范永強(qiáng)

(北京市公安局公安交通管理局，北京 100037 )

2006-12-18北京市交通委、發(fā)改委、規(guī)劃委、財(cái)政局、公安局聯(lián)合制定了《關(guān)于優(yōu)先發(fā)展公共交通的意見(jiàn)》。北京市作為交通運(yùn)輸部批準(zhǔn)的國(guó)家公交都市建設(shè)示范城市，采取一系列公共交通優(yōu)先發(fā)展措施。從交通信號(hào)控制層面，北京市交管局自2009年開始先后建設(shè)三期公交信號(hào)優(yōu)先系統(tǒng)工程，公交優(yōu)先信號(hào)控制系統(tǒng)現(xiàn)有控制點(diǎn)共計(jì)354處，主要分布在中關(guān)村大街、阜外大街等17條主干道，線路總長(zhǎng)度168.8 km，涉及公交線路100余條，公交車輛約3 000輛。

在上述公交信號(hào)優(yōu)先控制點(diǎn)位中，北京市二環(huán)及周邊范圍的控制點(diǎn)位均接入核心區(qū)的SCOOT(Split Cycle Offset Optimizing Technique)信號(hào)控制系統(tǒng)，其優(yōu)先控制策略由SCOOT系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)施。

1 公交信號(hào)優(yōu)先模式分類

公交信號(hào)優(yōu)先按照優(yōu)先對(duì)象不同可以分為道路優(yōu)先和信號(hào)優(yōu)先。

道路優(yōu)先又分為公交信號(hào)優(yōu)先道和公交專用道。公交信號(hào)優(yōu)先道是指公交車輛在一定的時(shí)間內(nèi)享有道路的優(yōu)先使用權(quán)，而其他情況下不具備優(yōu)先的權(quán)力，與其他道路僅是交通標(biāo)志的區(qū)別，不具備物理隔離的手段；公交專用道是指公交車輛始終獨(dú)自享有道路的使用權(quán)，通常與其他車道采用物理隔離方式，并在法規(guī)上進(jìn)行嚴(yán)格的規(guī)定，確保公交車輛的獨(dú)享權(quán)力。

信號(hào)優(yōu)先是通過(guò)對(duì)交叉口交通信號(hào)控制策略的優(yōu)化，對(duì)公交車輛進(jìn)行傾斜性的信號(hào)分配，提高公交車輛在交叉口的通行效率，確保公交車輛的優(yōu)先通行權(quán)。信號(hào)優(yōu)先分為系統(tǒng)優(yōu)先控制和本地優(yōu)先控制兩種模式。

系統(tǒng)優(yōu)先控制模式下的公交信號(hào)優(yōu)先是指控制范圍內(nèi)的路口在運(yùn)行中心計(jì)算機(jī)系統(tǒng)控制模式的基礎(chǔ)上，系統(tǒng)接收公交信號(hào)優(yōu)先請(qǐng)求信息，根據(jù)系統(tǒng)的綜合信息數(shù)據(jù)進(jìn)行配時(shí)優(yōu)化運(yùn)算，向路口信號(hào)機(jī)發(fā)送控制命令或執(zhí)行方案。本地優(yōu)先控制模式是指路口信號(hào)機(jī)不與系統(tǒng)相連，在接收到公交信號(hào)優(yōu)先請(qǐng)求信息后，根據(jù)自身的優(yōu)先程序執(zhí)行優(yōu)先控制，稱為本地公交信號(hào)優(yōu)先控制模式。

公交信號(hào)優(yōu)先按照控制策略可分為實(shí)時(shí)優(yōu)先策略、主動(dòng)優(yōu)先策略和被動(dòng)優(yōu)先策略。

Bertini R L[1]對(duì)上述三種優(yōu)先策略進(jìn)行了界定。實(shí)時(shí)優(yōu)化策略是基于實(shí)時(shí)檢測(cè)數(shù)據(jù)提供信號(hào)優(yōu)先的同時(shí)，以某一指標(biāo)為目標(biāo)優(yōu)化方案；主動(dòng)優(yōu)先策略為檢測(cè)到的特定車輛提供優(yōu)先，包括相位延長(zhǎng)、提前激活相位、公交車輛專用相位等多種方法；被動(dòng)優(yōu)先策略是針對(duì)離線方案進(jìn)行優(yōu)化，不考慮交叉口是否有公交車輛到達(dá)，同時(shí)不需要車輛檢測(cè)/優(yōu)先申請(qǐng)生成系統(tǒng)。

