公交优先控制

公交优先控制
摘要：公交优先是交通管理中体现大众优先的一种政策，从优化交通流分配，节省整体出行时间的角度来看，它是交通信号控制必须考虑的问题，如果不在道路交叉路口信号控制策略中体现公交优，即使有公交优先道路，公交车运营节省的时间也十分有限（统计数字表明仅节省5%-10%左右，因此研究在有公交专用道路条件下交通信号控制中的公交优先策略显得十分重要。

我们不重在建路，而在于如何利用好如今有限的道路资源为更多的出行服务。

而其中最有效的方法就是大力发展公共交通，实行“公交优先”这一战略措施。

1公交特性
城市公共汽车具有各种各样的形式和规模，多数是拥有45～55个座位的气压轮胎车辆，沿着固定的线路并按照确定的时刻表定期地运营。

公共汽车通常是柴油动力驱动的，但是在一些大都市（如墨西哥城和多伦多）有依靠架空电网为动力的无轨电车在运营。

由于公共汽车在城市里与其他车辆共用道路，它比轨道交通的成本更低。

适应性也更好。

不过，按每乘客公里为基础计，公共汽车的燃油经济性和污染的排放要高于城市轨道交通。

公共汽车在发展中国家是特别重要的，以印度为例，城市总出行的40%左右是乘坐公共汽车的。

由于公共汽车运营容易受到道路交通拥堵的影响，在特大城市中的运营速度相当缓慢。

解决这量的措施是给于公共交通优先权，如开设公共汽车专用道和实施交通信号优先。

不少在城市公共汽车的主要功能是为轨道交通等干线服务，例如，渥太华和库里提巴，建设了公共汽车专有道路，使得气压轮胎式公共汽车在干线运营时能够实现轨道交通钢轮列车的高速度，同时也能作为常规公交服务在普通街道上英国利兹和伊普斯维奇，在道路条件限的走廊上利用高速公路的中央隔离带很好的实现了公共汽车专用道。

由于有更高的运营速度，公共汽车专用道理论最大通过能力可达到单向2万人次/h。

2 公交优先的发展史
公交信号优先控制的研究历程可分为两个主要阶段：
第一阶段：1967年至20世纪90 年代初。

主要针对混行车道(公交车辆与社会车辆混行)研究单点交叉口主动优先策略，研究成果在欧洲及美国得到了一定应用。

20 世纪80 年代，公交信号优先研究和实践转入低潮，其原因可归结为：公交信号优先系统不能较好地满足社会车辆需求，经常打断社会车辆的信号协调，社会车辆受到显著的不利影响。

这一阶段的公交信号优先策略独立于社会车辆信号控制策略，且大多针对单点交叉口。

研究结果没有很好地解决信号优先程度、优先频率等问题，没能解决信号协调问题，也没能在公交车辆和社会车辆的运行效益间找到平衡点。

车辆信息检测手段及通信手段落后也是造成公交信号优先控制效益未能充分发挥的重要因素。

第二阶段：20 世纪90年代至今。

进入20世纪90 年代后，随着交通拥堵加剧以及公交优先相关技术的发展，公交信号优先研究重新成为热点。

这一阶段的研究主要从三方面展开：①如何降低公交信号优先对社会车辆的影响；
②如何协调公交信号优先控制策略与社会车辆信号控制策略；
③如何将公交信号优先控制融入整个信号控制系统。

这一阶段，公交信号优先策略的控制对象逐渐从单点交叉口转向沿线相邻交叉口群，控制目标逐渐从单纯追求公交车辆延误最小转向最小化性能指标值，或最小化公交车辆时刻表延误以及车头时距偏移；控制方法由逻辑判断转向基于规则和优化方法；优先策略不再独立于社会车辆信号控制，而是与社会车辆
控制策略一起进行协调优化。

该阶段的研究一定程度上缓解了第一阶段出现的问题，并推动了UTOPIA/SPOT，SUPPORT等一系列具有公交信号优先控制功能的系统研发和应用。

3 公交优先的内涵
公交优先是指大城市的市内客运交通以大容量、快速度的大公交系统为主，以其他交通工具为辅的交通方式。

它是一种交通发展策略，它依靠工程、管理措施以及相应政策、法规的支持，为市民提供快速、方便、经济、舒适、安全的出行环境。

它最早是由法国在二十世纪六十年代末提出的。

随后美国、英国等发达国家的城市交通也经历了发展小汽车，后控制小汽车的过程，最终明智地选择了发展大公交的曲折道路“公交优先"是公共交通系统优先发展的简称。

从广义上讲，凡是有利于公共交通优先发展的政策和措施均可称之为公交优先；从狭义上讲，是指仅在交通工程范围内，采取适当的交通管理和道路工程等措施优先公共交通车辆在道路上的通行畸引。

