（载运工具运用工程专业论文）面向公交优先的单点控制策略研究.pdf

c i a s s i f i e dl n d e ：u 4 9 1 2 + 3 2 u d c ： i i i i i l l l l i l i i | l i | | l l 川i l l | | 帅 y 18 0 2 8 8 4 d l s s e r l a l i o nf o rl h em a s l e rd e g r e ei ne n g i n e e r i n g s t u d y o nt h es i n g l ep o i n tc o n t r o ls t r a t e g yf 0 r t r a n s i ts i g n a lp r i o r i t c a n d i d a t e ： a d v i s o r ： c a ig u o l i a n g p r o q ud a y i a c a d e m i cd e g r e ea p p l i e df o r ：m a s t e ro fe n g i n e e r i n g s p e c i a l 够： v e h i c l eo p e r a t i o ne n g i n e e r i n g d a t eo fo r a le x a m i n a t i o n ： j u n e2 010 u n i v e r s i 够：q i n g d a ot e c h n o l o g i c a lu n i v e r s i t y 硕士学位论文 面向公交优先的单点控制策略研究 学位论文答辩日期： 矽研莎疽i z 习 指导教师签字：u 弘议 答辩委员会成员签字：d 努欧矛 进妊 硷叁 掩氐 鱼选三墼 青岛理t 人学t 学硕 ：学位论文 目录 摘要“一i a b s t r a c t i i i 第1 章绪论1 1 1 研究背景及意义l 1 2 国内外单点公交优先研究现状2 1 2 1国外研究现状3 1 2 2 国内研究现状6 1 3 论文主要内容7 1 4 本章小结8 第2 章面向公交优先的单点控制系统9 2 1 单交叉口控制方案分析9 2 1 1 定周期控制9 2 1 2 感应式控制1 1 2 1 3 协调式感应控制1 2 2 2 公交优先实现方法1 3 2 2 1 公交信号优先1 3 2 2 2 公交优先控制策略1 4 2 3 系统方案框架分析1 8 2 3 1 控制方式分析1 8 2 3 2 系统框架建设2 1 2 3 3系统逻辑分析2 1 2 4 本章小结2 2 第3 章混合交通公交优先控制策略2 3 3 1 检测器的设置与作用2 3 3 1 1检测器设置位置2 3 3 1 2 检测数据及用途2 4 3 2 短时间优先策略2 7 3 2 1 控制基础介绍2 7 3 2 2 绿灯延长方法3 2 3 2 3 提f j i 启亮方法3 5 青岛理工人学t 学硕i ：学位论文 3 3 相位插入方法3 7 3 3 1 绿间隔表的建立3 7 3 3 2 插入逻辑框架4 1 3 3 3 插入算法4 2 3 4 综合方案在线选择方法4 3 3 4 1 协同理论应用4 3 3 4 2 综合逻辑控制框架4 4 3 4 3 优选算法4 7 3 5 本章小结4 9 第4 章公交专用道公交优先控制策略5 0 4 1公交优先请求触发机制5 1 4 1 1 检测器的布设5 2 4 1 2 检测数据及用途5 3 4 2 公交优先相位基础设计5 4 4 2 1 相位优化结构设计5 5 4 2 2 相位优化方法5 7 4 3 公交相位优化控制模型5 8 4 3 1公交相位结余时间产生5 8 4 3 2 公交相位优化控制逻辑6 0 4 3 3 基于公交相位的绿灯时间分配算法6 l 4 4 公交相位插入机会模型6 5 4 4 1 控制策略简述6 5 4 4 2 控制策略优化逻辑6 7 4 4 3 控制策略优化时间分配算法7 0 4 5实时在线控制策略7 5 4 5 1 协同理论应用7 6 4 5 2 实时在线交互控制技术7 8 4 5 3 实时在线控制策略逻辑框架8 0 4 5 4 实时在线控制算法8 2 4 6 本章小结8 3 第5 章基于实例的控制策略数据分析8 5 5 1混合型交通公交优先模拟分析8 5 5 1 1绿灯延长模块控制分析8 6 5 1 2 提前启亮模块控制分析8 7 青岛理t 大学t 学硕l j 学位论文 5 1 3 相位插入模块控制分析8 9 5 2公交专用道公交优先模拟分析9 0 5 2 1 公交相位优化模型模拟分析9 2 5 2 2 公交相位插入机会模型实例模拟分析9 3 5 3 模拟图例及控制效果9 5 5 3 1 模拟图例分析9 5 5 3 2 控制效果说明9 8 5 4 本章小结9 8 结论9 9 附件1 1 0 1 附件2 1 0 6 参考文献11 l 攻读硕士学位期间发表的学术论文及科研工作1 1 5 致谢1 16 青岛理t 人学t 学硕i ：学位论文 摘要 随着国民经济的迅猛发展，我国城市化进程明显加快，城市人口规模和城市 空间规模成倍扩大，与此相应，城市交通机动化也呈加速增长趋势。