常规公交系统公交信号优先控制算法研究

常规公交系统公交信号优先控制算法研究
孟小岳;何祖军
【摘要】The urban traffic problems has increasingly received more and more attention by people, developing transportation is one of effective methods to solve traffic jam. According to the problem of bus priority, bus signals priority control system is established which based on conventional public traffic system, put forward control algorithm of bus signals priority which based on conventional traffic respectively in single-phase and multi-phase, provide theoretical basis for public traffic signal control system of urban traffic.%城市交通问题已日益受到人们的关注,大力发展公共交通是解决交通拥堵的有效方法之一.针对公交优先问题,建立了常规公交系统下的公交信号优先控制系统.提出了常规交通分别在单相以及多相下的公交信号优先控制算法,为城市交通公共交通信号控制系统的设计提供了理论依据.
【期刊名称】《科学技术与工程》
【年(卷),期】2011(011)011
【总页数】5页(P2529-2532,2557)
【关键词】公交系统;公交信号;优先控制
【作者】孟小岳;何祖军
【作者单位】江苏科技大学,镇江,212003;江苏科技大学,镇江,212003
【正文语种】中文
【中图分类】U491.17
随着我国城市化进程的加快,汽车的保有量大大提高,城市交通拥挤逐渐加剧,交通环境也随之恶化,城市交通问题日益严峻越来越受到人们的关注。

我国作为世界人口最多的国家,城市人口密集,人均资源相对短缺,人们对于公共交通的需求高于任何国家。

大力发展城市公共交通,不仅是缓解城市交通拥堵的有效措施,也是改善城市居民生活环境,提高人们生活水平、促进城市可持续发展的必然要求。

城市交叉口是交通的瓶颈,车流的延误主要发生在交叉口信号阻滞。

利用交通信号控制方法减少公交车在交叉口产生的延误,保证公交运行的快捷、准点,为居民出行提供更大的便利。

因此公交信号优先手段是实现“公交优先”战略的重要技术手段之一。

公交信号优先控制是一种对公交车辆的利益优先考虑的信号配时技术,依据检测到的公交车辆和社会车辆的信息,通过信号配时技术优先公交车辆在交叉口通行权,达到的公交优先的目的[1]。

介于以上背景,本文主要研究常规公交信号优先控制算法,主要包括单相常规公交优先信号控制算法和多相常规优先信号控制算法,研究成果为城市交通信号控制系统设计提供理论依据。

1 常规公交系统公交信号优先控制系统
公交优先信号控制系统由公交信息采集模块、公交信息传输模块、公交信息储存及处理模块、公交信号优先服务模块、交叉口运行效率评价模块五个部分组成[2],如图 1。

图 1 公交优先系统基本模块
1.1 公交信息采集模块
公交信息采集利用安装在信号交叉口和公交车上的检测器对公交车流数据进行采集,从而获得公交车的速度、位置等信息;主要根据公交信息检测需求,在不同位置布设
公交检测器,本模块是公交信号优化控制系统的基础模块,直接关系到公交信息的获取方式及相关的公交信号优先算法。

1.2 公交信息传输模块
公交信息传输通过通信链路将其采集到的公交车数据传输至信号机或者控制中心;是联系公交信息检测器及控制机或控制中心的中间链路。

本模块根据公交检测器的类型选择不同公交信息传输方式并根据公交信号优先控制方式选择公交信息传输路径,最后将检测器采集到的数据信息传输到信号机或者控制中心。

1.3 公交信息存储及处理模块
本模块对上传的公交信息进行筛选、存储,并根据上传数据提取出所需的信息,如车速、位置等,为公交信号优先系统的控制算法提供支持,从而将控制算法得到的优化结果传输至信号机中。

1.4 公交信号优先服务模块
本模块主要是指信号机获得控制中心或信号机自身的处理器所处理的信息后,通过信号机显示公交信号优先结果以给公交车提供优先服务。

1.5 交叉口运行效率评价模块
由于公交信号的优先,打乱了该交叉口的信号配时,因此该模块分析公交信号优先服务对整个交叉口的运行效率及服务水平造成的影响,从而使得公交车的优先不会造成交叉口服务水平下降。

