[0101]
根据下式，计算非优先相位k+1增加的时间成本：
[0102][0103]
式中，为非优先相位车辆在实施公交信号优先策略的时间成本；为非优先相位车辆在未实施公交信号优先策略的时间成本；
[0104]
根据下式，计算交叉口乘客增加的时间成本：
[0105][0106]
式中，代表非优先相位k+1增加的时间成本，代表优先相位k的减少的时间成本；
[0107]
其中，根据下式计算预设相位q下的预设策略的时间成本：
[0108]
[0109]
式中，nq代表预设策略下的当前周期内预设相位q通过的车辆总数量，为预设策略下的第n辆车辆经过交叉口的实际时间，n
car
表示社会车辆的平均载客人数，n
bus
表示公交车的平均载客数，tf代表预设策略下的车辆不受阻碍经过交叉口的时间，代表预设策略下的第n辆车辆的站台乘客候车延误，m
bus
代表等候第n辆公交车的平均站台乘客数，m
t
代表人均时间价值，为第n辆车辆的车辆类型，表示社会车辆，表示公交车，预设相位q为优先相位k或非优先相位k+1，预设策略为实施公交信号优先策略或未实施公交信号优先策略。
[0110]
可以理解的是，在优先相位或非优先相位是否采取实施公交信号优先策略会影响交叉口乘客的时间成本，即在优先相位k实施公交信号优先策略，会得到对应的时间成本在优先相位k不实施公交信号优先策略，会得到对应的时间成本在非优先相位k+1实施公交信号优先策略，会得对应的时间成本在非优先相位k+1实施公交信号优先策略，会得对应的时间成本同时为了获取对应的时间成本，在对应的相位及对应的策略下获取相关的参数信息，通过公式相位及对应的策略下获取相关的参数信息，通过公式计算得到对应时间成本。
[0111]
具体地，通过以下步骤计算所述交叉口乘客增加的生态成本：
[0112]
根据下式，计算优先相位k减少的生态成本：
[0113][0114]
式中，为优先相位车辆在实施公交信号优先策略的生态成本；为优先相位车辆在未实施公交信号优先策略的生态成本；
[0115]
根据下式，计算非优先相位k+1增加的生态成本：
[0116][0117]
式中，为非优先相位车辆在实施公交信号优先策略的生态成本；为非优先相位车辆在未实施公交信号优先策略的生态成本；
[0118]
根据下式，计算增加的生态成本：
[0119][0120]
式中，代表非优先相位k+1增加的生态成本，代表优先相位k的减少的生态成本；
[0121]
其中，根据下式，计算预设相位q下的预设策略的生态成本：
[0122][0123]
式中，nq代表预设策略下的当前周期内预设相位q通过的车辆总数量，t
no
和t
nd
分别
为预设策略下的第n辆车辆进入交叉口的时刻和离开交叉口的时刻，为预设策略下的第n辆车辆的瞬时油耗率，c1为汽油价格，α1为预设的尾气排放权重系数，为第n辆车辆第m项尾气指标的瞬时排放率，cm表示燃油车辆第m项尾气指标的环境保护税税额，r
ne
为第n辆车辆的瞬时电能消耗率，c
p
为电能价格，θn为第n辆车辆的动力类型，θn＝1表示燃油车，θn＝0表示电动车，预设相位q为优先相位k或非优先相位k+1，预设策略为实施公交信号优先策略或未实施公交信号优先策略。
[0124]
可以理解的是，尾气指标包括：一氧化氮、氮氧化合物和碳氢化合物，例如，m＝2表示一氧化氮，m＝3表示氮氧化物，m＝4表示碳氢化合物，则c2为一氧化氮的环境保护税税额，c3为氮氧化物的环境保护税税额，c4为碳氢化合物的环境保护税税额；可选地，c1＝0.01元/ml，c2＝0.6元/kg，c3＝10.53元/kg，c4＝222元/kg，c
p
＝6.5元/kw。
[0125]