公交优先的内涵一般包括以下三方面内容：
（1）在经济政策上对公共交通实行倾斜。

公共交通所创造的经济效益体现在社会总出行时间减少和道路交通拥挤缓解上，是一项社会服务性事业。

为了吸引大量的中、低收入的乘客，城市公共交通只能收取较低的票价，这导致公交企业长期处于微利甚至亏损的状态。

世界上许多城市政府采取的是经济补贴的政策，如美国、法国、英国等国家的城市公共交通均有政府的大量补贴。

（2）在城市交通规划中，把优先发展公共交通作为一项重要内容，将公共交通建设、管理放在优先的位置上，予以政策、资金、土地利用、技术等多方面的扶持，使其能以畅通的道路、良好的车况、纵横密集的线网站点，为公众出行提供更多、更好、更快的服务。

（3）在道路交通管理中，可根据实际路况及需求情况，开辟公共汽车专用道。

在公共汽车专用道上只允许公共汽车行驶，不允许其它机动车进入。

这就可以保证公共汽车运行速度，提高服务水平。

此外，在道路交叉口采用公交优先信号控制对公共汽车实施优先。

4公交优先的目标
（1）降低运行时间。

公交车运行时间的降低，提高了公交与私人个体交通方式的竞争力，有利于乘客出行方式的转换；另一方面，公交车运行时间的降低也降低了公交运营费用。

（2）提高可靠性。

通过减少其它道路使用者对公共汽车和有轨电车在运行过程中的干扰，可以提高交通线路的通行能力，降低公交车辆运行时间的波动，提高公交运行的可靠性，吸引更多的乘客。

（3）降低运行时间与提高可靠性的组合效应。

降低运行时间和良好的可靠性的组合能够有效提高公交运营速度，减少单程运行时间，从而提高公交车辆的周转率。

公交优先在具体发展策略上包括对公交车辆在通行空间、通行时间上给予优先。

在具体的技术层面上，通过设置公交专用道、专用路或各类专用进口道，建设高架公交专用道等给予公交车辆提供“空间优先”，及在交叉口信号控制过程中实施公交优先策略。

5公交优先的基本措施和实施方法
（1）公交专用道
路段上的公共交通优先通行系统是公交优先的一个重要组成部分，也是公交专用道网络系统的基础之一。

路段上的公交优先通行从技术上包括时间上的优先和空间上的优先。

由于在路段上的优先通行技术不涉及交通信号的配时，所以路段上的公交优先通行技术主要表现空间上的优先，包括：公交专用道(路)、公交港湾式停靠站。

路段上的公交时间优先表现为部分路段上的分时段的公交专用道。

如图下图所示：
（2）交叉口信号优先设计
现行的交通控制信号配时方案，是以车辆(标准车辆)为分配单位计算确定的，公共汽车交通的通行权与社会车辆相同。

然而，交通运输的根本目的是人和物的移动，公共汽车载客量显然远大于社会车辆，是高效率的运输方式。

因此，公共汽车通过道路交叉口时应该享有更大的通行权，所以以乘客为单位分配交通信号时间、确定配时基于公交优先的交叉口信号控制及仿真研究方案更具科学性。

公共汽车的延误常发生在信号控制交叉口，为了提高公共汽车服务水平，在信号控制交叉口处为其提供优先通行信号是非常必要的。

（3）公交停靠站优化
公交停靠站可以分为公共汽车起(终)点站、中途站点、换乘枢纽站三种。

中途站点是影响公交车辆走行时间的重要部分，而且在这三种停靠站中，中途站点数量占绝大多数。

在中途站点实施合理的优先措施是提高公交车辆行程速度的重要途径之一。

4)发展智能公共交通系统
智能交通运输系统(ITS—Intelligent Transportation System)有别于传统的交通治理、改善技术，它是国际上对运用当代高新技术(计算机、信息、通信、自动控制、电子、系统工程等)提高交通运输效率、增强交通安全性的一系列先进技术或技术集成系统(如交通控制与道路导行系统、车辆行驶安全控制系统、交通运输信息服务系统等)的一个统称。

智能交通系统在减少交通负荷和环境污染、保证交通安全、提高运输效率、促进社会经济发展、提高人民生活质量、推动社会信息化等方面具有突出的优势，得到了世界各国的广泛重视。

