关伟"申金升"葛芳
#北方交通大学系统工程研究所"北京$%%%&&’
摘要(研究了公交优先信号控制策略"模拟路边设立公交车辆检测器的情况下"不同交通流量和公交车发车间隔的最优控制策略)研究发现(当交通流量小于*%%辆+,-车道时"公交优先信号控制策略能显著地减少乘客的延误时间"而当交通流量达到.%%辆+,-车道时"即使有公交优先信号控制策略"而无公交专用道路"也不能有效减少乘客的延误时间)模拟实验的结果是(到了使公交优先信号控制有效的交通流量和公交车发车间隔的阈值) 关键词(公交优先/信号控制/模拟
中图分类号(0&1$).2$文献标识码(3文章编号($%%%4.56$#7%%$’%*4%$584%.
9:;:<=>?@AB=<C C D>;D E A<F>@A B=@F;B=<B:E G C@=H I;J=D@=D B G
K L M N O:D"P Q R N S D A T;?:A E"K RU<A E
#V W X Y Z Y[Y\]^_‘X Y\a X b W c Z W\\d Z W c"e]d Y,\d Wf Z g]Y]W c0W Z h\d X Z Y‘"i\Z j Z W c$%%%&&"k,Z W g’
M H;B=<>B(V WY,Z X l g l\d"m[X l d Z]d Z Y‘n Z Y,Z WY d g^^Z o X Z c W g p o]W Y d]p X Y d g Y\c‘Z X X Y[q Z\qg W qY,\ a g Y,\4a g Y Z o g p a]q\p]^o]W Y d]p Z X\X Y g m p Z X,\q"Y,\]l Y Z a g p l\d^]d a g W o\]^Y,\a]q\p Z XY] a Z W Z a Z r\Y,\Y]Y g p q\p g‘Y Z a\]^l g X X\W c\d X)k]a l g d Z W c n Z Y,Y,\o g X\]^W]X[o,Y d g^^Z o X Z c W g p o]W Y d]p l d Z]d Z Y‘]^m[X\X"Y,\X Z a[p g Y Z W cd\X[p Y XX,]n Y,g Y(Z^Y,\Y d g^^Z oh]p[a\Z X[W q\d *%%+h,p"Y,\l g X X\W c\d X q\p g‘Y Z a\n Z p p m\d\q[o\qq d g a g Y Z o g p p‘Z WY,\o g X\]^,g h Z W cY d g^^Z o X Z c W g p o]W Y d]p l d Z]d Z Y‘]^m[4X\X/Z^Y,\Y d g^^Z o h]p[a\Z X]h\d.%%+h,p"Y,\l g X X\W c\d X q\p g‘Y Z a\n Z p p g p a]X Y m\\s[g p\Z Y,\d Z Wo g X\]^,g h Z W cY d g^^Z oX Z c W g p o]W Y d]p l d Z]d Z Y‘]^m[X\X]d W]Y)
t:Gu@=v;(l[m p Z o Y d g W X l]d Y g Y Z]Wl d Z]d Z Y‘/X Z c W g p o]W Y d]p/X Z a[p g Z Y]W
w引言
公交优先是交通管理中体现大众优先的一种政策"从优化交通流分配"节省整体出行时间的角度来看"它是交通信号控制必须考虑的问题)如北京市政府决定实施公交优先政策"目前在长安街等重要地段已划出公交专用车道"并准备逐步在公交车辆上装备无线通讯和3x y设备)但是北京道路交叉路口的密度相当
大"如果不在交通信号管理中配以相应的优先控制策略"则公交专用道的作用不会得到充分发挥)统计数据表明"如果不在道路交叉路口信号控制策略中体现公交优先"即使有公交优先道路"公交车运营节省的时间也十分有限#统计数字表明仅节省.z{$%z左右’"因此研究在有公交专用道路条件下交通信号控制中的公交优先策略显得十分重要)本文希望模拟研究公交优先和路口信号控制相结合的方
第$8卷第*期7%%$年8月
西方音乐史论文系统工程学报
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!收稿日期($1114$$4$1/修订日期(7%%%4%54$5)
基金项目(教育部高等学校骨干教师资助计划项目#教育部&7%%%48.’’)