可以理解的是，在优先相位或非优先相位是否采取实施公交信号优先策略会影响车辆的速度或加速度，进而导致生态成本不同，即在优先相位k实施公交信号优先策略，会得到对应的生态成本在优先相位k不实施公交信号优先策略，会得到对应的生态成本在非优先相位k+1实施公交信号优先策略，会得对应的生态成本在非优先相位k+1实施公交信号优先策略，会得对应的生态成本同时为了获取对应的生态成本，在对应的相位及对应的策略下获取相关的参数信息，通过公式计算得到对应生态成本。
[0126]
具体地，通过以下步骤获取车辆的瞬时油耗率、瞬时排放率、瞬时电能消耗率：
[0127]
当判断到进入交叉进口道的车辆的动力类型为电动车时，通过预设的电动车速度模型模拟该车辆的运行状况，得到该车辆的瞬时电能消耗率；
[0128][0129]
式中,r
(,t)
为所述电动车在t时刻的电能消耗，为所述电动车在t时刻的速度的i次幂，为所述电动车在t时刻的加速度的j次幂，η
i,j
为所述电动车加速时的回归系数，μ
i,j
为所述电动车减速时的回归系数，为所述电动车匀速时的回归系数,为所述电动车怠速时的电能消耗；
[0130]
当判断到进入交叉进口道的车辆的动力类型为燃油车时，通过预设的燃油车速度模型模拟该车辆的运行状况，得到该车辆的瞬时排放率和瞬时油耗率：
[0131][0132]
其中，为所述燃油车在t时刻的速度的i次幂，为所述燃油车在t时刻的加速度的j次幂，和为回归系数；当m分别取1、2、3、4时，为所述燃油车在t时刻的油耗，为所述燃油车在t时刻的一氧化碳尾气排放，为所述燃油车在t时刻的氮氧化合物尾气排放，为所述燃油车在t时刻的碳氢化合物尾气排放。
[0133]
可以理解的是，本发明实施例通过模拟车辆的运行状况，获取整个信号周期内优先相位和非优先相位的所有车辆的瞬时油耗率、瞬时排放率或瞬时电能消耗率，包括公交车和小汽车，电动车和燃油车。
[0134]
在本发明实施例中，生态成本不仅考虑排放，还考虑了车辆的能耗，使得生态成本的计算更加全面；进一步地，排放和能耗的估计充分考虑了车辆的瞬时工况及车辆类型的差异性，使得排放和能耗的估算更为准确，而且本发明实施例通过微观仿真的方式模拟车辆的运行状况，适用性更广。此外，本发明实施例应用场景是面向公交车/社会车辆、燃油车/电动车等不同车辆类型的混合场景，适用场景全面。
[0135]
参见图2，图2是本发明实施例提供的一种基于生态效益的公交信号优先控制装置10的结构框图，所述基于生态效益的公交信号优先控制装置10，包括：
[0136]
相位状态预测模块11，用于当检测到公交车进入交叉口进口道时，预测公交车到达停车线时的交叉口信号灯的相位状态；
[0137]
交叉口信号配时方案获取模块12，用于当预测到所述相位状态不是绿灯相位时，根据预设的交叉口信号配时约束条件，得到信号优先的第一公交车集合及每一所述第一公交车的交叉口信号配时方案；
[0138]
成本计算模块13，用于计算每一所述交叉口信号配时方案的交叉口乘客增加的时间成本和交叉口乘客增加的生态成本；
[0139]
最优交叉口信号配时方案获取模块14，用于以所述时间成本最小为目标，所述生态成本为约束，从所有所述交叉口信号配时方案中筛选出最优的交叉口信号配时方案，将所述最优的交叉口信号配时方案反馈至所述交叉口信号灯的控制中心，以使所述交叉口信号灯执行所述最优的交叉口信号配时方案。
[0140]
优选地，所述当检测到公交车进入交叉口进口道时，预测公交车到达停车线时的交叉口信号灯的相位状态，包括：
[0141]
当检测到公交车进入交叉口进口道时，获取公交车经过设立在所述交叉口进口道的检测器的当前车辆信息、所述交叉口进口道的当前交通流信息和交叉口信号灯的当前相
位状态；
[0142]
利用所述当前车辆信息和所述当前交通流信息，预测公交车到达停车线的预计时刻；
[0143]
根据所述当前相位状态和所述预计时刻，得到公交车到达停车线时的交叉口信号灯的相位状态。
[0144]
优选地，所述当预测到所述相位状态不是绿灯相位时，根据预设的交叉口信号配时约束条件，得到信号优先的第一公交车集合及每一所述第一公交车的交叉口信号配时方案，包括：
