BRT信号优先控制系统研究及实现

章步镐 沈益峰 金仲存 吴伟

【摘 要】本文主要探讨快速公交系统（Bus Rapid Transit，简称BRT）这一新兴的公共交通客运系统的信号优先技术、BRT中心信息管理平台研发与实现，充分挖掘了交通信号系统的时间冗余，探索在我国复杂的城市道路交通状况下，既保证BRT车辆时间优先又维持了路口交通正常秩序的有效解决方案。

【关键词】快速公交，BRT，信号优先，BRT管理平台

Abstract： This paper mainly discusses the Bus Rapid Transit system (Bus Rapid Transit, hereinafter referred to as the BRT) this emerging public transport passenger system signal priority technology, BRT center information management platform design and implementation and fully exploit the traffic signal system of time redundancy, explore in our country complex urban road traffic conditions, not only ensure BRT time priority, and maintain the vehicle at the normal order of traffic effective solutions.

key words： bus rapid transit； BRT；signal priority； BRT management platform

中图分类号：U491.1 文献标识码：A文章编号：

引言：

优先发展城市公交是提高交通资源利用效率，缓解交通拥堵的重要手段，也是世界各国公认的解决大、中城市交通问题的最佳策略。快速公交系统（Bus Rapid Transit）简称BRT ，是一种介于轨道交通与常规公交之间的新型公共客运系统，以高效快速、运量大、建设周期短、成本相对较低等优点，成为解决城市“堵”局之选。

在国内，BRT系统的建设已从研究、规划阶段进入大规模建设阶段：自03年北京启动快速公交规划研究的序幕，05年杭州市、济南市等城市开始了所在城市的快速公交线路规划并着手建设首条快速公交线路后，目前国内已有14个城市开通了快速公交线路（不完全统计），分别是北京、上海、广州、杭州、常州、重庆、大连、合肥、济南、昆明、厦门、盐城、枣庄和郑州，除了这14个城市外，南京、天津、武汉等20多个城市都将建设快速公交纳入《城市交通规划》，开始规划或筹建快速公交。

BRT信号优先控制系统在整个BRT系统中起着举足轻重的作用，是BRT车辆快速、准点的可靠保障。80%的国外快速公交系统拥有各种形式的专用车道和专用道路，33%的系统采用智能交通信息系统，包含交叉路口的信号优先技术。国内由于城市道路资源紧张，各城市交通基础设备建设较为复杂，专家建议重点研究交叉路口的信号优先技术，目前国内的BRT线路普通采用空间优先（专用车道）和时间优先技术（配有BRT信号优先系统）。

一、BRT信号优先控制系统整体技术方案

城市公交具有运载量大、运送效率高、能源消耗低、相对污染少、运输成本低等优点，优先发展城市公交是提高交通资源利用效率，缓解交通拥堵的重要手段，也是世界各国公认的解决大、中城市交通问题的最佳策略。从实施角度上看，公交优先的实现途径有两种，一种是空间优先，即为公交车提供专用车道，这样可保持公交车的无阻碍通行；第二种是时间优先，即通过路口信号灯为其优先安排绿灯。空间优先方案虽然效果显著，但BRT公交专用道的空闲率较高，利用率低。在城市道路资源日趋紧张的今天，纯粹空间优先方式达，已经不能满足实际需求。因此在公交优先的技术研究中，主要偏向于时间优先，即信号优先。

为达到BRT车辆信号优先目的，优先系统必须要实现以下几项功能：BRT车辆的检测识别，一定的优先信号策略，信号机的优先信号实现，这也是本项目实施过程中的技术路线。

①BRT车辆的检测、识别：根据实际需要，在距离路口100米左右对BRT车辆进行检测，而后通过与信号机的联动以及一定的信号优先方式（如相位伸缩、优先相位插入等）实现BRT车辆的优先通行。在车辆检测识别方面，项目采用RFID和ZigBee技术，

② 信号优先策略：信号优先策略是项目功能实现的关键，项目中应用的优先策略主要分为动态控制和静态控制两种，分别为实时控制、固定配时控制、运营计划控制和车辆间隔控制。

实时控制策略依靠获取实时车辆和SCATS信号信息，在此基础上执行合理的控制逻辑，达到对信号的实时控制。

固定配时控制：依照给定区域内的常规情况，预设控制方案进行控制，不需要经常性地进行信息采集与更新。

运营计划控制：依据BRT车辆的运行计划，不关心具体的车辆位置，仅靠运营计划制定路口的相位控制方案。

车辆间隔控制：以公交车辆通过路口的时间间隔为控制参考指标，适合交通状况良好、公交运输需求不高的情况。

③ 信号机联动：项目自主开发了信号优先控制器，与SCATS信号机系统联动，实现信号机的BRT优先信号功能，如绿灯提前、绿灯延长、插入相位、相位次序交换等。

二、BRT信号优先控制系统实现

图1系统物理架构图

系统主要包括路口控制子系统、通信子系统和中心管理平台子系统三部分。路口控制子系统通过RFID或ZigBee无线技术实现公交车辆识别定位、检测，利用BRT优先信号控制器实现信号优先策略选择，交通流时间冗余分析，SCATS信号机联合控制等几大功能；中心管理平台包括运营计划、场站监控、运行调度、场站勤务、统计分析几个模块，使调度人员能准确把握车辆状态，进行指挥车辆调度服务，实现公交运营生产的智能化、现代化管理；通信系统是连接各个子系

统以及各子系统在沿线所有路口、站点之间的信息承载平台

2.1 BRT优先信号控制器

BRT优先信号控制器是以ARM处理器为核心，采用高性能实时嵌入式操作系统VxWorks，建立稳定和处理速度快的软件硬件处理平台，系统软硬件框图如图5所示：

图2优先信号控制器软件框图

前端BRT车辆检测、识别支持RFID和ZigBee两种技术方案。两种方案采用统一的软硬件接口，可以自由选择。另一方面，ZigBee技术的组网能力强大，可以在路口有线网络无法联通的条件下自行组网，实现信号系统的联网控制以及时刻表的联网比对。

2.2 中心管理平台系统

中心管理平台系统主要包含5个子系统：企业信息管理（车辆管理、人员管理、线路管理、设备管理等）、运行监控、智能调度、计划排班、统计分析，实现运营计划、车辆监控、运行调度、场站勤务、统计分析等诸多功能，使调度人员能准确把握车辆状态，进行指挥車辆调度服务，极大的提升公交智能化程度以及服务水平。

图3 系统功能实现

三、总结

BRT优先信号控制系统通过对时间（信号）优先的实现方式和策略研究、信号机系统的优先控制技术研究和BRT车辆的身份识别及精确定位技术的研究，利用先进的交通流模型，充分挖掘了交通信号系统的时间冗余，保证了在我国复杂的城市道路交通状况下，将通行时间优先分配给BRT车辆，既保证了BRT车辆时间优先的目的，又保证了路口交通的正常秩序。本系统曾获2008年度浙江省科学技术二等奖、2011年度中华全国工商业联合会科技进步奖优秀奖，并已在杭州市快速公交系统、盐城市快速公交系统等项目上成功应用。

【参考文献】

[1]《中国智能运输系统体系框架》专题组.中国智能运输系统体系框架[M].北京：人民交通出版社，2003.19-29.

[2]杨兆升.城市智能公共交通系统理论与方法[M].北京：中国铁道出版社，2004.

[3]周立功，张华. 深入浅出ARM7—LPC213x/LPC214x(下册). 北京航空航天大学出版社. 2006.1

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。