公交信號優(yōu)先策略研究

呂勝偉 蔣泰

桂林電子科技大學(xué)計算機科學(xué)與工程學(xué)院 廣西 541004

0 引言

由于城市空間有限，無限制的建設(shè)、擴展道路是不可行的。DOWNS定律已揭示了完全依靠道路建設(shè)、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(guān)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(fā)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(wù)院總理溫家寶在第 46號國務(wù)院辦公廳文件中做了重要批示：“優(yōu)先發(fā)展城市公共交通是符合中國實際的城市發(fā)展和交通發(fā)展的正確戰(zhàn)略思想”。

公交優(yōu)先包括“空間優(yōu)先”和“時間優(yōu)先”。“空間優(yōu)先”是指在公交車輛通行時給予空間上優(yōu)先，如設(shè)置公交專用道等。“時間優(yōu)先”是指在交叉路口給公交車輛提供優(yōu)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(tǒng)效果卻并不理想，究其原因除了缺乏系統(tǒng)有效的公交專用道規(guī)劃外，最主要的是在交叉路口公交車輛無法優(yōu)先通行。公交車輛在交叉路口的延誤遠(yuǎn)大于路段延誤，因此不實施交叉路口公交優(yōu)先，就很難實現(xiàn)真正意義的公交優(yōu)先。以下所提到的公交優(yōu)先，均指“時間優(yōu)先”。

公交信號優(yōu)先控制策略可分為主動優(yōu)先和被動優(yōu)先。被動公交優(yōu)先根據(jù)預(yù)先設(shè)置的信號配時方案實施公交優(yōu)先；主動公交優(yōu)先是基于公交車輛檢測信息或系統(tǒng)發(fā)出的優(yōu)先請求為特定的公交車輛提供優(yōu)先服務(wù)。

1 公交優(yōu)先策略現(xiàn)有問題

被動公交優(yōu)先策略存在信號配時的問題。信號配時的主要設(shè)計參數(shù)是信號周期和綠信比，傳統(tǒng)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(tǒng)的交叉口信號配時方法以達到公交優(yōu)先，公交車輛到達交叉口的時間不固定，并且難以區(qū)分公交車輛和社會車輛，所以很難得到統(tǒng)一且理想的信號配時方案。

目前主動公交優(yōu)先策略比較多，但是都比較單一難以應(yīng)付復(fù)雜的交通狀況，主動公交優(yōu)先策略應(yīng)該能夠適應(yīng)交通狀況的變化，因此設(shè)計一種主動公交優(yōu)先策略能夠適應(yīng)不斷變化的交通狀況是難點。

2 公交優(yōu)先策略現(xiàn)狀分析

目前被動公交優(yōu)先策略主要是在Webster信號配時方法的基礎(chǔ)上修改信號周期和綠信比來實現(xiàn)公交優(yōu)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(biāo)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(zhǔn)確的綠信比有一定的難度。被動公交優(yōu)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(wěn)定，到達交叉路口的時間基本可預(yù)測，所以經(jīng)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(yōu)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(yù)測，所以不適合大規(guī)模推廣。

主動公交優(yōu)先策略主要有以下五種策略。

2.1 綠燈延長

公交優(yōu)先系統(tǒng)檢測到公交車輛，并計算出其需要優(yōu)先的相位，當(dāng)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(yōu)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(fù)擔(dān)，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(yōu)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(dāng)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(dāng)前已運行時間的差；如果綠燈運行時間已經(jīng)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(yōu)先相對平均，但是會減少每個信號周期的通行車輛數(shù)，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(zhuǎn)

當(dāng)下一個相位沒有公交信號優(yōu)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(yōu)先請求時，將公交車輛請求的相位提前執(zhí)行，而下一相位延后執(zhí)行，提前的相位只執(zhí)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(yōu)先通行，但是會使相位的執(zhí)行順序處于混亂狀態(tài)，如果一直處于混亂狀態(tài)，最終將造成交叉口擁堵，從而降低交叉口的通行能力，當(dāng)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(jié)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(zhí)行完后回到原相位，按照原相位順序執(zhí)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(dāng)多個相位有優(yōu)先請求時。但是插入相位順序不當(dāng)?shù)脑挿炊鴷黾尤司诱`，加重交叉口擁堵程度。

2.5 公交通行專用相位

當(dāng)檢測到交叉路口有多個相位需要優(yōu)先通行時，這時啟用公交通行專用相位，在該相位內(nèi)，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(fù)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(yōu)先策略進行模擬仿真。

模擬實驗條件和參數(shù)：

（1）每個方向有兩個車道，每個車道在離停車線50m處設(shè)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(xù)時間s；

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

（5）公交車中的乘客數(shù)服從平均值為55，標(biāo)準(zhǔn)差為5的正態(tài)分布；

（6）公交車的時刻表延時服從均值為15秒，標(biāo)準(zhǔn)差為0的正態(tài)分布。

圖1 五種公交優(yōu)先策略的乘客延誤

4 結(jié)束語

公交優(yōu)先不僅僅是因為公交車輛載客人數(shù)多，更重要的是它代表了多數(shù)人的利益，根據(jù)國家建設(shè)部的統(tǒng)計，目前我國城市客運量的75%以上是由公共交通承擔(dān)。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(yōu)先符合社會發(fā)展的總體利益，是城市可持續(xù)發(fā)展的必然選擇。

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