王永勝　譚國真　劉明劍　丁男

摘要：針對(duì)現(xiàn)有公交優(yōu)先系統(tǒng)中存在的反應(yīng)滯后、不能夠充分挖掘道路通行能力的問題，在車聯(lián)網(wǎng)的背景下提出一個(gè)公交自適應(yīng)優(yōu)先（ABP）模型。首先，借助車聯(lián)網(wǎng)強(qiáng)大的通信能力，利用時(shí)分復(fù)用的思想，設(shè)計(jì)了道路復(fù)用的控制規(guī)則，為普通公交虛擬出了一條專用道，實(shí)現(xiàn)了“空間優(yōu)先”；其次，使用實(shí)時(shí)獲取的車輛到達(dá)數(shù)據(jù)取代歷史數(shù)據(jù)作為交通需求，解決滯后的問題；最后，設(shè)計(jì)了公交優(yōu)先的信號(hào)控制方法，通過插入短相位的方法讓公交優(yōu)先通行，實(shí)現(xiàn)了公交優(yōu)先。使用VISSIM軟件設(shè)計(jì)仿真實(shí)驗(yàn)對(duì)比ABP模型和傳統(tǒng)模型，結(jié)果表明，ABP模型在不對(duì)社會(huì)車輛造成很大影響的前提下，能夠提高公交的運(yùn)行效率和路口的通過能力。

關(guān)鍵詞：車聯(lián)網(wǎng)；公交優(yōu)先；快速公交；車道時(shí)分復(fù)用；實(shí)時(shí)優(yōu)化

中圖分類號(hào)：TN915

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0引言

進(jìn)入21世紀(jì)，中國城鎮(zhèn)化、機(jī)動(dòng)化進(jìn)程不斷加快，2000—2009年的10年間，中國城鎮(zhèn)化率由36.2%提高至46.6%，全國民用汽車保有量從1609萬輛增至6281萬輛，凈增4672萬輛，年均增長16.3%[1]。隨著城市經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，機(jī)動(dòng)車保有量上升，交通需求膨脹，而交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)相對(duì)滯后，這些因素共同作用使得交通擁擠成為嚴(yán)重影響城市居民生活的問題之一[2]。

據(jù)中國社科院計(jì)算：僅北京一個(gè)城市，交通擁堵每年造成的損失高達(dá)146億元。擁堵的交通已經(jīng)影響到城市居民的正常生活、社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展、資源消耗、環(huán)境保護(hù)等一個(gè)城市的和諧發(fā)展進(jìn)程[3]。

公共交通作為現(xiàn)代城市客運(yùn)交通的主導(dǎo)，不僅符合現(xiàn)代城市社會(huì)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展趨勢，而且已經(jīng)成為發(fā)展城市客運(yùn)交通系統(tǒng)的共識(shí)[4]。隨著城市經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，城市交通問題日趨嚴(yán)重，公交優(yōu)先發(fā)展已經(jīng)成為解決城市交通供需矛盾、調(diào)整交通結(jié)構(gòu)的主要手段[5]。

公交優(yōu)先的概念在技術(shù)上包括兩方面的含義，即對(duì)公共汽車在通行“空間”和“時(shí)間”上給予優(yōu)先?！翱臻g優(yōu)先”通過設(shè)立公共專用道來實(shí)現(xiàn)，“時(shí)間優(yōu)先”則體現(xiàn)在路口為公共汽車提供優(yōu)先通行信號(hào)[6]。

國內(nèi)外提出的公交優(yōu)先策略可以分為被動(dòng)優(yōu)先、主動(dòng)優(yōu)先和自適應(yīng)優(yōu)先，其中被動(dòng)優(yōu)先和主動(dòng)優(yōu)先研究較早，但都存在容易對(duì)社會(huì)車輛產(chǎn)生負(fù)面影響的問題，而自適應(yīng)優(yōu)先策略是在考慮公交車優(yōu)先通行的同時(shí)避免對(duì)社會(huì)車輛造成影響，是目前公交優(yōu)先的主要研究方向[7]。如王正武等[8]提出了單交叉口自適應(yīng)公交優(yōu)先控制策略；柳祖鵬等[9]提出了一種基于綠燈需求度的相位切換決策流程；王殿海等[10]提出了干線公交信號(hào)優(yōu)先的2層優(yōu)化方法；別一鳴等[11]提出了飽和度約束的單點(diǎn)有限公交優(yōu)先控制策略。在以上這些研究中，使用飽和度作為交通需求度量參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，由于計(jì)算相位的飽和度只能使用歷史數(shù)據(jù)，當(dāng)車輛通過交叉路口后，才能計(jì)算當(dāng)前相位的飽和度。通常很難知道當(dāng)前的實(shí)時(shí)交通需求，只能使用前面一小段時(shí)間的飽和度作為當(dāng)前交通需求的一個(gè)估計(jì)，這樣的優(yōu)化，明顯滯后，實(shí)時(shí)性不高[12]。為了解決這個(gè)問題，就需要獲取交通需求的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，與基礎(chǔ)設(shè)施相結(jié)合，通過傳感器或者通信設(shè)備獲取信息。