进而交通压 力问题也随之不断地加剧，社会车辆与公交车辆的交通需求冲突也同益突出，而 公共交通作为城市主要交通工具其主导地位迫切需要通过科学手段得以维护，因 此研究公交优先响应交通需求就成为了交通领域迫切需要解决的问题，而独立交 叉口作为城市交通的基础基础，就成为了研究和实施公交优先的主要阵地。故本 文对面向公交优先的单点控制策略进行了研究。 本文在研究国内外公交优先系统及交叉口信号控制理论基础上，探讨并研究 了面向公交优先的独立交叉口信号控制策略。课题以交叉口信号机实现程序公交 优先控制为目的，针对不同的交叉口道路交通条件，以协调控制方式为基础，分 别对混合型交通和具有公交专用道交叉口进行了从检测器布设设计到不同公交优 先控制策略逻辑框架建立和算法设计，并以综合方案在线选择的方法实现多种控 制策略的优势互补，完成了交叉口公交优先的连续性。其中，重塑具有公交专用 道交叉口的相位设置，设计了公交相位优化模型和公交相位插入机会模型，从根 本上，改善了具有公交专用道交叉口公交优先控制体系。 关键词公交优先；控制策略；检测器；逻辑框架；算法；模型； 青岛理t 大学t 学硕i ：学位论文 a b s t r a c t w i mt h er 印i dd e v e l o p m e n to ft h en a t i o n a le c o n o m 舅o u rc o u n t 巧u r b a n i z a t i o n a d v a n c e m e n ts p e e d su po b v i o u s l y ，w h i c hi sm a n i f - e s t e di nt h ed o u b l e d 锄dr e - d o u b l e d e x p a n do fu r b a i lp o p u l a t i o ns c a l ea l l dt h eu r b 肌s p a c es c a l e w i t hm i sc o h e s p o n d i n g ， t h em u i l i c i p 2 l lt r a l l s p o r t a t i o nm o t o r i z a t i o na l s os h o w sa c c e l e r a t e d 伊o 、t h b e c a u s eo f t h em u n i c i p a lt m s p o n a t i o nm o t o r i z a t i o n s 母。o w t hc a u s e st h et i a m cp r e s s u r eq u e s t i o n s t oi n t e n s 毋u i l c e a s i n g l ya l o n gw 池也t h ec o i l f l i c to fs o c i a lv e h i c l e sa n dp u b l i c t 啪s p o r t s 也m s p o r t a t i o nd e m a n di sa l s op r o m i n e n td a yb yd a y a st h ec i 够p e o p l em a i n t r a n s p o n a t i o nv e h i c l e ，t h em 雒s 们n s i t sd o m i m m tp o s i t i o nm g e n tn e e d st ob e m a i n t a i n e db yt h es c i e n t i f i cm e t h o d t h e r e f o r et h er e s e a r c ho fp r i o r i 够r e s p o n d e dt h e m a s st m s i td e m a i l db e c o m e st h eq u e s t i o n sw m c hu 玛e n t l yn e e dt ob es o l v e di nt h e t r 觚s p o n a t i o nd o m a i n t h e nm ei