[0145]
当预测到所述相位状态不是绿灯相位时，根据预设的交叉口信号配时约束条件，计算交叉口信号配时参数的取值范围；其中，所述交叉口信号配时参数包括红灯截断时长和绿灯延长时长；
[0146]
根据每一公交车到达停车线的预计时刻，获取在所述取值范围内的信号优先的第一公交车集合以及每一所述第一公交车的交叉口信号配时方案。
[0147]
优选地，所述交叉口信号配时约束条件包括非优先相位k+1被借用时间约束和非优先相位k+1剩余时间约束；
[0148]
所述非优先相位k+1被借用时间约束为：
[0149][0150]
式中，为第z个周期非优先相位k+1未实施公交优先时的绿灯时间，为第z个周期非优先相位k+1实施公交优先时被借用的绿灯时长，ρ代表非优先相位k+1最大允许的v/c比，v表示交叉口进口道的车流量，c表示交叉口进口道的通行能力，v/c表示交叉口进口道的饱和度；
[0151]
所述非优先相位k+1剩余时间约束为：
[0152][0153]
式中，为第z个周期非优先相位k+1未实施公交优先时的绿灯时间，为第z个周期非优先相位k+1实施公交优先时被借用的绿灯时长，为非优先相位k+1上预设的保证行人和车流安全通过的最小绿灯时间。
[0154]
优选地，所述以所述时间成本最小为目标，所述生态成本为约束，从所有所述交叉口信号配时方案中筛选出最优的交叉口信号配时方案，将所述最优的交叉口信号配时方案反馈至所述交叉口信号灯的控制中心，以使所述交叉口信号灯执行所述最优的交叉口信号配时方案，包括：
[0155]
根据所述生态成本，从所有所述交叉口信号配时方案中筛选出所述生态成本小于预设的生态成本增加阈值的若干第一交叉口信号配时方案；
[0156]
根据所述时间成本，从所有所述第一交叉口信号配时方案中筛选出所述时间成本最小的第二交叉口信号配时方案；
[0157]
将所述第二交叉口信号配时方案作为最优的交叉口信号配时方案，并将所述最优的交叉口信号配时方案反馈至所述交叉口信号灯的控制中心，以使所述交叉口信号灯执行所述最优的交叉口信号配时方案。
[0158]
优选地，通过以下步骤计算所述交叉口乘客增加的时间成本：
[0159]
根据下式，计算优先相位k减少的时间成本：
[0160][0161]
式中，为优先相位车辆在实施公交信号优先策略的时间成本；为优先相位车辆在未实施公交信号优先策略的时间成本；
[0162]
根据下式，计算非优先相位k+1增加的时间成本：
[0163][0164]
式中，为非优先相位车辆在实施公交信号优先策略的时间成本；为非优先相位车辆在未实施公交信号优先策略的时间成本；
[0165]
根据下式，计算交叉口乘客增加的时间成本：
[0166][0167]
式中，代表非优先相位k+1增加的时间成本，代表优先相位k的减少的时间成本；
[0168]
其中，根据下式计算预设相位q下的预设策略的时间成本：
[0169][0170]
式中，nq代表预设策略下的当前周期内预设相位q通过的车辆总数量，为预设策略下的第n辆车辆经过交叉口的实际时间，n
car
表示社会车辆的平均载客人数，n
bus
表示公交车的平均载客数，tf代表预设策略下的车辆不受阻碍经过交叉口的时间，代表预设策略下的第n辆车辆的站台乘客候车延误，m
bus
代表等候第n辆公交车的平均站台乘客数，m
t
代表人均时间价值，为第n辆车辆的车辆类型，表示社会车辆，表示公交车，预设相位q为优先相位k或非优先相位k+1，预设策略为实施公交信号优先策略或未实施公交信号优先策略。
[0171]
优选地，通过以下步骤计算所述交叉口乘客增加的生态成本：
[0172]
根据下式，计算优先相位k减少的生态成本：
[0173][0174]
式中，为优先相位车辆在实施公交信号优先策略的生态成本；为优先相位车辆在未实施公交信号优先策略的生态成本；
[0175]
根据下式，计算非优先相位k+1增加的生态成本：
