陳 偉

(重慶市市政設(shè)計研究院有限公司，重慶 400020)

一、引言

智能車路協(xié)同系統(tǒng)是采用先進(jìn)的無線通信和新一代互聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)，全方位實施車車、車路動態(tài)實時信息交互，并在全時空動態(tài)交通信息采集與融合的基礎(chǔ)上開展車輛主動安全控制和道路協(xié)同管理，充分實現(xiàn)人、車、路的有效協(xié)同，保證交通安全，提高通行效率，從而形成安全、高效和環(huán)保的道路交通系統(tǒng)[1]。

為深入貫徹落實科學(xué)發(fā)展觀，加快轉(zhuǎn)變城市交通發(fā)展方式，突出城市公共交通的便捷性，將公共交通發(fā)展放在城市交通發(fā)展的首要位置，著力提升城市公共交通服務(wù)水平。2012年國務(wù)院辦公廳發(fā)布的《國務(wù)院關(guān)于城市優(yōu)先發(fā)展公共交通的指導(dǎo)意見》(國發(fā)〔2012〕64號)中指出，要提升公共交通設(shè)施和裝備水平，提高公共交通的便利性和舒適性，切實保障公共交通路權(quán)優(yōu)先[2]。

落實公共交通優(yōu)先發(fā)展政策絕不僅是簡單開通一條“公交專用道”能解決的問題。隨著社會的不斷發(fā)展，結(jié)合未來交通的發(fā)展趨勢，如何保障公共交通路權(quán)優(yōu)先將面臨許多挑戰(zhàn)。本文擬基于智能車路協(xié)同系統(tǒng)，論述如何建設(shè)適應(yīng)未來交通發(fā)展的智能化公交專用道系統(tǒng)。

二、 公交專用道交通管理設(shè)施現(xiàn)狀

在國內(nèi)，許多城市都發(fā)布了“公交優(yōu)先”的相關(guān)政策和通知，即通過保障公共交通路權(quán)優(yōu)先，大力發(fā)展公共交通，提高公共交通的服務(wù)水平及出行效率，以此吸引市民選擇公共交通出行，進(jìn)而提高公共交通出行方式的分擔(dān)率，間接減少私家車出行，從而構(gòu)建和諧的人、車、路的交通環(huán)境。

近幾年，不少城市施劃公交專用道，并配套采用一些交通管理設(shè)施，如隔離護(hù)欄、公交專用信號燈相位等。然而在現(xiàn)狀公交專用道運營中，長期存在私家車占用公交專用道的現(xiàn)象，導(dǎo)致公交專用道無法發(fā)揮應(yīng)有的作用。

為充分發(fā)揮公交專用道的建設(shè)成效，進(jìn)一步優(yōu)化現(xiàn)有公交專用道，使之更加系統(tǒng)化、連續(xù)化，切實保障公交路權(quán)優(yōu)先，相關(guān)管理部門非常重視公交專用道的違章檢測、信息發(fā)布、信號優(yōu)先等系統(tǒng)建設(shè)，但現(xiàn)狀公交專用道信息化建設(shè)與實際需求仍然存在較大差距。

(一)違章檢測方面

違章檢測設(shè)備的主要功能是自動檢測、抓拍占用公交專用道的違章社會車輛。目前，部分公交專用道路段電子警察檢測設(shè)備覆蓋率較低，主要安裝在路口及公交專用道起點位置，導(dǎo)致社會車輛經(jīng)常躲避電子警察后見空就鉆、隨意變道，不僅影響公交車輛的正常行駛，還存在極大的安全隱患。

(二)信號控制方面

現(xiàn)狀許多公交專用道路段信號燈都是采用單點配時，沒有干線綠波設(shè)計。針對部分信號控制機(jī)配時調(diào)整需要現(xiàn)場手動操作，大部分路口紅綠燈只能按照預(yù)先方案設(shè)定“機(jī)械運動”，無法根據(jù)流量變化進(jìn)行自適應(yīng)控制，更無法針對不同種類車輛的到達(dá)動態(tài)調(diào)整，為公共汽車及救護(hù)車等特種車輛提供信號優(yōu)先。

(三)信息發(fā)布方面

目前，部分城市仍然采用的是分時段使用公交專用道，并非全時段禁止社會車輛通行公交專用道。由于部分公交專用道路段缺乏動態(tài)信息發(fā)布設(shè)施，使得外地駕駛員不能有效了解公交專用道是否開啟，以及交通事故、臨時疏導(dǎo)等動態(tài)信息，間接增加公交專用道宣傳、糾違、應(yīng)急疏導(dǎo)的難度。