n t e r s e c t i o n 嬲 t l l eb a s i s f o rw b a i l咖s p o r r t i i l | h s t n j c t u r e ，w i l i c h 、) ，i ui n e v i t a b l yb e c o m e l ef i r s tp r i m a r yp o s i t i o na sr e s e a r c hp u b l i c t r a l l s p o r t a t i o n 锄di m p l e m e n t a t i o n 研o r i t ) ，r e s p o n d e d t h e r e f o r et l l i sa n i c l eh a sc a 玎i e d o u tn e c e s s a d rm l dd e e pr e s e a r c ho nt l l ep u b l i c 仃a n s p o r t a t i o no ft l l ep r i o r i 够s i m p l ep o i m c o n t r d lp o l i c y o nm eb 弱i so fs m d y i n gt l l ed o m e s t i ca n df o r e i g np u b l i c 衄l s p o r t a t i o np r i o r i t ) ， s y s t e ma 芏l dt h ei n t e r s e c t i o ns i 印a 1c o n 臼o lt ：h e o r y ，m i sa i t i c l ei l a sd i s c u s s e da n ds t u d i e d t h ep u b i i c 讹n s p o r t a t i o n 研o r i 够锄dt h es i n g l ei n t e r s e c t i o ns i 盟a lc o m r o ls t r a l t e g y 1 1 1 i s a r t i c l et a k e st l l ei n t e r s e c t i o ns i g i l a i sa c h i e v i n gt h ep r o c e d 删c o n t r o lf o rt h ep u b l i c t r a l l s p o r tp r i o r i 够邪ag o a l ，i nv i e wo ft t l ed i f f e r e n tr o a di n t e r s e c t i o nr o a d 仃a 伍c c o n d i t i o n ，t a l ( e sm ec o o r d i m t i o nc o m r 0 1w a ya st l l e f o u i l d a t i o n m i x e d 仃a m c i n t e r s e c t i o n ，r e s p e c t i v e l y 嬲w e u 弱i i l t e r s e c t i o i l s 州t ht h eb u sl 锄ei sl a i df 如mt h e d e t e c t o rd e s i g nt 0ad i f l e r e n tb u sp r i o r i t ) ，c o n t r o ls t r a t e g yf o rm ee s t a b l i s m e n to ft h e l o g i c a l 舭吼e 、) 的r k a i l da l g o r i t l l l l ld e s i 印，锄db yo n l i n em e t h o da b o u ti n t e g r a t e s p r o g r 锄sc h o s e nt oa c l l i e v eav a r i e 哆o fc o n t r o ls t i a t e 西e sc o m p l e m e n 伽ya d v a n t a g e s t i l ec o n t i n u 时o fm ei n t e r s e c t i o no f b u sp r i o r i 锣i sd e s i g n e d 趾dc o m p l e t e d a n d ，m e p 印e rh a s r e m o u l d e dt l l e p u b l i c 仃i m s p o r t a t i o ns p e c