楊 震 王 煒 陳淑燕 丁浩洋

(東南大學(xué)城市智能交通江蘇省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，南京210096)

(現(xiàn)代城市交通技術(shù)江蘇高校協(xié)同創(chuàng)新中心，南京210096)

對(duì)城市干線上一組交叉口交通信號(hào)燈實(shí)行聯(lián)動(dòng)控制，形成綠波協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)，往往比單點(diǎn)交叉口控制能夠取得更好的效果，它可使車輛能夠遇到連續(xù)的綠燈信號(hào)，從而暢通無(wú)阻地通過(guò)干線上各個(gè)交叉口.干線綠波協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的服務(wù)對(duì)象一般是按一定車速行駛的小客車，若單獨(dú)為公交車設(shè)計(jì)綠波系統(tǒng)，就需要采用不同的方法，這是由于:①公交車的行駛靈活性以及運(yùn)行車速低于小客車，而且需要沿途停站上下客［1］;②交叉口需要物理公交優(yōu)先設(shè)施的支持，避免公交車到達(dá)交叉口時(shí)排在其他車輛之后，引起不必要的延誤，影響公交綠波系統(tǒng)的效能.

國(guó)內(nèi)外對(duì)公交綠波通行控制已進(jìn)行了一些研究.如文獻(xiàn)［2］在公交專用道的基礎(chǔ)上提出了公交綠波信號(hào)設(shè)置方法，并對(duì)其實(shí)施后的延誤情況進(jìn)行了仿真分析，結(jié)果顯示公交綠波控制策略并不能改善沿線每個(gè)交叉口的人均延誤，但能夠達(dá)到整體最優(yōu)的效果.文獻(xiàn)［3］在交叉口飽和度分別為 0.5，0.8和0.95的條件下評(píng)估了相位延長(zhǎng)、相位插入、相位早斷3種公交優(yōu)先策略所能達(dá)到的效果，結(jié)果表明這3種策略適用于飽和度中等的交叉口.文獻(xiàn)［4］建立了一種包含續(xù)進(jìn)控制層、單點(diǎn)控制層、公交優(yōu)先控制層的實(shí)時(shí)魯棒干線信號(hào)控制系統(tǒng)，實(shí)例研究顯示該系統(tǒng)優(yōu)于各種離線控制的模型，并能顯著降低公交車輛的延誤.文獻(xiàn)［5］運(yùn)用仿真手段分析了公交車在信號(hào)交叉口的延誤與其車頭時(shí)距的關(guān)系，結(jié)果發(fā)現(xiàn)對(duì)公交車車頭時(shí)距的優(yōu)化有助于減少公交車的延誤.

城市干線上的公交線路具有一定的分布模式，一些公交車可能通過(guò)某個(gè)交叉口從相交道路匯入干線，另一些則可能通過(guò)某個(gè)交叉口駛離干線進(jìn)入相交道路.基于此，在實(shí)行公交綠波通行控制時(shí)，需同時(shí)考慮到干線方向直行公交車、轉(zhuǎn)彎公交車的通行需求，保證其相對(duì)于社會(huì)車輛的優(yōu)先通行權(quán).因此，可通過(guò)在交叉口設(shè)置僅讓公交車通行的專用進(jìn)口道和專用相位，對(duì)干線方向直行公交車、轉(zhuǎn)彎公交車實(shí)行統(tǒng)一控制.本文將研究交叉口公交專用相位的設(shè)置方法，作為一種公交綠波通行輔助技術(shù)，來(lái)更好地解決干線公交綠波通行控制問(wèn)題.

1 干線基本假定

為簡(jiǎn)化問(wèn)題，假定本文所研究的城市干線具有如下特征:

1)為城市交通性主干道.

2)干線兩側(cè)有若干條低級(jí)別道路(以下簡(jiǎn)稱支路)與之相交，形成交叉口，交叉口均采用信號(hào)控制.

3)未設(shè)置公交專用相位時(shí)，干線上各交叉口默認(rèn)相位功能及順序?yàn)?①干線協(xié)調(diào)方向直行、右轉(zhuǎn);② 干線協(xié)調(diào)方向左轉(zhuǎn);③ 支路方向直行、右轉(zhuǎn);④ 支路方向左轉(zhuǎn).此外，本文不考慮支路上直行公交車的優(yōu)先通行權(quán).

2 交叉口公交專用相位設(shè)置方法

2.1 公交專用相位數(shù)量及位置的設(shè)置

首先在干線各交叉口協(xié)調(diào)方向的2個(gè)進(jìn)口道上分別設(shè)置一條公交專用進(jìn)口道，該專用進(jìn)口道位于社會(huì)車輛直行進(jìn)口道與右轉(zhuǎn)進(jìn)口道之間，然后考慮交叉口公交線路分布模式的各種情形(見(jiàn)圖1)，進(jìn)行公交專用相位的設(shè)置.

圖1 交叉口公交線路分布模式

情形1若交叉口協(xié)調(diào)方向上僅有直行(見(jiàn)圖1(a))或直行、右轉(zhuǎn)公交車(見(jiàn)圖1(b))，則該交叉口協(xié)調(diào)方向無(wú)需設(shè)置公交專用相位，只需將社會(huì)車輛的直行、右轉(zhuǎn)相位設(shè)為協(xié)調(diào)相位.

