BRT信號優(yōu)先控制系統(tǒng)研究及實現(xiàn)

章步鎬 沈益峰 金仲存 吳偉

【摘 要】本文主要探討快速公交系統(tǒng)（Bus Rapid Transit，簡稱BRT）這一新興的公共交通客運系統(tǒng)的信號優(yōu)先技術(shù)、BRT中心信息管理平臺研發(fā)與實現(xiàn)，充分挖掘了交通信號系統(tǒng)的時間冗余，探索在我國復(fù)雜的城市道路交通狀況下，既保證BRT車輛時間優(yōu)先又維持了路口交通正常秩序的有效解決方案。

【關(guān)鍵詞】快速公交，BRT，信號優(yōu)先，BRT管理平臺

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

中圖分類號：U491.1 文獻標識碼：A文章編號：

引言：

優(yōu)先發(fā)展城市公交是提高交通資源利用效率，緩解交通擁堵的重要手段，也是世界各國公認的解決大、中城市交通問題的最佳策略。快速公交系統(tǒng)（Bus Rapid Transit）簡稱BRT ，是一種介于軌道交通與常規(guī)公交之間的新型公共客運系統(tǒng)，以高效快速、運量大、建設(shè)周期短、成本相對較低等優(yōu)點，成為解決城市“堵”局之選。

在國內(nèi)，BRT系統(tǒng)的建設(shè)已從研究、規(guī)劃階段進入大規(guī)模建設(shè)階段：自03年北京啟動快速公交規(guī)劃研究的序幕，05年杭州市、濟南市等城市開始了所在城市的快速公交線路規(guī)劃并著手建設(shè)首條快速公交線路后，目前國內(nèi)已有14個城市開通了快速公交線路（不完全統(tǒng)計），分別是北京、上海、廣州、杭州、常州、重慶、大連、合肥、濟南、昆明、廈門、鹽城、棗莊和鄭州，除了這14個城市外，南京、天津、武漢等20多個城市都將建設(shè)快速公交納入《城市交通規(guī)劃》，開始規(guī)劃或籌建快速公交。

BRT信號優(yōu)先控制系統(tǒng)在整個BRT系統(tǒng)中起著舉足輕重的作用，是BRT車輛快速、準點的可靠保障。80%的國外快速公交系統(tǒng)擁有各種形式的專用車道和專用道路，33%的系統(tǒng)采用智能交通信息系統(tǒng)，包含交叉路口的信號優(yōu)先技術(shù)。國內(nèi)由于城市道路資源緊張，各城市交通基礎(chǔ)設(shè)備建設(shè)較為復(fù)雜，專家建議重點研究交叉路口的信號優(yōu)先技術(shù)，目前國內(nèi)的BRT線路普通采用空間優(yōu)先（專用車道）和時間優(yōu)先技術(shù)（配有BRT信號優(yōu)先系統(tǒng)）。

一、BRT信號優(yōu)先控制系統(tǒng)整體技術(shù)方案

城市公交具有運載量大、運送效率高、能源消耗低、相對污染少、運輸成本低等優(yōu)點，優(yōu)先發(fā)展城市公交是提高交通資源利用效率，緩解交通擁堵的重要手段，也是世界各國公認的解決大、中城市交通問題的最佳策略。從實施角度上看，公交優(yōu)先的實現(xiàn)途徑有兩種，一種是空間優(yōu)先，即為公交車提供專用車道，這樣可保持公交車的無阻礙通行；第二種是時間優(yōu)先，即通過路口信號燈為其優(yōu)先安排綠燈。空間優(yōu)先方案雖然效果顯著，但BRT公交專用道的空閑率較高，利用率低。在城市道路資源日趨緊張的今天，純粹空間優(yōu)先方式達，已經(jīng)不能滿足實際需求。因此在公交優(yōu)先的技術(shù)研究中，主要偏向于時間優(yōu)先，即信號優(yōu)先。

為達到BRT車輛信號優(yōu)先目的，優(yōu)先系統(tǒng)必須要實現(xiàn)以下幾項功能：BRT車輛的檢測識別，一定的優(yōu)先信號策略，信號機的優(yōu)先信號實現(xiàn)，這也是本項目實施過程中的技術(shù)路線。

①BRT車輛的檢測、識別：根據(jù)實際需要，在距離路口100米左右對BRT車輛進行檢測，而后通過與信號機的聯(lián)動以及一定的信號優(yōu)先方式（如相位伸縮、優(yōu)先相位插入等）實現(xiàn)BRT車輛的優(yōu)先通行。在車輛檢測識別方面，項目采用RFID和ZigBee技術(shù)，

② 信號優(yōu)先策略：信號優(yōu)先策略是項目功能實現(xiàn)的關(guān)鍵，項目中應(yīng)用的優(yōu)先策略主要分為動態(tài)控制和靜態(tài)控制兩種，分別為實時控制、固定配時控制、運營計劃控制和車輛間隔控制。

