公交车车速诱导研究与应用

郑 晨，郑长江

(河海大学土木与交通学院，江苏南京210098)

0 引言

城市公共交通是城市交通的重要组成部分，是城市客运系统的主体.如何在当今快速发展的城市交通中发展公共交通，缓解拥堵问题，已成为许多学者探讨的重点.陈学武等［1］结合我国城市公共交通现状分析和德国城市实施公交优先的实践，阐述城市公共交通优先权的目标、效果与措施.关伟等［2］研究了公交优先信号控制策略，模拟路边设立公交车辆检测器的情况下，不同交通流量和公交车发车间隔的最优控制策略.但在没有公交专用信号的情况下，公交车停靠站点及交叉口的延误，增加了行程时间，降低了公交的利用率.仅靠优化公交车行驶速度，利用红灯等待时间完成站点停靠，可使条件较差的区域简单有效地降低行程时间.笔者提出在排除其他车辆干扰的前提下，利用车速诱导系统，实时提供车速诱导.通过加速，减少公交站点停靠和交叉口信号的双重延误;通过减速，在不能减少延误时，降低能源消耗和环境污染.

1 公交车车速诱导方案

为保证公交车车速可以按以下方案加减速，笔者采取设置公交专用道减少社会车辆对其速度的影响.

假设公交车可行驶车速区间为［v1，v2］，取其中间值vm为默认行驶速度.设公交车于tA时刻驶离站A，站A与站B间距离为SAB，公交车以默认行驶速度vm匀速行驶，到达站B所需时间为交车于时刻t=t+t到达站B，乘客BAAB上下车平均需时Tud=max(Tup，Toff)，车辆通过交叉口所需时间为T1.在路段AB间，公交车通过减速或加速所能改变的最大时间［3］分别为

根据交叉口有无站点确定诱导策略和优化速度.

1.1 当交叉口B为有站点交叉口

诱导系统通过信号控制系统得到交叉口B的信号配时方案，如图1所示，其中T=Tud+T1.为使公交车利用红灯时间上下客，或在绿灯结束前完成上下客，驶离交叉口，车速诱导系统将周期内时刻划分为6种，由此采用不同的车速诱导策略.

(1)如果公交车在［t0，t1］之间到达，则公交车可在黄灯启动前完成上下客，驶离交叉口，则维持原速度，vopt=vm.

(2)如果公交车在［t1，t2］之间到达，提高车速，使其在t1时刻前到达站B，则可在黄灯启动前驶离交叉口.提速后的车速为

(3)如果公交车在［t2，t3］之间到达，无法在黄灯启动前完成上下客.降低车速，使公交车在黄灯启动时到达站B，利用红灯时间上下客.减速后的车速为

(4)如果公交车在［t3，t4］之间到达，无需改变车速，利用红灯时间上下客，即可在下一绿灯启动前准时离站，则维持原速度，vopt=vm.

(5)如果公交车在［t4，t5］之间到达，为使公交车能在红灯持续时间内完成上下客，在绿灯启动时刻准时离站，需提高车速，使公交车在t4时刻前到达站B.加速后的车速

(6)如果公交车在［t5，t6］之间到达，尽管不能使其在红灯持续时间内完成上下客，但加速后可减少占用后续绿灯时间，可尽早驶离交叉口，仍采用加速策略，vopt=v2.

图1 公交车到达有站点交叉口时刻示意图Fig.1 Diagram of bus arrive at intersection with station

1.2 当交叉口B为无站点交叉口

对于无站点交叉口，为使公交车能够不停车通过交叉口，应在黄灯启动前到达站B.如图2所示.

图2 公交车到达无站点交叉口时刻示意图Fig.2 Diagram of bus arrive at intersection with no station

(1)如果公交车在［t0，t1］之间到达，则公交车在次交叉口可不停车通过，vopt=vm.

(2)如果公交车在［t1，t2］之间到达，通过提高车速，使公交车在t1前到达交叉口，加速后的车速

(3)如果公交车在［t2，t3］之间到达，此区间为不可控区域，即无论对公交车进行加速或减速，都无法使其在绿灯持续时间内通过交叉口，则维持原速度vopt=vm.

(4)如果公交车在［t3，t4］之间到达，通过降低车速，使其在下一周期初t0时刻到达交叉口，则可不停车通过，减速后的车速

1.3 诱导信息发布［4-5］

公交车辆的信息采集主要通过GPS定位技术完成.通过公交车上的GPS模块，测量出车辆的实时数据，如位置、速度、运营时间等.将这些数据通过GPRS网络技术传入计算机处理系统，并结合下一个交叉口的信号配时，计算该路段的行程时间和行驶速度，以便司机根据上述信息进行车速控制，接受系统诱导并执行，如图3所示.

