公交信号优先策略研究

吕胜伟 蒋泰

桂林电子科技大学计算机科学与工程学院 广西 541004

0 引言

由于城市空间有限，无限制的建设、扩展道路是不可行的。DOWNS定律已揭示了完全依靠道路建设、增加道路容量、而不加以管制来缓解交通问题是不可取的。如何提高城市道路资源的利用效率是解决城市交通问题的关键，而公共交通无疑是目前道路资源利用效率最高的交通方式，因此大力发展公交、提高公交出行比例是缓解城市交通拥挤等一系列问题的主要出路，这已成为全社会的共识。2005年国务院总理温家宝在第 46号国务院办公厅文件中做了重要批示：“优先发展城市公共交通是符合中国实际的城市发展和交通发展的正确战略思想”。

公交优先包括“空间优先”和“时间优先”。“空间优先”是指在公交车辆通行时给予空间上优先，如设置公交专用道等。“时间优先”是指在交叉路口给公交车辆提供优先通行的信号。我国很多大城市都开辟了公交专用道，在部分公交线路确实取得了较为显著的效果，但是对于整个城市的公交系统效果却并不理想，究其原因除了缺乏系统有效的公交专用道规划外，最主要的是在交叉路口公交车辆无法优先通行。公交车辆在交叉路口的延误远大于路段延误，因此不实施交叉路口公交优先，就很难实现真正意义的公交优先。以下所提到的公交优先，均指“时间优先”。

公交信号优先控制策略可分为主动优先和被动优先。被动公交优先根据预先设置的信号配时方案实施公交优先；主动公交优先是基于公交车辆检测信息或系统发出的优先请求为特定的公交车辆提供优先服务。

1 公交优先策略现有问题

被动公交优先策略存在信号配时的问题。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将公交车辆和社会车辆同等对待，显然得改进传统的交叉口信号配时方法以达到公交优先，公交车辆到达交叉口的时间不固定，并且难以区分公交车辆和社会车辆，所以很难得到统一且理想的信号配时方案。

目前主动公交优先策略比较多，但是都比较单一难以应付复杂的交通状况，主动公交优先策略应该能够适应交通状况的变化，因此设计一种主动公交优先策略能够适应不断变化的交通状况是难点。

2 公交优先策略现状分析

目前被动公交优先策略主要是在Webster信号配时方法的基础上修改信号周期和绿信比来实现公交优先。最佳信号周期长短是以交叉路口车辆平均延误最小为目标来确定的，绿信比是按照各个相位车流量比来进行分配的。由于我国混合交通的特点，各个相位车流量比的波动比较大，要取得准确的绿信比有一定的难度。被动公交优策略运用到有公交专用道的交叉路口时有较好的效果。在有公交专用道的路段，车速相对稳定，到达交叉路口的时间基本可预测，所以经过一定量的测试就可得到“绿波”控制方案。例如常州BRT一号线北段实施的“绿波带”，可将公交车辆的单向行程时间缩短25%。实施被动公交优先策略有一定的条件限制，需要公交车辆到达交叉路口的时间基本可预测，所以不适合大规模推广。

主动公交优先策略主要有以下五种策略。

2.1 绿灯延长

公交优先系统检测到公交车辆，并计算出其需要优先的相位，当前绿灯正是该相位，若绿灯的剩余时间不能保证公交车辆按照正常的速度通过交叉路口，则可延长本相位的绿灯时间(但不能超过最大绿灯时间)，使得公交车辆通过交叉口。这种信号优先策略就是“绿灯延长”。

“绿灯延长”策略能够减少本相位的公交车辆的延误，但是会加大其它相位的拥堵程度和加重后继交叉路口的负担，在交叉路口车流量较多时，会加大交叉路口的拥堵程度。例如在上下班高峰期，“绿灯延长”策略会使得某些相位的车辆排队过长，造成路面拥堵，反而加大的交叉路口的人均延误。“绿灯延长”策略适用于相位优先请求相对集中的交叉路口。

2.2 绿灯提前

公交车辆到达交叉口，但是所需要的相位是当前绿灯相位的下一个相位，如果绿灯运行时间没有超过最小绿灯时间，则将绿灯剩余时间修改成最小绿灯时间和当前已运行时间的差；如果绿灯运行时间已经超过最小绿灯时间，则将绿灯的剩余时间修改为m(m是车辆通过交叉路口的平均时间)，若绿灯剩余时间小于将要修改的时间则不做修改。此策略使得公交车辆能够提前通过交叉路口，称之为“绿灯提前”。

“绿灯提前”策略能够让每个相位的公交车辆较快地通过交叉路口，对每一个相位的优先相对平均，但是会减少每个信号周期的通行车辆数，因此在车流量较多时，例如上下班时，这种策略会使得交叉路口的通行能力急剧下降。

2.3 相位倒转

当下一个相位没有公交信号优先请求，而下一个相位之后的某个或多个相位有公交信号优先请求时，将公交车辆请求的相位提前执行，而下一相位延后执行，提前的相位只执行最小绿灯时间。

“相位提前”策略能够让其他相位的公交车辆得到优先通行，但是会使相位的执行顺序处于混乱状态，如果一直处于混乱状态，最终将造成交叉口拥堵，从而降低交叉口的通行能力，当然人均延误也会加大。

2.4 相位插入

在每个相位的最小通行时间和正常结束时间之间插入一个公交相位，该公交相位可以让任何非本相位的车辆提前通过，该公交相位执行完后回到原相位，按照原相位顺序执行。

“相位插入”策略能够让每个相位的公交车很快地通过交叉路口，特别是当多个相位有优先请求时。但是插入相位顺序不当的话反而会增加人均延误，加重交叉口拥堵程度。

2.5 公交通行专用相位

当检测到交叉路口有多个相位需要优先通行时，这时启用公交通行专用相位，在该相位内，各个交叉路口的公交车辆可以同时通行，公交车辆按照让行的方式通过交叉路口，公交通行专用相位启用后信号恢复到正常顺序运行。

“公交通行专用相位”策略适合车流量不大，但是有多个相位请求的情况。这种策略容易造成交通拥堵。

3 模拟实验分析

以下实验是对上述5种主动公交优先策略进行模拟仿真。

模拟实验条件和参数：

（1）每个方向有两个车道，每个车道在离停车线50m处设有公交车辆检测器；

（2）信号控制为2相位控制，最小绿灯时间15s，最大绿灯时间60s，黄灯时间3s；

（3）测试时间为 90个采样周期，每个采样周期的持续时间s；

（4）交通流量由SMULNK软件产生，从300(辆/h•车道)递增至 500(辆/h•车道)；

（5）公交车中的乘客数服从平均值为55，标准差为5的正态分布；

（6）公交车的时刻表延时服从均值为15秒，标准差为0的正态分布。

图1 五种公交优先策略的乘客延误

4 结束语

公交优先不仅仅是因为公交车辆载客人数多，更重要的是它代表了多数人的利益，根据国家建设部的统计，目前我国城市客运量的75%以上是由公共交通承担。公交车辆占用的道路资源很少，利用率高，能源消耗低，污染小。因此公交优先符合社会发展的总体利益，是城市可持续发展的必然选择。

[1]全永荣,孙明正.公交优先理念与实际[J].交通运输系统工程与信息.2007.

[2]杨兆升,林赐云,龚勃文.公交信号优先系统框架研究[C].2007-第三届中国智交通年会论文集.南京:东南大学出版社.2007．

[3]《中国公共安全：智能交通》编辑部整理.远距离RFID技术在公交领域的创新应用[J].中国公共安全.2008.