i a l - p u 印o s ei n t e r s e c t i o n sp h a s e e s 诅b l i s l l i l l e 咄e s 也l b l i s h e dt i l ep h 嬲eo p t i m i z a t i o nm o d e la 1 1 dt l l ep h a s ei n s e n i o n i i 青岛理t 人学t 学硕i j 学位论文 o p p o r t u n i t ym o d e l ，a n d 如n d a i n e n t a l l yi m p r o v e dt h ep u b l i c 把眦s p o r t a t i o np r i o r i t y c o n t r d ls y s t e mo ni n t e r s e c t i o n sw i t hp u b l i c 觚s p o n ；a t i o ns p e c i a l - p u r p l o s e k e yw o r d ：p u b l i ct r 锄s p o l r tp r i o r i 锣；c o n _ t r o ls t r a t e g y ；d e t e c t o r ；l o g 觑眦e ；a l g o r i t h m ； m o d e l 硕士学位论文 面向公交优先的单点控制策略研究 学位论文答辩日期： 指导教师签字： 答辩委员会成员签字： 一一一一 青岛理丁人学下学硕 j 学位论文 第1 章绪论 1 1 研究背景及意义 目前，我国城市化进程明显加快，城市人口数量急剧增加、城市空间规模成 倍扩大。与此相应，城市交通机动化也呈加速增长趋势。随着城市公共交通工具 和出租汽车业的迅速发展，加上私人汽车大量进入家庭，直接导致我国城市交通 资源及能耗急剧上升。然而城市化的发展并没有因为城市道路相关基础设施的完 善而在交通方面表现出良性发展，交通拥堵与市民出行不便的矛盾同益凸现。鉴 于此，我国城市交通现状已引起了政府及社会各界的广泛关注，有关专家学者 及交通工程师们在吸取各国城市交通发展经验基础上，找到了一条解决我国城市 交通问题的有效途径即优先发展城市公共交通，以公共交通为杠杆满足城市交通 需求总量，实现道路交通基础设旋发展与交通需求增长的均衡。 在满足相同交通需求前提条件下，公共交通的运能是私人交通的几倍甚至几 十倍，可以有效减少道路交通流量，不但有助于控制交通需求，引导城市居民出 行方式的选择，缓解城市交通拥挤，而且可以节约道路资源，改善城市居住环境。 在相同的服务水平下，不同交通工具的人均动态占用道路面积比率为：公交车1 人m 2 、自行车3 4 人m 2 、非公交机动车1 2 人m 2 n3 。在城市交通高峰期，每人每公 里消耗的能源为公交汽车为小汽车的8 4 ，无轨电车为小汽车的4 ，有轨电车为 小汽车的3 4 ，地铁为小汽车的5 晗1 。 公交优先作为为大众服务目的，主要从政策、规划、财政、技术等方面加以 体现，但不同层面上有着不同的内涵。在综合交通政策上，政府部门必须确立公 共交通优先发展的的地位；在规划建设上，必须确定公共交通优先安排的顺序； 在资金投入、财政税收上，政府部门必须确立对公共交通的倾斜方法；在道路通 行权上，必须确立公共交通的优先权。在技术层面上，主要可以划分为两个方面： ( 1 ) 公交专用道应用：包括路段、交叉口以及单向道路公交逆行等各种公交专用 道；( 2 ) 交叉口公交信号优先。公交专用道设置能够实现路段和交叉口空间通 行权上的优先；公交信号优先则能够实现时间上的通行权优先，它决定了混合车 道及公交专用道上的车辆能否顺利通过交叉口，沿线的行车延误能否最小。 城市公交优先可以显著提高作为大众出行需求主要交通工具的公交车辆运 行速度和准时性，进而体现城市交通领域的社会公平性。公交信号优先控制是一 种优先考虑公交运行响应的信号控制优化技术，它依据公交车辆和社会车辆的监 测信息，通过信号配时控制技术在其中优化分配交叉口通行权，实现既定的公共 交通的行驶速度和公交运行的可靠性，从而在改善公交服务、提高公交系统吸引 力方面发挥巨大的作用d 1 。 交叉口采用公交优先信号是一种合理有效提高公交车辆运营质量和效果的 措施，充分体现公交优先思想，尤其对高载客量公交车辆给予优先通行权后，可 显著降低交叉口人均延误，提高交叉口服务水平，为公交服务吸引更多客流量提 供条件。因此公交优先技术作为智能交通系统( i t s i n t e l l i g e n t l r r a n s p o r t a t i o ns y s t e m ) 内容之一的先进的公共交通系统( a p t s a d v 柏c e dp u b l i c l i 瑚s p o n a t i o ns y s t e m ) 体系 重要组成部分，对于其在交叉口的应用研究具有了非常重要的理论价值和现实意 思。 