（交通运输规划与管理专业论文）基于快速公交BRT优先的交叉口信号优化研究.pdf

华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 i 摘摘 要要 目前，brt 在中国的发展呈现星火燎原之势，针对 brt 在中国发展中出现的主要 问题进行研究就显得十分必要，特别是对于 brt 的关键技术之一“交叉口 brt 优先 信号的优化”进行深入研究更是是势在必行的。 本文主要采用了理论分析法进行研究，同时辅以少量的实证研究，在理论研究 中综合运用了演绎、归纳、定性、定量等方法，并且综合了多学科的理论进行研究， 从多视角、多侧面、多层次地进行了综合研究，同时采用了类比和对比的分析方法。 本文首先阐述了信号交叉口常规公交优先技术，将信号交叉口 brt 优先与常规 公交优先的进行类比，探讨常规公交优先技术应用于 brt 优先的可能性；接着分析 实行 brt 优先通行前的信号交叉口乘客延误计算方法，对比实行 brt 优先通行前后 的信号交叉口乘客延误构成的异同，在此基础提出实行 brt 优先通行后的信号交叉 口乘客延误计算方法；随后介绍了传统的以及基于常规公交优先的交叉口信号设计 方法，在此基础上探讨了实行 brt 优先通行后的交叉口信号设计方法，分类介绍了 被动优先、主动优先控制策略下的几种主要的信号优化方法，如基于乘客总延误最 小的交叉口信号配时方法，以及提前或延长优先相位绿灯时间、相位分割、嵌入优 先相位以及跳过非优先相位信号优化方法等，最后提出了基于 brt 优先的交叉口信 号优化方案的效益评价方法。 关键词：关键词：交叉口 brt 优先通行 信号优化 乘客延误 被动优先 主动优先 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 ii abstract now the bus rapid transit is flourishing in our country, it is necessary to research on the question during the development of it. intersection signal optimization on brt priority is one of the brt keys, which is more imperative to be lucubrated. the paper mainly adopts theory analysis in studying progress, complementing with a little demonstration at the same time. it applies deduction, induction, method such as determining the nature, determining the amounts of the components of a substance to theory synthetically in studying, and it also synthesizes multidisciplinary theory to be in progress, studying synthetically from many visual angles, many sides, the multiple echelons field. it simultaneity adopts the analogy and contrast. at first, the thesis sets forth the technology of the normal bus intersection priority, comparing brt intersection priority with the normal bus intersection priority, and brings forward the main measure of brt priority in signal intersection. secondly, it analyzes the passenger intersection delay before and after putting brt intersection priority into practice, and brings forward the calculation method of the passenger intersection delay after the application of brt intersection priority. thirdly, the paper introduces the traditional intersection and the normal bus intersection priority signal design technique, on the basis of that it discusses the brt intersection priority signal