在實(shí)時(shí)優(yōu)先控制方面，F(xiàn)urth P G[2]研究了公交車輛在交叉口的有條件優(yōu)先方法，并在荷蘭進(jìn)行應(yīng)用實(shí)施，結(jié)果顯示，在絕對(duì)優(yōu)先條件下社會(huì)車輛延誤成倍增長(zhǎng)，但在有條件優(yōu)先下卻沒(méi)有明顯變化；LIU Hong-chao[3]將動(dòng)態(tài)交通信號(hào)優(yōu)化算法應(yīng)用于公交信號(hào)優(yōu)先，實(shí)時(shí)檢測(cè)公交車輛在路口的到達(dá)時(shí)間和駛離時(shí)間，不再為一個(gè)常量，而是與時(shí)間相關(guān)的變量，公交信號(hào)優(yōu)先請(qǐng)求根據(jù)實(shí)際交通流條件賦予適當(dāng)權(quán)值。張鵬[4]以哈爾濱市紅旗大街-東直路交叉口為研究對(duì)象，研究單點(diǎn)交叉口實(shí)施公交優(yōu)先的控制方案，詳細(xì)描述配時(shí)方法，提高公交車輛的通行效率。竇慧麗[5]研究了考慮車輛所承載的乘客數(shù)量最大優(yōu)化目標(biāo)的單點(diǎn)交叉口實(shí)施公交優(yōu)先的控制策略，建立車道信號(hào)協(xié)同配置模型，并通過(guò)MATLAB軟件對(duì)模型進(jìn)行仿真分析，結(jié)果表明所建模型可以提高車輛通行能力。徐行軍[6]在分析城市交通擁堵原因的基礎(chǔ)上研究了公交優(yōu)先實(shí)施相關(guān)技術(shù)，提出公交優(yōu)先規(guī)劃和信號(hào)控制的相關(guān)技術(shù)方案。初彥龍[7]以SCOOT系統(tǒng)為依托，研究實(shí)施公交優(yōu)先的原理和公交優(yōu)先后的信號(hào)控制恢復(fù)策略。陳智[8]同樣以北京市SCOOT控制范圍內(nèi)的路口為例，描述了UTC-SCOOT系統(tǒng)實(shí)施公交優(yōu)先相關(guān)的技術(shù)方案。Francisco[9]以SCOOT系統(tǒng)在巴西的應(yīng)用情況為對(duì)象，研究公交優(yōu)先的實(shí)時(shí)自適應(yīng)控制策略，針對(duì)中高流量時(shí)段的交通狀態(tài)進(jìn)行公交優(yōu)先控制，并以車輛延誤時(shí)間和停車次數(shù)為指標(biāo)對(duì)信號(hào)控制進(jìn)行評(píng)價(jià)。崔笑川[10]以交叉口人均延誤最小為目標(biāo),考慮公交專用道影響因素,利用延誤偏差優(yōu)度指數(shù)建立信號(hào)配時(shí)優(yōu)化模型，對(duì)所建模型進(jìn)行求解，并提出固定配時(shí)的公交優(yōu)先控制方案。鄧瑞萍[11]以交叉口所有人總延誤最小為目標(biāo)，引入效益指數(shù)PI，以信號(hào)交叉口優(yōu)先相位獲得的效益與非優(yōu)先相位損失效益的差值來(lái)衡量整體效益，使得每一次采取的公交優(yōu)先策略都能提高信號(hào)交叉口的整體效益。高歌[12]從BRT實(shí)施層面研究BRT系統(tǒng)控制策略和公交優(yōu)先信號(hào)控制的實(shí)現(xiàn)。

從公交優(yōu)先發(fā)展和規(guī)劃方面，徐華兵[13]從公交優(yōu)先發(fā)展的一系列制度和運(yùn)營(yíng)方面闡述公交優(yōu)先當(dāng)前發(fā)展存在的瓶頸，并提出相關(guān)的解決措施。陳團(tuán)寧[14]分析城市公共交通優(yōu)先中存在的問(wèn)題并提出一些改善措施和建議。冉偉[15]分析國(guó)內(nèi)城市存在交通擁堵的原因，并提出發(fā)展公共交通和公交優(yōu)先的策略方案。徐以群[16]從政策、法規(guī)和體制等層面以杭州市為例闡述優(yōu)先發(fā)展城市公共交通的措施。

