交叉口公交優(yōu)先智能信號(hào)控制系統(tǒng)研究

林 涌

（云南交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院，云南 昆明 650500）

0 引言

當(dāng)前我國(guó)的城市交通現(xiàn)狀令人堪憂，雖然城市道路一直在大刀闊斧的進(jìn)行建設(shè)，可是卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)跟不上汽車(chē)增加的速度，因此交通擁堵也一直成為城市交通中的詬病。那如何在有限的交通資源之下，讓最多的人得到出行便利，也就成為了一件不得不思考的問(wèn)題。在這樣的背景下，公交優(yōu)先策略也就運(yùn)應(yīng)而生了。在城市交通系統(tǒng)中由于公交系統(tǒng)具有極高的運(yùn)載效率，公交優(yōu)先在提高了公交的運(yùn)行效率之后必然使得乘坐公交出行的人群得到便利，從而使得出行人群更更愿意乘坐城市公交，進(jìn)一步的就能減少路上車(chē)輛的數(shù)量，最終實(shí)現(xiàn)交通資源的最大化利用。

因此，對(duì)公交優(yōu)先策略進(jìn)行研究，也就有著很大的社會(huì)意義。能夠從根本上改善公共道路資源利用不合理的現(xiàn)狀。

1 我國(guó)城市公交優(yōu)先運(yùn)用現(xiàn)狀

與先進(jìn)國(guó)家相比，我國(guó)對(duì)公共交通優(yōu)先的運(yùn)用還比較落后，在國(guó)內(nèi)的各個(gè)城市中目前運(yùn)用最多的是通過(guò)公交專用道來(lái)提高公交車(chē)的運(yùn)行效率，對(duì)于公交優(yōu)先的信號(hào)控制方面還沒(méi)有太多的運(yùn)用。這個(gè)問(wèn)題的原因：一是由于理論研究的還不夠深入，因此還不具備大規(guī)模運(yùn)用的條件。二是公交優(yōu)先的信號(hào)控制不止是涉及到公交車(chē)輛還涉及到社會(huì)車(chē)輛和城市建設(shè)等方方面面的問(wèn)題，牽涉的越廣運(yùn)用方面的難度自然也就越大。針對(duì)于此，我們可以從兩方面來(lái)進(jìn)行解決，一是進(jìn)一步加強(qiáng)研究力度保證在技術(shù)方面不出現(xiàn)紕漏，二是可以考慮在個(gè)別的紅綠燈路口先行試用，逐步擴(kuò)散進(jìn)行以點(diǎn)及面的建設(shè)。

2 公交優(yōu)先智能信號(hào)控制系統(tǒng)

公交優(yōu)先智能信號(hào)控制系統(tǒng)的建設(shè)必須從兩個(gè)方面進(jìn)行研究，一是控制策略，二是運(yùn)用技術(shù)。下面我們分別對(duì)其進(jìn)行解析。

2.1 綠燈延長(zhǎng)和綠燈提前啟亮控制策略

目前在公交優(yōu)先策略研究中，比較常見(jiàn)的策略是綠燈延長(zhǎng)和綠燈提前啟亮控制策略綠。燈延長(zhǎng)控制過(guò)程是：當(dāng)公交車(chē)輛到達(dá)交叉口附近，為了是公交車(chē)順利通過(guò)交叉口采取延長(zhǎng)綠燈的策略。綠燈提前的控制策略是：當(dāng)公交車(chē)輛到達(dá)交叉口附近，為減少公交車(chē)等待時(shí)間從而提前啟亮綠燈。由此可見(jiàn)，綠燈延長(zhǎng)和綠燈提前啟亮控制策略是在減少其它車(chē)輛通行時(shí)間為前提的，必然會(huì)增加其余車(chē)輛的擁堵程度。這就要求在使用該控制策略時(shí)必須把握一個(gè)度。而這個(gè)度的建設(shè)也就是我們必須要研究的問(wèn)題。目前主要從兩個(gè)方面進(jìn)行研究：

（1）結(jié)合粗糙集理論構(gòu)建了紅燈相位車(chē)輛急切度、綠燈相位阻塞度、綠燈相位公交車(chē)優(yōu)先度等三個(gè)粗糙控制參數(shù),使用粗糙集理論對(duì)該決策表進(jìn)了約簡(jiǎn),獲取了粗糙控制規(guī)則作為控制策略,最后根據(jù)控制規(guī)則在交叉口應(yīng)用情況,使用延誤模型,分別對(duì)采用粗糙控制和定時(shí)控制的兩種方式進(jìn)行了對(duì)比,結(jié)果表明,使用粗糙控制算法可以減少公交車(chē)乘客在交叉口的平均等待時(shí)間大約是6.86%,實(shí)現(xiàn)了公交車(chē)在交叉口時(shí)間通行權(quán)上的優(yōu)先。

（2）對(duì)公交車(chē)流率和交叉口延誤之間的關(guān)系進(jìn)了研究,結(jié)合延誤面積模型構(gòu)建并計(jì)算了車(chē)均人時(shí)總延誤、車(chē)均延誤、尾氣車(chē)均排放等參數(shù),建立了交叉口效益模型,根據(jù)效益模型,對(duì)采用綠燈延長(zhǎng)時(shí)間動(dòng)態(tài)變化和綠燈延長(zhǎng)時(shí)間固定兩種方式對(duì)各相位綠燈延長(zhǎng)時(shí)間進(jìn)行了合理分配,采用綠燈延長(zhǎng)時(shí)間動(dòng)態(tài)變化方式比采用綠燈延長(zhǎng)時(shí)間固定方式,所實(shí)現(xiàn)的交通效益值的優(yōu)化程度為22.618%；從而在交叉口的交通效益最大化的情況下使公交車(chē)獲得了優(yōu)先通過(guò)權(quán)。

