呂勝偉 蔣泰
桂林電子科技大學(xué)計算機科學(xué)與工程學(xué)院 廣西 541004
由于城市空間有限,無限制的建設(shè)、擴展道路是不可行的。DOWNS定律已揭示了完全依靠道路建設(shè)、增加道路容量、而不加以管制來緩解交通問題是不可取的。如何提高城市道路資源的利用效率是解決城市交通問題的關(guān)鍵,而公共交通無疑是目前道路資源利用效率最高的交通方式,因此大力發(fā)展公交、提高公交出行比例是緩解城市交通擁擠等一系列問題的主要出路,這已成為全社會的共識。2005年國務(wù)院總理溫家寶在第 46號國務(wù)院辦公廳文件中做了重要批示:“優(yōu)先發(fā)展城市公共交通是符合中國實際的城市發(fā)展和交通發(fā)展的正確戰(zhàn)略思想”。
公交優(yōu)先包括“空間優(yōu)先”和“時間優(yōu)先”?!翱臻g優(yōu)先”是指在公交車輛通行時給予空間上優(yōu)先,如設(shè)置公交專用道等?!皶r間優(yōu)先”是指在交叉路口給公交車輛提供優(yōu)先通行的信號。我國很多大城市都開辟了公交專用道,在部分公交線路確實取得了較為顯著的效果,但是對于整個城市的公交系統(tǒng)效果卻并不理想,究其原因除了缺乏系統(tǒng)有效的公交專用道規(guī)劃外,最主要的是在交叉路口公交車輛無法優(yōu)先通行。公交車輛在交叉路口的延誤遠大于路段延誤,因此不實施交叉路口公交優(yōu)先,就很難實現(xiàn)真正意義的公交優(yōu)先。以下所提到的公交優(yōu)先,均指“時間優(yōu)先”。
公交信號優(yōu)先控制策略可分為主動優(yōu)先和被動優(yōu)先。被動公交優(yōu)先根據(jù)預(yù)先設(shè)置的信號配時方案實施公交優(yōu)先;主動公交優(yōu)先是基于公交車輛檢測信息或系統(tǒng)發(fā)出的優(yōu)先請求為特定的公交車輛提供優(yōu)先服務(wù)。
被動公交優(yōu)先策略存在信號配時的問題。信號配時的主要設(shè)計參數(shù)是信號周期和綠信比,傳統(tǒng)的交叉口信號配時方法將公交車輛和社會車輛同等對待,顯然得改進傳統(tǒng)的交叉口信號配時方法以達到公交優(yōu)先,公交車輛到達交叉口的時間不固定,并且難以區(qū)分公交車輛和社會車輛,所以很難得到統(tǒng)一且理想的信號配時方案。
目前主動公交優(yōu)先策略比較多,但是都比較單一難以應(yīng)付復(fù)雜的交通狀況,主動公交優(yōu)先策略應(yīng)該能夠適應(yīng)交通狀況的變化,因此設(shè)計一種主動公交優(yōu)先策略能夠適應(yīng)不斷變化的交通狀況是難點。
目前被動公交優(yōu)先策略主要是在Webster信號配時方法的基礎(chǔ)上修改信號周期和綠信比來實現(xiàn)公交優(yōu)先。最佳信號周期長短是以交叉路口車輛平均延誤最小為目標來確定的,綠信比是按照各個相位車流量比來進行分配的。由于我國混合交通的特點,各個相位車流量比的波動比較大,要取得準確的綠信比有一定的難度。被動公交優(yōu)策略運用到有公交專用道的交叉路口時有較好的效果。在有公交專用道的路段,車速相對穩(wěn)定,到達交叉路口的時間基本可預(yù)測,所以經(jīng)過一定量的測試就可得到“綠波”控制方案。例如常州BRT一號線北段實施的“綠波帶”,可將公交車輛的單向行程時間縮短25%。實施被動公交優(yōu)先策略有一定的條件限制,需要公交車輛到達交叉路口的時間基本可預(yù)測,所以不適合大規(guī)模推廣。
主動公交優(yōu)先策略主要有以下五種策略。
公交優(yōu)先系統(tǒng)檢測到公交車輛,并計算出其需要優(yōu)先的相位,當前綠燈正是該相位,若綠燈的剩余時間不能保證公交車輛按照正常的速度通過交叉路口,則可延長本相位的綠燈時間(但不能超過最大綠燈時間),使得公交車輛通過交叉口。這種信號優(yōu)先策略就是“綠燈延長”。
