董玉璞 孫 劍 李克平

（1.同濟大學交通運輸工程學院 上海201804；2.同濟大學道路與交通工程教育部重點實驗室 上海201804）

0 引 言

公交優(yōu)先信號控制可以有效減少公交車輛在交叉口的延誤，對于提高公交車服務水平、緩解交通擁堵具有重要意義［1］。根據(jù)優(yōu)先范圍的不同，公交信號優(yōu)先可以劃分為單點優(yōu)先、干線優(yōu)先和網(wǎng)絡優(yōu)先3類。然而當前的研究多集中在單點優(yōu)先方面，針對不同的交通環(huán)境建立了豐富多樣的控制策略［2－4］；對于干線優(yōu)先和網(wǎng)絡優(yōu)先方面的研究而言，在目前的許多控制系統(tǒng)中包含了公交優(yōu)先的功能：SCATS的公交優(yōu)先邏輯包括綠燈延長，特殊相序及對非優(yōu)先相位的補償?shù)?；SCOOT提供公交綠燈延長和紅燈早斷等功能，系統(tǒng)基于用戶設定的飽和度指標避免非優(yōu)先車流延誤的過度增加；UTOPIA、RHODES系統(tǒng)則通過滾動優(yōu)化的方法為公交車輛提供絕對優(yōu)先［5］；國內(nèi)的馬萬經(jīng)等［6］也在交叉口群公交優(yōu)先協(xié)調(diào)控制方法有諸多研究。

然而與西方發(fā)達國家相比，中國大城市的干道交通流存在如下特點：公交流量大，公交線路多；交叉口交通壓力大；交叉口間距短；交叉口大部分設有機動車倒計時；行人與非機動車流量大，慢行交通干擾大。

在應用上述系統(tǒng)進行公交優(yōu)先時，目前的研究多集中在對優(yōu)先約束條件的改進，而對干道公交優(yōu)先背景下不同交叉口優(yōu)先策略的選擇方法卻鮮有涉及。本文根據(jù)中國干道的交通流特點以及國內(nèi)外干道公交優(yōu)先控制中的經(jīng)驗，提出了適合中國干道交通流特點的3步多層公交優(yōu)先控制策略選擇方法。

1 方法體系

對干道公交優(yōu)先控制而言，沿線會有多個運行特征迥異的交叉口，單一公交優(yōu)先策略效益很難得到充分發(fā)揮，例如，短間距［7］以及過飽和［1，8］交叉口中主動優(yōu)先策略實施的不良后果，以及倒計時信號燈［9］對公交車輛檢測器布設位置的約束等。因此如何根據(jù)不同交叉口特點以及上下游關系，從全局的觀點構(gòu)筑干道公交優(yōu)先策略顯得尤為重要。

本研究首先定性分析評估單交叉口可能實施的公交優(yōu)先策略（包括公交綠波、預信號、綠燈延長、紅燈縮短）；在此基礎上設計了基于邏輯規(guī)則的多約束公交優(yōu)先控制策略選擇流程，涵蓋不同交叉口的優(yōu)先策略選擇以及多線路背景下的條件優(yōu)先線路選擇；然后基于微觀仿真模型對第2步的多個優(yōu)選方案進行仿真評價，提出最終建議方案。該方法稱為3步多層策略，具體框架見圖1。

圖1 干道公交優(yōu)先三步多層策略Fig.1 Three－step multi－layer（TSML）strategy

1.1 步驟1：優(yōu)先策略適用性定性分析

在3步多層策略中，首先定性分析每種策略的優(yōu)缺點以及實施的約束條件，然后根據(jù)不同交叉口的運行特征以及在干道交通流中的定位，初步分析各種策略的適應性，見表1。

表1 公交優(yōu)先策略單點交叉口適應性定性分析Tab.1 Qualitative analysis of priority strategy applicability at intersections

1.2 步驟2：基于邏輯規(guī)則的多約束公交優(yōu)先組

合策略集設計

首先根據(jù)不同的交叉口交通流量，生成不同周期時長的控制子區(qū)，在每個子區(qū)生成機動車背景協(xié)調(diào)方案；之后根據(jù)邏輯規(guī)則給予交叉口優(yōu)先策略；最后依據(jù)條件優(yōu)先規(guī)則選擇干道上的優(yōu)先公交線路，見圖2。

在已有的干道公交優(yōu)先控制研究中［1，8］，先于主動優(yōu)先策略，被動優(yōu)先策略總是首先被實施。因此先確定公交綠波和預信號可實施的交叉口。短間距與超飽和交叉口均不能實施主動優(yōu)先策略，但可以實施公交綠波策略，因此在規(guī)則的排序中這2種交叉口特點位于可以實施主動優(yōu)先策略的倒計時信號燈情況之前。

圖2 基于邏輯規(guī)則的干道公交優(yōu)先控制策略組合集技術架構(gòu)Fig.2 Flow chart of ASTP strategy set selection based on logic rules

