一種基于重量感知的干線交叉口貨車優先通行的方法

蘆翔 孫彬 陳偉

摘 要：重型貨車制動剎車時，在車重以及其他作用力下對道路進口處產生車轍等對道路產生損害的現象，增加了公路維護成本，減少了道路使用年限。

關鍵詞：貨運;優先通行;大氣污染;路面損壞

中圖分類號：U495 文獻標識碼：A

0 前言

我國正處于城市化和機動化快速發展時期，同時運輸業也占有重要的比重，尤其是陸路運輸中，貨車在道路上也是作為一種主流運輸方式。重型貨車由于其動力性差和體積大，在面對交通信號燈的變化時，重型貨車需要更長的時間和距離來加速、減速，這樣不僅會給其本身造成行車延誤，而且也會給其他車輛帶來額外延誤。重型貨車在交叉口一次減速停車、加速啟動要比其他車輛消耗更多的燃油，同時發動機尾氣排放也會增多，加重了溫室效應、大氣污染。重型貨車制動剎車時，在車重以及其他作用力下對道路進口處產生車轍等對道路產生損害的現象，增加了公路維護成本，減少了道路使用年限。

1 概述

1.1 研究的目的及意義

目的：用一種基于重量感知的干線公路交叉口貨車優先控制方法，通過車輛不停車稱重系統（WIM）來獲取貨車重量、速度等信息，識別其是否達到優先通行的重量要求，對達到重量要求的重型貨車進行車速引導和信號配時的協同控制，來達到重型貨車不停車或少停車的目的。

意義：通過這項研究，在交叉口各進口道上游合理布置動態稱重傳感器，對貨車進行有效的優先控制，能夠避免重型貨車停車，對燃料消耗、污染排放和路面損壞等方面都會帶來好處。

1.2 國內外技術水平現狀

國外研究現狀，美國、德國等國家對貨車通行管理與控制的研究較早。美國紐約市政府的文獻顯示，紐約的大貨車管理已經有80多年歷史了。紐約市政府在詳細的調查研究基礎上，為大貨車制定了一套專用線路——Truck Route。美國Miovision 公司在底特律則建立了延長交通信號的相位時長來防止貨運卡車不必要的停車的貨運信號優先系統。德國Toll Collect公司利用衛星定位和無線連入技術的一套貨車電子不停車收費系統，該套系統也被在荷蘭、英國、瑞士、新西蘭等國運用。但是關于交叉口貨車優先的控制研究很少。國內研究現狀，我國關于國省干線信號交叉口貨車優先的研究起步較晚，目前相關論文研究尚不夠豐富，丁建梅等在2010年以城市貨運干道車型構成、機動性能差異以及不同飽和度條件下的車流延誤，得出適合貨運干道的交通信號控制方法。白子建等在2011年提出客貨分離是當前緩減道路擁擠，減少貨車行車延誤的有效措施。崔文霖等在2014年通過VISSIM仿真軟件對路段車速、貨車比例、流量、車道數和延誤五個指標分析，得出當貨運交通量比例超過20%時，需要對貨運交通采取相應的分離措施。但是國內對貨車優先研究局限于傳統的定時控制方法和專用車道的開辟，只是提出單一時間上或空間上的貨車優先理論?；谥腔酃返耐伙w猛進發展，滿足車路協同的貨車優先理論亟待提出。

2 減少交叉口停車次數的車速引導方法

2.1 研究背景

對于機動車數目急劇增加，交叉口的擁堵現象尤其嚴重。通過研究發現，紅（綠）燈末尾到達交叉口的車輛可以通過合理降低（提高）車速來避免在交叉口停車。針對以上現象，本章提出一種車速引導方法，通過在交叉口上游設置路側引導屏實時提示車輛的合理行駛車速，引導駕駛員合理選擇車速，盡量避開紅燈，提高車輛綠燈時間內的通行效率。減少停車次數，降低交通延誤，使車輛平順的通過交叉口。