optimization technique. and it introduces several main signal optimization methods under the control of passive priority, initiative priority tactics, such as signal planning on least passenger delays, an earlier dating or extending green light time, dividing phase, inserting priority phase and overleaping un priority phase. finally the paper suggests benefit evaluation means of intersection signal optimization project on brt priority. key words: brt priority in intersection, signal optimization, passenger delays, passive priority, initiative priority 独创性声明独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得 的研究成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他 个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集 体， 均已在文中以明确方式标明。 本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名： 日期： 年 月 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有 权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版， 允许论文被查阅和 借阅。 本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据 库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 本论文属于 （请在以上方框内打“” ） 学位论文作者签名： 指导教师签名： 日期： 年 月 日 日期： 年 月 日 保密，在 年解密后适用本授权书。 不保密。 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 1 1 绪绪 论论 1.1 研究背景研究背景 快速公交系统(bus rapid transit) 简称 brt，它是利用现代化大容量专用公共交 通车辆，在专用的道路空间快速运行的公共交通方式，它具有与轨道交通相同的运 量大、快捷、安全等特性，而造价和运营成本相对低廉1。brt 的运量单向 0.6-2 万 人/小时， 运营速度 20-35 公里/小时， 造价 0.3 亿-0.8 亿/公里 （是轻轨的 1/5-1/10， 地铁的 1/20） 。快速公交的基本要素是2：专用的路权、先进的车辆、设施齐备的站 台、面向乘客的线路组织、智能化的运营管理（即运用自动车辆定位、先进车辆调 度、交叉口公交优先信号系统来提高快速公交的运营水平） 。 由于快速公交投资及运营成本明显低于轨道交通，运营和使用效果接近轨道交 通，因此在国际上很多城市被成功推广。最早建成快速公交系统的城市是巴西的库 里蒂巴市，而快速公交系统最为成功的案例是哥伦比亚首都波哥大公交系统建设。 目前， 世界上十几个国家的 50 多座城市建设实施了快速公交系统， 如美国的洛杉矶、 加拿大的渥太华、法国的巴黎、日本的东京、巴西的圣保罗、澳大利亚的布里斯班 等。在我国，brt 的技术特性已被各级政府重视，一些城市开始筹备规划进行示范线 路的建设。我国第一条全封闭大容量快速公交系统北京市南中轴路 brt，已于 2005 年 12 月开通，在今后 5 年中，北京、杭州、上海、西安、济南、成都、沈阳、 武汉、福州、宁波等 10 多个城市将有序推进 brt 的规划和建设工作。快速公交系统 作为一种新的造福于居民的出行方式，作为城市公共交通的新理念，已经被我国许 多城市接受。 brt作为公交的一种主要形式，在发展中也不可避免地出现这样或那样的问题。 不同的国家由于道路交通条件和政府宏观政策等的不同，出现的问题也不尽相同。 brt在中国的发展中出现的主要问题之一就是brt难以获得真正的时间优先权。北京 市南中轴路brt虽然采用了交叉口感应式信号优先装置，但是仍出现brt车辆和普通 车辆一样在交叉口排队等待的现象。杭州快速公交b1线是中国第二条brt线路，于 2006年4月26日开通运营，b1线全长28公里，由黄龙公交站始发，至下沙高教东区， 呈东西走向，沿线共有31个灯控路口，都安装scats系统控制设备，部分路口还安装 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 2 了快速公交专用的信号优先控制检测设备，当快速公交车辆行驶至路口处，绿灯要 变红灯的时候，智能系统交通系统会适当延长绿灯时间，让车辆顺利通过。