BRT线路公交信号优先协调与控制方法研究

摘要：快速公交是解决城市交通问题的有效手段,公交信号优先对于提高快速公交运营效率具有重要作用。 具备公交优先功能的快速公交沿线路口协调控制有较高的复杂性,在这里,本文就这一方面的东西进行了简要的探讨。 针对快速公交全线路路口信号优先控制,给了一些建议,望达到了公交优先与社会车辆理想通行的综合最优控制效果。

关键词 快速公交;信号优先;协调控制;

中图分类号：TJ53+4.1 文献标识码：A文章编号：

引言

近些年，在机动车交通的冲击下，国内大城市的交通供需矛盾日益突出。BRT理念的产生为问题的缓解带来新的契机， BRT的系统理念是在最近几年引入到国内，因为在灵活性方面，BRT具有轨道交通不可类比的优势。首先， BRT线路不像LRT线路那样具有较强的固定性，它能够随着城市人口、就业岗位分布和土地利用结构的变化而变化，而这更符合规模正在扩展、格局正在调整或正处于兴建中城市的变化特点。其次，BRT不需要像轨道交通那样必须在整个系统(线路、车站、车辆、收费系统、运营控制)完全建成后才能投入运营，而只要系统部分功能设施建成后就可以采取分阶段、分路段的分步实施方法。再次，由于BRT车辆既可以运行在高速公路专用道上，也可以运行在城市的普通街道上，设置是在混合交通流中，因此，它具有较强的服务覆盖率和到达性。此外，BRT的灵活性还表现在运营线路组织当中，例如允许站台超车，一条线路可同时开行站一站停靠线、大站快线和直达线等。这就使得BRT迅速引起相关部门和学者的关注。国内已有几个城市开始着手规划BRT，但由于轨道交通自身存在投资高、周期长、见效慢等局限性，在一定程度阻碍其应用。同时，对公共汽车的重视不足和投资减少以致其效率低下，进一步加剧交通出行向个体机动车偏移。而且由于目前尚未进行全面系统的理论研究，在BRT方面仍然处于摸索阶段。因此，有必要在针对国内情况建立一套切实可行的理论方法体系。

一、BRT的局限性分析

BRT在与轨道交通比较，存在上述优势的同时，也有自身的局限性，主要体现在以下几方面：

1．仍需占用道路资源:公共交通方式以人均占用道路资源少的优势有利于缓解道路交通的压力，但BRT本身也属于陆路交通系统(除少数设置地下和高架空中的除外)，所以需要专用的行驶路线权，这对于原本交通饱和度很高，道路资源紧缺的大城市而言，无疑将对路网和其它交通方式(尤其是机动车交通)产生较大冲击。

2．系统稳定性差:尽管部分BRT使用了物理分隔专用路，但仍属于半封闭系统，因此，很大程度受周边环境的影响。而且由于多数BRT专用道与相交道路为平交关系，即使提供信号优先控制的策略，由于必须考虑相交道路的交通流量、行人过街等影响因素，也难以完全消除路口延误。从国外的实际应用来看，它们的BRT系统只在地区享有道路条件优先权，在中心区路不享有任何优先，这并非设备等技术方面限制，而是为了避免BRT的优先对中心区其它道路交通产生过多的负面影响。BRT在路处的不规律延误，尤其是道路相隔较近时，频繁的加减速，使BRT运行速度极不稳定。当路段上的BRT专用道为非物理隔离时，很容易受到其它交通方式的影响，尤其在高峰期，社会车辆和非机动车常侵占BRT专用道。系统的不稳定性，使BRT难以达到轨道交通的全封闭运行速度，国外BRT系统目前最高旅行速度是三十公里每小时，可以肯定的是在高峰时间旅行速度将有不同程度降低。

3．运送能力受限:停靠站的停靠能力往往制约BRT的运送能力，作为地面的停靠站规模不可能太大，像国外的封闭型车站一般都只能容纳1～2辆车停靠：

此外，受路段横向干扰和路口无规律延误的影响，车辆到站概率分布随机性较大，不利于停靠站停靠能力的有效利用：而这些因素使BRT难以保持稳定的发车间隔，从而降低了运送能力。

二、交叉口BRT优先通行

有数据表明，交叉口延误占公交整个行程时间的百分之十到百分之二十，大约占整个延误时间的百分之五十左右。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。公交线路通常具有路口多且交通流复杂而随机的特点,信号控制既需要满足公交优先车辆(下称“BRT车辆”)的优先需求又要保障道路交叉口的正常功能并兼顾各方向交通利益。 在这种情况下,要实现全线路口协调控制,大大增加了参数优化的难度。这里采用定周期下优先感应控制,在固定周期基础上对BRT车辆相位增加扩展优先和调用优先,扩展优先即当路口信号为绿灯而又不足以让BRT车辆本周期通过时延长本次绿灯时间,调用优先即信号为红灯时为使BRT车辆尽快通过而提前结束当前状态转为绿灯。 各路口扩展优先和调用优先的具体时间由BRT车辆运行的实际情况动态设置。 考虑到BRT车辆冲突相位的利益,在实施优先后,还需进行信号恢复以补偿冲突相位的绿灯时间损失。这里将在大量国内外文献研究的基础上，对设置专用道路情况下的BRT路口优先通行技术做系统阐述和进一步探讨。交叉口优先技术包括空间优先和时间优先，所谓空间优先就是通过设置专用进口道路或优先排队道路加以实现，而时间优先则体现在信号优先控制上。交叉口BRT空间优先交叉口信号优先控制公交信号优先控制策略大体分为3类：被动优先、主动优先和实时优先。被动优先：根据交叉口历史交通流数据，预先进行公交优先信号配时。主动优先：通过监测公交车，采取延长、提前、增加或减少相位的信号调整方法来适应公交车，主动优先又可分为无条件优先和有条件优先。实时优先：实时优先是最新发展起来的公交优先信号控制理念。它通过GPS等装置估计系统现状，考虑网络上所有的社会车辆和公交车流量、公交车上乘客数和公交车运行状况(是否晚点)，基于实时信息的公交交叉口信号优化策略。该策略在减少公交车延误和缩短公交乘客出行时间的同时，将对其余交通方式的影响降为最低。由于实时优先对技术要求较高，且算法比较复杂，这里不作具体分析。

三、控制方法

1.回授线：即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。

2．交织段：通常在进口道前终止的专用道与回授线2者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口。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。

3．锯齿型进口道是指为公交提供多个排队进口道，使公交车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路空问，锯齿型进口道路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。

4．进口道增设：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。一个有效的改善方法是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。

结束语

本文对公交信号优先进行了简要探讨,给出了定周期下优先感应控制方案,通过一些措施实现了信号控制参数与车辆调度的协调优化,并通过大量国内外资料案例分析,说明了定周期下BRT优先通行方案显著的综合优先控制优势. 希望能对我国的快速公交系统建设提供一定的参考作用。

参考文献

［1］罗大明. 北京市南中轴BRT智能公交系统总体方案概览[ J ]. 城市公共交通. 2005 (2) ， 27 - 29.

［2］孙增圻. 智能控制理论与技术[M ]. 北京: 清华大学出版社, 2000.

［3］张飞舟, 范耀祖. 交通控制工程[M ]. 北京: 中国铁道出版社, 2005.

［4］张飞舟, 范耀祖. 智能交通系统中的公交车辆调度方法研究[ J ]. 中国公路学报, 2003, 16 ( 2) : 82.