干線協(xié)調(diào)交叉口多相公交信號(hào)優(yōu)先控制策略

芮法成

（東北石油大學(xué)，河北 秦皇島066000）

通過(guò)公交優(yōu)先信號(hào)控制系統(tǒng)能夠縮短公交車(chē)輛在運(yùn)營(yíng)期間進(jìn)入交叉口后延誤的時(shí)間，以此將公共交通工具服務(wù)水平提升，對(duì)交通擁堵的情況實(shí)施緩解?？紤]到優(yōu)先范圍之間存在明顯的差異，可劃分公交優(yōu)先信號(hào)，以此形成多種類(lèi)別，如網(wǎng)絡(luò)優(yōu)先、干線優(yōu)先與單點(diǎn)優(yōu)先等。當(dāng)前對(duì)于單點(diǎn)優(yōu)先的研究比較多，結(jié)合具體的交通環(huán)境，形成多樣化的控制策略，應(yīng)加大對(duì)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)先與干線優(yōu)先的研究力度，擴(kuò)大公交優(yōu)先控制策略的實(shí)際使用范圍。針對(duì)干線公交優(yōu)先，研究可用的公交優(yōu)先策略。

1 干線信號(hào)協(xié)調(diào)控制分析

在現(xiàn)代城市交通控制體系中，干線信號(hào)的控制與協(xié)調(diào)是使用次數(shù)比多的方法，其研究對(duì)象主要是社會(huì)中車(chē)流，在對(duì)干線車(chē)流實(shí)施協(xié)調(diào)時(shí)，主要需要對(duì)相位差進(jìn)行設(shè)置，以此來(lái)對(duì)控制效益加以控制。在城市交通流中，公交車(chē)是比較特殊的構(gòu)成部分，運(yùn)用公交信號(hào)可補(bǔ)充與完善交通信號(hào)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)更加全面的控制。對(duì)比公交信號(hào)與干線協(xié)調(diào)控制，干線協(xié)調(diào)控制具有更高的優(yōu)先級(jí)別。在交叉口進(jìn)行干線協(xié)調(diào)活動(dòng)時(shí)，可采用公交優(yōu)先信號(hào)，但是不能給協(xié)調(diào)的相位差造成破壞，明確兩種控制元素間存在的關(guān)系非常關(guān)鍵，在已有的研究成果中，有人建設(shè)了實(shí)現(xiàn)優(yōu)先控制公交的雙層模型，上層主要使用優(yōu)先有限公交算法，針對(duì)公交晚點(diǎn)的問(wèn)題；下層針對(duì)綠波帶對(duì)應(yīng)的干線信號(hào)，實(shí)施適時(shí)優(yōu)化處理。如果有公交車(chē)出現(xiàn)了晚點(diǎn)的情況，結(jié)合設(shè)定目標(biāo)的狀況，調(diào)整與優(yōu)化配時(shí)參數(shù)，然而欠缺對(duì)于配時(shí)參數(shù)調(diào)整行為的有效考察，綠波帶在相應(yīng)的活動(dòng)中，受到了切實(shí)的影響，由此可知其他的單點(diǎn)型公交優(yōu)先算法與這種優(yōu)先算法存有一定的相似點(diǎn)。

現(xiàn)有的大部分公交優(yōu)先算法更關(guān)注單相位優(yōu)先的情況，現(xiàn)在有一些城市，且不在少數(shù)，居民會(huì)在出行時(shí)，選用公交車(chē)這種交通工具，該車(chē)輛在進(jìn)行運(yùn)行載客時(shí)，實(shí)際的發(fā)車(chē)流量更大，相比其他公共類(lèi)型的交通工具，間隔時(shí)間更短，同時(shí)在城市中的線路也很多。進(jìn)入到信號(hào)交叉口處，很多情況下，處于同個(gè)運(yùn)行周期中，不同的相位都會(huì)有同時(shí)抵達(dá)多輛公交車(chē)的情況?；谶\(yùn)用合適有效的方式減少公交車(chē)延誤事件，以干線協(xié)調(diào)交叉口的狀況為基準(zhǔn)，采取多相位算法，注意不給綠波帶造成破壞。

