基于城市道路交叉口公交优先控制的探讨研究

摘要：据调查分析表明，城市中产生交通拥堵及延误的主要原因是交叉口的设计或信号配时等不合理。因此，研究降低公交车辆在信号交叉口的延误显得尤为重要。本论文希望通过研究信号交叉口公交优先的策略，寻求一种能够体现公交优先策略的信号交叉口控制方案，达到满足公交优先通行的需求。

关键词：交叉口；公交优先；智能交通

Abstract: according to the survey analysis, the city traffic congestion and produced in the main reason for the delay is the intersection design or signal timing etc is not reasonable. Therefore, the lower the signal intersection of bus vehicle delay is particularly important. This paper hope that through the research signal intersection bus priority strategy, seek a can reflect the bus priority strategy signal intersection control scheme, to meet the needs of the bus priority traffic.

Keywords: intersection; Bus priority; Intelligent transportation

中图分类号：C913.32文献标识码：A 文章编号：

一、公交优先系统定义。

公交优先系统由公交车辆信号发射器、车辆检测器、模糊信号控制器及相互之间的通信系统组成。系统工作时，首先对公交车进行检测和定位，然后将收集到的信息进行处理和决策，得出一种公交优先的决策输出，即确定一种能使公交车优先通过交叉口的信号状态；再将此信号状态以信号灯的形式实时输出，达到公交优先信号控制的目的。

公交车辆检测/优先请求系统包括公交车辆检测和社会车辆检测。当检入检测器检测到有公交车辆到达时，将到达信息传递到信号控制系统。由控制系统决定优先策略，发出指令给信号机，以便实现公交车辆无阻滞，优先通过交叉口。

公交信号控制通信系统将监测器的输出信号传输到本地交叉口的信号控制系统或地区的交通管理中心，作为信号控制决策的输入参数；同时将控制策略从本地或交通管理中心传输给信号控制器，来控制信号灯的显示。对公交优先信号控制而言，须将交叉口的信号控制从简单的定时控制改进为基于模糊推理的模糊控制。这就需要设计一种具有模糊控制的智能交通控制系统。

2、信号交叉口公交优先分类及选取

在信号控制的交叉口，实现公交优先的方式大体可分为以下几类:

2.1 被动优先方式

没有设置信号检测器，根据历史数据，如公交车的行驶速度、发车频率、站点位置等，预先进行交叉口公交优先信号的配时。这是目前我国城市交叉口最常见的控制方法，也是投资最为节省的一种方案，适用于饱和度较低的交叉口。

2.2 主动优先方式

主动优先信号控制方式主要通过车辆检测装置和通信技术以及既定的优先控制程序，适时调整信号实现公交优先。它通过监测公交车辆位置、公交车辆延误点等要素，运用预先设置的数学模型判断是否达到优先条件，并适时地、动态地调整信号设置，以适应公交车的优先通行。主动优先可分为无条件优先和有条件优先。

2.3实时优先方式

实时优先是最新发展起来的公交优先信号控制方式，通过GPS等装置获取实时交通流信息(车流量、公交车上乘客数和公交车运行状况)，考虑网络上所有机动车，估计系统现状，自适应产生公交优先信号配时，是交通信号控制最理想的手段。

2.4预信号优先方式

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。这样可确保主信号红灯期间到达的公交车辆总是在社会车辆的前面排队等候，并能够在绿灯启亮的第一时间通过交叉口。

3、信号交叉口公交优先信号控制方式方法分析

3．1 被动优先控制策略

被动优先控制策略主要是通过固定信号配时来减少公交车在信号交叉口的延误，被动优先控制策略主要有以下几种：

(1)调整信号交叉口的绿信比为公交线路集中的车道增加有效绿灯时间。这种方式可以降低公交车到达时遇红灯的概率，减少公交车辆的等待时间。

(2)缩短信号周期，压缩相位时间，从而达到减少公交车等待绿灯启亮的时间。但这种方式以减少交叉口的通行能力为代价。

(3)公交车所在道路绿灯相位分离策略。该方式在实现上类似于缩短周期，其原理是周期长度和相位时间不变的情况下，将公交车所在道路的绿灯相位分开，用相交道路绿灯相位插入其间的方法。