[0176]
[0177]
式中，为非优先相位车辆在实施公交信号优先策略的生态成本；为非优先相位车辆在未实施公交信号优先策略的生态成本；
[0178]
根据下式，计算增加的生态成本：
[0179][0180]
式中，代表非优先相位k+1增加的生态成本，代表优先相位k的减少的生态成本；
[0181]
其中，根据下式，计算预设相位q下的预设策略的生态成本：
[0182][0183]
式中，nq代表预设策略下的当前周期内预设相位q通过的车辆总数量，t
no
和t
nd
分别为预设策略下的第n辆车辆进入交叉口的时刻和离开交叉口的时刻，为预设策略下的第n辆车辆的瞬时油耗率，c1为汽油价格，α1为预设的尾气排放权重系数，为第n辆车辆第m项尾气指标的瞬时排放率，cm表示燃油车辆第m项尾气指标的环境保护税税额，r
ne
为第n辆车辆的瞬时电能消耗率，c
p
为电能价格，θn为第n辆车辆的动力类型，θn＝1表示燃油车，θn＝0表示电动车，预设相位q为优先相位k或非优先相位k+1，预设策略为实施公交信号优先策略或未实施公交信号优先策略。
[0184]
优选地，通过以下步骤获取车辆的瞬时油耗率、瞬时排放率、瞬时电能消耗率：
[0185]
当判断到进入交叉进口道的车辆的动力类型为电动车时，通过预设的电动车速度模型模拟该车辆的运行状况，得到该车辆的瞬时电能消耗率；
[0186]
当判断到进入交叉进口道的车辆的动力类型为燃油车时，通过预设的燃油车速度模型模拟该车辆的运行状况，得到该车辆的瞬时排放率和瞬时油耗率。
[0187]
值得说明的是，本发明实施例所述的基于生态效益的公交信号优先控制装置10中各个模块的工作过程可参考上述实施例所述的基于生态效益的公交信号优先控制方法的工作过程，在此不再赘述。
[0188]
本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质包括存储的计算机程序；其中，所述计算机程序在运行时控制所述计算机可读存储介质所在的设备执行如上述实施例所述的基于生态效益的公交信号优先控制方法。
[0189]
本发明实施例所提供的基于生态效益的公交信号优先控制方法、装置及存储介质，通过以时间成本最小为目标，生态成本为约束，从获取到的所有交叉口信号配时方案中筛选出最优的交叉口信号配时方案，能够保障交叉口乘客的时间效益的同时，将对环境生态效益的负面影响控制在一定范围内，保障交通系统的低碳化和可持续性，也能够避免在实施传统公交信号优先策略时非优先相位社会车辆的生态效益和时间效益大幅下降的情况。
[0190]
以上所述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，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为
本发明的保护范围。

技术特征：
1.一种基于生态效益的公交信号优先控制方法，其特征在于，包括：当检测到公交车进入交叉口进口道时，预测公交车到达停车线时的交叉口信号灯的相位状态；当预测到所述相位状态不是绿灯相位时，根据预设的交叉口信号配时约束条件，得到信号优先的第一公交车集合及每一所述第一公交车的交叉口信号配时方案；计算每一所述交叉口信号配时方案的交叉口乘客增加的时间成本和交叉口乘客增加的生态成本；以所述时间成本最小为目标，所述生态成本为约束，从所有所述交叉口信号配时方案中筛选出最优的交叉口信号配时方案，将所述最优的交叉口信号配时方案反馈至所述交叉口信号灯的控制中心，以使所述交叉口信号灯执行所述最优的交叉口信号配时方案。2.如权利要求1所述的基于生态效益的公交信号优先控制方法，其特征在于，所述当检测到公交车进入交叉口进口道时，预测公交车到达停车线时的交叉口信号灯的相位状态，包括：当检测到公交车进入交叉口进口道时，获取公交车经过设立在所述交叉口进口道的检测器的当前车辆信息、所述交叉口进口道的当前交通流信息和交叉口信号灯的当前相位状态；利用所述当前车辆信息和所述当前交通流信息，预测公交车到达停车线的预计时刻；根据所述当前相位状态和所述预计时刻，得到公交车到达停车线时的交叉口信号灯的相位状态。