2 控制算法分析

2.1 確定公交車(chē)的具體優(yōu)先級(jí)別。在信號(hào)交叉口的位置上，信號(hào)機(jī)設(shè)備僅僅可以在同一時(shí)間點(diǎn)對(duì)抵達(dá)某一相位的公交車(chē)，可為其進(jìn)行延長(zhǎng)綠燈亮起時(shí)間的服務(wù)或者提前亮起綠燈時(shí)間的服務(wù)；對(duì)多種相位優(yōu)先狀況進(jìn)行考察時(shí)，常常會(huì)發(fā)現(xiàn)，單個(gè)相位上設(shè)置出的公交信號(hào)所對(duì)照展開(kāi)的優(yōu)先活動(dòng)并未有效結(jié)束，其他相位之上的公交車(chē)已經(jīng)將優(yōu)先申請(qǐng)?zhí)岢?，相比單相位種類(lèi)的公交優(yōu)先體系，另外的多相位型優(yōu)先處理公交信號(hào)的體系存在完全不同的設(shè)計(jì)重點(diǎn)，在處理公交信號(hào)應(yīng)用該系統(tǒng)時(shí)，需要對(duì)多個(gè)差異化公交車(chē)輛發(fā)送出的優(yōu)先通行申請(qǐng)進(jìn)行處理，同時(shí)還應(yīng)對(duì)申請(qǐng)間的沖突實(shí)施化解。

公交車(chē)只在預(yù)設(shè)的相位上亮起綠燈的過(guò)程中，才可以比較順暢的方式經(jīng)過(guò)交叉口。因此公交車(chē)運(yùn)行抵達(dá)交叉口的位置之后的時(shí)刻與相位之后亮起綠燈的時(shí)間越接近，公交車(chē)形成的延誤也就變得更少，給其他各個(gè)相位上的公交車(chē)優(yōu)先信號(hào)構(gòu)成的影響也隨之變小。通過(guò)引進(jìn)就近原則對(duì)具體的設(shè)計(jì)問(wèn)題進(jìn)行有效解決，可針對(duì)優(yōu)先申請(qǐng)間的具體矛盾問(wèn)題，給所有形成的優(yōu)先申請(qǐng)?jiān)O(shè)置差異化的級(jí)別。如果公交車(chē)在系統(tǒng)的綠燈相位期間抵達(dá)，其優(yōu)先級(jí)別高于并未抵達(dá)公交車(chē)；如果公交車(chē)在紅燈相位環(huán)節(jié)抵達(dá)，其抵達(dá)的時(shí)間距離后一個(gè)綠燈相位啟動(dòng)的時(shí)間越近，可獲取的優(yōu)先級(jí)別也就更高；如果公交車(chē)在同一相位抵達(dá)，達(dá)到時(shí)間比較早的公交車(chē)，將形成更高的優(yōu)先級(jí)別。

在就近原則的指導(dǎo)下，控制范圍內(nèi)的所有公交車(chē)獲取完全不同的優(yōu)先級(jí)別，通過(guò)優(yōu)先級(jí)別之間存在的差異，系統(tǒng)中的信號(hào)機(jī)設(shè)備科智能化地自動(dòng)對(duì)優(yōu)先級(jí)別進(jìn)行識(shí)別，將優(yōu)先信號(hào)精準(zhǔn)地提供給公交車(chē)，這一活動(dòng)期間，所有公交車(chē)都以極其順暢以及高效的方式經(jīng)過(guò)交叉口，借助該方法既對(duì)延誤的問(wèn)題進(jìn)行了必要的控制，同時(shí)也解決多個(gè)相位在申請(qǐng)優(yōu)先級(jí)別時(shí)的問(wèn)題，整體使用效果比較好。