2 公交信號(hào)優(yōu)先實(shí)施技術(shù)方案

2.1 無(wú)源車輛檢測(cè)

無(wú)源車輛檢測(cè)技術(shù)將公交車輛登記注冊(cè)信息進(jìn)行加密，生成電子標(biāo)識(shí)個(gè)性信息，信息寫入電子標(biāo)識(shí)，同時(shí)將電子標(biāo)識(shí)的序列號(hào)信息通過(guò)訪問(wèn)接口上傳至后臺(tái)數(shù)據(jù)平臺(tái)。無(wú)源車輛檢測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。在路口龍門架或者立桿上安裝主機(jī)，即電子標(biāo)識(shí)讀卡器設(shè)備，讀卡器設(shè)備讀取范圍約100～150 m，當(dāng)讀卡器讀取到公交車輛電子標(biāo)識(shí)信息后，將信息傳輸至路口交通信號(hào)機(jī)，由交通信號(hào)機(jī)傳輸至SCOOT系統(tǒng)，同時(shí)將車輛信息及請(qǐng)求信息等數(shù)據(jù)傳輸至公交優(yōu)先系統(tǒng)平臺(tái)。公交優(yōu)先系統(tǒng)和SCOOT系統(tǒng)控制原理如圖2所示。

圖1 無(wú)源車輛檢測(cè)系統(tǒng)示意圖

圖2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

2.2 基于SCOOT系統(tǒng)的公交信號(hào)優(yōu)先實(shí)施方案2.2.1 系統(tǒng)原理及結(jié)構(gòu)

根據(jù)系統(tǒng)對(duì)公交信號(hào)優(yōu)先系統(tǒng)的功能需求，設(shè)計(jì)公交信號(hào)優(yōu)先系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 SCOOT系統(tǒng)公交信號(hào)優(yōu)先原理

由于SCOOT控制的T系列信號(hào)機(jī)具體的配時(shí)方案均有中心系統(tǒng)來(lái)計(jì)算，中心系統(tǒng)把配時(shí)方案下發(fā)至信號(hào)機(jī)，信號(hào)機(jī)只是執(zhí)行中心系統(tǒng)的命令。所以由T系列信號(hào)機(jī)控制的路口采取公交信號(hào)優(yōu)先時(shí)，公交信號(hào)優(yōu)先方案也是由中心SCOOT系統(tǒng)來(lái)計(jì)算并下發(fā)給下端信號(hào)機(jī)執(zhí)行的。信號(hào)機(jī)只是接受公交檢測(cè)信息并實(shí)時(shí)傳輸至中心系統(tǒng)。

2.2.2 技術(shù)實(shí)現(xiàn)方案

除了交通調(diào)查、交通控制設(shè)計(jì)等基本交通工程設(shè)計(jì)以外，要配置一系列的技術(shù)參數(shù)。

2.2.2.1 下端信號(hào)機(jī)配置設(shè)計(jì)

1)SCOOT系統(tǒng)控制范圍內(nèi)的信號(hào)機(jī)均為西門子ST800和MCU-6型號(hào)，此處以ST800信號(hào)機(jī)為例說(shuō)明下端信號(hào)機(jī)配置所需設(shè)置參數(shù)的內(nèi)容及方法。

在下端信號(hào)機(jī)中接入公交信號(hào)優(yōu)先檢測(cè)器，并在相應(yīng)的I/O口中配置公交信號(hào)優(yōu)先檢測(cè)器傳輸信號(hào)BD位，每個(gè)路口最多可以接入4個(gè)公交信號(hào)優(yōu)先信號(hào)。由于每臺(tái)信號(hào)機(jī)設(shè)備提供了16路輸入端口，且實(shí)際控制中接入了非公交車輛檢測(cè)器，為避免同道路非公交車輛檢測(cè)器的輸入混淆，公交優(yōu)先檢測(cè)器定義在最后位置的端口上，通常每個(gè)方向定義1位，在15、16端口位置定義BP1和BP2檢測(cè)器輸入。

2)使用特殊條件語(yǔ)句實(shí)現(xiàn)公交信號(hào)優(yōu)先傳輸信號(hào)和控制/返回字之間的賦值關(guān)系。

NOT(BP1)=BD1，

NOT(BP2)=BD2.