2.2 研究內容

通過車速引導，使駕駛員在交叉口處盡量避開紅燈，減少車輛在交叉口的不必要停車（本應紅燈結束前到達的車輛按照車速引導屏指示合理降低車速，使得在到達交叉口時綠燈開始;本應綠燈結束到達交叉口的車輛依據引導屏指示合理提高車速，使得車輛在綠燈結束前通過交叉口），從而提高車輛在綠燈時間的通行效率，減少停車延誤。從而降低車輛的油耗、排放，保護環境。

為了實現這一目的，首先，在信號交叉口上游的路側設置引導屏（LED）;在距離引導屏合理位置的路面上設置車速引導起始標線;其次，通過控制器獲得前方交叉口信號燈配時，根據道路上的最大、最小車速給出交叉口允許的最大、最小車速。接著，根據引導屏與交叉口停車線之間的距離、信號燈的配時時間及交叉口允許的最大、最小車速，可以計算出在一個信號周期內車輛盡可能避開紅燈減少停車的合理行駛車速。最后，將計算出的合理車速通過路側引導屏實時發布，來引導車輛行駛。當信號燈的配時發生改變時，控制器可以及時學習到新的信號周期，并依據新的信號周期重新計算得出新的合理車速，保證引導屏實時提供合理車速，保證時效性。

3 干線公路交叉口貨車優先控制的方法

3.1 研究內容

在信號交叉口上游直行車道處合理位置布置車輛不停車稱重系統（WIM），用來獲取貨車重量、速度等信息;在距交叉口停車線合理位置處依次設置引導屏（LED）、車速引導起始標線、車輛不停車稱重系統（WIM）;其次，通過控制器完成識別貨車是否達到優先通行的重量要求，如果其滿足優先要求，將該貨車加入優先隊列并依據重量確立優先級別;控制柜獲得前方交叉口信號燈配時和最長、最短綠燈時長，以及根據貨車重量給出貨車允許引導的最大、最小合理車速。接著，根據引導屏與交叉口停車線之間的距離、信號燈的配時時間及該型號貨車允許的最大、最小合理車速，可以計算出在一個信號周期內結合信號配時協調控制，較高優先級別的貨車盡可能避開紅燈、減少停車的合理行駛車速。最后，將計算出的合理車速通過路側引導屏實時發布，來引導車輛行駛。

4 總結與展望

4.1 總結

我們認為基于重量感知的干線路交叉口貨車優先通行的方法是非常有必要的，重型貨車由于其動力性差和體積大，在面對交通信號燈的變化時，重型貨車需要更長的時間和距離來加速、減速，這樣不僅會給其本身造成行車延誤，而且也會給其他車輛帶來額外延誤。避免重型貨車停車，對燃料消耗、污染排放和路面損壞等方面都會帶來好處。重型貨車在交叉口一次減速停車、加速啟動要比其他車輛消耗更多的燃油，同時發動機尾氣排放也會增多，加重了溫室效應、大氣污染。重型貨車制動剎車時，在車重以及其他作用力下對道路進口處產生車轍等對道路產生損害的現象，增加了公路維護成本，減少了道路使用年限。因此，解決貨車在交叉口的優先通行方案是達成控制貨車不停車通過的重要手段。

4.2 后續工作展望

本文通過對重型貨車車輛研究了交叉口貨車優先通行的方法，但是由于貨車優先通行是一個較新的概念，可以借鑒的理論和研究成果較少，還有一些問題尚待研究：

本文所研究的貨車優先通行并未研究城市道路中的交叉口問題，包括對于干路上的其他車輛的通行總體規劃未做出研究，還需今后對于如何協調道路上的其他車輛進行研究討論。貨車優先通行是一個利于貨車在道路上行駛的一種方法，但是本文并未考慮是否可以實施，以及實施的成本和資源是否讓該項目利大于弊。

綜上所述，貨車優先通行技術范圍廣泛，本文有許多的問題未能進行深入的討論和研究，唯有在未來的研究中努力工作，以彌補缺憾。由于研究實踐較短及作者理論水平有限，文章中定會存在著許多不足和缺陷，敬請各位老師、讀者批評指正。

參考文獻：

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