1 2 国内外单点公交优先研究现状 公共交通作为一种社会群体型交通，具有人均占有道路面积少、运量大、效 率高等优点，是城市交通的首选方式。因此，优先发展城市公共交通是十分必要 和可行的，是解决城市交通问题的必由之路。 “公交优先”理念早在1 9 6 0 年就已提出，许多专家和学者对公共汽车的通 行方案和技术进行了研究，这一时期的研究主要集中在为公交车辆提供空问优 先、优先设置条件及相关因素的影响分析。由于当时技术条件限制，对“公交时 间优先的研究不是很广泛。2 0 世纪9 0 年代以来，随着信息技术、通讯技术、 检测技术、控制技术和计算机技术的不断发展，各国学者对公交优先通行技术进 行广泛研究。这一时期，国内外公交信号优先控制方法普遍基于公交车的运行状 态，采用先进的检测技术( a v l a u t o m a t i cv e l l i c l el o c a t i o ns y s t e m ) 权衡竞争绿 灯信号，进行系统状态评估。 2 0 世纪9 0 年代以来，各国专家学者开发了许多公交信号优先控制算法，这 些算法主要基于获取的交通流信息和实时公交车辆信息( 包括：乘客数、位置、 运行状态等) ，判断是否给予和何时给予公交车辆优先信号。 如今，巴西的库里蒂巴、哥伦比亚的波哥达、加拿大的渥太华等城市建立了 相对独立的快速公交系统，在提高道路资源利用效率和乘客服务质量等方面取得 2 青岛理t 人学t 学硕1 ：学位论文 了显著效果；美国、日本等发达国家在智能化公交调度、实时信息发布及信号控 制方面取得了一定进展。 1 2 1 国外研究现状 国外对公交信号优先( t s p t r a n s i ts i g n a lp o r i t ) 的研究可以定义为从上个 世纪六十年代未开始，从w i l b u r ( 1 9 6 7 ) 等人对两个信号控制交叉口通过手动信 号提供公交优先的研究开始，公交优先的研究已经取得了一系列长足的进步。单 点信号优先控制策略因其逻辑简单且易于实现而得到了广泛的研究和应用。 k e i n ( 2 0 0 0 ) 【4 1 ，y a n nw 锄a s ( 2 0 0 3 ) 【5 1 ，a l e x a n d e rs k a b a r d o n i s ( 2 0 0 0 ) 1 6 1 ， p e t e r g f u i t h ( 2 0 0 l ，2 0 0 3 ) 列， m e e n a k s h vv a s u d e v a na n dg a n g l e nc h a n g ( 2 0 0 1 ，2 0 0 5 ) 陋1 等人先后提出了以降低延误为目标的优先控制策略，并从优先控制模 型、检测器布置、优先控制系统结构和优先控制约束等方面进行研究。 信号控制技术能够充分体现人为作用在交叉口信号配时方面的主动性，方便 先进的控制理念对公交优先实现的应用，所以现在许多城市交通都开始对公交优 先进行考虑和实践，并在一定的区域内实现了公交优先。 1 ) 国外知名交通控制系统中对单点控制的研究 英国研制的s c o o t ( s p l “c y c l eo 舔e to p t i m i z a t i o nt e c h n i q u e ) 系统对独立 交叉口公交优先进行了充分的考虑。在单个交叉口通过内置的优先级软件实现公 交优先信号控制。系统通过带有车型识别功能的检测器或车辆自动定位系统检测 公交车辆，在交叉口根据不同情况对公交车实施允许优先和拒绝优先两种管理对 策，并提供绿灯延长和绿灯提前启亮这两种信号优先方式f 9 j 。 澳大利亚研制的s c a t s ( s y d n e yc 0 0 r d i n a t e da d a p t i v et r a m cs y s t e m ) 具有 主动公交优先和被动公交优先功能。系统在检测到公交车辆后，给出优先通行权 实现主动优先。被动优先则通过事先输入时段表或根据用户请求实现优先通行 【1 0 1 。这两个城市交通控制系统实现了单个交叉口公交优先和线路公交优先控制。 意大利u t o p i a ( u r b a nt r a 筒co p t i m i z a t i o nb yi n t e 雕l t e da h t o m a t i o n ) 系统 是一种响应式交通控制系统，采用分层递阶控制形式。