三、車路協(xié)同在公交專用道上的應(yīng)用經(jīng)驗借鑒

(一)廣東深圳[3]

2019年10月28日，全國首次批量應(yīng)用車路協(xié)同技術(shù)實施公交優(yōu)先的案例在深圳落地?！皣H會展中心快速智慧公交接駁工程·車路協(xié)同適時 Smart BRT”項目作為國內(nèi)首條批量應(yīng)用 LTE-V2X 車路協(xié)同技術(shù)，實現(xiàn)智慧公交通行控制的示范道路。

項目采用LTE-V2X車路協(xié)同通信新技術(shù)、新策略，當(dāng)公交車到達(dá)信號燈路口遇到紅燈時，紅色信號燈時間會縮短；當(dāng)感應(yīng)到公交車在較短時間可抵達(dá)路口時，綠燈時間也會適度延長，以此來保證智慧公交優(yōu)先通過。

項目全長7公里，設(shè)計時速是 40千米/時，保障15～20分鐘到達(dá)國際會展中心，途經(jīng)11個十字交叉紅綠燈。設(shè)計過程中充分考慮周邊社區(qū)居民的過街需求，避免智慧公交系統(tǒng)對居民造成太大的干擾。結(jié)合居民的出行環(huán)境，設(shè)置4個過街島，供行人過馬路，并在相應(yīng)地方設(shè)計紅外線感應(yīng)的紅綠燈。

項目形成以車、路、人三位一體的智慧網(wǎng)聯(lián)應(yīng)用場景。充分挖掘道路時空資源，構(gòu)建智慧公交平臺系統(tǒng)，通過路側(cè)道路前端交通采集設(shè)備，利用OBU，通過4G專網(wǎng)，將交通信息實時傳輸給后臺，平臺處理信息后，將獲取的公交調(diào)度、道路擁堵、道路突發(fā)狀況報警等信息反饋給車載智能終端顯示屏。實時提醒駕駛?cè)藛T，有效提高車輛的通行效率，并高效保障車輛及司乘人員的出行安全。

該項目通過車路協(xié)同技術(shù)，會展期間實現(xiàn)了公交專用道高峰路權(quán)專用、15分鐘可達(dá)、無縫銜接的一站式高品質(zhì)接駁，實現(xiàn)點對點服務(wù)，高效接駁地鐵客流，有效疏解會展高峰客流壓力。專用公交線路利用V2X車載高精度車路協(xié)同OBU，可以與道路路側(cè)RSU實現(xiàn)實時通信，路側(cè)車路協(xié)同設(shè)備可以實時感知專用公交車的車輛速度、位置、駕駛狀態(tài)等數(shù)據(jù)，并與交通信號控制紅綠燈實時聯(lián)動，最終實現(xiàn)真正意義上的公交優(yōu)先通行。

(二)湖南長沙[4]

長沙智能網(wǎng)聯(lián)汽車開放測試道路包括全國首條開放道路智慧公交示范線、100公里智慧高速和100平方公里城市開放道路，率先部署了車路協(xié)同基礎(chǔ)設(shè)施，并實現(xiàn)國內(nèi)首批自動駕駛出租車載客運行和首批自動駕駛環(huán)衛(wèi)車輛公開道路運行。

2020年7月，福特汽車(中國)有限公司在長沙智能網(wǎng)聯(lián)汽車開放測試道路測試車路協(xié)同功能，湘江智能為測試提供長沙市區(qū)的道路智能基礎(chǔ)設(shè)施和區(qū)域智慧交通云控平臺，由此實現(xiàn)“車(車輛終端)—路(基礎(chǔ)設(shè)施)—云(云控平臺)”的實時雙向通信。

配備了C-V2X的福特車輛在長沙智能網(wǎng)聯(lián)汽車開放測試道路測試車路協(xié)同功能，車路協(xié)同功能將與福特“SYNC+”智行信息娛樂系統(tǒng)的智慧導(dǎo)航功能深度集成，以圖像和聲音的形式提示車主前方的紅綠燈狀態(tài)和倒數(shù)計時、限速和危險路段、臨時施工等信息。此外，車路協(xié)同功能還可結(jié)合算法、紅綠燈信息和其他道路基礎(chǔ)設(shè)施信息，給車主提供最優(yōu)行駛速度建議，可直接通過路口，減少等待紅燈時間；依據(jù)前方紅綠燈的狀態(tài)和剩余時間，結(jié)合自身車速、位置等信息作出判斷，在車機(jī)屏幕推送紅燈預(yù)警信息，避免闖紅燈風(fēng)險。