图3 诱导信息采集与发布示意图Fig.3 Diagram of induction information collection and distribution

2 实例研究

笔者以南京市北京西路11路公交车为例，选取非高峰时段，通过现场调查，得出草场门、江苏省委、玉泉路以及云南路4个车站的公交车停靠时间.并将西康路、莫干路、宁海路等6个交叉口的信号配时输入Vissim软件，得到公交车通过北京西路路段的平均行程时间，并与优化公交站台位置及公交行驶速度后的行程时间进行对比.

2.1 原公交车行程时间

根据调查，公交车在各个站点的停靠时间呈N(14.7，1.2)的正态分布，假设公交车行驶车速为20 km/h［6］.各交叉口及车站位置如图4所示.

将数据代入Vissim软件仿真［7-8］，得到结果如表1所示.

图4 原站台位置示意图Fig.4 Diagram of original station location

表1 原公交车行程时间仿真Tab.1 Original bus travel time simulation

由表1可知，在公交车按原速度正常行驶时，行驶完该路段平均需要570 s，其中延误时间平均为76 s.

2.2 优化后公交车行程时间

优化车站位置，将江苏省委、玉泉路、云南路三个车站移至交叉口入口处，利用红灯时间上下客，如图5所示.

图5 优化站台位置示意图Fig.5 Diagram of optimized station location

假设公交车进入该路段的起始时刻为t0，到达交叉口A的时刻为tA，以此类推.各交叉口直行信号配时如图6所示.

图6 各交叉口直行信号图Fig.6 Diagram of each intersection straight line signal

设可行驶车速区间为［18，22］km/h［6］，默认车速 vm=20 km/h，Tud=19 s，T1=4 s.经过各分路段的行程时间计及优化速度如下.

(1)OA段.由Vissim仿真得到结果，公交车在到交叉口A时，平均需要160 s，处于信号周期中［t3，t4］区间，即无需加减速，利用红灯上下客，待红灯结束，驶离交叉口.该路段 vopt=vm=20 km/h.

(2)AB段.由仿真得，tB=276 s，处于该路口信号周期的［t0，t1］区间，即在红灯结束前，可完成上下客，并驶离交叉口.该路段 vopt=vm=20 km/h.

(3)BC段.由仿真得，tC=317 s，该路段无公交站点，处于信号周期的［t1，t2］区间即通过加速，可以节约4 s恰好可以在绿灯结束前驶离交叉口.该路段 vopt=v2=22 km/h.

(6)EF段.tF于信号周期［t0，t1］区间，可在绿灯结束前驶离交叉口，该路段vopt=vm=20 km/h.

通过整个路段的总行程时间为473 s，比优化前的行程时间减少了97 s.通过车站位置和行驶速度的优化，大大节约了公交车的行程时间，并通过减速优化，在一定程度上减少了能源损耗和环境污染.

3 结论

城市交通拥堵的问题必须通过发展公共交通得以解决，已成为广大学者和研究人员的共识.但发展公交并不是盲目的增设线路，还得在信号配时与行驶车速等微观方面加以改进.

笔者在假设没有其他车辆干扰的前提下，提出通过信息诱导，对公交车车速进行优化，合理利用红灯等待时间进行上下客，减少公交车的行程时间.由于作者水平有限，文中许多地方均以理想状态代替，望在今后的研究中能取得新的进展.

［1］陈学武，李淑娟.城市公共交通优先权的目标、效果与措施［J］.中国市政工程，2001(2):15-17.

［2］关伟，申金升，葛芳.公交优先的信号控制策略研究［J］.系统工程学报，2001，16(3):176-180.

［3］王炜，陈淑燕，胡晓健.“一路一线直行式”公交模式下公交车行驶诱导和调度集成方法［J］.东南大学学报:自然科学版，2008，38(6):1110-1115.

［4］胡非与，徐建闽.双向传输的智能公交信息采集系统的研发［J］.交通信息与安全，2009，27(3):116-119.

［5］李天雷.基于GPS数据的公交行程时间计算与预测系统［D］.长春:吉林大学软件学院，2009.

［6］孙逢春，王震坡，王军.北京市公共汽车平均车速统计分析［J］.汽车工程，2003，25(3):119-222，242.

［7］季璇，江航.基于VISSIM的公交停靠站点优化研究［J］.公路与汽运，2012，1(1):50-53.

［8］伍雄斌，王世龙，黄剑丰.基于VISSIM的公交车辆运行仿真［J］.交通科技与经济，2011(6):120-121，125.