该系统通过车辆监控 ( a v m a u t o m a t i cv e l l i c l em o n i t o r i n g ) 系统获取公交车辆到达交叉口的行程时 间、公交路线及出行时刻表等信息，并根据公交车辆的运行状态或公交车头时距 的变化情况来决定是否给予信号优先。当决定为到达的公交车辆提供优先信号 青岛理丁人学t 学硕 ：学位论文 时，系统将在公交车辆到达信号交叉口前2 分钟内对信号进行优化调整，使公交 车辆到达时以绿灯顺利通过交叉口【l l 】。 s p p o r t ( s i g l l a lp r i 嘶锣p r o c e d 砒ef o ro p t i m i 2 a t i o ni nr e a l t i m e ) 是一种基 于规则库的实时交通响应式信号控制模型，根据不同的交通条件实时产生信号配 时方案。一旦公交车辆被检测到，控制算法调用最近时间内交叉口的交通流信息 以及当前交叉口的信号配时参数，决定是否给予优先。从而根据这些信息，基于 自身的控制规则选择最优的信号配时方案。算法的控制流程为：估计公交车辆和 社会车辆的延误、确定控制规则、选择合适的信号配时方案、评估备选方案【m 1 3 】。 2 ) 交叉口单点控制研究 单点公交优先控制的研究主要包括控制策略、信号配时、公交信息采集、公 交优先权重模型及评价等。 在控制策略研究方面，y 堍a r 等建立了确定性模型计算总延误，赋予车辆不 同的权重，最终生成信号配时方案。但模型并没有表示出公交车随车队行驶这部 分延误【1 4 1 。y i n 等人在环形线圈检测器的基础上建立了自适应t s p 系统。提出了 一种启发式算法为公交车提供优先，并通过了模拟和实地检测的方法进行验证 【1 5 】 o 信号配时方法的研究集中在单点优先和线路优先。如b a l k e 等采用绿灯延长 和绿灯提前启亮等优先方式研究了单点公交优先控制算法1 1 6 】；m e e n a k s h y 等通过 优化绿波带宽度建立了主干线公交优先信号协调控制模型【17 1 ；j i n 、0 0l e e 等研究 了交叉口附近有公交站点的线路控制算法【1 3 】。 在公交信息采集方面，加利福尼亚的p 御( p 龇n e r sf o r a d v a i l c e dt r a n s i t a n d h i g h w a y s ) 研究小组正从事自适应公交优先的研究a b s p ( a d a p t i v eb u ss i g n a l p r i o r i t y ) ，利用公交g p s 信息，交通检测器数据，行程时间预测建立主动公交优 先模型。研究中建议用g p s 采集公交信息，用一套优秀的算法进行公交优先决 定，用现有的线圈检测器进行实时的交通数据采集，用微观仿真软件进行评价。 模型做的是考虑基于时刻表的公交车到达时间，发车间隔，当前位置，停靠站类 型的公交优先。优先策略有绿灯延长和提前启亮两种，此时还要考虑道路交通条 件以及公交车的速度和位置【1 9 1 。 在公交权重模型方面，m i r c h a n 妇l i 等学者考虑乘客数量、公交车时间表状 4 态( 准时、延迟、早到) 的公交优先权重模型，并成功应用到r h o d e s 系统中， 实现了单个交叉口的实时公交优先信号控制【2 0 】。h e s h 锄r a l d l a 等研究了考虑公 交发车频率的公交优先权重模型【2 1 1 。 d r j 0 1 1 nc o l l u r a ，h e s h 锄i l 【h a 等学者总结了美国部分城市交叉口采用公交 信号优先控制后的效果2 2 1 ，由表1 1 可见大部分交叉口进行公交优先控制后都取 得了不错的效果。 表1 1 国外部分城市公交信号优先实施情况 综上所述，国外对公交优先技术在单交叉口的理论及应用进行了大量的研 究，提出公交优先控制系统并进行了实施验证，具有实用性，但并不完全适合我 国国情下的道路交通条件。对于单交叉口的多向请求和多种控制方案的综合应用 在算法、控制策略、协调方法等方面的研究较为有限。同时，国外的检测方法较 为先进，除了先进的g p s 、g i s 、a v l 系统外，还有完善的检测线圈、微波、红 外、电磁等检测器辅助公交数据，而对我国绝大多数城市而言，硬件基础相距甚 远。 1 2 2 国内研究现状 我国对城市公交优先通行技术的研究起步比较晚。国内现有的公交优先系统 主要通过公交专用道、公交车停靠站等道路设施【2 3 2 4 1 以及单个交叉口的公交优 先技术进行保障。如目前我国北京、成都、济南等城市已经开始建设的b r t ( b u s r a 口i dt r a i l s i t ) 系统，通过在城市道路上开辟公交车专用道，对线路、车流、停 靠站及枢纽进行优化，并对公交车进行实时监测，在信号交叉口采用公交优先通 行技术来保障公交车的快速通过。 