干线公交优先信号协调控制方法

干线公交优先信号协调控制方法
王殿海
1
朱
慧
2
别一鸣
2
魏
强
2
（ 1 浙江大学建筑工程学院， 杭州 310058 ） （ 2 吉林大学交通学院， 长春 130025 ）
摘要： 为了解决在干线协调控制中， 采用绿灯延长、 红灯早断等方法实施公交优先可能破坏干线 协调的交通流问题， 提出了干线公交信号优先的 2 层优化方法， 上层为干线协调控制， 下层为公 交优先控制． 在干线协调层面， 以检测器检测到的社会车辆流量数据优化公共周期、 绿信比和相 位差； 在公交优先层面， 以协调相位绿波带上下限作为配时参数调整的约束条件 ， 在不破坏协调 相位绿波带的情况下采用绿灯延长或提前启亮方式为公交车提供信号优先 ； 建立了公交优先控 制流程， 确定了关键参数的计算方法． 以长春市人民大街为例对算法进行了 Vissim 模拟验证． 结 果表明： 实施该算法后， 协调相位公交车辆延误和人均延误均有显著降低 ； 干线各交叉口总体车 均延误略有增加， 人均延误有一定的降低． 关键词： 干线协调； 公交优先； 绿波带； 绿灯延长； 绿灯提前启亮 085907 中图分类号： U491. 51 文献标志码： A 文章编号： 1001 － 0505 （ 2011 ） 04-
［ 1 ］
第 41 卷
以采集各 各交叉口停车线前布设社会车辆检测器 ， 交叉口的流量信息． 设交叉口和路段均有公交专用道 ， 为了提前检 测到公交车到达并预测其到达交叉口停车线的时 需要在停车线前布设公交车辆检测器， 以采集 刻， 公交车辆信息． 为了能够准确地识别出公交车， 在 公交车辆底盘上安装特殊识别卡 ， 该卡包含公交车 线路信息， 当公交车经过线圈检测器时， 识别卡与 线圈检测器之间通信， 将公交车信息传至信号机． 图 1 以直行车道为例， 描述了车辆检测器布设 情况． L 1 为社会车辆检测器到交叉口停车线的距 离， 一般取值为 30 50 m ； L 2 为公交车检测器到停 车线的距离， 为保证信号机顺利处理本周期公交车 建议取值为 60 150 m ； L 3 为检测线圈长 辆请求， 度， 建议取值为 2 m ； L 4 为检测线圈宽度， 取值与 L 3 相同． 设置公交专用车道后， 公交车辆和直行社 会车辆运行属于同一相位．
东南大学学报（ 自然科学版） 长 / 红灯切断优先控制和检测延长优先控制 ． 干线公交优先是在干线信号协调控制基础上 ， 从提高公交车辆运行效率角度对干线信号配时进 2］ 提出了集单点控 行优化的一种控制方式． 文献［ 制和公交优先为一体的控制系统框架 ， 实时计算交 叉口排队长度优化干线绿波带， 在公交优先时， 采 考虑了乘客延误、 车辆排队 用有条件的优先方法， 长度、 公 交 晚 点 情 况 以 及 协 调 控 制 的 延 误； 文 献 ［ 3］ 以车均延误最小为优化目标， 通过实时采集到 达和驶离干线各交叉口的车流信息 ， 建立了考虑公 4］ 交车辆权重的自适应公交优先动态模型； 文献［ 提出了分布式实时网络公交优先信号控制系统中 的信号协调方法， 建立了包括上下游车流协调和考 虑公交车辆行为的一系列信号转换的规则 ； 文献 ［ 5］ 提出以交叉口群为控制对象， 以车辆通过交叉 口群延误偏差最小化为控制目标的公交优先协调 67］ 控制方法； 文献［ 综合考虑社会车流绿波带和 公交车流绿波带， 建立综合效益优选模型， 实现了 ． 主动公交信号优先协调控制 与单点公交优先相比， 干线公交优先在给予公 交信号优先时不仅需要考虑公交车辆利益 ， 还需要 考虑配时参数调整对干线绿波带的影响 ． 本文首先 明确了干线协调与公交优先的优先级关系 ， 建立了 2 层优化方法： 上层为干线协调控制， 以检测器检 测到的社会车辆流量数据优化公共周期 、 绿信比和 相位差； 下层为公交优先控制， 以协调相位绿波带 上下限作为配时参数调整的约束条件 ， 建立了公交 优先控制方法流程和配时参数优化模型 ， 实现了干 线公交信号优先控制．
1125． 作者简介： 王殿海（ 1962 —） ， w angdianhai@ sohu． com． 收稿日期： 2010男， 博士， 教授， 博士生导师， 基金项目： 国家高技术研究发展计划（ 863 计划） 资助项目（ 2007AA11Z209 ） 、国家自然科学基金资助项目（ 50908100 ） 、国家科技支撑计划 资助项目（ 2009BAG17B02 ） ． 2011 ， 41 （ 4 ） ： 859865． ［doi： 10． 引文格式： 王殿海， 朱慧， 别一鸣， 等． 干线公交优先信号协调控制方法［J］． 东南大学学报： 自然科学版， 3969 / j． issn． 1001 － 0505． 2011． 04． 038］
第 41 卷第 4 期 2011 年 7 月
东南大学学报（
自然科学版）
JOURNAL OF SOUTHEAST UNIVERSITY （ Natural Science Edition）
Vol． 41 No． 4 July 2011
doi： 10． 3969 / j． issn． 1001 － 0505． 2011． 04． 038
Bus signal priority method at arterial signal progression
Wang Dianhai1
（
1
Zhu Hui2
ห้องสมุดไป่ตู้
Bie Yiming 2
Wei Qiang 2
College of Civil Engineering and Architecture，Zhejiang University ，Hangzhou 310058 ，China） （ 2 College of Transportation，Jilin University ，Changchun 130025 ，China）
第4 期
王殿海， 等： 干线公交优先信号协调控制方法