3.如权利要求1所述的基于生态效益的公交信号优先控制方法，其特征在于，所述当预测到所述相位状态不是绿灯相位时，根据预设的交叉口信号配时约束条件，得到信号优先的第一公交车集合及每一所述第一公交车的交叉口信号配时方案，包括：当预测到所述相位状态不是绿灯相位时，根据预设的交叉口信号配时约束条件，计算交叉口信号配时参数的取值范围；其中，所述交叉口信号配时参数包括红灯截断时长和绿灯延长时长；根据每一公交车到达停车线的预计时刻，获取在所述取值范围内的信号优先的第一公交车集合以及每一所述第一公交车的交叉口信号配时方案。4.如权利要求1所述的基于生态效益的公交信号优先控制方法，其特征在于，所述交叉口信号配时约束条件包括非优先相位k+1被借用时间约束和非优先相位k+1剩余时间约束；所述非优先相位k+1被借用时间约束为：式中，为第z个周期非优先相位k+1未实施公交优先时的绿灯时间，为第z个周期非优先相位k+1实施公交优先时被借用的绿灯时长，ρ代表非优先相位k+1最大允许的v/c比，v表示交叉口进口道的车流量，c表示交叉口进口道的通行能力，v/c表示交叉口进口道的饱和度；所述非优先相位k+1剩余时间约束为：
式中，为第z个周期非优先相位k+1未实施公交优先时的绿灯时间，为第z个周期非优先相位k+1实施公交优先时被借用的绿灯时长，为非优先相位k+1上预设的保证行人和车流安全通过的最小绿灯时间。5.如权利要求1所述的基于生态效益的公交信号优先控制方法，其特征在于，所述以所述时间成本最小为目标，所述生态成本为约束，从所有所述交叉口信号配时方案中筛选出最优的交叉口信号配时方案，将所述最优的交叉口信号配时方案反馈至所述交叉口信号灯的控制中心，以使所述交叉口信号灯执行所述最优的交叉口信号配时方案，包括：根据所述生态成本，从所有所述交叉口信号配时方案中筛选出所述生态成本小于预设的生态成本增加阈值的若干第一交叉口信号配时方案；根据所述时间成本，从所有所述第一交叉口信号配时方案中筛选出所述时间成本最小的第二交叉口信号配时方案；将所述第二交叉口信号配时方案作为最优的交叉口信号配时方案，并将所述最优的交叉口信号配时方案反馈至所述交叉口信号灯的控制中心，以使所述交叉口信号灯执行所述最优的交叉口信号配时方案。6.如权利要求1所述的基于生态效益的公交信号优先控制方法，其特征在于，通过以下步骤计算所述交叉口乘客增加的时间成本：根据下式，计算优先相位k减少的时间成本：式中，为优先相位车辆在实施公交信号优先策略的时间成本；为优先相位车辆在未实施公交信号优先策略的时间成本；根据下式，计算非优先相位k+1增加的时间成本：式中，为非优先相位车辆在实施公交信号优先策略的时间成本；为非优先相位车辆在未实施公交信号优先策略的时间成本；根据下式，计算交叉口乘客增加的时间成本：式中，代表非优先相位k+1增加的时间成本，代表优先相位k的减少的时间成本；其中，根据下式计算预设相位q下的预设策略的时间成本：式中，n
q
代表预设策略下的当前周期内预设相位q通过的车辆总数量，为预设策略下
的第n辆车辆经过交叉口的实际时间，n
car
表示社会车辆的平均载客人数，n
bus
表示公交车的平均载客数，t
f
代表预设策略下的车辆不受阻碍经过交叉口的时间，代表预设策略下的第n辆车辆的站台乘客候车延误，m
bus
代表等候第n辆公交车的平均站台乘客数，m
t