由于ST800采用的是負(fù)邏輯，所以賦值語(yǔ)句要用NOT語(yǔ)句進(jìn)行轉(zhuǎn)換。

3)在控制/返回字中添加相應(yīng)的公交信號(hào)優(yōu)先檢測(cè)信號(hào)回傳信息。

在公交優(yōu)先信號(hào)控制時(shí)，為了方便直觀地觀測(cè)公交車輛的需求信息，在信號(hào)機(jī)配置中進(jìn)行BD1和BD2兩個(gè)參數(shù)的定義，通常定義在UTC控制和回復(fù)數(shù)據(jù)格式中回復(fù)字的最后兩位。

2.2.2.2 中心數(shù)據(jù)庫(kù)配置

1)在中心系統(tǒng)中根據(jù)檢測(cè)器數(shù)量，新增一種路口("J")返回字格式，定義BD1-BD4位，并指定相關(guān)路口采用該格式的控制返回字格式。

在實(shí)施公交優(yōu)先的路口數(shù)據(jù)庫(kù)中設(shè)置帶BD位的回傳字格式后，路口的DIPM監(jiān)視界面上會(huì)明確顯示BD位回傳內(nèi)容，回傳內(nèi)容為“1”時(shí)表示該回傳位有公交車輛優(yōu)先需求，回傳內(nèi)容為“0”時(shí)表示無(wú)公交車輛優(yōu)先需求。

2)在SCOOT數(shù)據(jù)庫(kù)中，Link層上建立實(shí)施公交信號(hào)優(yōu)先方向的對(duì)應(yīng)檢測(cè)器信息。

在實(shí)施公交優(yōu)先的路口SCOOT數(shù)據(jù)中的“SCOOT LINK DATA”界面中需要進(jìn)行相關(guān)的公交車輛檢測(cè)器配置，包括“BUS Equipment SCN”和“BUS Detector Number”,分別表示該LINK所對(duì)應(yīng)的路口編號(hào)和公交車輛檢測(cè)器數(shù)量。

在上下端分別實(shí)施上述項(xiàng)目后，在中心既可觀測(cè)到公交信號(hào)優(yōu)先檢測(cè)信號(hào)信息。如果想利用這些信息達(dá)到公交信號(hào)優(yōu)先控制的目的，還需要進(jìn)行一些控制參數(shù)的調(diào)試。

2.2.2.3 系統(tǒng)參數(shù)調(diào)試

控制參數(shù)的配置包括BERL、BJNY、 BPAN、BESn、BSEL、BPFL、BOFF等。

這些系統(tǒng)參數(shù)限定了公交信號(hào)優(yōu)先的實(shí)施方式、旅行時(shí)間、優(yōu)先條件、優(yōu)先后補(bǔ)償?shù)取?/p>

具體參數(shù)配置如表1所示。

表1 系統(tǒng)參數(shù)配置表

當(dāng)對(duì)公交車輛實(shí)施信號(hào)優(yōu)先后，通常在優(yōu)先后的下一個(gè)周期系統(tǒng)會(huì)采取信號(hào)補(bǔ)償，補(bǔ)償措施分為階段擴(kuò)展和階段重入兩種方式后的補(bǔ)償模式，其補(bǔ)償配置參數(shù)如表2所示。

表2 公交優(yōu)先后的補(bǔ)償參數(shù)配置表

除此之外，還要在路口進(jìn)行STOC、JNYT、QCMQ、SLAG和ELAG等系統(tǒng)參數(shù)校驗(yàn)、調(diào)試。

3 應(yīng)用實(shí)例

基于無(wú)源檢測(cè)模式的公交優(yōu)先技術(shù)已經(jīng)在阜外大街進(jìn)行實(shí)施，涉及12處路口，其中5處路口在SCOOT系統(tǒng)控制范圍內(nèi)，通過(guò)SCOOT系統(tǒng)和公交優(yōu)先系統(tǒng)平臺(tái)的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)對(duì)公交優(yōu)先實(shí)施前后進(jìn)行對(duì)比分析。

