高 靜, 張俊友, 齊婷婷

(山東理工大學(xué) 交通與車輛工程學(xué)院， 山東 淄博 255091)

國(guó)內(nèi)外在公交優(yōu)先方面進(jìn)行了相關(guān)的研究，在單點(diǎn)公交優(yōu)先方面，Peter G.Furth仿真驗(yàn)證了有條件優(yōu)先對(duì)交叉口延誤的影響優(yōu)于完全優(yōu)先和無(wú)優(yōu)先控制策略[1].在干線公交優(yōu)先方面，F(xiàn)rancois Dion在分布智能控制中提出以延誤和停車次數(shù)加權(quán)最小的優(yōu)化算法,建立了協(xié)調(diào)上下游車輛的轉(zhuǎn)換規(guī)則，根據(jù)優(yōu)先級(jí)別的不同賦予不同的優(yōu)先權(quán)重[2].劉騰飛提出了受協(xié)調(diào)控制約束的主動(dòng)和被動(dòng)公交優(yōu)先控制模型,模型中引入了公交權(quán)重，建立了受協(xié)調(diào)控制約束的多目標(biāo)優(yōu)化函數(shù)[3].在國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，提出了兩層優(yōu)化方法：上層為干線信號(hào)協(xié)調(diào)控制，以安裝在干線各個(gè)交叉路口停車線后的社會(huì)車輛檢測(cè)器檢測(cè)到的社會(huì)車流量來(lái)優(yōu)化各交叉口的周期、綠信比和協(xié)調(diào)相位差；下層為公交優(yōu)先控制，以上層綠波帶上下限為約束，優(yōu)化配時(shí)參數(shù)，采用主動(dòng)公交優(yōu)先策略[4]：綠燈延長(zhǎng)和紅燈早斷，實(shí)現(xiàn)公交優(yōu)先控制.

1 基本假定

(1)路段設(shè)置公交專用通道，在交叉路口設(shè)置公交專用進(jìn)口道.

(2)在各進(jìn)口車道的停車線前安裝公交車輛檢測(cè)器和社會(huì)車輛檢測(cè)器，檢測(cè)器檢測(cè)到的車輛信息能夠?qū)崟r(shí)傳送到信號(hào)機(jī).

(3)公交相位為干線協(xié)調(diào)相位[5].

2 干線信號(hào)協(xié)調(diào)控制配時(shí)參數(shù)優(yōu)化

2.1 共同周期的確定

參與信號(hào)協(xié)調(diào)控制的交叉口周期長(zhǎng)度計(jì)算采用Webster[6]計(jì)算，選取交叉口最大周期為協(xié)調(diào)控制公共周期.

(1)

C=MAXci

(2)

式中：L為周期損失時(shí)間；Y為交叉口關(guān)鍵流率比；ci為交叉口i的周期；C為干線信號(hào)協(xié)調(diào)控制的公共周期

2.2 綠信比分配

協(xié)調(diào)控制下，綠信比一般來(lái)說(shuō)也是各個(gè)交叉口分別優(yōu)化的，不考慮交叉口之間的關(guān)聯(lián)性.但是優(yōu)化過(guò)程中為了提高協(xié)調(diào)效果，可以對(duì)非關(guān)鍵交叉口非協(xié)調(diào)相位設(shè)定較高的飽和度實(shí)用限值xp(0.9)[7]，將多余綠燈時(shí)間(交叉口按照等飽和度分配的綠燈時(shí)間減去非協(xié)調(diào)相位飽和度0.9對(duì)應(yīng)的綠燈時(shí)間)分配給公交相位.無(wú)公交優(yōu)先申請(qǐng)時(shí)，各交叉口綠信比仍按照等飽和度分配.

(3)

式中：gi為相位i綠燈時(shí)間；yi為相位i關(guān)鍵流量比.

2.3 相位差的確定

相鄰兩交叉路口綠燈起始時(shí)刻之差，稱為綠燈起步時(shí)差或相位差.本文采用數(shù)解法優(yōu)化相位差和綠波帶寬度[8].

3 公交優(yōu)先控制

3.1 控制總流程

公交車輛檢測(cè)器檢測(cè)到公交車輛有優(yōu)先請(qǐng)求，判斷該請(qǐng)求處于哪一相位，如果公交車輛在公交相位綠燈期間到達(dá)停車線，則信號(hào)配時(shí)不變，若否，則采取綠燈延長(zhǎng)策略；如果優(yōu)先請(qǐng)求相位處于下一相位，預(yù)測(cè)公交車到達(dá)停車線是否為綠燈，若是，則信號(hào)配時(shí)不變，若否，則采取紅燈早斷策略.干線信號(hào)協(xié)調(diào)控制下的公交優(yōu)先控制流程圖如圖1所示.

3.2 綠燈延長(zhǎng)策略

綠燈延長(zhǎng)控制策略流程圖如圖2所示：公交申請(qǐng)?zhí)幱诰G燈延長(zhǎng)控制模塊時(shí)，判斷公交優(yōu)先所需延長(zhǎng)時(shí)間是否大于公交相位所能提供的最大綠燈時(shí)間，若是，則確定相位所需延長(zhǎng)時(shí)間及后續(xù)相位壓縮后的綠燈時(shí)間，若否，則保持信號(hào)配時(shí)不變.