四、智能化公交專用道系統(tǒng)建設(shè)

未來城市將朝著高度智慧化的方向發(fā)展，強(qiáng)調(diào)利用未來科技推動城市治理服務(wù)轉(zhuǎn)型，實現(xiàn)城市高效能、包容性和可持續(xù)發(fā)展，打造四個城市(4C)，即全息感知城市(Perception City)、在線推演城市(Deduction City)、閉環(huán)管控城市(Managing City)和全程服務(wù)城市(Serving City)，建設(shè)成為一個可感知、可運營、可管控、可服務(wù)的城市[5]。

目前，新基建領(lǐng)域互聯(lián)網(wǎng)、汽車、設(shè)計與建設(shè)等企業(yè)，從無人駕駛、車路協(xié)同、智慧城市等多個角度布局，不斷提升基礎(chǔ)設(shè)施的感知能力、信息分析能力、全面服務(wù)能力。智能化公交專用道的建設(shè)將是未來實現(xiàn)公共交通優(yōu)先發(fā)展戰(zhàn)略的一個重要影響因素，也是未來公共交通發(fā)展的一個必然趨勢。

(一)智能公交專用道管理平臺

目前城市飛速發(fā)展，交通擁堵問題日益嚴(yán)重，為有效緩解城市交通擁堵，需要大力發(fā)展公共交通，實現(xiàn)公交優(yōu)先。在此背景下，公交專用道應(yīng)運而生。但如何高效管理公交專用道，提高運營服務(wù)水平卻是相關(guān)單位的一大難題。通過建設(shè)智能公交專用道管理平臺，可以極大地提高公交運行效率及其服務(wù)水平。通過實時采集、傳輸和分析數(shù)據(jù)，相關(guān)單位可以實時了解道路擁堵狀況、各個時段的客流情況，以及各個路段公交專用道的監(jiān)控情況等信息，后臺分析和整合前端采集系統(tǒng)傳輸回來的數(shù)據(jù)后，反饋給執(zhí)法部門、車載顯示屏、智能公交站臺等設(shè)施，為后期相關(guān)部門執(zhí)法和運營企業(yè)合理調(diào)度公交線路，以及市民實時了解公交線路運行信息等情況奠定理論基礎(chǔ)。

智能公交專用道管理平臺包括電子警察監(jiān)控系統(tǒng)、信號優(yōu)先控制系統(tǒng)、信息發(fā)布系統(tǒng)和智能公交站臺管理系統(tǒng)4個子系統(tǒng)。電子警察監(jiān)控系統(tǒng)為用戶提供一個客觀觀測公交專用道的使用情況，是否存在違規(guī)占用現(xiàn)象，為后續(xù)相關(guān)部門執(zhí)法提供依據(jù)；信號優(yōu)先控制系統(tǒng)是通過前端采集系統(tǒng)對公交車位置的采集反饋，到達(dá)路口時利用路口綠燈時間延長、紅燈時間縮短等手段實現(xiàn)公交優(yōu)先的一種輔助系統(tǒng)；信息發(fā)布系統(tǒng)是為道路交通參與者實時提供相關(guān)信息，為營造安全、便捷的交通環(huán)境奠定基礎(chǔ)；智能公交站臺管理系統(tǒng)是讓用戶實時了解站臺客流情況，為出行者提供全方面準(zhǔn)確的信息和便捷服務(wù)。

(二) 電子警察監(jiān)控系統(tǒng)

1.系統(tǒng)概述

隨著技術(shù)的發(fā)展，高清電子警察技術(shù)已趨于成熟，可以將車輛視頻檢測、違章判斷、圖片抓拍、車牌識別、數(shù)據(jù)存儲、在線存儲等功能集成于一體化抓拍單元中，提升了整個系統(tǒng)的集成度，提高系統(tǒng)使用的穩(wěn)定性及性價比。因此，多個城市將其應(yīng)用在公交專用道的建設(shè)中，并取得了積極的效果。公交專用道電子警察監(jiān)控系統(tǒng)按照安裝位置的不同，可以分為安裝在路段上的固定式電子警察和安裝在公交車輛上的車載電子警察兩類。