有了基礎(chǔ)設(shè)施的支持也提供了更多的實(shí)現(xiàn)公交優(yōu)先的方法，如文獻(xiàn)[13]首次提出了動(dòng)態(tài)公交專用車道，通過基礎(chǔ)設(shè)施的協(xié)助，使得所有的車輛都可以在不影響公交高效運(yùn)行的前提下使用公交專用道，提高了資源的利用率；文獻(xiàn)[14]指出排隊(duì)繞行車道方法，公交車輛借助基礎(chǔ)設(shè)施的協(xié)調(diào)可以繞過排隊(duì)車輛直接通過路口，降低了交叉口延誤；文獻(xiàn)[15]提出公交專用車道動(dòng)態(tài)優(yōu)先的方法，與動(dòng)態(tài)公交專用道類似，使得所有車輛可以使用公交專用道，同時(shí)不影響公交車輛的運(yùn)行；董紅召等[16]提出了一個(gè)把公交專用道時(shí)分復(fù)用的模型，使得社會(huì)車輛在一定條件下可以進(jìn)入公交專用道，提高了專用道的使用效率。然而這些研究都存在基礎(chǔ)設(shè)施不夠完善、信息獲取方式單一、系統(tǒng)集成度低、不能夠充分挖掘交通運(yùn)輸潛力等問題。

車聯(lián)網(wǎng)與目前在道路運(yùn)輸領(lǐng)域廣泛使用的智能交通系統(tǒng)相比，可以實(shí)現(xiàn)更全面的感知、各種各樣的互聯(lián)以及智能化的信息處理和應(yīng)用集成，車聯(lián)網(wǎng)的出現(xiàn)是智能交通系統(tǒng)發(fā)展的必然結(jié)果，是提供道路極限出行能力的必然選擇[17]。

車輛網(wǎng)作為一種新興的技術(shù)，被認(rèn)為有希望徹底解決目前存在的交通難題，如交通擁塞、交通事故等[18]。它是通過裝載在車輛上的電子設(shè)備之間的無線通信，實(shí)現(xiàn)在信息網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)上對(duì)所有車輛的靜動(dòng)態(tài)信息的提取和有效利用，將車與車相連，車與路旁的基礎(chǔ)設(shè)施相連，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)信息交換，服務(wù)于人們的交通出行[19]，可以彌補(bǔ)傳統(tǒng)交通技術(shù)和智能交通系統(tǒng)（Intelligent Transport System，ITS）的很多不足[20]。本文正是在車聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下來討論公交優(yōu)先的實(shí)現(xiàn)方法。

在車輛網(wǎng)的環(huán)境下，有了通信基礎(chǔ)設(shè)施的支持，路口控制單元可以獲取更加精確的數(shù)據(jù)，也可以更靈活地控制車輛的移動(dòng)，公交優(yōu)先也有了更多的實(shí)現(xiàn)手段，可以進(jìn)一步挖掘道路的通行能力。本文借助車聯(lián)網(wǎng)提供的先進(jìn)的無線通信能力，使路口控制單元和車輛建立通信，以控制車輛的行為（比如：進(jìn)入或者離開一個(gè)車道、等待、離開路口等）；把普通車道復(fù)用為時(shí)分復(fù)用車道，不僅是為公交車輛復(fù)用出來了一條專用車道，而且是在需要時(shí)能夠?yàn)槊恳粋€(gè)入口的每一個(gè)流向的公交車輛都復(fù)用出來一個(gè)專用車道；同時(shí)設(shè)計(jì)合理的調(diào)度策略和復(fù)用規(guī)則，以協(xié)調(diào)不同流向的車流互斥使用復(fù)用車道，實(shí)現(xiàn)車輛的“空間優(yōu)先”；在此基礎(chǔ)上，通過相位插入的方法，實(shí)現(xiàn)了公交的“時(shí)間優(yōu)先”，并且考慮對(duì)社會(huì)車輛的影響，同時(shí)使用實(shí)時(shí)交通需求取代滯后的數(shù)據(jù)作為輸入，實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)的自適應(yīng)路口交通優(yōu)先控制。仿真實(shí)驗(yàn)表明，本文提出的公交優(yōu)先模型和傳統(tǒng)模型相比，在不對(duì)社會(huì)車輛造成很大影響的前提下，提高了公交的運(yùn)行效率和道路的通過能力。