圖2 綠燈延長(zhǎng)控制流程圖

3.3 綠燈提前啟亮策略

綠燈提前啟亮控制策略流程圖如圖3所示.

圖3 綠燈提前啟亮流程圖

4 仿真驗(yàn)證

為了驗(yàn)證干線公交優(yōu)先協(xié)調(diào)控制算法的效益，本文采用Transmodeler軟件對(duì)該算法進(jìn)行模擬驗(yàn)證.為使仿真輸出結(jié)果具有科學(xué)性與可行性，需要對(duì)仿真參數(shù)進(jìn)行標(biāo)定[9]，標(biāo)定參數(shù)主要是車輛停留時(shí)間和車頭時(shí)距及車輛行駛速度.

4.1 仿真環(huán)境

以張店區(qū)世紀(jì)路為例，選取世紀(jì)路—新村西路、世紀(jì)路—共青團(tuán)路、世紀(jì)路—人民西路、世紀(jì)路—華光路、世紀(jì)路—聯(lián)通路5個(gè)交叉口，調(diào)查各交叉口流量為模擬提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，5個(gè)交叉口間距分別為620m、610m、840m、820m，圖4為干線交叉口基本機(jī)構(gòu)圖.

圖4 干線交叉口基本機(jī)構(gòu)圖

世紀(jì)路方向?yàn)閰f(xié)調(diào)方向，給予該向公交車輛信號(hào)優(yōu)先，公交車檢測(cè)器布設(shè)在停車線前80m處，Transmodeler中各個(gè)車道飽和流率為2 000pcu/h，與世紀(jì)路實(shí)測(cè)交通狀況基本一致，相位綠燈損失時(shí)間為4s，公交車均載客25人，小汽車載客1.5人，公交車對(duì)標(biāo)準(zhǔn)小汽車的轉(zhuǎn)換系數(shù)為3，現(xiàn)狀交叉口基礎(chǔ)流量數(shù)據(jù)見表1和表2.

4.2 仿真方案

為對(duì)干線公交優(yōu)先控制算法進(jìn)行驗(yàn)證分析，在Transmodeler中仿真無(wú)公交優(yōu)先的干線信號(hào)協(xié)調(diào)控制和干線公交優(yōu)先協(xié)調(diào)控制兩種仿真環(huán)境.

4.3 仿真結(jié)果分析

通過(guò)對(duì)Transmodeler輸出的評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，獲得無(wú)公交信號(hào)優(yōu)先協(xié)調(diào)控制和干線公交優(yōu)先信號(hào)協(xié)調(diào)控制協(xié)調(diào)相位的車均延誤、人均延誤、干線車均延誤、人均延誤指標(biāo)，見表3和表4.

表1 現(xiàn)狀交叉口公交車流量

表2 現(xiàn)狀交叉口公交車流量

表3 無(wú)公交信號(hào)優(yōu)先控制下干線評(píng)價(jià)指標(biāo)統(tǒng)計(jì)表

表4 干線公交優(yōu)先信號(hào)協(xié)調(diào)控制評(píng)價(jià)指標(biāo)統(tǒng)計(jì)表

對(duì)比分析表3和表4，得采取公交優(yōu)先策略后干線獲益表，見表5.

表5 干線公交優(yōu)先效益評(píng)價(jià)

采用t檢驗(yàn)方法驗(yàn)證兩種控制策略的效益是否存在顯著差異.在顯著性水平α=0.05下，分別對(duì)每個(gè)交叉口基于公交車優(yōu)先的干線公交優(yōu)先與無(wú)優(yōu)先時(shí)的控制效益進(jìn)行驗(yàn)證.對(duì)每種場(chǎng)景仿真10次，查表t0.05(18)=1.734 1.詳細(xì)對(duì)比結(jié)果如下：

(1)通過(guò)表5可以看出實(shí)施干線公交優(yōu)先后,協(xié)調(diào)相位公交車輛延誤和人均延誤都有了大幅的降低.如世紀(jì)路與新村西路交叉口，公交車均延誤從76.5降低到60.5，降低幅度為20.9%，人均延誤從53.9降低到44.9，降低幅度為16.71%.

(2)實(shí)施公交優(yōu)先控制策略總體人均延誤有一定程度的降低.如世紀(jì)路與新村西路交叉口，實(shí)施干線公交優(yōu)先后，干線總體車均延誤從16.3s增加到16.6s，提高幅度1.91%，基本不變；但是人均延誤從15.8降低到14.1，降低幅度11.04%.

5 結(jié)束語(yǔ)

論文在干線信號(hào)協(xié)調(diào)控制的基礎(chǔ)上，采用主動(dòng)公交優(yōu)先信號(hào)控制策略綠燈延長(zhǎng)和紅燈早段為公交車輛提供信號(hào)優(yōu)先，仿真結(jié)果表明，該控制算法能有效降低干線人均延誤和公交車輛延誤.文中的模型假設(shè)路段設(shè)置了公交專用道,并延伸到交叉口停車線，無(wú)公交專用道條件下的公交信號(hào)優(yōu)先有待于進(jìn)一步研究.

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