当路口 为红灯时，智能系统会适度缩短红灯时间，减少快速公交车在路口的等候时间。考 虑到道路交通的实际运行情况，开通初期有3个路口在早7点至晚7点暂不实施快速公 交车优先通行措施， 有4个路口在高峰时段暂不实施快速公交车优先通行措施。 因此， 在运营初期全线运营时间为1小时，比常规公交节约10分钟，但整体效果不明显。 brt的关键技术之一就是公交优先信号的设置。研究表明，交叉口延误占公交整 个行程时间的10-20%，占整个延误时间的50%3。因此，即使设置了brt专用道，若不 在交叉口为公交提供优先通行条件，仍难以实现公交的快速、可靠运行。为更好地 提高brt专用道的效率，需有选择地在交叉口设置brt公交优先信号。 目前，brt在中国的发展呈现星火燎原之势，针对brt在中国发展中出现的主要 问题进行研究就显得十分必要，特别是对于brt的关键技术之一“交叉口brt优先信 号的设置”进行深入研究更是是势在必行的。 但是brt作为一种新生事物， 国内对交叉口brt优先信号的设置研究很少， 交叉口 brt优先信号优化理论还不成熟。相对于交叉口brt优先通行技术而言，国内外对常 规公交的交叉口优先通行技术研究较为成熟。国内一般通过设置公交专用进口道、 锯齿形公交进口道、公交优先感应信号、公交优先预信号等实现公交优先，而国外 公交优先的信号控制策略一般分为主动优先、被动优先、实时优先等。东南大学的 张卫华博士对交叉口常规公交优先通行措施的设置方法与适用条件进行了研究，包 括对公交专用进口道的设置方法、基于公交优先通行的预信号控制下交叉口进口道 布局及主信号与预信号配时的相互协调方法、公交优先感应信号控制的工作过程与 适应性等进行了详细分析；此外，分别对交叉口设置公交专用进口道和设置预信号 控制前后社会车辆与公交车辆延误的计算方法进行了研究；并研究了有利于公交通 行的交叉口相位设计与配时优化方法，其中信号周期时长是以人总延误最小为目标 来确定，绿信比是由相位乘客流量比和相位饱和度这两个因素来确定，并对这种基 于公交优先通行的信号相位设计与配时方法进行了应用分析4。 美国波士顿东北大学 的peter g.furth和荷兰代夫特大学的theo h.j.muller研究了信号交叉口的有条件 公交优先，并己在荷兰的艾恩德霍芬实施。通过某一交叉口在三种不同条件下：无 优先、完全优先和有条件优先的交通影响实验，得出无优先和完全优先导致延误增 加，有条件优先几乎没有影响5。美国亚利桑那州立大学的pitu mirchandam研究了 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 3 公交优先和交通自适应信号控制的综合运用。信号相位优化是基于由亚力桑那州立 大学研制的rhodes交通自适应信号控制系统。在该系统中输入交叉口感应线圈获得 的实时数据，可同时输出信号相位配时。假设可以得到公共汽车的实时位置(通过公 交停靠站的检测器或通过gps)和乘客数量(通过先进的信息系统)。这样可根据乘客 数量和公共汽车是否发生延误来判断公共汽车应获得的权重，在减少公共汽车延误 和缩短乘客出行时间的同时，对其余交通方式的影响较少6。 brt是公交的一部分，和常规公交有很多的相似之处，国内外在交叉口常规公交 优先通行技术方面的研究成果为进一步研究交叉口brt优先通行技术打下了良好的 基础，在此基础上研究交叉口brt优先信号设计也是切实可行的。 1.2 国内外研究现状国内外研究现状 巴西库里蒂巴市brt并非在每个交叉口都享有优先权，只在外围交叉口享有有条 件优先权，在中心区交叉口不享有任何优先7。这并非设备等技术方面限制，而是认 为，在中心区为brt系统提供优先后将对其他道路交通产生巨大的负面影响。 目前国内的brt优先交叉口信号的研究有张卫华博士的 “实施城市快速公交(brt ) 的平面交叉口处理技术”8（2004年）、陈光勤的“基于车头时距的快速公交车辆交 叉口信号优先”9（2005年）等，主要偏于交叉口brt优先通行的定性理论研究，缺 乏更深入的定量分析。此外，还有陆锡明高级工程师的“快速公交系统”10（2005 年版）。 张卫华博士在“实施城市快速公交(brt)的平面交叉口处理技术”论文中，对保 障brt实施效果的平面交叉口处理技术进行初步探讨, 包括对公交专用进口道技术 及其设置方法、公交优先的预信号控制技术及其设置方法、公交优先感应信号控制 技术及其适应性等进行了分析，具有很好的指导意义。但是张博士的分析偏于定性 分析，缺乏定量研究。 陈光勤的“基于车头时距的快速公交车辆交叉口信号优先”论文分析了信号控 制平面十字交叉口（东西向主干道南北向主干道，其中仅东西向主干道设置单侧 brt专用道）在未实行brt信号优先的情况下存在的一些问题，提出了解决问题的措 施实行brt信号优先，重点介绍了有条件优先，以brt车头时距为给予信号优先 服务的约束条件，分析了信号优先的具体方法。陈光勤提出了研究交叉口brt信号优 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 4 先研究的又一思路，对于今后的brt信号优先研究具有启示意义。