“綠燈延長”策略能夠減少本相位的公交車輛的延誤,但是會加大其它相位的擁堵程度和加重后繼交叉路口的負擔(dān),在交叉路口車流量較多時,會加大交叉路口的擁堵程度。例如在上下班高峰期,“綠燈延長”策略會使得某些相位的車輛排隊過長,造成路面擁堵,反而加大的交叉路口的人均延誤?!熬G燈延長”策略適用于相位優(yōu)先請求相對集中的交叉路口。
公交車輛到達交叉口,但是所需要的相位是當前綠燈相位的下一個相位,如果綠燈運行時間沒有超過最小綠燈時間,則將綠燈剩余時間修改成最小綠燈時間和當前已運行時間的差;如果綠燈運行時間已經(jīng)超過最小綠燈時間,則將綠燈的剩余時間修改為m(m是車輛通過交叉路口的平均時間),若綠燈剩余時間小于將要修改的時間則不做修改。此策略使得公交車輛能夠提前通過交叉路口,稱之為“綠燈提前”。
“綠燈提前”策略能夠讓每個相位的公交車輛較快地通過交叉路口,對每一個相位的優(yōu)先相對平均,但是會減少每個信號周期的通行車輛數(shù),因此在車流量較多時,例如上下班時,這種策略會使得交叉路口的通行能力急劇下降。
當下一個相位沒有公交信號優(yōu)先請求,而下一個相位之后的某個或多個相位有公交信號優(yōu)先請求時,將公交車輛請求的相位提前執(zhí)行,而下一相位延后執(zhí)行,提前的相位只執(zhí)行最小綠燈時間。
“相位提前”策略能夠讓其他相位的公交車輛得到優(yōu)先通行,但是會使相位的執(zhí)行順序處于混亂狀態(tài),如果一直處于混亂狀態(tài),最終將造成交叉口擁堵,從而降低交叉口的通行能力,當然人均延誤也會加大。
在每個相位的最小通行時間和正常結(jié)束時間之間插入一個公交相位,該公交相位可以讓任何非本相位的車輛提前通過,該公交相位執(zhí)行完后回到原相位,按照原相位順序執(zhí)行。
“相位插入”策略能夠讓每個相位的公交車很快地通過交叉路口,特別是當多個相位有優(yōu)先請求時。但是插入相位順序不當?shù)脑挿炊鴷黾尤司诱`,加重交叉口擁堵程度。
當檢測到交叉路口有多個相位需要優(yōu)先通行時,這時啟用公交通行專用相位,在該相位內(nèi),各個交叉路口的公交車輛可以同時通行,公交車輛按照讓行的方式通過交叉路口,公交通行專用相位啟用后信號恢復(fù)到正常順序運行。
“公交通行專用相位”策略適合車流量不大,但是有多個相位請求的情況。這種策略容易造成交通擁堵。
以下實驗是對上述5種主動公交優(yōu)先策略進行模擬仿真。
模擬實驗條件和參數(shù):
(1)每個方向有兩個車道,每個車道在離停車線50m處設(shè)有公交車輛檢測器;
(2)信號控制為2相位控制,最小綠燈時間15s,最大綠燈時間60s,黃燈時間3s;
(3)測試時間為 90個采樣周期,每個采樣周期的持續(xù)時間s;
(4)交通流量由SMULNK軟件產(chǎn)生,從300(輛/h?車道)遞增至 500(輛/h?車道);
(5)公交車中的乘客數(shù)服從平均值為55,標準差為5的正態(tài)分布;
(6)公交車的時刻表延時服從均值為15秒,標準差為0的正態(tài)分布。
圖1 五種公交優(yōu)先策略的乘客延誤
公交優(yōu)先不僅僅是因為公交車輛載客人數(shù)多,更重要的是它代表了多數(shù)人的利益,根據(jù)國家建設(shè)部的統(tǒng)計,目前我國城市客運量的75%以上是由公共交通承擔(dān)。公交車輛占用的道路資源很少,利用率高,能源消耗低,污染小。因此公交優(yōu)先符合社會發(fā)展的總體利益,是城市可持續(xù)發(fā)展的必然選擇。
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