过延长绿灯或压缩其他相位绿灯时间为到达的公 交车提供适时的优先， 尽量避免其停车． 在公交相 位必定存在红灯的情况下， 为了保证信号机能有较 多的富余调整量， 本文仍采用等饱和度原则为交叉 即将富余绿灯时间“暂 口各相位分配绿灯时间， 留” 至非协调相位， 作为公交优先的机动时间， 当 ， 协调相位有公交车到达时 信号机根据实际交通状 况决定是否挪用该富余时间． 因此， 有 yi gi = （ C － L ） （ 3） Y g i 为相位 i 绿灯时间； y i 为相位 i 关键流量比． 式中， 2. 1. 3 相位差优化 采用数解法优化相位差和绿波带宽度 ． 数解法 是确定线控系统相位差的一种常见方法 ， 通过寻找 使得系统中各实际信号距理想信号的最大挪移量 ［8 ］ 最小来获得最优相位差控制方案 ． 2. 2 公交优先控制算法 2. 2. 1 总流程 假定干线交叉口均设有公交专用进口道 ， 只考 虑给予协调相位到达的公交车辆信号优先 ． 设干线 交叉口 i 有 k 个相位， 协调相位为第 j 相位（ 1 ≤ j ≤ k） ． 当公交检测器检测到公交申请时， 可预测公交 车到达停车线时刻， 即 t t = t d + Δt Δt = L2 vj （ 4） （ 5）
图1
检测器布设示意图
2
2. 1
模型建立
1
车辆信息检测
干线信号协调控制是城市交通控制中一种常 见的控制方式， 以社会车流为研究对象， 通过设置 相位差的方式协调干线车流运行， 提高控制效益． 而公交车只是城市交通流中的特殊群体 ， 公交信号 优先是对城市交通信号控制功能的一种完善和补 充． 所以二者相比， 干线协调控制的优先级别要高 于公交信号优先． 根据上述优先级别的分析， 本文建立了 2 层优 化思想： ① 上层为干线信号协调控制， 优化干线交 叉口公共周期、 绿信比和相位差， 并计算绿波带宽 度； ② 下层为公交优先控制， 在不破坏干线绿波带 采用绿灯延长和绿灯提前启亮 2 种方式 的条件下， 为公交车辆提供信号优先． 信息检测是交通信号控制的基础 ． 为了优化干 线协调的公共周期、 绿信比和相位差， 需要在干线 860
干线协调配时参数优化 2. 1. 1 公共周期优化 采用韦伯斯特方法计算各交叉口的周期长度 ， 并选出最大周期作为协调控制连线的公共周期 ， 即 1. 5 L + 5 ci = （ 1） 1 －Y C = max c i （ 2） c i 为交叉口 i 周期时长， s； L 为交叉口总绿灯 式中， s； Y 为交叉口总流量比， 损失时间， 等于各个关键 相位流量比之和； C 为干线协调时子区内各交叉口 执行的公共周期． 2. 1. 2 绿信比优化 在协调控制中， 为增大协调干线绿波带的宽 度， 经常将非协调相位绿灯时间压缩至与饱和度 0. 9 对应的绿灯时间， 然后将富余绿灯时间 （ 非协 调相位按等饱和度原则分配对应的绿灯时间减去 饱和度压缩至 0. 9 对应的绿灯时间 ） 全部分配给 协调相位． 而在公交优先控制中， 公交车需要的是 恰当的绿灯时间， 而非较多的绿灯时间． 信号机通
Abstract ： At arterial signal progression，offset and green w ave band is accounted by the main social green time extended or early start bus priority methods might interrupt traffic flow ． In this condition， signal progression． In order to solve the problem ， a doublelevel design for bus priority system under arterial signal progression is presented in this paper． The upper level is progression control and the low er level is bus priority control． At progression control level，common cycle，green w ave band and offset are optimized according to the data of car flow detector． At bus priority control level，upper and low er limits of coordination phase’green w ave are set as restrictions w hen adjusting parameters，green time extend and early start mode are adopted to achieve bus signal priority under the condition of signal coordination． Calculation methods of key parameter and total flow w ere established for bus signal priority． Taking Renmin Street as an example to validate the bus signal priority method in Vissim enviroment，the results show that w hen the method is implemented，bus delay and average person delay of coordinated phase decrease remarkably ，car delay of all intersections increase slightly and person delay decreases． Key words： arterial signal progression； transit priority ； green w ave band； green time extend； green time early start 公交信号优先措施可以有效地减少公交车辆延 误， 缓解城市交通拥堵． 根据优先范围的不同， 可分 为网络优先、 干线优先和单点优先． 国内外关于公交 信号优先的研究主要集中在单点优先上， 如美国华 盛顿州交通运输中心（ WSDOT ） 提出了 3 种绿灯延 长控制方法， 分别为低级别强制优先控制、 绿灯延