到目前为止，国内对公交优先信号控制研究还处于理论阶段，主要集中在单 个交叉口的公交优先信号控制方法和公交优先效果评价方法。吉林大学的杨兆升 教授、同济大学的杨晓光教授、北京交通大学的关伟博士，东南大学的张卫华博 士等对交叉口公交信号优先控制策略和控制算法进行了研究，对公交信号优先在 我国的实施具有一定的促进作用和指导意义。 单个交叉口公交优先信号控制研究集中在两个方面，一是研究预信号配时方 法，提出了主、预信号配时模型，预信号系统评价模型等【2 5 1 。但这些模型不适 用于国内公交车发车频率大、线路复杂等情况，没有得到实际应用。二是结合车 辆检测技术，研究不同控制策略下，交叉口周期时长优化、绿灯时间优化、相位 相序优化等问题【2 0 1 。这些研究大都集中在交叉口单方向的公交车优先。国内 对公交优先通行措施的效果评价主要是从社会经济、交通功能等宏观指标以及车 均延误、人均延误、通行能力等微观指标两个方面进行【3 i 】。研究了两个相邻交 叉口的公交优先信号控制，分别分析了以人均延误最小为目标的定时式协调配时 和以人总延误最小为目标的定周期式协调配时f 3 2 】。 综合现有研究较为成熟的公交优先控制策略发现，几乎所有的单点优先策略 都是建立在单一公交车辆优先申请的基础上，即优先策略的选择和实施都是针对 某一车辆，目标为降低单车延误，缺乏对信号绿灯结束之前到达或者之后可能到 达车辆的考虑，也即缺乏优先策略对整个周期车均延误的影响研究和分析，并且 6 青岛理t 人学t 学硕f ：学位论丈 对各种优先方案在控制中的优化没有足够的技术支撑，所有的优先策略都没有建 立有效的公交车辆和社会车辆协同控制，即公交优先控制下的社会车辆没有在有 效的时间内对公交车辆通行剩余时间进行补充。因此，本文从控制策略着手上对 公交优先控制进行研究，建立不同控制策略在信号控制中的应用模型，从单相位 优先到整体优化单点公交优先控制，建立多方案、针对性，动念选择机制，以达 到实现公交优先且有效控制社会车辆延误的效果。 1 3 论文主要内容 单交叉口信号控制是实现线、面公交优先的基础，具有十分重要的研究意义。 本文对公交优先信号的研究立足于单交叉口信号控制策略，通过对公交车辆到达 交叉口信息的检测分析，针对不同的请求通行权信息，提出了绿灯延长、红灯缩 短、相位插入三种响应方案。同时，分类论述了三种控制策略在混合型和具有公 交专用道交通条件下的综合响应方案的协同优化。论文具体研究内容及研究方法 如下： 1 ) 通过对现行交叉口信号控制方案的分析，提出研究选用控制基础，建立 单交叉口系统研究框架，综述分析研究内容的交互关系和体系优化策略。 2 ) 采取主动控制方式下的被动优选对混合通行交叉口进行控制，建立基于 检测线圈公交优先请求触发机制的信号响应策略，分类论述了短时间公交优先控 制策略：绿灯延长；红灯缩短；公交相位相对于响应时间较长的相位插入 控制策略。通过算法设计完善了控制方法的响应模型。运用协同理论建立综合优 化控制方案在线选择机制，以期实现公交优先与社会车辆响应的双赢。 3 ) 采取主动控制方式下的主动优选对具有公交专用道的交叉口进行控制， 基于设计检测器检测信息分析，重塑信号控制相位分配方案，立足公交相位建立 公交相位优化模型。综合公交优先控制策略建立公交相位插入机会模型。运用协 同理论建立优化控制方案在线选择机制，以期实现公交优先与社会车辆的总体延 误最短。 4 ) 通过实际交通调查数据分析，从客观现实出发，模拟计算不同公交车辆 触发下的响应相位控制方案生成效果，完成各种方案的对比，以确定控制策略采 用的合理性。 本文的技术路线见图卜1 所示： 1 4 本章小结 本章介绍了课题研究的目的和意义，明确了研究课题的重要性。通过分析所 所收集到的各种相关材料，介绍了国内外对单点公交优先控制策略的研究状况， 分述了重要研究成果的理论要点。结合国内外公交优先应用实例分析，提出了本 文主要研究内容和技术路线，为全文的书写奠定了研究基础。 8 第2 章面向公交优先的单点控制系统 2 1 单交叉口控制方案分析 对于本文的研究基础信号控制方案而言，选择应用广泛、实用合理、控制方 便且具有现实使用条件的研究基础方案是整篇论文的前提条件，因此本章将着重 对现有交叉口应用较多的控制方案作以分析，以获得本文单交叉口公交优先控制 策略的研究基础。 交叉口控制方案一般可分为：定周期控制、感应式控制、协调式感应控制。 2 1 1 定周期控制 定周期控制方法是根据历史数据：对一天中的某一给定时间对每一车流用恰 当的离线优化方法计算信号控制参数，然后将计算出的信号控制参数设置到信号 机中，来对交通流进行调控。