代表人均时间价值，为第n辆车辆的车辆类型，表示社会车辆，表示公交车，预设相位q为优先相位k或非优先相位k+1，预设策略为实施公交信号优先策略或未实施公交信号优先策略。7.如权利要求1所述的基于生态效益的公交信号优先控制方法，其特征在于，通过以下步骤计算所述交叉口乘客增加的生态成本：根据下式，计算优先相位k减少的生态成本：式中，为优先相位车辆在实施公交信号优先策略的生态成本；为优先相位车辆在未实施公交信号优先策略的生态成本；根据下式，计算非优先相位k+1增加的生态成本：式中，为非优先相位车辆在实施公交信号优先策略的生态成本；为非优先相位车辆在未实施公交信号优先策略的生态成本；根据下式，计算增加的生态成本：式中，代表非优先相位k+1增加的生态成本，代表优先相位k的减少的生态成本；其中，根据下式，计算预设相位q下的预设策略的生态成本：式中，n
q
代表预设策略下的当前周期内预设相位q通过的车辆总数量，t
no
和t
nd
分别为预设策略下的第n辆车辆进入交叉口的时刻和离开交叉口的时刻，为预设策略下的第n辆车辆的瞬时油耗率，c1为汽油价格，α1为预设的尾气排放权重系数，为第n辆车辆第m项尾气指标的瞬时排放率，c
m
表示燃油车辆第m项尾气指标的环境保护税税额，r
ne
为第n辆车辆的瞬时电能消耗率，c
p
为电能价格，θ
n
为第n辆车辆的动力类型，θ
n
＝1表示燃油车，θ
n
＝0表示电动车，预设相位q为优先相位k或非优先相位k+1，预设策略为实施公交信号优先策略或未实施公交信号优先策略。8.如权利要求7所述的基于生态效益的公交信号优先控制方法，其特征在于，通过以下步骤获取车辆的瞬时油耗率、瞬时排放率、瞬时电能消耗率：当判断到进入交叉进口道的车辆的动力类型为电动车时，通过预设的电动车速度模型模拟该车辆的运行状况，得到该车辆的瞬时电能消耗率；
当判断到进入交叉进口道的车辆的动力类型为燃油车时，通过预设的燃油车速度模型模拟该车辆的运行状况，得到该车辆的瞬时排放率和瞬时油耗率。9.一种基于生态效益的公交信号优先控制装置，其特征在于，包括：相位状态预测模块，用于当检测到公交车进入交叉口进口道时，预测公交车到达停车线时的交叉口信号灯的相位状态；交叉口信号配时方案获取模块，用于当预测到所述相位状态不是绿灯相位时，根据预设的交叉口信号配时约束条件，得到信号优先的第一公交车集合及每一所述第一公交车的交叉口信号配时方案；成本计算模块，用于计算每一所述交叉口信号配时方案的交叉口乘客增加的时间成本和交叉口乘客增加的生态成本；最优交叉口信号配时方案获取模块，用于以所述时间成本最小为目标，所述生态成本为约束，从所有所述交叉口信号配时方案中筛选出最优的交叉口信号配时方案，将所述最优的交叉口信号配时方案反馈至所述交叉口信号灯的控制中心，以使所述交叉口信号灯执行所述最优的交叉口信号配时方案。10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质包括存储的计算机程序；其中，所述计算机程序在运行时控制所述计算机可读存储介质所在的设备执行如权利要求1～8任一项所述的基于生态效益的公交信号优先控制方法。

技术总结
本发明公开了一种基于生态效益的公交信号优先控制方法、装置及存储介质，包括：当预测到相位状态不是绿灯相位时，根据预设的交叉口信号配时约束条件，得到信号优先的第一公交车集合及每一第一公交车的交叉口信号配时方案；计算每一交叉口信号配时方案的交叉口乘客增加的时间成本和交叉口乘客增加的生态成本；以时间成本最小为目标，生态成本为约束，从所有交叉口信号配时方案中筛选出最优的交叉口信号配时方案，将最优的交叉口信号配时方案反馈至交叉口信号灯的控制中心，以使交叉口信号灯执行最优的交叉口信号配时方案。采用本发明实施例能够平衡公交通行效率和交叉口生态效益之间的关系，得到最优的交叉口信号配时方案。得到最优的交叉口信号配时方案。得到最优的交叉口信号配时方案。


技术研发人员：邓兴栋 凌美宁 管海霞 孙泽彬 邵利明 张晓明 赵斌 肖天培 吴蔚 李刚奇 甘江婷 侯晓江
受保护的技术使用者：广州市城市规划勘测设计研究院
技术研发日：2023.01.13
技术公布日：2023/5/25