多交叉口公交優(yōu)先協(xié)調(diào)控制方法

余紅紅

(宿遷市城市規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院有限公司,江蘇 宿遷　223800)

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多交叉口公交優(yōu)先協(xié)調(diào)控制方法

余紅紅

(宿遷市城市規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院有限公司,江蘇 宿遷223800)

摘要為解決路網(wǎng)內(nèi)公交車流和社會(huì)車流的利益平衡問題,提出以人均延誤為控制目標(biāo)的公交信號(hào)優(yōu)先協(xié)調(diào)控制方法,在保障公交優(yōu)先通行權(quán)的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)社會(huì)車流順暢運(yùn)行。以人均延誤為控制目標(biāo),以路段剩余道路空間為動(dòng)態(tài)約束,構(gòu)建多交叉口公交信號(hào)優(yōu)先協(xié)調(diào)控制模型,并結(jié)合實(shí)例利用VISSIM軟件進(jìn)行仿真驗(yàn)證。結(jié)果表明:人均延誤、車均延誤、公交車輛平均延誤均降低,公交車輛平均行程時(shí)間和車輛平均停車次數(shù)減少,交通整體運(yùn)行效率有效提高。

關(guān)鍵詞交通工程;交通信號(hào)控制;公交優(yōu)先;協(xié)調(diào)控制;仿真驗(yàn)證

近年來,由于交叉口交通狀況的復(fù)雜性和交叉口之間的關(guān)聯(lián)性日漸增強(qiáng),如何從系統(tǒng)角度出發(fā),開展公交信號(hào)優(yōu)先協(xié)調(diào)控制成為研究重點(diǎn)。Morgan等[1]設(shè)計(jì)干線雙向綠波協(xié)調(diào)控制方法,構(gòu)建以最大綠波帶寬為優(yōu)化目標(biāo)的混合整數(shù)規(guī)劃模型。Alexander[2]建立干線協(xié)調(diào)綠波帶,公交車準(zhǔn)時(shí)性和剩余綠燈時(shí)間利用率三個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo),分析不同公交優(yōu)先方式對(duì)公交信號(hào)優(yōu)先干線協(xié)調(diào)控制的影響,并提出相應(yīng)的公交信號(hào)優(yōu)先策略。Meenakshy等[3,4]以保證公交準(zhǔn)點(diǎn)前提下的人均延誤最小為控制目標(biāo),建立公交信號(hào)優(yōu)先干線協(xié)調(diào)控制優(yōu)化模型。國內(nèi)研究還處于起步階段,重點(diǎn)集中在公交信號(hào)優(yōu)先控制算法和相位差優(yōu)化等方面[5,6]。常云濤等[7]對(duì)協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)內(nèi)車流到達(dá)-駛離模式進(jìn)行研究,提出基于遺傳算法對(duì)城市干道協(xié)調(diào)控制相位差優(yōu)化的新方法。王殿海等[8]構(gòu)造干線協(xié)調(diào)和公交信號(hào)優(yōu)先雙層優(yōu)化方法,降低采用相位延長(zhǎng)或相位壓縮等公交優(yōu)先策略對(duì)干線協(xié)調(diào)控制的破壞作用。呂斌等[9]以路段行程時(shí)間、車輛延誤和排隊(duì)長(zhǎng)度為評(píng)價(jià)指標(biāo),利用信息熵理論和多屬性綜合決策方法設(shè)計(jì)線控系統(tǒng)相位差優(yōu)化算法。

由于城市交叉口車流量日益增大,交通狀況更加復(fù)雜,在實(shí)施公交信號(hào)優(yōu)先控制時(shí)考慮整體運(yùn)行效率,協(xié)調(diào)控制多個(gè)交叉口,減少對(duì)社會(huì)車流的負(fù)面影響,有利于公交信號(hào)優(yōu)先作用發(fā)揮,提高公共交通服務(wù)水平和道路資源利用率。因此,研究多交叉口公交信號(hào)優(yōu)先協(xié)調(diào)控制方法具有重要意義。