1設(shè)計(jì)思想

1.1道路時(shí)分復(fù)用

很多城市都在建設(shè)快速公交，它通過使用獨(dú)占的車道獲得空間優(yōu)先權(quán)，普通公交因?yàn)闆]有專用道，不能夠在路口高效地優(yōu)先通行。為了高效地利用有限的道路資源，提出了車道時(shí)分復(fù)用的方法：在車聯(lián)網(wǎng)的背景下，復(fù)用車道的使用權(quán)由路口控制單元統(tǒng)一分配，控制單元把時(shí)間劃分成段，在一個(gè)時(shí)間段內(nèi)，只允許轉(zhuǎn)向相同的公交車獲得復(fù)用車道的使用權(quán)，進(jìn)入車道，通過路口，其他的公交車在旁邊的車道等待自己的時(shí)間段到來。這個(gè)時(shí)間段的劃分周期比信號(hào)燈周期短，這樣每個(gè)流向的公交車都獲得了一條虛擬的專用道，可以到達(dá)車道最前端，再設(shè)置相應(yīng)的優(yōu)先信號(hào)調(diào)度策略，很短的時(shí)間就可以通過路口，從而同時(shí)實(shí)現(xiàn)了空間優(yōu)先和時(shí)間優(yōu)先。

時(shí)分復(fù)用的模型對(duì)于擁有三車道及以上的道路都是適用的，本文針對(duì)四車道場景進(jìn)行討論（如圖1），把四車道當(dāng)中最左側(cè)的快速公交專用道改為快速公交和普通公交時(shí)分復(fù)用，不設(shè)置分離帶，供左轉(zhuǎn)和直行；同時(shí)把最右側(cè)的專用右轉(zhuǎn)車道時(shí)分復(fù)用，作為快速公交、普通公交、社會(huì)車輛直行和右轉(zhuǎn)的車道；兩個(gè)中間車道供社會(huì)車輛使用，同時(shí)也供沒有獲得復(fù)用車道使用權(quán)的車輛臨時(shí)?？?。信號(hào)控制采用四相位，圖1（b）、（c）所示為南北方向直行和左轉(zhuǎn)相位，即1、2相位：直行時(shí)，兩個(gè)復(fù)用車道和普通直行車道均綠燈放行；左轉(zhuǎn)時(shí)，左側(cè)復(fù)用車道和普通左轉(zhuǎn)車道放行；右轉(zhuǎn)使用右側(cè)復(fù)用道路，右轉(zhuǎn)車輛須獲得車道使用權(quán)方可右轉(zhuǎn)。東西方向設(shè)置類似，直行和左轉(zhuǎn)分別為3、4相位。

如圖1，假設(shè)當(dāng)前路口第3相位獲得綠燈，南北向道路最左側(cè)和最右側(cè)復(fù)用車道在當(dāng)前時(shí)間段內(nèi)，劃分給南北方向的直行公交使用，左轉(zhuǎn)和右轉(zhuǎn)車流在兩個(gè)中間車道等待下一個(gè)時(shí)間段，當(dāng)前相位綠燈結(jié)束時(shí)，插入一個(gè)短的1相位，使得公交可以優(yōu)先通過（跳過了4相位），當(dāng)前時(shí)間段即結(jié)束，之后復(fù)用車道的使用權(quán)就可以分配給左轉(zhuǎn)或者右轉(zhuǎn)車流。復(fù)用路段的使用權(quán)的分配規(guī)則將在2.3節(jié)中討論，系統(tǒng)流程如圖2所示。