式!寻求能体现公交优先策略的优化路口控制方案!到使公交优先信号控制有效的交通流量和公交车发车间隔的阈值"
国内外此方面研究主要集中在以下几方面#$!%&
’将公交优先与信号控制集成"这将保证优化的信号控制不仅能使非公交车辆延误最小!而且使公交车乘客的延误最小"
’从与公交系统的管理出发评估公交优先"在权衡竞争信号方案时!考虑将到达公交车的运行状态!看是比它的时刻表提前还是晚点"
’将车辆自动定位信息()*+，用到公交优先信号控制中"
-公交优先信号控制策略
为了有效地在路口信号控制系统中体现公交优先策略!采用的算法有以下特点.
’将公交优先作为信号控制的一个函数/
’在控制过程中采用实时算法!不能采用预案控制策略/
’在考虑交通条件和驾驶员安全的基础上!加入最短绿灯时间约束!并根据不同情况能自动更新" ’在考虑当前队列长度0公交车停车上下人0公交车时刻表延误的基础上!提出评价系统的性能函数"
公交优先路口控制方案由车辆监测0交通状态评估0信号状态评估0公交优先0控制策略六个功能模块组成!模块之间的关系如图$所示"
周期!在相位"时检测到的车流#$%$&路口通过车辆估计
路口通过车流’"()
*+由下式估计,’"()*+-)./012+34/5")*+678"(3
4/9")*+6:8"(9")*+;:)./012
+8"(9")*+5"
)*+6)<+
式中
.==采样周期
012==自行车干扰时间系数
5")*+==>如果信号状态在相位"
和第*采样周期时为绿灯
4如果信号状态在相位"
和第*?
@A 采样周期时为红灯B "
(==车道(在相位"时绿灯饱和车流量9")*+==4如果相位"
的状态在第*采样周期结束时变换
>如果相位"
的状态在第*采样?
@A 周期结束时不变换
#$&公交优先模块#$&$#公交优先性能函数
公交优先的性能函数C D
由每个相位"的竞争相位"E 的C D
"E
根管测量仪
和计算,C D -
F "E GH
C
D "E
)I +
其中C D "E 由乘客延时J "E K L !普通车辆延时J "E
M L 和公
交时刻表延时J "E N L 共同确定!它是J "E K L !J "E M L 和J "E
N L 的
一个加权和!
O P "E -Q K L J "E K L :Q M L J "E M L :Q N L J "E
N L
R"E S "!"E G T )U +式中
Q K L ==乘客延误的单位时间成本Q M L ==普通车辆延误的单位时间成本
Q N L ==公交时刻表延误的单位时间成本
#$&$%乘客延时计算
乘客延时J "E
K L 由式)
V +计算J "E K L -W "E )*+F R(
3
X Y O "
()*+:F Z "
()
*+[-4\
"
(![
)*+6/
.F R(
3X Y
O "
(
)*+:F Z "
()
*+[-4
\
"
(!]
)*+6)V +
式中W "E
)*+==对相位"
的等待绿灯的最小时间X Y ==普通车的平均乘车人数
O "
()
*+==普通车在车道(^相位"^第*采样周期时的排队长度
\"(![
)*+==在车道(^相位"^第*采样周期时!公交车[上的乘客人数
等待绿灯的最小时间W "E
)*+由下式给出W "E )*+-_":‘a ":B "E
b c d
)e +
其中_"
==相位"
的黄灯时间‘a "
==相位"
的红灯时间B "E
b c d ==相位"
的竞争相位"E 的最小绿灯时间
式)V +的第一项表示如果绿灯终止!乘客将产生的延时$第二项表示如果绿灯延长!在红灯相位"E 下乘客将产生延时$
#$&$&车辆延时计算时代经贸
车辆延时J "E
M L 由式)
f +给出J "E M L -31
g L L )F R]
O "])*++:12
L L )F R]
Z "
])*++6/31g L L )F R]
O "E ])h++:12L L )F R]
Z "
E
])*++6)f +式中
1g L L
==普通车辆的启动延时
12L L
==公交车辆的启动延时
O "
]
韩文虹
)*+==普通车在车道]^相位"^采样周期*时的排队长度Z "
]
)*+==由检测器检测到的在车道]^相位"^
采样周期*时的公交车数量