但是这种方法提出 的是有许多限制条件的：（1）信号控制平面十字交叉口；（2）相交道路中仅一条 道路上设有单侧双向brt专用道；（3）不考虑brt车辆载客情况，无论brt车辆载客 多少，都享有同等优先通行权；不考虑brt车辆是否晚点，偏离时刻表；brt车辆到 达率低；交叉口车流量未饱和；在单点离线控制条件下。对于这种有条件优先优先 通行技术在更一般的情况下，是否使用则没有进行更深一步的研究。 陆锡明对brt在交叉口的信号优先方法进行了简单分析，介绍了被动信号技术、 主动信号技术、实施信号技术等的适用条件及实现方法。 1.3 研究的范围、目的与意义研究的范围、目的与意义 1.3.1 研究范围研究范围 在研究交叉口的几何形式设计的基础上，研究基于 brt 优先的交叉口信号设计。 考虑到我国目前 brt 的发展情况，对本课题的研究范围加以界定，仅研究如下交叉 口形式下的信号设计：平面十字交叉口，两条相交道路中仅有一条道路上设有 brt 专用道且是中央式专用道。 1.3.2 研究目的研究目的 研究信号交叉口 brt 优先通行的主要措施及适用性，对比实行 brt 优先通行前 后的乘客延误，对交叉口信号相位设计及配时进行优化，找出适用于交叉口 brt 优 先的信号优化方法。 1.3.3 研究意义研究意义 设置专用的brt车道是brt系统的重要内容，当brt专用道与现有城市道路处于同 一平面时，brt车辆行驶过程不可避免地会遇到信号控制平面交叉口，并由此引起交 叉口等待延误，过多的等待延误会降低brt的服务质量，增加乘客出行时间，从而降 低brt对出行者的吸引力，影响其客源。 在平面交叉口信号控制时对brt车辆提供信号优先，可以尽可能减少这种等待延 误。从载客量来比较，brt车辆要远远高于社会车辆，在交叉口减少一辆brt车等待 延误15s等于同时减少200多人等待延误15s，因此在通行时间分配上brt车辆理应享 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 5 有优先权。国内对于公共汽车交通优先信号方法有过研究，对于brt特定环境下的平 面交叉口交通信号优先的研究也应日益引起人们重视。 研究 brt 优先交叉口信号设计对于我国 brt 发展具有重要意义，可以促使更科 学地规划 brt，促进 brt 与其他交通方式更好的和谐共存，同时亦可节约 brt 建设资 金，缓解我国许多城市基础建设资金紧张的局面。 1.4 研究的内容与方法研究的内容与方法 1.4.1 研究内容研究内容 本课题的主要研究内容为： （1）研究 brt 在信号交叉口实现优先通行的主要措施，brt 专用进口道的设置 方法，基于 brt 优先通行的交叉口预信号及感应信号设置方法及工作过程； （2）研究交叉口在实行 brt 优先通行后的乘客延误计算方法； （3）研究实行 brt 优先通行的交叉口信号优化的具体方法； （4）基于 brt 优先通行的交叉口信号优化效益评价方法。 1.4.2 研究方法研究方法 本课题主要进行理论方法研究，同时辅以少量的实证研究；在理论研究中综合 运用了演绎、归纳、定性、定量等方法，并且综合了多学科的理论进行研究，这些 理论包括数学、统计学、城市规划学、交通工程学等，尽可能从多视角、多侧面、 多层次地进行综合研究。 本课题的主要章节将采用对比和类比的手法进行研究，如第二章。第二章在阐 述信号交叉口常规公交优先技术的基础上，将信号交叉口 brt 优先与常规公交优先 的进行类比，探讨常规公交优先技术应用于 brt 优先的可能性。第三章先分析实行 brt 优先通行前的信号交叉口乘客延误计算方法， 对比实行 brt 优先通行前后的信号 交叉口乘客延误构成的异同，将在此基础提出实行 brt 优先通行后的信号交叉口乘 客延误计算方法。第四章也是在分析传统的交叉口信号相位设计及配时的基础上， 找出实行 brt 优先通行后的信号交叉口的不同之处，探讨实行 brt 优先通行后的信 号交叉口相位设计及配时计算方法。 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 6 2 信号交叉口信号交叉口 brt 优先通行的措施及适应性研究优先通行的措施及适应性研究 2.1 概述概述 2.1.1 基本概念基本概念 1.公共交通 公共交通，是供公众使用的经济方便的各种客运交通方式的总称，包括定时定 线行驶的公共汽车、无轨电车、有轨电车、快速公交、轻轨交通、地下铁道、轨道 缆车、索道缆车以及定线和不定线行驶的小公共汽车、出租汽车、客运轮渡等交通 工具及其配套设施。11 公共交通在现阶段可以划分为三个部分：常规公共交通，即常规公共汽车、电 车等交通工具及其配套设施；大中运量快速公交，主要指brt；大运量轨道交通，包 括轻轨、地铁等。 2.快速公交（brt） 快速公交（brt）：建设部 38 号文将它定义为“利用现代化大容量专用公共交 通车辆，在专用的道路空间快速运行的公共交通方式，具有与轨道交通相同的运量 大、快捷、安全等特性，而造价和运营成本相对低廉。” 