1.2公交優(yōu)先及實(shí)時(shí)優(yōu)化

張衛(wèi)華等[21]提出了一個(gè)公交優(yōu)先的信號(hào)配時(shí)優(yōu)化方法，根據(jù)當(dāng)前路口各個(gè)方向的交通需求，在保證路口可以順利通行，不對(duì)社會(huì)車輛造成太大影響的前提下，以人總時(shí)延最小為優(yōu)化目標(biāo)，能夠計(jì)算出最優(yōu)的周期時(shí)長以及各個(gè)相位的綠燈時(shí)長。本文中采用此方法計(jì)算周期時(shí)長C和各個(gè)相位的綠燈時(shí)長，但是對(duì)于各個(gè)相位綠燈時(shí)長進(jìn)行優(yōu)化。

文獻(xiàn)[21]中假設(shè)車輛線性到達(dá)，這個(gè)假設(shè)可以模擬車輛到達(dá)的平均行為，但是一個(gè)具體的車輛到達(dá)事件，用泊松分布來模擬更加準(zhǔn)確，單位時(shí)間內(nèi)有k輛車到達(dá)的概率為：

這個(gè)概率分布的期望=qi（i車道車輛到達(dá)率，可以通過一段時(shí)間的觀測得到），可見是車輛到達(dá)事件的一個(gè)期望或者說平均值，是多個(gè)不同的到達(dá)事件的一個(gè)平均，每一個(gè)具體的事件與這個(gè)平均值都會(huì)有偏離，這個(gè)偏離必然導(dǎo)致系統(tǒng)的效率降低。具體事件和期望值的偏離有時(shí)會(huì)很大，對(duì)于數(shù)量較少的公交車來說尤其如此，假如5輛公交在同一個(gè)相位經(jīng)過同一個(gè)路口，它們的發(fā)車間隔為5min，那么q=60pcu/h【每小時(shí)通過的車輛數(shù)，信號(hào)周期是1min，那么期望是一個(gè)周期內(nèi)有1輛公交會(huì)到達(dá)路口，但是一個(gè)周期內(nèi)沒有公交到達(dá)的概率P（k=0）=0.35，這個(gè)概率太大以至于不能夠忽略，如果保持相位綠燈時(shí)長不變，但是沒有車輛到達(dá)，那么將造成很大的時(shí)空浪費(fèi)。所以，針對(duì)實(shí)時(shí)的交通需求進(jìn)行優(yōu)化，比針對(duì)平均值優(yōu)化有更高的效率。

文獻(xiàn)[21]的另一個(gè)缺陷就是反應(yīng)滯后，交通需求只能通過歷史數(shù)據(jù)來估計(jì)：觀測t時(shí)刻前一段時(shí)間的交通運(yùn)行情況，然后用觀測得來的歷史數(shù)據(jù)去模擬t時(shí)刻后一段時(shí)間的交通需求，這是一個(gè)明顯的滯后。歷史數(shù)據(jù)有一定的參考價(jià)值，但是并不能夠反映當(dāng)前的實(shí)時(shí)交通需求，更直接有效的方式是直接觀測當(dāng)前的交通需求，然后進(jìn)行優(yōu)化。

要得到當(dāng)前實(shí)時(shí)的交通需求數(shù)據(jù)，車聯(lián)網(wǎng)環(huán)境當(dāng)中的通信技術(shù)能夠滿足這個(gè)需求，通過控制單元與車輛之間的信息交換，控制單元可以精確地感知到每一輛車的運(yùn)行狀態(tài)（位置、速度、加速度、目的地等），在這個(gè)基礎(chǔ)上可以準(zhǔn)確地預(yù)測甚至控制未來一小段時(shí)間內(nèi)車輛的到達(dá)情況，從而可以得到實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，并在此基礎(chǔ)之上進(jìn)行實(shí)時(shí)優(yōu)化。

但是實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集有著各方面的限制，比如說通信距離、車輛運(yùn)行的不確定性以及相互影響的復(fù)雜性，使得采集的數(shù)據(jù)局限在一段有限的時(shí)間（小于一個(gè)周期）和有限的空間內(nèi)，對(duì)于不能夠得到觀測數(shù)據(jù)的那一部分“盲區(qū)”還是需要使用歷史數(shù)據(jù)來模擬，得到一個(gè)完整周期的交通需求才能夠進(jìn)行優(yōu)化。當(dāng)然可以通過增加基礎(chǔ)設(shè)施或者別的方式獲得更大范圍、更長時(shí)間實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，但是這樣的成本很高。

