公交信號優先策略研究

呂勝偉 蔣泰

桂林電子科技大學計算機科學與工程學院 廣西 541004

0 引言

由于城市空間有限，無限制的建設、擴展道路是不可行的。DOWNS定律已揭示了完全依靠道路建設、增加道路容量、而不加以管制來緩解交通問題是不可取的。如何提高城市道路資源的利用效率是解決城市交通問題的關鍵，而公共交通無疑是目前道路資源利用效率最高的交通方式，因此大力發展公交、提高公交出行比例是緩解城市交通擁擠等一系列問題的主要出路，這已成為全社會的共識。2005年國務院總理溫家寶在第 46號國務院辦公廳文件中做了重要批示：“優先發展城市公共交通是符合中國實際的城市發展和交通發展的正確戰略思想”。

公交優先包括“空間優先”和“時間優先”。“空間優先”是指在公交車輛通行時給予空間上優先，如設置公交專用道等。“時間優先”是指在交叉路口給公交車輛提供優先通行的信號。我國很多大城市都開辟了公交專用道，在部分公交線路確實取得了較為顯著的效果，但是對于整個城市的公交系統效果卻并不理想，究其原因除了缺乏系統有效的公交專用道規劃外，最主要的是在交叉路口公交車輛無法優先通行。公交車輛在交叉路口的延誤遠大于路段延誤，因此不實施交叉路口公交優先，就很難實現真正意義的公交優先。以下所提到的公交優先，均指“時間優先”。

公交信號優先控制策略可分為主動優先和被動優先。被動公交優先根據預先設置的信號配時方案實施公交優先；主動公交優先是基于公交車輛檢測信息或系統發出的優先請求為特定的公交車輛提供優先服務。

1 公交優先策略現有問題

被動公交優先策略存在信號配時的問題。信號配時的主要設計參數是信號周期和綠信比，傳統的交叉口信號配時方法將公交車輛和社會車輛同等對待，顯然得改進傳統的交叉口信號配時方法以達到公交優先，公交車輛到達交叉口的時間不固定，并且難以區分公交車輛和社會車輛，所以很難得到統一且理想的信號配時方案。

目前主動公交優先策略比較多，但是都比較單一難以應付復雜的交通狀況，主動公交優先策略應該能夠適應交通狀況的變化，因此設計一種主動公交優先策略能夠適應不斷變化的交通狀況是難點。

2 公交優先策略現狀分析

目前被動公交優先策略主要是在Webster信號配時方法的基礎上修改信號周期和綠信比來實現公交優先。最佳信號周期長短是以交叉路口車輛平均延誤最小為目標來確定的，綠信比是按照各個相位車流量比來進行分配的。由于我國混合交通的特點，各個相位車流量比的波動比較大，要取得準確的綠信比有一定的難度。被動公交優策略運用到有公交專用道的交叉路口時有較好的效果。在有公交專用道的路段，車速相對穩定，到達交叉路口的時間基本可預測，所以經過一定量的測試就可得到“綠波”控制方案。例如常州BRT一號線北段實施的“綠波帶”，可將公交車輛的單向行程時間縮短25%。實施被動公交優先策略有一定的條件限制，需要公交車輛到達交叉路口的時間基本可預測，所以不適合大規模推廣。

主動公交優先策略主要有以下五種策略。

2.1 綠燈延長

公交優先系統檢測到公交車輛，并計算出其需要優先的相位，當前綠燈正是該相位，若綠燈的剩余時間不能保證公交車輛按照正常的速度通過交叉路口，則可延長本相位的綠燈時間(但不能超過最大綠燈時間)，使得公交車輛通過交叉口。這種信號優先策略就是“綠燈延長”。

“綠燈延長”策略能夠減少本相位的公交車輛的延誤，但是會加大其它相位的擁堵程度和加重后繼交叉路口的負擔，在交叉路口車流量較多時，會加大交叉路口的擁堵程度。例如在上下班高峰期，“綠燈延長”策略會使得某些相位的車輛排隊過長，造成路面擁堵，反而加大的交叉路口的人均延誤。“綠燈延長”策略適用于相位優先請求相對集中的交叉路口。