这个定义有三层意思：（1）快速公交是一种新型的公共交通形式；（2）快速 公交并无单一形式，而是因地制宜采取适合城市实际情况的一种灵活的公共交通形 式；（3）快速公交结合了常规公交和轨道交通的优点，从而在部分特性上具有二者 所不能比拟的优势。相对于常规公交，快速公交是大运量、享有更多优先权的、高 服务品质的；相对于轨道交通，快速公交是灵活的、低成本的。 3.常规公共交通 常规公共交通通常是指运量较小、速度较低（小于20km/h）的公共汽车、电车 等交通工具及其配套设置。常规公共交通是相对于快速公交（brt）、轨道交通而言 的。 4.公共交通优先 公共交通优先是许多国家的一项城市交通发展战略，一般认为公交优先的内涵 是指下面三方面的内容: 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 7 第一， 政府部门在综合交通政策上确立公交优先发展的地位，并在政策上给予 支持(包括经济扶持)。 第二，在城市规划、建设上，确立公交的优先发展地位。 第三，在交通资源的使用与管理上，确立公交的优先权利。 公交优先的外延较为全面的表达应为:全面贯彻实施有利于公共交通优先发展 的政策和措施(如财政、税收、公交企业职工优惠待遇等等)；把公交优先的思想贯 穿于城市规划和交通规划的各个层次；全面推行公交车辆优先通行的各种技术和方 法。 5.公共交通优先通行 公共交通优先通行，一般是指公交优先内涵的第二、三方面，具体而言是指与 个体交通工具运行在同一道路上的公共交通工具在时间和空间上享有优先的道路使 用权。所谓“空间优先”，是通过设立公交专用道(路)或各类专用进口道加以实现； “时间优先”则体现在公交优先信号控制上。 6.快速公交（brt）优先通行 快速公交（brt）优先通行，指与个体交通工具、常规公共交通工具运行在同一 道路上的快速公交（brt）车辆在时间和空间上享有优先的道路使用权。这里的常规 公共交通工具是指普通公共汽车、电车、出租车等，个体交通工具指私人小汽车、 部门和企业的客车、摩托车、自行车等。 7.回授线 回授线是指brt专用道(路)在距离交叉口停车线前一定距离处中止，这样社会车 辆能够使用原本属于公交专用的那个进口道，见本章图2-3，对于回授线长度的确定 方法文献12中有详细阐述。 8.交织段 通常在进口道前终止的专用道与回授线之间设置一个交织段，用“禁停”的黄 方格表示，以警示公交与社会车辆在该区域可进行交织，且公交使用权优于社会车 辆12。交织段的长度与交织车流的行驶速度和交织的车道数有关，单车道交织可取 车流计算行车速度下历时3秒钟的距离。 9.锯齿型公交进口道 是指为公交提供多个排队进口道，使公交能在交叉口处较其它车辆优先排队。 它分为全部锯齿形和部分锯齿形，全部锯齿形是将交叉口所有进口道都配备给公交 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 8 车，部分锯齿形是将交叉口部分进口道配备给公交车。且为充分利用进口道空间， 锯齿形进口道应根据车辆行驶轨迹，按离brt专用道由近至远进行错位设置，相邻进 口道错位的距离可取对应道路的宽度锯齿形公交优先进口道，一般需配合双停车线 和预信号灯使用，对公交进行预信号优先控制。 10.错开式进口道 当公交专用进口道与路段公交专用道不在同一车道，称之为错开式公交专用进 口道。 11.进口道增设 当受交叉口信号控制影响，进口通行能力小于路段，致使交叉口通常成为道路 交通的瓶颈时，通常通过缩窄进口车道宽、拆除进口处隔离带或偏移中央标线等措 施来增设进口道，以尽可能为公交提供专用或优先排队道，这种措施就称为进口道 增设。 2.1.2 信号交叉口常规公交优先通行的主要措施信号交叉口常规公交优先通行的主要措施 信号交叉口常规公交优先，在技术上包含两层含义，即对公交在通行“空间” 和“时间”上给予优先。所谓“空间优先”，是通过交叉口进口道的几何设置加以 实现的；“时间优先”则体现在公交优先信号控制上。 1.空间优先 一般包括以下措施12： （1）设置公交专用进口道 通过交通标志标线或其它工程措施将信号交叉口的一个或多个进口道指定为公 交车辆专用，其他社会车辆(不包含特殊车辆)不允许进入。以此保证公交车辆在交 叉口进口道上同社会车辆分离，红灯时公交车辆不需混杂在其他社会车辆中间排队 等待，减少了社会车辆对公交车辆的干扰，而且当前面没有公交车辆排队时，在社 会车辆之后到达的公交车辆可直接到达停车线处，这样就能够在绿灯亮的时候以第 一时间通过交叉口，从而可减少公交车辆在交叉口的延误。 （2）设置锯齿形公交专用进口道 锯齿形公交专用进口道是指为公交车配备多个进口道，一般与双停车线、公交 优先预信号配合使用。 2.时间优先 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 9 国内公交优先信号控制策略一般分为以下四类12： （1）公交优先感应信号 在公交车上安装有固定频率的专用信号发射器，路上设置相应频率的信号检测 器，检测器与交通信号控制机相连。当公共汽车接近交叉口时，向检测器发出信号， 检测器即把信号传给控制机，如果有公交优先需求，控制机指令信号灯由红灯改为 绿灯，或继续延长绿灯时间。