采用插入相位的方法實(shí)現(xiàn)路口的公交優(yōu)先，即在四個(gè)主要的自然相位之間插入短相位，使得公交車輛可以優(yōu)先通過路口。插入相位信號(hào)設(shè)置和自然相位相同，只是綠燈時(shí)間相對(duì)較短（設(shè)為排隊(duì)的所有公交車輛通過路口的時(shí)間），1相位對(duì)應(yīng)的插入相位記作相位I1，以此類推，有相位I2、I3和I4。如圖3所示。

把相位整理成一個(gè)循環(huán)有序集合：{1，I3，2，I4，3，I1，4，I2}?？紤]到公交車輛到達(dá)的隨機(jī)性比較大，所以對(duì)于插入相位，不僅可以改變綠燈時(shí)長，也可以改變順序，當(dāng)一個(gè)插入相位綠燈時(shí)間內(nèi)沒有公交車輛到達(dá)，那么這個(gè)相位綠燈時(shí)間就可以借給別的插入相位。相位綠燈時(shí)長的優(yōu)化，以及插入相位的選擇將在2.4節(jié)中討論。

2模型實(shí)施

2.1輸入數(shù)據(jù)處理

交叉口時(shí)延分析模型是確定信號(hào)配時(shí)優(yōu)化的基礎(chǔ)，優(yōu)化其實(shí)就是在不同的配時(shí)方案中選擇人總時(shí)延最小的一個(gè)。

考慮一個(gè)真實(shí)場景，如圖4所示：當(dāng)前時(shí)刻為t0，代表決策時(shí)間，每一個(gè)自然相位結(jié)束前一段時(shí)間要作出決策，為下一個(gè)相位開始的整個(gè)周期選擇最優(yōu)化的信號(hào)配時(shí)。假設(shè)：路口控制單元可以得到足夠的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，比較精確地預(yù)測一段時(shí)間內(nèi)路口的交通需求，并且轉(zhuǎn)化為i相位開始時(shí)刻到達(dá)路口車輛數(shù)Qi和相位綠燈時(shí)間內(nèi)車輛到達(dá)率qi。在此基礎(chǔ)上來討論時(shí)延的計(jì)算，信號(hào)配時(shí)優(yōu)化的目標(biāo)就是要在周期不變的前提下，確定每個(gè)相位的綠燈時(shí)長，使得所有車輛的人總時(shí)延最小。人總時(shí)延選取一個(gè)周期來計(jì)算，如圖4所示，當(dāng)前決策點(diǎn)t0，下一個(gè)相位是I2，取到再下一個(gè)I2的這一個(gè)周期來計(jì)算人總時(shí)延，計(jì)算的對(duì)象是這一個(gè)周期內(nèi)到達(dá)路口和周期開始時(shí)刻已經(jīng)到達(dá)路口的所有車輛。下面以南北方向的直行車流（對(duì)應(yīng)相位1和I1）為例來討論時(shí)延的計(jì)算：

由于一個(gè)周期內(nèi)到達(dá)的車輛至少要一個(gè)周期，甚至更長的時(shí)間才能夠消散，先計(jì)算第一個(gè)周期，對(duì)于第一個(gè)周期1相位，開始時(shí)刻到達(dá)車輛為Q1，綠燈期間到達(dá)流率為q1，第一周期1相位通過路口的所有車輛的人總時(shí)延D11可以通過式（2）到（5）計(jì)算：

2.2車道復(fù)用規(guī)則

復(fù)用車道被兩種不同流向的車輛復(fù)用，最簡單有效的復(fù)用方式就是交替使用，控制單元把復(fù)用車道的使用權(quán)交替地分配給不同流向的車輛，并且控制車輛在合適的時(shí)刻在排隊(duì)和等待兩個(gè)狀態(tài)之間轉(zhuǎn)換。

當(dāng)前相位綠燈時(shí)間結(jié)束時(shí)刻，把復(fù)用車道的使用權(quán)分配給下一個(gè)相位的車輛，控制車輛迅速進(jìn)入復(fù)用車道排隊(duì)，經(jīng)過一個(gè)紅燈時(shí)間之后就可以通過，為了提供足夠的時(shí)間供車輛準(zhǔn)備，使用權(quán)的切換可以稍微提前一點(diǎn)，但是不能夠影響到當(dāng)前相位的通行。