6公交优先信号控制策略
（一）被动优先控制策略的实施不依靠检测器获取公交车辆到达的数据，而是根据公交线路公交车辆的发车频率、行车速度等历史数据设计、协调路网内交叉口的信号配时，同时降低交叉口号周期长度以减少公交车辆停车、延误。

由于被动优先控制策略的实施以公交车辆的历史数据为依据，比较适合于公交发出频率高，交通量小，乘客出行需求稳定的线路。

下面从交叉口相位设计及信号配时两个方面进行简单介绍。

（1）相位设计
为了使交叉口通行能力、车均延误降低，交叉口信号相位组合方案一般都是考虑在单位时间
内通过的车流量最大。

但是很多时候，同一相位中流量比最大的车流客流量并不一定最大，那么从公交优先以人为本的角度出发，这种组合方案就不能很好的体现出公交优先的思想。

于是，在设计基于公交优先的基本相位组合方案的过程中，应该以客流量最大通行能力，最小乘客延误为目标来确定。

在设计相位组合时，应优先考虑客流量最大的交通流方向。

只有充分考虑了客流量的因素，才能把载客量明显高于其他车辆的公交车与其他社会车辆区分开来；之后由于要尽可能的避免交叉口车辆排队过长，还要同时考虑车流量较大的交通流方向。

由于我国是遵循“右行"交通规则，因此右转车流一般不会与其他车流发生冲突，并且在此进行的是理论方法的介绍，故右转车流可以不受信号控制，同时不考虑非机动车和行人的影响，选取交叉口较理想的状态利于简化推导过程。

由此不难看出，交叉口的直行和左转车流始终都是确定相位基本组合方案主要考虑的方面口。

(2)配时设计
交叉口信号配时的主要设计参数是信号周期和绿信比。

传统的交叉口信号配时方法中周期时长是以车总延误最小为目标来确定的，绿信比按相位车辆流量比来分配，即传统的信号配时方法将公交车辆与其它社会车辆同等对待。

公交车单车载客量明显大于社会车辆的单车载客量，这对于交通流量中公交车辆比例较大的相位来说是不公平的，不能体现“以人为本"的思想。

（二）主动优先
相对于被动优先，主动优先控制策略能够根据特定的公交信息、当时的交通状态以及信号控制逻辑，为公交车辆提供相应的服务，具有更强的适应性。

随着通讯技术及计算机技术的发展，先进、高效的通讯技术，可靠、精确的公交车辆检测技术及设备和能够实施触发优先控制策略的先进的信号控制器为主动优先控制策略的产生和发展提供了设施基础。

7今后公交优先的研究方向
公交信号优先控制策略研究在提高公交车辆行程速度、降低延误方面取得了很多成果，但仍有一些问题需要在未来研究中重点关注。

（1）公交信号优先控制效益与公交车辆、社会车辆的需求对比关系密切相关，在公交车辆流量较大时，多线路、多车辆优先权分配对公交信号控制效益亦有较大影响。

如何在理论及实践上找到这一多目标优化问题的最佳解决途径，仍是后续研究的重点。

（2）在国内公交网络复杂、需求较大的背景下，相邻交叉口信号优先控制策略的协调以及网络公交信号优先控制问题等是受到普遍关注的问题，目前已获得国家“863”计划的立项。

同时，在网络化背景下，如何评价公交信号优先的效益也是需要深入研究的问题。

（3）公交车辆到达交叉口停止线的确切时间是优化公交信号优先策略的基础条件，也是影响优先效益的关键因素。

如何获得这一时间(预测)以及信号控制系统获得这一时间的最佳时刻(检测)，对于控制方案优化、多申请排序等问题有重要影响。

在某种程度上该问题可归结为面向信号控制的公交行程时间预测，其难点在于准确预测公交车辆到达车站的时间以及在交叉口的排队时间。

(4)大多数公交信号优先控制策略(包括相对优先策略)，都以降低公交延误为目标(相对优先多以时刻表的偏移为依据)，而忽略了对“早到”公交车辆控制策略的研究。

对公交系统而言，早到车辆同样不利于控制系统的可靠运行，未来需要对这一方向作深入探索。

(5)公交车辆同时受运营调度系统和交通信号控制系统的调控。

8结论
随着国民经济的快速发展和城市建设规模的扩大，城市交通问题不断加剧。

优先发展公共交通被认为是缓解交通问题，改善交通状况，提高交通运输效率，促进交通与城市可持续发展的最主要和最有效的途径之一。

公交优先通行措施，以其降低公交车辆延误、提高公共交通的吸引力等效益，成为发展公共交通的关键手段。