公交停靠站设在交叉口上游一方时，可把检测器设在 停靠站附近，当公共汽车离站时就可通知信号灯放绿灯，以保证公共汽车优先通过 交叉口。 （2）公交优先预信号 公交优先预信号一般与锯齿形公交专用进口道配合使用。设置方式有两种，一 种是将信号交叉口一个流向全部进口道设置双停车线，另一种是将信号交叉口一个 流向部分进口道设置双停车线。社会车辆必须受到后一根停车线上的预信号控制， 而公交车辆可以直接进入到前一根停车线之后的候驶区排队等候。设置锯齿形公交 进口道和预信号的目的是提供优先通行权给公交车辆，从而可以最大限度降低公共 汽车的排队和减少公共汽车在交叉口的延误，充分利用整个交叉口的时空资源，在 力求使公交车辆得到优先保障的同时，尽量减少对社会车辆的干扰。 （3）调整信号周期 按公交车的交通量调整(缩短)信号周期(不能采用最短周期时间)，以减少公交 车在交又口的停车时间。 （4）增加公共汽车通行次数 在行驶一般车辆的街道与行驶公共汽车的街道相交的交又口上，一般街道如有 两个相位时(a相和b相)，可用其中的一个相位（如b相)把公交车街道相位(c相)的绿 灯时间分成两段，分别列在b相的前后(这时相位次序成为acibc2)，以增加公共汽车 的通车次数并降低其延误时间。 国外公交优先信号控制策略大体分为三类13: （1）被动优先 被动优先即在不设车辆检测器的情况下，根据历史数据，预先进行交叉口公交 优先信号配时。 （2）主动优先 当公共汽车在交叉口入口道处被检测到时，可采取延长、提前、增加或减少相 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 10 位来适应公共汽车。主动优先可分为无条件优先和有条件优先。 （3）实时优先 实时优先是最近引起人们关注的交叉口公交优先信号控制方式。通过gps和avm 等装置估计系统现状，考虑网络上所有的机动车，包括公共汽车、公共汽车上乘客 数和公共汽车运行状况(晚点、 准时、 提前等)， 基于实时信息优化交叉口信号配时08。 2.1.3 信号交叉口信号交叉口 brt 优先通行的主要措施简介 优先通行的主要措施简介 与信号交叉口常规公交优先通行的主要措施类似，信号交叉口 brt 优先通行的 主要措施包括设置 brt 专用进口道、brt 优先预信号控制技术、brt 优先感应信号控 制技术、基于 brt 优先通行的相位设计与信号配时优化等。 2.2 brt 专用进口道的设置方法及其适应性专用进口道的设置方法及其适应性 2.2.1 brt 专用进口道的设置方法专用进口道的设置方法 不同的专用道类型、车流状况、进口道路条件和交通控制对策，brt专用道在交 叉口的处理方式不同，这里仅讨论有两条道路相交、其中一条道路无brt专用道、另 一条道路上有路中型brt专用道情况下直行公交专用进口道设置形式。 直行brt专用进口道的设置要考虑与所连接路段brt专用道和brt停靠站相协调, 即当路段有brt专用道时, 应该选择与公交专用道相同或相邻的进口道作为直行brt 专用进口道, 当路段无brt专用道时, 应该选择与brt停靠站相近的进口道作为直行 brt专用进口道, 其目的是避免brt车辆进入专用进口道时变换过多的车道。 1.当交叉口处无brt停靠站时，brt专用进口道一般采用以下两种方式： (1) brt专用道直接延伸到交叉口停车线，即采用直通式brt专用进口道 适用条件：交叉口有足够多进口道可供其它车辆使用14；brt停靠站设置在路段 上时，brt专用进口道的设置要与brt专用道断面形式、brt专用道所在道路断面形式 相结合。常见形式有以下几种，如图2-1、图2-2： 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 11 图2-1 直通式brt专用进口道（专用道直接延伸到交叉口停车线） 图2-2 直通式brt专用进口道（专用道直接延伸到交叉口停车线） (2) brt专用道截止于回授线前 适用条件：专用道方向车辆流量不大，而其它车流进口道严重不足 (考虑增设 进口道后) 14。 设置形式: brt车辆与社会车辆混合排队或设置部分brt优先排队道，如图2-3。 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 12 图2-3 brt专用进口道（专用道截止于回授线前） 2.当交叉口处设有brt停靠站时，一般采用错开式brt专用进口道 这时，brt专用进口道要结合停靠站情况、交叉口拓宽综合考虑。快速公交站台 设置在交叉口，可以与交叉口拓宽相结合，使车辆运行更为顺畅9。但是，由于交叉 口处有信号控制，如果站台设置在进口可能会造成快速公交车辆停靠后驶离期间恰 逢本相位红灯；如果路段上为brt单车道，那么进口道一般要拓宽出一个brt进口道， 便于在此停靠站不停靠的brt通行。常见的错开式brt专用进口道如图2-4： 图2-4 错开式brt专用进口道 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 13 2.2.2 brt 专用进口道的设置条件专用进口道的设置条件 虽然设置brt专用进口道有利于减少brt车辆在交叉口的延误，但如果设置不当 往往很容易给社会车辆造成不便。