考慮這樣的一種場景，如圖5：當(dāng)前自然相位3綠燈放行，通過圖3知道，當(dāng)前相位結(jié)束之后要插入一個(gè)插入相位（很大的可能就是I1，I1經(jīng)歷的紅燈時(shí)間最長，到達(dá)的車輛最多），左側(cè)復(fù)用車道，直行車輛（相位I1）在排隊(duì)，此時(shí)公交車輛V1從后方接近路口，那么對(duì)于V1的控制有兩種選擇：

兩種方案的效率因具體的環(huán)境而不同，所以把兩個(gè)方案加入候選方案集合S，然后從所有的候選方案計(jì)算人總時(shí)延，選出最優(yōu)的一個(gè)，這個(gè)將在2.3節(jié)中討論。

另外，這個(gè)決策必須在V1經(jīng)過旁邊車道的隊(duì)尾之前做出，一旦經(jīng)過隊(duì)尾，V1失去了換道的機(jī)會(huì)，只能到隊(duì)列排隊(duì)。如果V1不能夠在這個(gè)相位通過路口，滯留在復(fù)用車道，將堵塞另一個(gè)流向的車輛通過，可能因?yàn)閂1的等待而導(dǎo)致其他車輛浪費(fèi)很多的時(shí)間。

2.3相位時(shí)長優(yōu)化

考慮到幾個(gè)因素：

1）插入相位的順序可以調(diào)整（一個(gè)插入相位沒有公交車輛到達(dá)，那么把綠燈時(shí)間讓給其他的插入相位；相位插入后不能夠帶來效率的提高，則不插入）。

2）車道被分時(shí)復(fù)用，所以只能給在復(fù)用車道排隊(duì)的車流插入相應(yīng)的相位， 插入相位的長度遵循2.2節(jié)結(jié)論。

3）自然相位綠燈時(shí)長加上相應(yīng)的插入相位綠燈時(shí)長等于計(jì)算得到的周期時(shí)長，這樣可以保證周期時(shí)長最優(yōu)。

對(duì)于一個(gè)特定的信號(hào)配時(shí)方案，選定各個(gè)插入相位，各個(gè)相位的綠燈時(shí)長gi之后，計(jì)算一個(gè)信號(hào)周期內(nèi)到達(dá)路口的車輛的人總時(shí)延為：

所有的可行的信號(hào)配時(shí)方案構(gòu)成候選集合S，比較每個(gè)方案的人總時(shí)延值D，并選擇D最小的一個(gè)方案即為最優(yōu)的信號(hào)配時(shí)方案。

3仿真與分析

為了驗(yàn)證模型的正確性并且定量地評(píng)價(jià)模型的效率，采用VISSIM[22]交通仿真軟件進(jìn)行仿真，使用VISSIM提供的COM[22]接口實(shí)現(xiàn)信息的交換（包括車輛之間、車輛與控制單元之間的信息交換）、信號(hào)控制、車輛控制，按照本文提出的公交優(yōu)先分時(shí)復(fù)用模型實(shí)現(xiàn)一個(gè)實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ汀?/p>

實(shí)現(xiàn)一個(gè)傳統(tǒng)信號(hào)燈控制模型，用于比較，傳統(tǒng)模型使用固定配時(shí)的信號(hào)控制算法，快速公交獨(dú)占專用道，單個(gè)相位的長度與實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ拖喈?dāng)。

同時(shí)實(shí)現(xiàn)一個(gè)公交優(yōu)先控制的對(duì)照模型，與實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ筒煌氖菦]有對(duì)相位時(shí)長進(jìn)行優(yōu)化，只是定期（5min）利用歷史數(shù)據(jù)調(diào)整周期時(shí)長和各個(gè)相位的綠燈時(shí)長，然后保持這個(gè)信號(hào)控制方案5min不變。

實(shí)驗(yàn)參數(shù)設(shè)計(jì)如下：路網(wǎng)選擇單個(gè)十字路口；設(shè)置兩條快速公交，東西方向、南北方向各一條，發(fā)車間隔5min；普通公交20條，分配均勻，直行、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)比例為2∶1∶1，發(fā)車間隔也為5min，平均載客數(shù)為50人/車；社會(huì)車輛直行、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)比例也設(shè)置為2∶1∶1，平均載客數(shù)為3人/車；在不同的到達(dá)率下重復(fù)實(shí)驗(yàn)，到達(dá)率設(shè)置為200*n（n取正整數(shù)0