根據(jù)圖2，公交優(yōu)先策略選擇的邏輯規(guī)則包括：

規(guī)則1。同一子區(qū)交叉口群內(nèi)無公交站點的情況下，選擇使用公交綠波與該綠波第1個交叉口的預信號，反之執(zhí)行規(guī)則2。

規(guī)則2。在交叉口內(nèi)部有公交站點的情況下如果是短間距交叉口，則實施背景交通協(xié)調(diào)方案，反之執(zhí)行規(guī)則3。

規(guī)則3。在超飽和交叉口不實施主動優(yōu)先策略（因為在系統(tǒng)周期時長中沒有充足的空余綠燈時間），以減少對相交道路車輛的負面影響，反之執(zhí)行規(guī)則4。

規(guī)則4。在倒計時交叉口，如果交叉口間距符合倒計時對檢測器布設位置要求，則實施綠燈延長／紅燈早斷策略，反之實施紅燈縮短策略或背景交通協(xié)調(diào)方案。若沒有倒計時裝置，則執(zhí)行規(guī)則5。

規(guī)則5。在干道內(nèi)剩余交叉口實施綠燈延長／紅燈早斷策略，但在為公交車輛提供優(yōu)先時，要考慮公交車輛到達下游交叉口時，相應交叉口的信號狀態(tài)以及可采用的優(yōu)先控制方法，保證相鄰交叉口優(yōu)先策略的協(xié)調(diào)。繼續(xù)執(zhí)行規(guī)則6。

規(guī)則6。在上述交叉口公交優(yōu)先策略選擇的基礎上，在多申請優(yōu)先場景下利用條件優(yōu)先策略確定優(yōu)先線路，反之給予申請線路優(yōu)先，完成對象選擇。每0.5 h返回執(zhí)行規(guī)則6，完成優(yōu)先線路的更新。

上述公交優(yōu)先策略都在滿足多約束條件的情況下實施，約束條件包括最小綠燈時間，最大綠燈時間、飽和度、周期時長、不同時間段、交叉口流量的潮汐現(xiàn)象等，限于文章篇幅，有關約束條件研究另文發(fā)表。

1.3 步驟3：優(yōu)選方案仿真分析

基于步驟2所論述的各項邏輯規(guī)則，可篩選出幾套可行的優(yōu)先策略組合集。本步驟的工作是利用微觀仿真模型對多個可能組合策略集進行仿真評價，最終給出建議方案。其基本過程見圖3。

圖3 基于仿真平臺的多優(yōu)選方案分析Fig.3 Multi preference plan analysis based on simulation

2 案例分析

2.1 仿真環(huán)境

研究區(qū)域為上海市主干道路成都路從新閘路到龍華路段沿線22個交叉口，根據(jù)調(diào)查的高峰小時機動車、公交車、自行車及行人流量和渠化設計方案，建立仿真模型。

2.2 結(jié)果分析

在成都路的Vissim仿真模型中，通過上述基于邏輯規(guī)則的優(yōu)先策略選擇流程后，生成2個公交優(yōu)先控制組合策略集優(yōu)選方案，在仿真平臺中進行分析比較，運用Vissim模型通過其外部程序接口Visvap實現(xiàn)公交優(yōu)先組合策略集，進行仿真評價，每個方案分別選擇5個隨機數(shù)種子取平均結(jié)果。

實施公交優(yōu)先控制組合策略集后，與現(xiàn)狀交通控制方案相比，根據(jù)條件優(yōu)先策略選擇的對象36路公交車在2種方案下行程時間分別減少6.9%和7.80%，車均延誤分別減少11.2%和12.7%。

現(xiàn)狀方案控制下，36路平均車頭時距為165 s，波動范圍為120～227 s，方差為1 278.2；策略集1優(yōu)先控制下，平均車頭時距為172 s，波動范圍為153～195 s，方差為140.0：策略集2優(yōu)先控制下，平均車頭時距值為174 s，波動范圍為158～184 s，方差為56.6，見圖4。

圖4 36路公交車車頭時距分布圖Fig.4 Headway along the arterial of Bus Line 36

干道社會車輛在實施公交優(yōu)先控制后，兩個優(yōu)選方案下行程車速分別提高2.02%和2.99%，車均延誤分別降低2.33%和3.31%，表明實施公交優(yōu)先控制后干道社會車輛同時受益。路網(wǎng)范圍內(nèi)的車均延誤僅增加1.5%。結(jié)果表明，在干道實施公交優(yōu)先的同時不會對路網(wǎng)范圍內(nèi)的社會車輛的效益造成明顯的干擾。

結(jié)合上述分析，在3個方案的比較中策略集2的綜合效益最好，可以得出最終建議方案為策略集2。

3 結(jié)束語

結(jié)合中國干道的交通流特點以及國內(nèi)外干道公交優(yōu)先控制中的經(jīng)驗，提出了適合中國干道特點的3步多層公交優(yōu)先控制策略選擇方法。在上海市成都路的實證分析表明：主干道優(yōu)先線路36路車在2個優(yōu)先策略集方案下行程車速分別提高7.3%和8.5%，主干道社會車輛行程速度分別提高2.02%和2.99%，而同時沒有對路網(wǎng)社會車輛的效益造成負面影響。

應用條件優(yōu)先策略優(yōu)先線路的過程中，目前的研究限于每隔固定時長對優(yōu)先的線路進行更新，在后續(xù)研究中可增強優(yōu)先控制對象選擇的實時性和動態(tài)性，同時可以兼顧不同線路的效益，實現(xiàn)系統(tǒng)運行的最優(yōu)化。

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