一是可能会减少社会车辆的进口道通行能力，严 重时甚至会出现社会车辆阻塞而不能通过交叉口；二是brt车辆与社会车辆在变换车 道时，容易使得车流出现拥挤和紊乱，导致行车速度降低，增加社会车辆的延误。 因此交叉口在设置brt专用进口道之前应充分考虑道路条件及交通流特点，尽量减少 对车流的干扰因素，以保证车辆的正常运行。具体地说，brt专用进口道的设置条件 如下8： (1) 道路条件 在没有转向限制的情况下，一个交叉口的一个入口可以有左、 直、 右3个进口方向。 如果需要在某一进口方向设置brt专用进口道， 该方向必须有(或 者能有条件通过拓宽进口道的方式获得) 两个或两个以上的进口车道，以保证在设 置brt专用进口道之后该进口方向还必须有剩余进口道供社会车辆使用。 (2) 交通量条件 当交叉口交通量接近饱和时， 不宜设置 brt 专用进口道。 因为 设置 brt 专用进口道之后，交通需求将按社会车辆进口道和 brt 车辆进口道重新分 布，车道饱和度也随之而变化，因此，如果在设置 brt 专用进口道之前交叉口交通 量已接近饱和时，则设置 brt 专用进口道之后很可能会使得某个进口道出现过饱和 状态，导致交叉口交通阻塞。此外，一个流向设置 brt 专用进口道之后，应使得该 流向 brt 进口道的流量与车道数之比要小于非 brt 进口道的流量与车道数之比，只 有这样才能保证 brt 专用进口道的饱和度低于非 brt 专用进口道的饱和度，也只有 这样才能确保 brt 专用进口道的车辆延误小于非 brt 专用进口道的车辆延误。 2.3 brt 优先预信号设置方法研究优先预信号设置方法研究 双停车线配上预先信号作为一种公交优先的策略, 这一技术在欧洲一些国家应 用了许多年, 预先信号控制的概念是由英国运输局于1991年在一份关于促进公交发 展的报告中首先提出的, 我国目前还没有采用这一方法。 brt 优先的交叉口预先信号控制方法是在交叉口进口道的通行区域内设置前后 两条停车线, 通过设置在后一根停车线上的预先信号来控制社会车辆的通行, 即社 会车辆在预先信号控制的候驶区排队等待, 而 brt 公交车辆可以通过公交专用道直 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 14 接进入主信号控制的前一根停车线之后的候驶区排队等待, 这样可确保红灯期间到 达的 brt 公交车辆总是在社会车辆的前面排队等待, 并能够在主信号绿灯启亮时以 第一时间通过交叉口, 从而可减少 brt 公交车辆在交叉口的延误。 brt 公交优先预信 号控制一般在停靠站设在路段上且专用道上有 brt 公交车流量较大的情况下适用。 2.3.1 预信号控制下的交叉口预信号控制下的交叉口 brt 专用进口道设置方法研究专用进口道设置方法研究 为提高交叉口的利用效率，应该在左、直、右三个方向种选择 brt 车辆到达率 最高的方向设置预信号控制；如果道路和交通量条件允许的情况下，一个交叉口的 一个入口全部进口道都设置为预信号控制。 基于brt公交优先通行的预信号控制下交叉口进口道设置方法有两种：一种是将 信号交叉口一个流向全部进口道设置双停车线；另一种是将信号交叉口一个流向部 分进口道设置双停车线，如图2-5。为方便brt公交车进入其专用候驶区，预信号控 制的停车线应该设计成错位式的。为确保brt公交候驶区能得到充分利用，brt公交 车进入候驶区必须遵循如下停靠规则：当主信号红灯亮时，先到的brt车辆必须进入 内侧进口道停靠，在内侧进口道已没有停靠空间时才能停靠次内侧进口道，依此类 推。主信号停车线与预信号停车线之间的距离取决于快速公交高峰小时到达率、相 位红灯时长、设置预信号控制的进口道数量、以及单个brt车辆所需的停靠长度等。 鉴于设置预信号是为了确保红灯期间到达的brt车辆能停靠在社会车辆的前面，为减 少主信号绿灯损失和避免社会车辆占用brt公交候驶区，不仅需要预信号的绿灯启亮 时间比主信号绿灯启亮时间提前，而且也需要预信号的红灯启亮时间比主信号红灯 启亮时间提前8， 此外， 为确保周期的稳定性， 主信号和预信号的周期时长应该相等。 交叉口设置双停车线和预信号控制给交通管理带来新的问题，为确保其实施效 果， 须进一步完善交通管理条例及管理措施。 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 15 图2-5 预信号控制的直行进口道布局图（部分直行进口道设置双停车线） 2.3.2 主信号停车线和预信号停车线间距离的确定方法主信号停车线和预信号停车线间距离的确定方法 主信号和预信号停车线之间的距离需满足高峰小时 brt 公交车停靠的需要，具 体来说，这一距离取决于 brt 公交高峰小时到达率、该进口流向主信号相位中的红 灯时长、该进口流向设置了双停车线和预信号控制的进口道数量、以及单个 brt 车 辆所需的停靠长度。 