2.2 控制流程。在交叉口進(jìn)口道區(qū)域的停車(chē)線后方80m 位置設(shè)置檢測(cè)器，以此對(duì)公交車(chē)的到達(dá)情況進(jìn)行檢測(cè)，同時(shí)也能夠從各個(gè)車(chē)道上獲取流量信息，針對(duì)公交信號(hào)，實(shí)施配時(shí)方面的服務(wù)，開(kāi)啟系統(tǒng)信號(hào)機(jī)進(jìn)行檢測(cè)，查看此處是否已經(jīng)有公交車(chē)經(jīng)過(guò)，依照其抵達(dá)交叉口停車(chē)線所在的位置開(kāi)展實(shí)踐，確認(rèn)是否有優(yōu)先處理信號(hào)的需要，如不需開(kāi)展優(yōu)先處理的技術(shù)工作，可應(yīng)用常規(guī)型的配時(shí)方案。

如果需要優(yōu)先信號(hào)，可將公交車(chē)添加到優(yōu)先隊(duì)列中，進(jìn)入優(yōu)先隊(duì)伍時(shí)，公交車(chē)必須要對(duì)兩方面的要求進(jìn)行滿(mǎn)足，已經(jīng)提供了信號(hào)優(yōu)先的申請(qǐng)，信號(hào)機(jī)還沒(méi)有給其提供優(yōu)先處理，還有另外一種情況，正在為公交車(chē)信號(hào)提供優(yōu)先，但是優(yōu)先處理工作并沒(méi)有被切實(shí)完成。

設(shè)置就近處理原則，信號(hào)機(jī)自動(dòng)化履行這一技術(shù)原則，公交車(chē)如果處于系統(tǒng)的優(yōu)先隊(duì)列之中，可進(jìn)行排序優(yōu)先級(jí)別的工作，如果公交車(chē)的優(yōu)先級(jí)別高于剩余的公交車(chē)，可將最優(yōu)先的服務(wù)提供給公交車(chē)。如果有公交車(chē)處在協(xié)調(diào)相位之上，優(yōu)先這一協(xié)調(diào)相位的工作模塊進(jìn)行選擇與執(zhí)行，如果這一公交車(chē)還未抵達(dá)協(xié)調(diào)相位，可對(duì)另外的優(yōu)先非協(xié)調(diào)相位模塊進(jìn)行執(zhí)行。即將完成這一公交車(chē)從系統(tǒng)中獲得相應(yīng)的優(yōu)先服務(wù)，且服務(wù)已經(jīng)完成，調(diào)開(kāi)優(yōu)先列表，將這個(gè)公交車(chē)從列表中刪除，而后信號(hào)機(jī)在運(yùn)行時(shí)主要重復(fù)以上幾個(gè)環(huán)節(jié)，到最后的環(huán)節(jié)中，優(yōu)先隊(duì)列中所有的優(yōu)先公交申請(qǐng)都被清除，實(shí)現(xiàn)了最終的協(xié)調(diào)控制工作目標(biāo)。

