优先发展公共交通是当今世界城市解决交通堵塞、节约能源、发展环保的有效措施之一，也是我国交通发展的战略国策。然而我国城市公共汽车交通具有服务频率高、客流需求大、运行环境复杂等主要特点，车辆之间串行频发、交叉口与站点位置延误较高等问题较大，严重制约影响了系统的乘客输送效率与服务可靠性。

当前降低公交车辆在信号控制交叉口延误的方法主要包括：（1）信号控制响应公交车辆优先通行请求：通过公交优先信号控制方式实现，控制策略分为被动优先、主动优先与实时优先3种^[1]。被动优先策略基于历史数据进行优化，主动优先和实时优先策略基于实时数据进行动态优化；（2）公交车辆主动适应信号控制相位，通过优化调控公交车辆的行驶速度实现，调整车辆在站间的行驶时间以及到达交叉口的时刻。相对于驻站控制，车速控制不会浪费车站泊位能力且不会显著增加车内乘客在站等待时间，是乘客容易接受的一种控制策略^[2]。并且车速控制能够降低停车次数，减小燃油消耗和CO排放^[3]。

近年来，对于公交信号控制的方法，已经在许多文献中有了深入的研究。曹辉剑^[4]基于实时信息的公交优先前期交通数据调查方法，改进经典算法达到了精确预测公交车到达停车线时间的目的，仿真验证基于公交优先的信号协调控制。李鸣君^[5]提出稳态理论下包含排放因素和延误因素的双目标公交优先信号配时模型，构建了流量依据路网状态实时更新、动态变化的公交优先信号配时模型。郝海明等人^[6]对公交专用道网络信号优先进行研究，设计了单点优先控制模型与协调优先控制模型，并分别设计了优先控制逻辑，两种模型下均有三种控制策略，因地制宜地根据交通状态的实时变化，动态地选择最优的控制策略。但改变信号控制方案是存在缺陷的，信号控制是以一定程度的社会车辆延误损失来实现的，而城市公交客运走廊往往与较高的社会交通流量伴生。并且仅仅改变信号来响应公交车辆优先通行需求，此时公交车辆无法了解信号控制策略对此如何响应，因此不能对自身运行状态进行相应的调整，这限制了公交信号优先策略的优化效果^[7]。

因此随着车路协同的发展，公交车辆定位技术以及道路交通数据采集技术的普遍应用，公交系统当中车车、车路之间实时通信具备了基础条件。为了达到更好的优化效果，在信号优先控制策略的基础上，将车辆运行速度与其结合进行协调优化，来实现公交车辆主动适应信号控制方案变化。G. Abu-Lebdeh^[8]通过将车辆速度引导策略与信号配时结合，提出一种整合最优引导车速的动态交叉日信号配时算法，并对进入交叉口区域的车辆进行动态速度引导，并通过仿真验证了算法的可行性。国内Yang Y D^[9]和Chen S Y^[10]等人也将车速引导引入公交优先领域，Yang Y D提出利用车辆基础设施集成系统（VII System）进行车速引导，Chen S Y提出了一种动态速度引导和动态信号定时（DSDS）的交通管理，以优化动脉协调信号控制系统。马万经等人^[11]以公交运行状态最优为目标，以“最大可能优先通行”和“最优速度节能减排”为控制原则，提出基于规则组合优先（RIO - TSP）情况下的信号控制，用VISSIM仿真验证了方法能够降低延误，减少排放。郑晨和郑长江^[12]通过车速诱导控制公交车到达交叉口时刻，对有站点的交叉口利用红灯时间完成上下客，无站点交叉口在绿灯结束前驶离交叉口。Jing Teng^[13]开发了一种总线运行控制系统，用于动态调整运行路径上的公交车速度，公交车停留时间和交通信号时序, 仿真结果表明，所提出的控制系统可以减轻沿路面车头时距偏差的放大趋势，在给定的公差范围内产生车头时距。张鹏等人^[14]在车速引导的基础上考虑到停靠时间的波动，通过路段车速引导、驻站控制和信号配时调整，但设计了到达一辆公交车辆的路段，没有考虑多公交到达优化方法。

因此进一步的研究扩大到公交车队编组，结合多智能体理论对车辆编队进行研究，滕靖^[15]提出了一种基于动态的车头时距偏差阈值的区间车速引导控制方法，预防公交车辆在路段上的聚簇现象。赵贺锋^[16]研究协同车队的车速引导技术，对车辆编队进行图论描述，运用位移和速度等参数建立二阶多智能体方程加速度作为系统控制输入，并对控制输入进行设计，进而建立了适合城市道路车辆编队的控制模型。

然而，以上基于车路协同环境的公交车速调控研究仅仅考虑了公交通行效率的需求，欠缺对公交系统服务可靠性维持与下游站点通行能力保障需求的考虑，易造成同条线路车辆聚簇和交叉口下游车站停靠车辆溢出的问题。

因此本研究基于车路协同技术背景，期望通过优化调控站点之间车辆运行车速和信号控制，约束协同车队的准入机制，以实现公交系统的聚簇预防，保障下游站点通行能力，实现交叉口车辆通行延误降低、服务偏差预防或修复、下游站点车辆进站延误降低等多重目标优化。

2. 研究的基本内容与方案

本研究采用调控公交车速和信号优先控制的方式进行协调优化，在信号控制响应公交车辆优先的同时，优化调控公交车辆的行驶速度来适应信号控制方案，双向协调控制以达到交叉口车辆总延误最小的优化目标。

本文期望以经典四相位、周期固定的交叉口为例，社会车辆到达率恒定，公交车辆到达服从泊松分布，通过获取公交车辆的位置信息，结合车辆的可控速度范围，确定车辆抵达交叉口的到达时间窗，进一步判断车队的公交车到达时间窗与交叉口相应通行方向上的绿灯时间窗是否有交集，然后基于两个准入机制，利用模型计算进行信号调控（绿灯延长、红灯早断）和车速控制，来实现协同编组车队的不停车通行。

技术路线图如附件所示。