3．2主动优先控制策略

主动优先信号通过适时地、动态地调整信号设置克服了被动控制策略中信号损失时间过多的缺憾。其主要包括延长绿灯时间、缩短红灯时间、插入信号相位三种优先策略。

(1)延长绿灯时间策略

当公交车在绿灯即将结束的时刻到达交叉口时，采用延长本相位的绿灯时间，以保证公交车能够顺利地通过交叉口。当相位绿灯时间达到最大绿灯时间时，强制结束当前绿灯相位并转换相位。公交相位绿灯的最大绿灯时间，是按一般信号相位控制计算所得到的绿灯时间。延长绿灯时间优先控制策略的原理。

(2)缩短红灯时间策略

如果满足优先条件的公交车辆在信号灯为红灯的时候到达交叉口，则可以采取缩短目前相位，从而使下一个绿灯相位提前到来的方法实现公交车辆优先。但是相位的红灯时间并不是在任何时间都允许缩短。最少绿灯时间的确定主要考虑行人过街所需的最短时间。

(3)插入公交相位策略

公交车在红灯时间到达，但是等待绿灯启亮时间还有一段较长的时间，那么可以采用插入一个特殊的公交相位，公交车辆通过后再恢复到原有相位。插入相位会导致信号时间损失增多，交叉口通行能力降低。插入公交相位优先控制策略的原理。

对于多相位的信号交叉口，如果两个方向的公交车辆都满足优先条件，且两个方向的信号相位都为红灯，为了减少转换信号相位带来的信号时间损失，则按照预先设定的信号相位顺序运行。如果其中一个满足优先条件的方向下一个相位就是绿灯，则在此运行方向可以采取压缩红灯时间的措施。尽量减少插入相位公交优先策略的实施带来的影响。

3．3实时优先控制策略

实时优先是最新发展起来的先进的公交优先信号控制方式，它可以实现交通效益的最优化，在减少公交车延误和缩短公交出行时问的同时，能够将对其他交通参与方式的影响降到最低。但其控制机理最为复杂，对技术要求较高，系统所需软硬件设施设备也很苛刻，此类方法正在积极地探索和推广，由于各种条件限制目前大多限于理论研究。

3．4预信号优先控制策略

设置预信号的目的是为了减少公交车在信号交口的延误，在设置预信号的交叉口，信号控制参数除了要确定周期长度和绿信比之外，还要确定主信号与预信号之间的协调。

当信号交叉口的主信号还为绿灯时，预信号绿灯结束，提前红灯，此时预信号车道上的社会车辆在预信号停车线前停止，候驶区清空；当主信号为红灯时，公交车辆通过公交专用道进人候驶区排队，其他社会车辆在各自停车线前排队等待绿灯通行；在预信号红灯末期，公交车辆禁止驶进候驶区，预信号设置倒数计时器，红灯倒数的时间显示可提醒公交司机交叉口主信号绿灯即将开始，不必再变换车道绕行进入候驶区，可以避免在主信号绿灯到来时因公交变换车道带来的混乱。在主信号红灯末期，预信号提前绿灯，此时预信号车道上的社会车辆可进入候驶区，以便充分利用候驶区未被公交车全部利用的道路空间，当主信号变为绿灯时，社会车辆尾随公交车辆一起驶离进口道。以上为一个周期的信号控制过程，如此反复循环。

方案的选择需要考虑交通流特点、交通控制系统功能、交叉口几何条件等诸多因素。

信号优先方案的选择遵循以下原则：交叉口多为定周期信号时，可采用被动优先策略，通过调节交叉口信号绿信比的方法实现交叉口公交优先信号设计，这样可使区域内交叉口控制策略不受太大影响；现状中实行感应信号控制或未在联动控制范围内的信号交叉口，可以考虑采用主动优先信号控制策略；对于设置锯齿形公交专用进口道的信号交叉口，可以考虑选用预信号公交优先控制策略。

5、结语

综上所述， 因城市交通所面临的压力越来越大，交通拥挤尤其是城市中心区的交通拥挤以及由此带来的环境污染越来越严重。优先发展城市公交（即“公交优先”），提高公交出行比例，将有利于缓解我国城市交通所面临的压力。因此，对公交优先通行方案进行分析并评价其优劣，为通行方案的调整、优化以及最终决策提供依据，有着重要的意义。