1多交叉口協(xié)調(diào)控制方法

通過分析多交叉口協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的人均延誤和路段剩余道路空間動(dòng)態(tài)約束,建立以人均延誤最小為優(yōu)化目標(biāo)的公交信號(hào)優(yōu)先協(xié)調(diào)控制模型,并給出求解方法。

1.1人均延誤分析

(1)

根據(jù)車流的上游交叉口是否包括在協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)內(nèi),將到達(dá)車流分為外部車流和內(nèi)部車流,車均延誤的計(jì)算方法有所不同。外部車流的延誤不受協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)中信號(hào)配時(shí)影響,車流呈現(xiàn)均勻到達(dá)狀態(tài),為簡(jiǎn)便起見,采用經(jīng)典的Webster延誤計(jì)算方法:

(2)

其中:C為信號(hào)周期長(zhǎng)度(s);g為綠燈時(shí)長(zhǎng)(s);S為飽和流量(veh/h);q為流量(veh/h)。

車隊(duì)在交叉口受阻情況分為頭車受阻、非頭車受阻和全部受阻三種。

(1)車隊(duì)頭車受阻車隊(duì)頭車受阻延誤分析如圖1所示。令t0為車隊(duì)頭車到達(dá)交叉口的時(shí)刻;t1為車隊(duì)尾車到達(dá)交叉口的時(shí)刻;t2為紅燈結(jié)束時(shí)刻;τm,m+1為車隊(duì)頭車到達(dá)交叉口的時(shí)刻至紅燈結(jié)束時(shí)刻的時(shí)間長(zhǎng),在圖1中為t0到t2的時(shí)間長(zhǎng)度,即

S為飽和流率。

(3)

(4)

(5)

(6)

(7)

1.2路段剩余道路空間動(dòng)態(tài)約束

干線道路飽和度較高的情況下,下游交叉口可能存在排隊(duì)等待車輛,甚至出現(xiàn)等待排隊(duì)長(zhǎng)度過長(zhǎng)導(dǎo)致上游交叉口綠燈時(shí)間內(nèi)的車隊(duì)無法完全通行,造成下游交叉口產(chǎn)生“溢流”現(xiàn)象阻塞上游交叉口。因此為避免發(fā)生交通擁堵,考慮各路段剩余道路空間為動(dòng)態(tài)約束。

取多交叉口協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)中的某一相鄰交叉口m和m+1及其連接路段,確定相鄰路口的時(shí)間-距離關(guān)系,見圖4。

為防止出現(xiàn)上游交叉口“溢流”的情況,下游交叉口直行綠燈時(shí)間開啟后,上游交叉口放行的直行車輛數(shù)必須小于此時(shí)該路段的剩余存車能力。即滿足[10]:

Lm/μs+om,m+1≤Tm,

(8)

其中:om,m+1為交叉口m+1相對(duì)于交叉口m的相對(duì)相位差;Lm為路段m的長(zhǎng)度(m);μs為直行車輛開始放行時(shí),車隊(duì)消散速度(m/s);Tm為路段m剩余存車能力允許的上游交叉口直行車輛通過需要的時(shí)間,即

(9)

其中:Qm為第m路段剩余存車能力;h為車頭時(shí)距(s/veh);LmQ為路段m已被車輛排隊(duì)占用的長(zhǎng)度(m);LeQ為平均每輛車的有效長(zhǎng)度(m/veh);將式(9)帶入式(8)整理得

(10)

式(10)即為避免因路段“溢流”導(dǎo)致上游交叉口擁堵的臨界條件,同時(shí)也是確保上游交叉口干線方向的直行車輛在綠燈放行后,能夠連續(xù)通過該交叉口進(jìn)入道路路段的必要條件。

1.3協(xié)調(diào)控制模型

考慮公交優(yōu)先信號(hào)控制的條件以及綠燈時(shí)間、相位差的約束,以人均延誤為優(yōu)化目標(biāo),以綠燈時(shí)間和相位差為優(yōu)化參數(shù)的實(shí)時(shí)公交信號(hào)優(yōu)先協(xié)調(diào)控制模型為