SCOOT系統(tǒng)對(duì)公交信號(hào)優(yōu)先數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)有3種數(shù)據(jù)，分別為B11、B24 和B27。其中B11信息提示公交信號(hào)優(yōu)先開始，并說(shuō)明優(yōu)先方式。B24信息提示在某種優(yōu)先方式下的優(yōu)先階段，包括SCOOT階段和UTC階段。B27信息提示公交信號(hào)優(yōu)先結(jié)束、優(yōu)先時(shí)間、優(yōu)先方式。

系統(tǒng)響應(yīng)數(shù)據(jù)以系統(tǒng)消息的方式顯示公交信號(hào)優(yōu)先響應(yīng)信息，如：

Mess B01 N*

Type: Node

Category: Detail

Description: Bus priority overriding SCOOT

Parameters: Override Override (=no, 1=yes)

Choice UTC stages (bit pattern：0=extension, >0=recall)

當(dāng)路口根據(jù)系統(tǒng)判斷進(jìn)入公交優(yōu)先控制模式時(shí)，系統(tǒng)DIPM監(jiān)視界面會(huì)顯示“SCOOT Bus Override”和“BUS ACTIVE=1”標(biāo)志，意味著該路口當(dāng)前正在進(jìn)行公交優(yōu)先控制。

根據(jù)公交優(yōu)先系統(tǒng)平臺(tái)軟件所統(tǒng)計(jì)的實(shí)施公交優(yōu)先前后公交車輛行程時(shí)間的對(duì)比分析，描述公交優(yōu)先實(shí)施后的效果。公交優(yōu)先實(shí)施前后阜外大街5個(gè)路口及路段公交車輛的行程時(shí)間統(tǒng)計(jì)如表3所示，前后效果對(duì)比數(shù)據(jù)如圖4、圖5所示。

表3 公交車輛的行程時(shí)間統(tǒng)計(jì)表 s

圖4 早晚高峰時(shí)段平均行程時(shí)間對(duì)比圖

圖5 平峰時(shí)段平均行程時(shí)間對(duì)比圖

從表1和圖4、圖5對(duì)比可知，阜外大街路段實(shí)施公交優(yōu)先后，無(wú)論是早晚高峰時(shí)段還是平峰時(shí)段，公交車輛的行程時(shí)間均出現(xiàn)一定程度的減少。早晚高峰時(shí)段的平均行程時(shí)間由實(shí)施前的210 s降低到186 s，減少23 s，較公交優(yōu)先實(shí)施前行程時(shí)間節(jié)省10.9%；平峰時(shí)段的平均行程時(shí)間由實(shí)施前的184 s降低到151 s，減少33 s，較公交優(yōu)先實(shí)施前行程時(shí)間節(jié)省17.9%。

4 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)無(wú)源車輛檢測(cè)技術(shù)可準(zhǔn)確地檢測(cè)到公交車輛信息，并且通過(guò)讀卡器處理模塊能把相關(guān)的車輛信息和請(qǐng)求信息傳輸至公交優(yōu)先系統(tǒng)平臺(tái)，同時(shí)優(yōu)先請(qǐng)求信息通過(guò)信號(hào)機(jī)將相關(guān)數(shù)據(jù)傳輸至SCOOT系統(tǒng)，SCOOT系統(tǒng)根據(jù)當(dāng)前交通信號(hào)控制狀態(tài)進(jìn)行優(yōu)化處理，將優(yōu)化后的控制方案下發(fā)至交通信號(hào)機(jī)進(jìn)行信號(hào)控制，同時(shí)將相關(guān)的優(yōu)化數(shù)據(jù)通過(guò)系統(tǒng)接口傳輸至公交優(yōu)先系統(tǒng)平臺(tái)。

通過(guò)實(shí)例分析不難看出，基于無(wú)源車輛檢測(cè)技術(shù)的SCOOT系統(tǒng)公交優(yōu)先控制可有效對(duì)估計(jì)車輛實(shí)施優(yōu)先，通過(guò)數(shù)據(jù)分析表明，公交優(yōu)先實(shí)施后的公交車輛的路段行程時(shí)間明顯減少，降幅達(dá)10%～20%。公交優(yōu)先的有效實(shí)施可改善公眾出行方式，有效減緩交通擁堵。