2.系統(tǒng)構(gòu)成

系統(tǒng)總體構(gòu)成。公交專用道電子警察系統(tǒng)包含固定式電子警察系統(tǒng)、違停抓拍系統(tǒng)和車載式電子警察系統(tǒng)。通過運營商網(wǎng)絡(luò)將電子警察系統(tǒng)前端采集的數(shù)據(jù)傳送至后臺應(yīng)用系統(tǒng)。

固定式電子警察系統(tǒng)。固定式高清電子警察系統(tǒng)由前端子系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)傳輸子系統(tǒng)和后端管理子系統(tǒng)三大部分組成[6]272，自動抓拍、傳輸和處理社會車輛在規(guī)定時間內(nèi)違規(guī)占用公交專用道的交通違法行為。

違停抓拍系統(tǒng)。違停抓拍系統(tǒng)由前端子系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)傳輸子系統(tǒng)和后端管理子系統(tǒng)三大部分組成[6]272，自動抓拍、傳輸和處理社會車輛違規(guī)?？抗粚Ｓ玫琅c妨礙公共交通正常行駛的交通違章行為。違停抓拍系統(tǒng)的前端子系統(tǒng)負(fù)責(zé)完成前端數(shù)據(jù)的采集、分析、處理、存儲和上傳。

車載式電子警察系統(tǒng)。車載式電子警察系統(tǒng)具有監(jiān)控位置機(jī)動、隱蔽等優(yōu)勢，安裝在車輛前端，安裝位置不固定，可以解決固定式抓拍系統(tǒng)監(jiān)控位置固定的問題。車載式電子警察系統(tǒng)主要由前端采集設(shè)備、4G網(wǎng)絡(luò)傳輸和后端中心管理系統(tǒng)構(gòu)成[6]272。其前端采集設(shè)備既可以作為獨立系統(tǒng)運行，也可配合4G網(wǎng)絡(luò)和后端中心管理系統(tǒng)實現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)運行。

3.布設(shè)原則

固定式電子警察。由于固定式電子警察建設(shè)維護(hù)成本較高，可覆蓋范圍有限，為有效防止社會車輛違章占用公交專用道，本著可持續(xù)發(fā)展的原則，可設(shè)置于交通違法現(xiàn)象突出、對公共汽車運行影響較大的路段。如公交專用道沿線連續(xù)開口處、路段右進(jìn)右出處、交叉口進(jìn)出口處和立交出入口處。

違停抓拍。由于一處違停抓拍點位可覆蓋長度約150米，公交專用道全線設(shè)置違停抓拍建設(shè)成本較高。為有效防止社會車輛違章占用公交專用道，影響公共汽車的正常運行，擾亂交通秩序，可設(shè)置于違法現(xiàn)象突出、交通擁堵嚴(yán)重路段，如學(xué)校路段、橋梁隧道段或交通瓶頸路段等。

車載式電子警察。為增大公交專用道沿線電子警察的覆蓋率及隨機(jī)性，車載式電子警察安裝于公交車或警車前擋風(fēng)玻璃處，可作為固定式電子警察的有效補充，對抓拍重點路段占用公交專用道行駛的交通違章行為具有重要意義。

(三)信號優(yōu)先控制系統(tǒng)

信號優(yōu)先控制系統(tǒng)是基于車路協(xié)同技術(shù)，實現(xiàn)公共汽車與交通信號控制機(jī)、中心信號控制系統(tǒng)的信息實時交互。通過前端路側(cè)采集設(shè)備獲取公共汽車在道路行駛過程中的行車速度、位置及行駛軌跡，并將該信息反饋給中心控制系統(tǒng)，為形成交通信號優(yōu)先控制方案提供數(shù)據(jù)支撐。該系統(tǒng)主要由車載系統(tǒng)、路側(cè)系統(tǒng)和中心控制系統(tǒng)三部分組成[7]121。

1.單點信號優(yōu)先控制策略

單點信號優(yōu)先控制策略主要是面向特種車輛實現(xiàn)單點信號優(yōu)先控制，包括延長綠燈、早斷相位、重置相序、插入相位、跨越相位等方法[7]122。當(dāng)公共汽車達(dá)到路口范圍時，路側(cè)信息采集系統(tǒng)將信息傳輸給路口信號控制機(jī)和中心控制系統(tǒng)，根據(jù)公共汽車優(yōu)先申請信號、信號控制方案、信號放行狀態(tài)、相位飽和度等參數(shù)綜合決定是否給予優(yōu)先響應(yīng)。