2 单相常规公交优先信号控制算法
单相常规公交优先信号控制即只有一个相位有公交车的公交信号优先控制方式。

这种情况下,公交车流量较小,优先级别较高,但是不可忽视公交车信号优先对社会车辆造成的影响,要实现在不造成其它相位车辆发生拥堵情况下,尽量减小公交车的延误并使其通过交叉口[3]。

2.1 公交车红灯期间到达优先算法
公交车在红灯期间内到达检测器说明目前显示绿灯相位不是公交相位,那么在非公
交相位的检测时刻就要对公交车的优先方式进行选择[4]。

具体控制算法如下:
1)安装在公交专用道上的检测器每检测到一辆公交车,就根据时间预测模型预测这
辆公交车到达交叉口停车线的时刻,并把这些预测数据存放在公交车到达数据库中。

2)在非公交相位,通过检测器获取公交车的到达时间数据,判断在上一周期公交相位
绿灯结束时刻与本周期当前相位压缩绿灯时间结束时刻之间是否已经有公交车停车等待要通过交叉口。

如果已经有公交车停车等待,则在当前相位压缩绿灯终止时刻
提前启亮下一相位绿灯;否则,继续下一过程。

3)判断在当前相位的压缩绿灯时间和基础绿灯时间内是否有公交到达交叉口停车线。

若有公交车到达停车线,则要压缩当前相位绿灯相位时间,并以当前相位的压缩绿灯
时间为最小值,选取最早到达停车线的公交车的到达时刻作为当前相位的绿灯终止
时刻;否则,等到当前相位基础绿灯时间结束后再启亮公交相位。

其具体控制流程如图 2所示。

图 2 公交车在红灯期间内到达的控制流程
2.2 公交车绿灯期间到达优先算法
公交车在相位绿灯时间内到达检测器说明当前显示绿灯相位是公交相位,那么在公
交相位的检测时刻就对公交车的优先方式进行选择[5]。

具体控制算法如下:
1)安装在公交专用道上的检测器每检测到一辆公交车,就根据时间预测模型预测这
辆公交车到达交叉口停车线的时刻,并把这些时间数据存放在该方向的检测数据库中。

2)在公交相位的检测时刻,根据检测器检测到的公交车的到达情况,并依据上一周期
公交相位的优先状态和各相位的显示绿灯时间等数据,计算本周期公交相位的最大
绿灯时长。

3)根据检测器在公交相位检测到的数据,判断当前相位到达的所有公交车中是否有
一些公交车在在临界绿灯时间和最大绿灯时间之间到达交叉口停车线。

若有公交车到达停车线,那么就继续当前相位,且选择满足条件的时刻中最大值作为该相位的终止时刻。

如果没有公交车到达停车线,则根据上一周期公交相位优先状态确定本周期各相位绿灯时间的执行,并对非公交相位进行补偿。

其具体控制流程如图 3所示。

图 3 公交车在绿灯期间到达的控制流程
3 多相常规公交优先信号控制算法
多相常规公交优先信号控制是指多个相位均有公交车到达,需要权衡多相位公交优先权的控制方式。

与单相常规公交优先信号控制相比,这种情况下公交车流量较大,优先级别较低。

须考虑各个相位公交车的到达情况,同时还要保证非公交相位不发生交通拥堵。

当多个相位都有公交车到达的情况下,采用就近原则的控制方式,即当前相位到达的公交车优先级别最高,非当前相位的公交车的优先级别按本周期后续各相位显示顺序逐次递减,离当前相位越近,越优级别越高。