對(duì)比實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ团c傳統(tǒng)模型，如圖6，在交通需求相對(duì)較小的情況下，實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ退熊囕v的時(shí)延都明顯低于傳統(tǒng)模型，說明實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ筒粌H降低了公交車輛的時(shí)延，也降低了社會(huì)車輛的平均時(shí)延。

當(dāng)交通需求較高時(shí)，實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ蜕鐣?huì)車輛的平均時(shí)延有一定的增加，但不是很大，這說明模型在不對(duì)社會(huì)車輛造成太大干擾的情況下降低了公交車輛的時(shí)延，提高了公交的運(yùn)行效率；而且在交通需求較高的情況下，社會(huì)車輛時(shí)延快速升高，但公交車輛時(shí)延仍然很低，說明實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ驮谳^惡劣的交通環(huán)境下仍能保證公交車輛優(yōu)先通行，這對(duì)于改善城市在高峰期的出行難問題有很大的現(xiàn)實(shí)意義。

對(duì)比實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ秃蛡鹘y(tǒng)模型的人均時(shí)延，如圖7，可以發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ徒档土?1%。在交通需求較高，接近飽和時(shí)，兩種模型的車均時(shí)延相差不大，因?yàn)槁房诮咏陲柡瓦\(yùn)行，單位時(shí)間離開路口的數(shù)量是一定的，區(qū)別只在于車輛離開的順序不一樣，對(duì)于實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ停卉囕v獲得優(yōu)先權(quán)優(yōu)先離開路口，而公交車輛載客較多，所以人均時(shí)延較小，但是切換相位浪費(fèi)了黃燈時(shí)間，所以車均時(shí)延略高。所以，實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ褪菭奚松鐣?huì)車輛的效率，提高了公交車輛的效率，很好地體現(xiàn)了公交優(yōu)先的原則。

對(duì)比實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ秃蛯?duì)照模型，如圖8，可以看出實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷钠骄鶗r(shí)延總是要比對(duì)照模型小，人均時(shí)延降低了10.7%，這充分反映了實(shí)時(shí)優(yōu)化的效果，因?yàn)閷?shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ褪窃趯?duì)照模型的基礎(chǔ)上作了實(shí)時(shí)優(yōu)化，根據(jù)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)調(diào)整相位綠燈時(shí)長，使信號(hào)配時(shí)滿足當(dāng)前的交通需求。

以上實(shí)驗(yàn)使用了理想的通信模型，假設(shè)信息發(fā)送之后，零時(shí)延完全到達(dá)接收方，為了研究模型在真實(shí)車聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下的表現(xiàn)，本文采用交通仿真器VISSIM和網(wǎng)絡(luò)仿真器NS3（Network Simulator 3）雙向連接的方法[23]構(gòu)造車輛網(wǎng)仿真環(huán)境，使用網(wǎng)絡(luò)仿真器NS3代替了理想化的通信模型，真實(shí)地模擬車聯(lián)網(wǎng)的通信環(huán)境；并且對(duì)通信協(xié)議進(jìn)行優(yōu)化，盡量減少消息的發(fā)送，降低通信量。在此基礎(chǔ)上進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)得到結(jié)果如圖9：在車輛較少的情況下，通信時(shí)延、丟包帶來的影響基本上可以忽略不計(jì)，曲線基本重合；隨著車輛的增多，通信環(huán)境變得惡劣，通信時(shí)延增加，丟包率增加，直接導(dǎo)致車輛通過路口的時(shí)延也開始出現(xiàn)略微的增加。

分析可知，即使是在車輛很多的情況下，必要的通信量仍然可以減少到很小的程度，所以對(duì)通信協(xié)議進(jìn)行優(yōu)化可以降低通信時(shí)延、丟包對(duì)系統(tǒng)性能帶來的負(fù)面影響。

4結(jié)語

本文在車聯(lián)網(wǎng)的背景下，按照公交優(yōu)先的原則，提出了自適應(yīng)的公交優(yōu)先控制模型。使用時(shí)分復(fù)用的方法虛擬出了一條公交專用道，使用插入相位的方法實(shí)現(xiàn)時(shí)間優(yōu)先，并且通過仿真驗(yàn)證了模型的可行性和效率。本文的工作是公交優(yōu)先和車輛網(wǎng)結(jié)合的一個(gè)嘗試，沒有考慮車輛網(wǎng)底層物理環(huán)境的細(xì)節(jié)，需要在接下來的工作中進(jìn)一步完善。

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