實時控制策略依靠獲取實時車輛和SCATS信號信息，在此基礎(chǔ)上執(zhí)行合理的控制邏輯，達到對信號的實時控制。

固定配時控制：依照給定區(qū)域內(nèi)的常規(guī)情況，預(yù)設(shè)控制方案進行控制，不需要經(jīng)常性地進行信息采集與更新。

運營計劃控制：依據(jù)BRT車輛的運行計劃，不關(guān)心具體的車輛位置，僅靠運營計劃制定路口的相位控制方案。

車輛間隔控制：以公交車輛通過路口的時間間隔為控制參考指標，適合交通狀況良好、公交運輸需求不高的情況。

③ 信號機聯(lián)動：項目自主開發(fā)了信號優(yōu)先控制器，與SCATS信號機系統(tǒng)聯(lián)動，實現(xiàn)信號機的BRT優(yōu)先信號功能，如綠燈提前、綠燈延長、插入相位、相位次序交換等。

二、BRT信號優(yōu)先控制系統(tǒng)實現(xiàn)

圖1系統(tǒng)物理架構(gòu)圖

系統(tǒng)主要包括路口控制子系統(tǒng)、通信子系統(tǒng)和中心管理平臺子系統(tǒng)三部分。路口控制子系統(tǒng)通過RFID或ZigBee無線技術(shù)實現(xiàn)公交車輛識別定位、檢測，利用BRT優(yōu)先信號控制器實現(xiàn)信號優(yōu)先策略選擇，交通流時間冗余分析，SCATS信號機聯(lián)合控制等幾大功能；中心管理平臺包括運營計劃、場站監(jiān)控、運行調(diào)度、場站勤務(wù)、統(tǒng)計分析幾個模塊，使調(diào)度人員能準確把握車輛狀態(tài)，進行指揮車輛調(diào)度服務(wù)，實現(xiàn)公交運營生產(chǎn)的智能化、現(xiàn)代化管理；通信系統(tǒng)是連接各個子系

統(tǒng)以及各子系統(tǒng)在沿線所有路口、站點之間的信息承載平臺

2.1 BRT優(yōu)先信號控制器

BRT優(yōu)先信號控制器是以ARM處理器為核心，采用高性能實時嵌入式操作系統(tǒng)VxWorks，建立穩(wěn)定和處理速度快的軟件硬件處理平臺，系統(tǒng)軟硬件框圖如圖5所示：

圖2優(yōu)先信號控制器軟件框圖

前端BRT車輛檢測、識別支持RFID和ZigBee兩種技術(shù)方案。兩種方案采用統(tǒng)一的軟硬件接口，可以自由選擇。另一方面，ZigBee技術(shù)的組網(wǎng)能力強大，可以在路口有線網(wǎng)絡(luò)無法聯(lián)通的條件下自行組網(wǎng)，實現(xiàn)信號系統(tǒng)的聯(lián)網(wǎng)控制以及時刻表的聯(lián)網(wǎng)比對。

2.2 中心管理平臺系統(tǒng)

中心管理平臺系統(tǒng)主要包含5個子系統(tǒng)：企業(yè)信息管理（車輛管理、人員管理、線路管理、設(shè)備管理等）、運行監(jiān)控、智能調(diào)度、計劃排班、統(tǒng)計分析，實現(xiàn)運營計劃、車輛監(jiān)控、運行調(diào)度、場站勤務(wù)、統(tǒng)計分析等諸多功能，使調(diào)度人員能準確把握車輛狀態(tài)，進行指揮車輛調(diào)度服務(wù)，極大的提升公交智能化程度以及服務(wù)水平。

圖3 系統(tǒng)功能實現(xiàn)

三、總結(jié)

BRT優(yōu)先信號控制系統(tǒng)通過對時間（信號）優(yōu)先的實現(xiàn)方式和策略研究、信號機系統(tǒng)的優(yōu)先控制技術(shù)研究和BRT車輛的身份識別及精確定位技術(shù)的研究，利用先進的交通流模型，充分挖掘了交通信號系統(tǒng)的時間冗余，保證了在我國復(fù)雜的城市道路交通狀況下，將通行時間優(yōu)先分配給BRT車輛，既保證了BRT車輛時間優(yōu)先的目的，又保證了路口交通的正常秩序。本系統(tǒng)曾獲2008年度浙江省科學(xué)技術(shù)二等獎、2011年度中華全國工商業(yè)聯(lián)合會科技進步獎優(yōu)秀獎，并已在杭州市快速公交系統(tǒng)、鹽城市快速公交系統(tǒng)等項目上成功應(yīng)用。

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注：文章內(nèi)所有公式及圖表請以PDF形式查看。