如果交叉口上沒(méi)有公交優(yōu)先申請(qǐng)，信號(hào)機(jī)可對(duì)常規(guī)的干線配時(shí)協(xié)調(diào)方案進(jìn)行有效運(yùn)行，在優(yōu)化干線配時(shí)參數(shù)時(shí)，主要進(jìn)行優(yōu)化相位差、綠信比與公共周期的工作。實(shí)施協(xié)調(diào)控制活動(dòng)時(shí)，需要對(duì)特定的技術(shù)要求進(jìn)行分析與考察，增大綠波帶原本比較小的寬度，調(diào)整系統(tǒng)內(nèi)部的非協(xié)調(diào)相位，實(shí)際要對(duì)綠燈時(shí)間實(shí)施調(diào)整，如果檢測(cè)飽和度數(shù)值幾位0.95，應(yīng)當(dāng)壓縮綠燈時(shí)間，使系統(tǒng)的綠燈時(shí)間更加富裕，對(duì)其進(jìn)行配置，直接在協(xié)調(diào)相位之上進(jìn)行分配活動(dòng)。針對(duì)公交實(shí)施優(yōu)先控制工作時(shí)，這一公共交通類(lèi)的控制對(duì)象應(yīng)在信號(hào)機(jī)設(shè)備，確定在適合的時(shí)間內(nèi)提供綠燈顯示，規(guī)避停車(chē)的情況，提升協(xié)調(diào)效率。但是公交相位必然會(huì)存在紅燈的情況，考慮增加富余調(diào)整量的需求，采取飽和度原則，給交叉口的多個(gè)相位展開(kāi)綠燈時(shí)間分配活動(dòng)，將已經(jīng)富余的時(shí)間保留到指定相位上，信號(hào)機(jī)將結(jié)合交通情況，判斷是否需要對(duì)富余時(shí)間進(jìn)行挪用。通過(guò)運(yùn)用數(shù)解法對(duì)相位差展開(kāi)優(yōu)化，在線控系統(tǒng)中確定相位差時(shí)經(jīng)常會(huì)運(yùn)用到這種方法，主要需要的掌握最大挪移量信息對(duì)相位差展開(kāi)控制。

2.3 驗(yàn)證算法。為了驗(yàn)證多相公交優(yōu)先算法效益，文中分別仿真了無(wú)公交優(yōu)先控制算法（算法1）、單相公交優(yōu)先控制算法（算法2）、兩相公交優(yōu)先控制算法（算法3）、三相公交優(yōu)先控制算法（算法4）。

每種算法仿真10 次，每次仿真時(shí)間為3600s，統(tǒng)計(jì)路網(wǎng)內(nèi):公交車(chē)均延誤，用于研究不同算法對(duì)公交車(chē)的優(yōu)先程度；所有車(chē)輛平均延誤，用于研究公交優(yōu)先對(duì)社會(huì)車(chē)輛造成的負(fù)面影響程度?？梢园l(fā)現(xiàn)，隨著公交優(yōu)先相位數(shù)的增加，路網(wǎng)中公交車(chē)均延誤逐漸下降。算法4 對(duì)應(yīng)的公交車(chē)均延誤相比其他3 種算法分別下降了24.3%、14.6%、6.0%。這是因?yàn)殡S著公交優(yōu)先相位數(shù)的增加，路網(wǎng)中更多的公交車(chē)可以根據(jù)“就近原則”接受到信號(hào)優(yōu)先，而單相公交優(yōu)先（算法2）只能有效降低相位1 的公交車(chē)延誤，優(yōu)先范圍有限，同時(shí)還造成相位2 與相位3 的公交車(chē)延誤增加。

3 結(jié)論

根據(jù)現(xiàn)代干線協(xié)調(diào)控制需要，依照交叉口實(shí)際狀況，設(shè)計(jì)出與常規(guī)算法不同的多相位型控制公交優(yōu)先信號(hào)的算法，根據(jù)實(shí)際結(jié)果可以確定，相比單相型公交優(yōu)先控制算法與普通信號(hào)對(duì)應(yīng)的配時(shí)算法，該算法在控制公交車(chē)延誤問(wèn)題時(shí)有更好的表現(xiàn)。在建立算法期間，考慮到交叉處經(jīng)常會(huì)形成飽和的情況，同時(shí)其他社會(huì)車(chē)輛也會(huì)產(chǎn)生延誤的情況，因此要對(duì)相位飽和度實(shí)施控制，避免其超出0.95。對(duì)算法展開(kāi)其他方面的驗(yàn)證工作時(shí)，可以對(duì)其最佳使用環(huán)境與控制應(yīng)用效益進(jìn)行考察。