定义设置了预信号控制的进口流向上的主信号相位红灯时长为 m r ()，该进口 流向设置了双停车线和预信号控制的进口道数量为 b n ，高峰小时 brt 车辆到达率为 max b q（brt 车辆/） ，单个公交车辆所需的停靠长度 b l（m） ，设置了预信号控制的 流向到达的公交车占整个路段到达的公交车的比例 b k，可得主信号和预信号停车线 之间的平均距离 b l（m）为： max b bmb b b krlq l n = （2-1） 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 16 2.4 brt 优先感应信号控制技术及适应性分析优先感应信号控制技术及适应性分析 2.4.1 交通感应信号控制的应用背景交通感应信号控制的应用背景 交通感应信号控制措施是一种通过检测技术来实时调整信号配时，以便给被检 测到的车辆及时提供通行信号。提供优先通行权的感应信号控制技术，早期主要在 铁路系统中应用，而且这一技术在铁路系统上应用较为成熟。而在道路交通系统中， 早前的优先感应信号控制措施是应用于紧急车辆(例如警车、消防车和救护车)。这 样可以使这些具有特殊任务的车辆尽可能快地到达目的地。 在1970年左右，为保障公交车辆在信号交又口优先通行，人们开始将感应信号 控制技术应用于城市公交车辆，但这一时期的这些系统都是手工操作的，其工作过 程是：由驾驶员激活优先信号或控制系统连续提供优先信号，公交车辆独立于中央 控制之外，通过安装可以发射信号的硬件(包括红外线和低能量的电波信号)激活优 先信号控制系统。到了90年代，虽然提供给公交车辆优先信号的技术并没有得到广 泛应用，但它们发生了很明显的进步。现代交通优先信号控制系统建立在自动车辆 定位系统(avlsystem)基础之上，这不仅节约了硬件成本，同时可以提供选择性的优 先权(根据不同需要选择车辆提供优先权)。在大城市中，当公交车辆发车间隔较短 时，一个常见问题是出现公交车辆集结，也就是说几辆公交车辆接踵而行，这样会 增加乘客在公交停靠站的候车时间。虽然导致公交车辆集结的原因十分复杂，但提 供选择性优先权提供优先信号给那些到站时刻晚于规定时刻的公交车辆，而不是 早于规定时刻到达的公交车辆或紧随另一辆公交车行驶的公交车辆)，诱导其以最佳 行驶速度行驶是一个有效的公交优先控制方法。 2.4.2 brt 优先感应信号的检测技术优先感应信号的检测技术 检测技术是brt优先感应信号控制的关键技术，只有实时准确的检测结果才能保 证系统有效地工作和取得良好的效果。brt优先感应信号控制的检测技术包括检测公 交车辆的技术和检测乘客的技术，现在应用的通常有以下四类16: （1） brt车辆上安装无线电联络标签。通常将无线电波联络标签安装在车辆前 侧牌照的上方，不需要提供能量。通过无线电联络标签和安装在路侧的读入器之间 的相互作用，读入器可以接收brt车辆信息。读入器一般设置在路侧已有的杆柱上， 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 17 例如交通标志杆或电线杆上。也可以设置一个新的杆柱，以便在选择理想的检测点 方面将不受限制。 （2）brt车辆上安装信息发射器。brt车辆上安装可以发送车辆信息的发射器， 该信息可以由内嵌于路面中的标准车辆感应线圈读出。发射器一般安装在前保险杠 后的车辆下方，需要提供能量。该种检测技术必须保证感应线圈位于brt车辆运行的 车道上。当brt停靠站设在交又口上游一方时，可将车辆感应线圈设在停靠站附近， 当brt车辆离站时就可将这一信息传递给信号控制机，这样可以避免因难以准确预测 brt车辆在停靠站的停靠时间而带来的影响，而brt车辆离站后的到交叉口的行驶时 间通常容易预测，这样可以保证brt车辆优先通过交叉口。 （3）gps (全球定位系统)。自动车辆定位(avl)技术的发展与现有brt车辆检测 技术的局限，要求发展一个新的系统结构。为了提供有效的brt公交优先通行权，控 制系统要求检测到brt车辆的位置距离交叉口足够远，以保证系统有足够的时间对优 先权的呼叫做出反应，但同时又要求距离足够近，以保证精确的brt车辆行程时间预 测。运用先进的gps技术、gis技术以及计算机技术，可以实现brt车辆被实时监控。 若干目标车辆和中心调度室利用装各的通讯设备技术组成一个无线电通讯网络。gps 定位模块安装在brt车辆上，接收gps定位卫星的信号，通过解码及运算获得车辆当 前位置、时间等信息。数据收发智能接口对这些信息加以处理，进行编码转换、信 号调制等，再通过通讯线路按时分方式地向中心调度室报告车辆的运行状态。中心 调度室接收到各个日标的信息， 经过计算机系统处理后， 通过gis电子地图显示出来， 完成车辆信息的地图映射，并查询历史数据库进行动态分析。 （4）乘客上下车检测器。brt车辆满载率(brt公交乘客数/brt车辆额定载客数) 是决定是否提供优先信号的重要参数，通过在车门安装乘客上下车检测器，可以获 取这一数据。现在公共汽车一般采取无人售票方式，乘客一般从前门上车，后门卜 车。通过在前门安装乘客上车检测器，后门安装乘客下车检测器，可以知道brt公交 车上现有的乘客数和brt车辆满载率。 2.4.3 brt 优先感应信号的工作过程及适应性优先感应信号的工作过程及适应性 brt优先感应信号控制的工作过程是: brt优先信号控制系统利用车辆检测技术 检测brt车辆的到达， 将brt车辆的标识号码传到系统的控制器， 控制器激活一个 “公 交优先权申请”并将其发送给交通信号控制机。系统的控制器持续这一呼叫，直到 华 中 科 技 大 学