2.2 綠燈提前

公交車輛到達交叉口，但是所需要的相位是當前綠燈相位的下一個相位，如果綠燈運行時間沒有超過最小綠燈時間，則將綠燈剩余時間修改成最小綠燈時間和當前已運行時間的差；如果綠燈運行時間已經超過最小綠燈時間，則將綠燈的剩余時間修改為m(m是車輛通過交叉路口的平均時間)，若綠燈剩余時間小于將要修改的時間則不做修改。此策略使得公交車輛能夠提前通過交叉路口，稱之為“綠燈提前”。

“綠燈提前”策略能夠讓每個相位的公交車輛較快地通過交叉路口，對每一個相位的優先相對平均，但是會減少每個信號周期的通行車輛數，因此在車流量較多時，例如上下班時，這種策略會使得交叉路口的通行能力急劇下降。

2.3 相位倒轉

當下一個相位沒有公交信號優先請求，而下一個相位之后的某個或多個相位有公交信號優先請求時，將公交車輛請求的相位提前執行，而下一相位延后執行，提前的相位只執行最小綠燈時間。

“相位提前”策略能夠讓其他相位的公交車輛得到優先通行，但是會使相位的執行順序處于混亂狀態，如果一直處于混亂狀態，最終將造成交叉口擁堵，從而降低交叉口的通行能力，當然人均延誤也會加大。

2.4 相位插入

在每個相位的最小通行時間和正常結束時間之間插入一個公交相位，該公交相位可以讓任何非本相位的車輛提前通過，該公交相位執行完后回到原相位，按照原相位順序執行。

“相位插入”策略能夠讓每個相位的公交車很快地通過交叉路口，特別是當多個相位有優先請求時。但是插入相位順序不當的話反而會增加人均延誤，加重交叉口擁堵程度。

2.5 公交通行專用相位

當檢測到交叉路口有多個相位需要優先通行時，這時啟用公交通行專用相位，在該相位內，各個交叉路口的公交車輛可以同時通行，公交車輛按照讓行的方式通過交叉路口，公交通行專用相位啟用后信號恢復到正常順序運行。

“公交通行專用相位”策略適合車流量不大，但是有多個相位請求的情況。這種策略容易造成交通擁堵。

3 模擬實驗分析

以下實驗是對上述5種主動公交優先策略進行模擬仿真。

模擬實驗條件和參數：

（1）每個方向有兩個車道，每個車道在離停車線50m處設有公交車輛檢測器；

（2）信號控制為2相位控制，最小綠燈時間15s，最大綠燈時間60s，黃燈時間3s；

（3）測試時間為 90個采樣周期，每個采樣周期的持續時間s；

（4）交通流量由SMULNK軟件產生，從300(輛/h?車道)遞增至 500(輛/h?車道)；

（5）公交車中的乘客數服從平均值為55，標準差為5的正態分布；

（6）公交車的時刻表延時服從均值為15秒，標準差為0的正態分布。

圖1 五種公交優先策略的乘客延誤

4 結束語

公交優先不僅僅是因為公交車輛載客人數多，更重要的是它代表了多數人的利益，根據國家建設部的統計，目前我國城市客運量的75%以上是由公共交通承擔。公交車輛占用的道路資源很少，利用率高，能源消耗低，污染小。因此公交優先符合社會發展的總體利益，是城市可持續發展的必然選擇。

[1]全永榮,孫明正.公交優先理念與實際[J].交通運輸系統工程與信息.2007.

[2]楊兆升,林賜云,龔勃文.公交信號優先系統框架研究[C].2007-第三屆中國智交通年會論文集.南京:東南大學出版社.2007．

[3]《中國公共安全：智能交通》編輯部整理.遠距離RFID技術在公交領域的創新應用[J].中國公共安全.2008.