2.2 系統(tǒng)功能的技術(shù)實(shí)現(xiàn)

目前超高頻RFID技術(shù)被運(yùn)用到了公交優(yōu)先技術(shù)中，在超高頻RFID技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的公交優(yōu)先交通控制系統(tǒng)，把先進(jìn)的RFID技術(shù)、數(shù)據(jù)通信技術(shù)、電子控制技術(shù)及計(jì)算機(jī)處理技術(shù)等有效地結(jié)合在一起，能夠有效的服務(wù)于城市交通控制系統(tǒng)，可在城市交叉口信號(hào)控制機(jī)的工作基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)公交車(chē)輛優(yōu)先通過(guò)交叉口，從而降低公交車(chē)通過(guò)城市交叉口的運(yùn)行時(shí)間，提高公交車(chē)輛的運(yùn)行效率。

超高頻RFID技術(shù)的運(yùn)用可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離車(chē)輛信息的識(shí)別、采集和控制，簡(jiǎn)單、靈活地實(shí)現(xiàn)公交優(yōu)先算法設(shè)置獨(dú)特的車(chē)輛運(yùn)行方向判斷。在系統(tǒng)中,公交優(yōu)先智能信號(hào)控制器通過(guò)綜合考慮公交車(chē)優(yōu)先級(jí)和所有車(chē)輛的流量,計(jì)算出紅燈相位的急切度和綠燈相位的轉(zhuǎn)換度；然后,依據(jù)交通警察指揮交通的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)所建立的模糊規(guī)則庫(kù),通過(guò)模糊推理系統(tǒng)進(jìn)行智能決策,得到下一時(shí)刻的綠燈延長(zhǎng)時(shí)間,以實(shí)現(xiàn)對(duì)綠燈信號(hào)的實(shí)時(shí)自動(dòng)調(diào)節(jié)。

RFID公交優(yōu)先控制系統(tǒng)應(yīng)用射頻RFID技術(shù)結(jié)合交通信號(hào)控制系統(tǒng)對(duì)公交車(chē)輛在“時(shí)間”上給予的優(yōu)先，它主要體現(xiàn)在：當(dāng)公交車(chē)輛行駛到十字路口附近時(shí)，公交優(yōu)先控制系統(tǒng)識(shí)別到車(chē)輛并判斷車(chē)輛的運(yùn)行方向，為公交車(chē)輛提供優(yōu)先通行信號(hào)，從而讓城市運(yùn)載主體公交車(chē)進(jìn)行優(yōu)先通行，快速高效的發(fā)揮作用。

RFID公交優(yōu)先控制系統(tǒng)主要包含無(wú)源電子標(biāo)簽和基站式讀寫(xiě)器、信號(hào)控制器，通過(guò)對(duì)遠(yuǎn)距離移動(dòng)公交車(chē)輛的自動(dòng)識(shí)別和非接觸性信息采集處理，把先進(jìn)的信息技術(shù)、數(shù)據(jù)通信技術(shù)、電子控制技術(shù)及計(jì)算機(jī)處理技術(shù)等有效地綜合運(yùn)用于地面交通管理體系，從而建立起一種大范圍、全方位發(fā)揮作用，并且實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確、高效的交通管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)公交優(yōu)先的目的。

在路口各個(gè)方向的紅綠燈前50-100米處安裝RFID讀寫(xiě)器。當(dāng)公交車(chē)接近路口時(shí)，安裝在車(chē)頭的射頻卡(Tag)被讀寫(xiě)器自動(dòng)識(shí)別，讀寫(xiě)器將公交車(chē)輛的基本信息送至控制系統(tǒng)進(jìn)行有關(guān)數(shù)據(jù)處理，控制系統(tǒng)觸發(fā)信號(hào)機(jī)。當(dāng)公交車(chē)輛接近路口遇綠燈時(shí)，判斷公交車(chē)能否通過(guò)，否則適當(dāng)延長(zhǎng)當(dāng)前的綠燈相位時(shí)間，保證公交車(chē)輛能夠通過(guò)路口；當(dāng)公交車(chē)輛接近路口遇綠燈時(shí)，判斷公交車(chē)能否通過(guò)，否則適當(dāng)延長(zhǎng)當(dāng)前的綠燈相位時(shí)間，保證公交車(chē)輛能夠通過(guò)路口；當(dāng)公交車(chē)輛接近路口遇紅燈時(shí)，控制相關(guān)相位執(zhí)行最小相位時(shí)間，減少公交車(chē)輛等候時(shí)間。盡可能提高公交車(chē)輛在路口的通行效率，保證城市公交車(chē)輛運(yùn)行的快速與及時(shí)，最大程度上發(fā)揮其為運(yùn)載主體的作用。

3 總結(jié)

優(yōu)先發(fā)展公共交通是解決城市交通問(wèn)題的必由之路，通過(guò)設(shè)置公交專用車(chē)道或鋸齒型公交優(yōu)先進(jìn)口道，可以實(shí)現(xiàn)公交車(chē)在空間通行權(quán)上的優(yōu)先，而公交優(yōu)先的交叉口紅綠燈控制策略可以實(shí)現(xiàn)公交車(chē)在時(shí)間上的優(yōu)先，兩廂結(jié)合可以就可以在最大的程度上使得公交車(chē)能夠比其余車(chē)輛有更好的通過(guò)性。如此一來(lái)就可以引導(dǎo)在城市中出行的人們更多的使用公共交通工具從而減少道路上的社會(huì)車(chē)輛。最終實(shí)現(xiàn)在有限的道路資源下，最大化運(yùn)輸效率的目的。

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