(11)

2實(shí)例驗(yàn)證

選取成都市一環(huán)路與人民北路、北站西二路和九里提南路三個(gè)連續(xù)交叉口依次編號(hào),應(yīng)用VISSIM軟件進(jìn)行仿真[12],分析實(shí)施協(xié)調(diào)控制的效益。仿真路網(wǎng)結(jié)構(gòu)見圖5。

遺傳算法最大迭代次數(shù)取50,種群規(guī)模取300,代溝取0.9,交叉概率取0.7,懲罰參數(shù)均取2。利用VISSIM仿真得到實(shí)施公交信號(hào)優(yōu)先協(xié)調(diào)控制前后的效果對(duì)比,見表1。

通過仿真結(jié)果可知實(shí)施協(xié)調(diào)控制后,人均延誤有效降低6.7%,車均延誤約減少9.5%,公交車輛平均延誤降低幅度為17.14%,公交車輛平均行程時(shí)間降低2.6%,車輛平均停車次數(shù)減少0.08。表明研究所提出的方法具有良好控制效果,可有效保障通行平等權(quán),整合多交叉口道路資源,提高車輛通行效率和交叉口服務(wù)水平,實(shí)現(xiàn)公交信號(hào)優(yōu)先控制。

3結(jié)語

研究通過分析車均延誤與信號(hào)配時(shí)參數(shù)的關(guān)系,闡述多交叉口協(xié)調(diào)控制人均延誤的計(jì)算方法,結(jié)合路段剩余道路空間動(dòng)態(tài)約束和信號(hào)參數(shù)約束,建立以協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的人均延誤最小為優(yōu)化目標(biāo)的實(shí)時(shí)公交信號(hào)優(yōu)先協(xié)調(diào)控制模型,并設(shè)計(jì)遺傳算法求解方法,最后通過實(shí)例仿真驗(yàn)證所提方法的有效性。上述提出的多交叉口公交信號(hào)優(yōu)先協(xié)調(diào)控制方法在實(shí)際應(yīng)用中的適用性是進(jìn)一步有待研究的方向。

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Coordination Control Methods of Public Transport Priority on Multiple Intersections

Yu Honghong

(Suqian Institute of Urban Planning and Design Co.,Ltd.,Suqian 223800,China)

Key wordsTransport engineering;Traffic signal control;Bus transport priority;Coordination control;Simulation verification

AbstractIn order to settle issues of benefit balance of traffic stream of public transport and social transport in road network,a coordination control method of bus signal priority is proposed by taking average delay per person as control objective,and is used to realize smooth running of social transport based on guaranteeing bus priority.This thesis takes average delay per person as control objective and dynamic constraint as remaining path space to build a coordination control model of bus signal priority on multiple intersections,which is conducted through simulation verification by integrating living examples and using VISSIM software.The results show that average delay of person,vehicles and bus transport is all reduced.The average travel time of bus transport and average stops of vehicles are all reduced.The overall operation efficiency of transport is promoted effectively.

doi:10.16468/j.cnki.issn1004-0366.2016.03.012.

收稿日期:2015-06-10;修回日期:2015-07-21.

基金項(xiàng)目:國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(51408058).

作者簡(jiǎn)介:余紅紅(1990-),女,河北刑臺(tái)人,碩士,助理工程師,研究方向?yàn)橹悄芙煌?、交通?guī)劃與管理.E-mail:yuhong1528@163.com.

中圖分類號(hào):U491

文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A

文章編號(hào):1004-0366(2016)03-0054-05

引用格式:Yu Honghong.Coordination Control Methods of Public Transport Priority on Multiple Intersections[J].Journal of Gansu Sciences,2016,28(3):54-58.[余紅紅.多交叉口公交優(yōu)先協(xié)調(diào)控制方法[J].甘肅科學(xué)學(xué)報(bào),2016,28(3):54-58.]