定周期控制工作稳定可靠，便于协调相邻路口的信 号，适用于车流量规律变化、车流量较大( 甚至接近饱和状态) 的路口。 通常定周期控制的配时设计采用韦伯斯特公式计算的来。韦伯斯特用排队论 同数字计算机模拟相结合的方法，推导出定时信号交叉口的停车延误公式： d = 筹+ 去一o 6 5 ( 删 ( 2 - ) 2 ( 1 一五x )2 q ( 1 一x )、q 2 7 式中：d 车辆平均延误( s ) ： c 周期时长( s ) ； 五绿信比； q 车辆到达率( p c u 1 1 ) ； x 饱和度。 这个表达式中的第一项( 爰# 篙) 是由于均匀的车辆到达率所造成的延 误，第二项夏翥习是由于车辆到达的随机性所造成的延误，第三项 ( 一o 6 5 ( ) 3x ( 2 ”z ) 是从车流模拟试验导得。 g 韦伯斯特方法以交通延误作为交通效益指标，以交通延误最小求解最佳周期 9 青岛理t 人学t 学硕 j 学位论文 时长，各相位绿信比由各相位的最大流量比按比例分配。 车辆总延误：d = 卅 ( 2 2 ) 若是总延误最小，则：旱( d ) ：o ( 2 3 ) n c 隅 c 。= 罟 ( 2 - 4 ) 式中：三一个周期总的损失时间( s ) ； l ，交叉口中，各相位流量比之和； g 车辆到达率( p c ； c o 周期时长( s ) 。 由此得到有效绿灯时间为：g g = c o 一三 ( 2 - 5 ) 由于各相位的绿信比五与只成正比， 五- g g 掣= 警掣 弦6 ， g = 乃c o ( 2 - 7 ) 式中：c g 有效周期绿灯时间( s ) ； c 相位有效绿灯时间( s ) ； 少。相位流量比 上述即为韦伯斯特公式计算周期和相位绿灯时间的方法，但是在我国多采用 由王炜博士提出的如下简单计算周期方法： 根据交通量确定信号配时的尺度，需要将交叉口交通量转换成等效交通量。 其中等效交通量与交叉口进口实际交通量、公交车及货车车辆数、左转车辆数以 及进口有效车道数相关，换算公式【3 】为： 匕：坠堕型 ( 2 8 ) 式中：圪等效交通量( p c i 沛) ； y 交叉口进口实际交通量( p c l l 1 1 ) ； l o 青岛理t 人学t 学硕 ：学位论文 公交车、货车车辆数( p c l l 1 1 ) ； 三左转车辆数( p c l l 1 1 ) ； 玎进口有效车道数( 个) 。 信号总配时、相位数、等效交通量之间的关系： 丁= 嚣等 ( 2 - 9 ) 1 3 3 3 一旷 式中：丁信号总配时( s ) ； 尸相位数( 个) 。 当同一相位中有多股车流通过交叉口时，应取该相位中等效交叉口最大的那 股车流作为计算依据，如十字信号交叉口，则采用： 圪= m a x ( 南北流量) + m 呶东西流量) ( 2 1 0 ) 绿灯时间分配： 正= 竺竖业竽r ( 2 1 1 ) 疋：型粤警旦丁 ( 2 1 2 ) 2 5 f 一 u 。l 么夕 式中：z 相位绿灯时间( s ) ，( i = 1 、2 ) 。 2 1 2 感应式控制 感应控制的思想是基于寻找间隙来决定当前的绿灯时间是延长还是终止。感 应控制在一定程度上适应了交通需求的变化，比定周期控制具有一定的优越性， 尤其在交叉口交通流量随机波动较大时，感应控制会起到很好的控制效果。感应 控制又分为半感应控制和全感应控制。感应控制实时性好、适应性强，适用于车 流量易于变化且规则性较差、主次相位车流量相差较大、需要降低主干道被干扰 的交叉口。 在感应控制中必须定义各相位的最小绿灯时间、最大绿灯时间、绿灯递进步 长( 即延长绿) 以及驻留相位，以满足信号控制对各方向交通需求的相对合理服 务。感应控制的运行特性如下： 1 ) 各相位的放行时间由相位的最小绿灯时间和最大绿灯时间决定。若按照 实际车辆状况放行相位，必须建立检测器与相位的对应关系，配置车辆检测器和 青岛理t 大学t 学硕l ：学位论文 行人检测器，以获得请求触发机制； 2 ) 在感应控制中，相位接受来自检测器的请求，并延长一定的绿灯时间， 直至到达最大绿灯时间或在最后一秒绿灯之前没有请求。即当相位在放绿灯时， 如剩余绿灯时间大于延长绿且没有到达最后一秒绿灯，如果相位接受到一个检测 器请求则将绿灯时间延长一个延长绿时间； 3 ) 在感应控制中，当相位运行到绿灯最后一秒时，如果此时它的冲突相位 没有请求，该相位将驻留在绿灯状态( 此时该相位所在环中其他相位均驻留在红 灯状态) 。如果环运行到跨b a r r i e r 之前的相位时，当该相位运行到绿灯最后一秒 时，即使它的冲突相位有请求，但是如果其他环处于驻留状态，它也将被驻留， 直到所有环都停止驻留，它们将一起跨越b a r r i e r ； 4 ) 在感应控制中，如果一个相位即将放绿灯，如果它所