式)f +的第一项表示如果绿灯终止!当前在绿灯相位"排队的车辆将产生延时!第二项表示
如果绿灯延长!当前在红灯相位"E 下排队的车辆将产生延时$
#$&$i 公交时刻表延时J "E N L 计算
没有‘j k 系统的情况下!检测器无法测出公
交车延时!因此这里假设公交车的延时服从某种正态分布$另外对某些特殊线路!也可用历史数据进行预测$
#$i 信号状态计算模块
此模块函数用于监控信号状态^计算绿灯时间和实时估计最小绿灯持续时间$
#$i $#信号估计任意相位"^采样周期*时的路口信号状态5")*+由下式给出
5")*+-5")*/4+:9"
)*/4+/
l 5")*/4+9"
)*/4+
R"G T )4>+
鼻蛭=
e V 4=系统工程学报第4U 卷第m n
n n n n n n n n n n n n n n n n n n n n n n n n n n n n n n n n n n n n n n n n n n n n n n n n n n n n n n n n n n n n n n n n n n 期
式中!"#$%和&"#$%意义同前
!"#$%是一个二元值变量’取值为()’*+，如果当采样周期$-*时信号状态为红灯’即!"#$-
*%.*’并且信号控制策略决定在此采样周期末时变换信号’即&"#$-*%.*’那么由式#*)%可得出在采样周期$时!"#$%.)’它对应的是在采样周期$时信号应为绿灯状态,
/,0,1绿灯时间估计
在采样周期$末2被相位"使用的绿灯时间
3"#$%由下式估计
3"#$%.43"#$-*%5674*-&"#$-*%7’
8"9:#**%式中3"#$%;；在采样周期$末2被相位"使用的
绿灯时间
式#**%中第一项为在采样周期$-*末2被相位"使用绿灯时间，根据控制策略&"#$-*%. (*’)+取值的不同’绿灯时间既可能增加6’也可能缩减为),
/,0,<；最小绿灯时间
设定最小绿灯时间主要考虑以下两个因素
=驾驶员能够对信号变化做出安全反应需要有一个最短的绿灯持续时间,
=在每一个控制相位必须要放行一定的车辆’以减小平均等待队长,
最小绿灯时间3"
>?@东宫私人会所
由下式估计
3">?@.A B C C5D A E5#>F G(H"I#$%+%#J K))L M N I%#*O%
式中A B
C C;;
普通车辆的启动延时
D A E;；自行车干扰时间常数
M N I;；车道I的饱和流量
确定最小绿灯时间需要考虑的因素包括P
Q式#*O%右边第*项P普通车辆的启动延时A B
C C’
R式#*O%右边第J项P所有车道排队车辆平均数中的最大值,
/,0,0最大绿灯时间
为使算法能够处理过饱和流的情况’根据每日车流状况’如早高峰2日低峰2晚高峰等’可以灵活确定最大绿灯时间这一参数,
/,S公交优先信号控制的策略
无T U V的公交优先信号控制的策略为
=W X Y)’则路口信号控制策略不需改变Z
=W X[)’则路口信号绿灯延长65D A E N,
1模拟实验
1,/实验参数
模拟实验条件和参数
=每方向有两个车道’每车道在停车线2 \)>#下游检测器%和\))>#上游检测器%处设有检测器Z
=信号控制为O相位控制’最小绿灯时间*]^’最大绿灯时间K)^’黄灯时间J^Z
=测试时间为_)个采样周期’每一采样周期的持续时间J^Z
=交通流量由‘X ab V X c d软件产生’在J))#辆L e=车道%2]))#辆L e=车道%2*)))#辆L e =车道%三个值中随机选取Z
=公交车中的乘客数服从均值为K)’标准差为]的正态分布Z
=公交车的时刻表延时服从均值为*)>?@’标准差为)
的正态分布Z
!"!模拟实验结果
图#和图$是车辆没有装备%&’设备(交通流量分别为$))和*))+辆,-.车道/0公交车间隔为$123和#123的情况下(乘客在路口的延误时间+有无公交优先相比较/"
模拟结果表明4交通流量较小时(公交优先信号控制策略能显著地减少乘客的延误时间(而当交通流量达到较大时+大于*))辆,5.车道/(即使有公交优先信号控制策略(而无公交专用道路(
也不能有效减少乘客的延误时间"
豫公网安备41160202000603
站长QQ:729038198
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