2.干線信號優(yōu)先控制策略

干線信號優(yōu)先控制采用車速引導(dǎo)和信號控制參數(shù)組合協(xié)同優(yōu)化的方法，在最大化減小對周邊交叉口的交通影響前提下，提高公交專用道路線內(nèi)交叉口的整體通行效率[8]。當(dāng)裝有車載單元的公共汽車駛向信號交叉口上游一定距離范圍內(nèi)時，根據(jù)車輛位置，路側(cè)單元發(fā)送交叉口排隊信息及信號燈實時狀態(tài)數(shù)據(jù)，向車輛推薦依據(jù)一定速度范圍行駛，并結(jié)合道路交通運行情況、信號控制方案、信號放行狀態(tài)等參數(shù)優(yōu)化調(diào)整信號配時方案，使車輛能夠不停車連續(xù)通過多個信號交叉口，以此提高車輛經(jīng)過交叉口的經(jīng)濟(jì)性和舒適性，提升道路交通的運行效率和服務(wù)水平。

(四)信息發(fā)布系統(tǒng)

公交專用道信息發(fā)布系統(tǒng)主要采用LED屏動態(tài)發(fā)布公交專用道的相關(guān)信息，如公交專用道的啟用時間、突發(fā)事件、交通管制等信息。公交專用道信息發(fā)布系統(tǒng)主要由信息發(fā)布屏、通信系統(tǒng)和發(fā)布系統(tǒng)三部分組成。

1.信息發(fā)布屏

通常采用LED顯示屏，采用密閉式單元箱體結(jié)構(gòu)，內(nèi)嵌管理及通信模塊，以支持系統(tǒng)遠(yuǎn)程控制。

2.通信系統(tǒng)

負(fù)責(zé)后臺系統(tǒng)與外場信息發(fā)布屏間的數(shù)據(jù)和信令交換。該系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸量需求較小，可與外場電子警察、違停抓拍、信號控制等設(shè)備共用通信網(wǎng)絡(luò)。

3.發(fā)布系統(tǒng)

發(fā)布系統(tǒng)一般部署在交通指揮中心，構(gòu)成包括數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、通信服務(wù)器信息數(shù)據(jù)庫、信息生成計算機(jī)、發(fā)布控制計算機(jī)及有關(guān)軟件系統(tǒng)。主要實現(xiàn)對信息發(fā)布屏的管理、維護(hù)，以及發(fā)布信息的編排、查詢、監(jiān)控、記錄等。

(五)智能公交站臺管理系統(tǒng)

公交站臺作為城市公共交通系統(tǒng)承擔(dān)客流集散的組成部分，對公共交通服務(wù)有著很大的影響[9]。如何實現(xiàn)站臺乘客與車內(nèi)乘客、司機(jī)、控制調(diào)度中心等相關(guān)人員的信息交互，讓站臺乘客實時了解各路公交車到站及車內(nèi)擁擠程度信息；司機(jī)實時了解站臺乘客、車內(nèi)乘客的上下車需求，以做出下一個站點是否?？康臎Q定。公交站臺交互系統(tǒng)的實現(xiàn)將杜絕公共汽車不必要的停車，實現(xiàn)公交系統(tǒng)智能運行，從而提高公共汽車的運行效率及乘客的出行體驗，并進(jìn)一步降低公共汽車的油耗與磨損[10]。

五、結(jié)語

公共交通作為城市客運系統(tǒng)的重要組成部分，大力發(fā)展公共交通將是未來交通發(fā)展的主流[11]。設(shè)置公交專用道是大力推進(jìn)“公交優(yōu)先”策略的重要舉措之一，如何切實提升公共交通服務(wù)水平、提升公共交通出行分擔(dān)率仍面臨許多挑戰(zhàn)。本文主要從公交專用道現(xiàn)狀交通管理設(shè)施問題出發(fā)，借鑒深圳應(yīng)用車路協(xié)同技術(shù)的案例經(jīng)驗，結(jié)合未來交通發(fā)展趨勢，基于車路協(xié)同，從電子警察監(jiān)控系統(tǒng)、信號優(yōu)先控制系統(tǒng)、信息發(fā)布系統(tǒng)和智能公交站臺管理系統(tǒng)四個方面，敘述未來智能公交專用道將如何設(shè)置交通管理設(shè)施，為后續(xù)建設(shè)智能化公交專用道系統(tǒng)、進(jìn)一步提高公交系統(tǒng)運營服務(wù)水平奠定理論基礎(chǔ)。