多相常规公交优先信号控制中公交车辆的延长和压缩范围相对较小,各个公交相位相互限制[6]。

假设在 t0时刻控制中心接到检测器发来的 i相位的公交优先申请,首先判断在 t0时刻 i相位显示绿灯还是红灯。

若此时 i相位正显示绿灯,那么就对 i相位进行绿灯延长处理,使该公交车在最大绿灯时间内通过交叉口,绿灯延长的极限为最大绿灯时间。

同时,查看其它相位是否有公交优先申请,若其它相位也有公交优先申请,使得 i相位绿灯时间正在被压缩,则根椐就近原则,跳出压缩模块,先对 i相位进行绿灯延长处理,并保留其他相位的公交优先申请。

若此时 i相位正显示红灯,则判断该公交车到达交叉口停车线的时刻 t1在 i相位的灯色。

若该公交车到达交叉口停车线的时刻 t1交叉口显示绿灯,则该公交车可以直接通过交叉口;若 t1时刻 i相位显示红灯,则首先查看其他相位是否正在进行绿灯延
长处理,若有某一相位正在绿灯延长,那么需要等待其相位绿灯延长处理完之后,再考虑 i相位的公交优先申请。

接着再判断下一显示绿灯相位是否为 i相位,如果是 i相位,就对当前相位进行绿灯压缩处理;如果不是 i相位,则对当前相位进行绿灯压缩处理后,仍然保留优先申请,继续判断。

其具体控制流程如图 4所示。

图 4 多相常规公交信号优先控制流程
多相常规公交优先信号控制实际上包括两层,第一层为常规公交优先信号控制总体流程,如图 4所示。

在每次循环后,根据流程图中的每个判别状态,进入相应的处理模块(包括绿灯延长模块和绿灯压缩模块)。

第二层是第一层的子流程,包括绿灯延长模块控制流程和绿灯压缩模块控制流程。

绿灯压缩模块控制流程,运用在当前相位没有公交车到达,而其它相位有公交车到达的情况下。

是指对当前显示绿灯相位进行绿灯时间压缩的处理过程,控制方法是缩短当前相位的绿灯时间,提前启亮下一相位绿灯。

绿灯延长模块控制,是对当前相位的显示绿灯时间进行优化的过程,它是运用在当前显示绿灯相位有公交车到达的情况下。

在绿灯延长模块中,首先判断公交车到达停车线的时刻在本相位是否仍然显示绿灯,若仍是绿灯,则该公交车直接通过交叉口;若显示红灯,则需要以最大绿灯时间为限制,接受公交优先申请,延长该相位的绿灯时间,使该公交车可在本周期内通过交叉口。

最大绿灯时间必须小于本相位的内置最大绿灯时间,若大于,则设本相位的内置最大绿灯时间为该周期本相位的最大绿灯时间。

4 结论
随着城市化进程的不断深入,我国汽车保有量逐年增加,城市交通问题越来越严重。

而城市公共交通在城市交通受益人数最多,同大多数城市居民生产、生活等活动密切相关,在城市交通中占有重要的地位与作用。

因此,大力发展城市公共交通,是解决城市交通问题、提高城市生活质量、促进城市可持续发展的最有效途径之一,本文
针对于常规公交系统的信号优先问题,在前人研究的基础上进一步深化了单相常规公交信号优先和多相常规公交信号优先的研究,使信号优先的控制模型的准确性更高,研究成果将为城市公交优先控制提供新思路。

参考文献
【相关文献】
1 杨晓光,林瑜,杭明升.信号控制交叉口公共汽车优先信号确定方法研究.中国公路学报,2001;14增刊:101—105
2 高昆,张海.城市交通中的公交优先策略.交通运输系统工程与信息,2006;6(2):23—26
3 阴炳成,杨晓光.交叉口单点公共汽车交通优先控制方法研究.公路交通科技,2005;22(12):124—126
4 马万经,杨晓光.单点公交优先感应控制策略效益分析与仿真验证.系统仿真学
报,2008;20(12):3309— 3313
5 张宇.基于延误的单个交叉口公交优先信号控制方法研究.长春:吉林大学交通学院,2008
6 孙文涛,王春生,马文钰,等.基于公交信号优先的算法研究.城市交通,2008;30(12):50—52。