情形2若交叉口協(xié)調(diào)方向上其中一個(gè)進(jìn)口道包含左轉(zhuǎn)公交車和直行公交車(見(jiàn)圖1(c))，為了避免左轉(zhuǎn)公交車與對(duì)向直行公交車產(chǎn)生沖突，在該進(jìn)口道設(shè)置1個(gè)公交專用相位，并將該相位和社會(huì)車輛的直行、右轉(zhuǎn)相位都設(shè)為協(xié)調(diào)相位.

由公交線路布置的對(duì)稱性可知，在此情況下，支路方向上存在右轉(zhuǎn)匯入干線的公交車，因此將默認(rèn)相位③的功能調(diào)整為支路方向的直行，默認(rèn)相位④的功能調(diào)整為支路方向的左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)，同時(shí)將公交專用相位設(shè)置于默認(rèn)相位②和③之間，保持匯入干線公交車與相應(yīng)方向的協(xié)調(diào)相位相鄰.

情形3若交叉口協(xié)調(diào)方向上2個(gè)進(jìn)口道都包含左轉(zhuǎn)公交車和直行公交車(見(jiàn)圖1(d))，則基于和情形2同樣的理由，在該交叉口協(xié)調(diào)方向上設(shè)置2個(gè)公交專用相位，每個(gè)進(jìn)口道各占用1個(gè)，并將它們都設(shè)為協(xié)調(diào)相位.

同樣地，在此種情況下，支路方向上也存在右轉(zhuǎn)匯入干線的公交車，因此可采用與情形2相同的方法調(diào)整默認(rèn)相位功能，然后將2個(gè)公交專用相位都設(shè)置于默認(rèn)相位④和①之間，盡量保持匯入干線公交車與相應(yīng)方向的協(xié)調(diào)相位相鄰.

情形4若交叉口協(xié)調(diào)方向上無(wú)直行公交車，僅有轉(zhuǎn)彎公交車(見(jiàn)圖1(e))，則可以該交叉口為界，將原來(lái)的干線分成2部分單獨(dú)考慮.

2.2 公交專用相位相序的確定

當(dāng)干線上某些交叉口需要設(shè)置2個(gè)公交專用相位時(shí)(即2.1節(jié)中的情形3)，為了盡量增大協(xié)調(diào)方向上的綠波帶寬，還需要考慮公交專用相位的相序.

首先對(duì)各交叉口間距實(shí)行等效變換［6］，使得公交車在上行或下行方向的每個(gè)路段上具有相同的運(yùn)行速度，然后使用和綠波數(shù)解法［1］類似的尋找理想交叉口間距的方法來(lái)確定公交專用相位的相序.下面分4種情況討論.

情況1干線上關(guān)鍵交叉口［1］沒(méi)有公交專用相位，某些非關(guān)鍵交叉口含有2個(gè)公交專用相位.

根據(jù)2.1節(jié)，關(guān)鍵交叉口僅有一個(gè)協(xié)調(diào)相位時(shí)，可按圖2(a)和圖2(b)來(lái)求解關(guān)鍵交叉口與非關(guān)鍵交叉口的理想間距.當(dāng)非關(guān)鍵交叉口的公交專用相位相序如圖2(a)所示時(shí)，理想間距SIa(單位:m)滿足

式中，vb1，vb2為經(jīng)等效變換后公交車在道路2個(gè)方向的運(yùn)行車速，km/h;gb1，gb2為非關(guān)鍵交叉口2個(gè)公交專用相位綠燈時(shí)間，s;C為綠波系統(tǒng)公共周期時(shí)長(zhǎng)，s［1］.

圖2 關(guān)鍵交叉口與非關(guān)鍵交叉口理想間距的確定

當(dāng)非關(guān)鍵交叉口的公交專用相位相序如圖2(b)所示時(shí)，理想間距SIb滿足

定義 Δa，Δb為理想間距 SIa，SIb與實(shí)際間距 SA的偏差值，則

由于理想間距隨n的變化可取多個(gè)值，因此偏差Δa，Δb也存在多個(gè)值，取Δa中各值的最小值以及Δb中各值的最小值，若≤，則非關(guān)鍵交叉口的公交專用相位相序取圖2(a)所示的方案，反之，取圖2(b)所示的方案.

情況2關(guān)鍵交叉口含有1個(gè)公交專用相位，某些非關(guān)鍵交叉口含有2個(gè)公交專用相位.

根據(jù)2.1節(jié)，關(guān)鍵交叉口有2個(gè)協(xié)調(diào)相位時(shí)，可按圖2(c)和圖2(d)來(lái)求解理想間距.當(dāng)非關(guān)鍵交叉口的公交專用相位相序如圖2(c)所示時(shí)，理想間距SIa滿足

式中，gc1，gc2為關(guān)鍵交叉口2個(gè)協(xié)調(diào)相位綠燈時(shí)間，s;g2為關(guān)鍵交叉口默認(rèn)相位②的綠燈時(shí)間，s;L為各相位損失時(shí)間，s.

當(dāng)非關(guān)鍵交叉口的公交專用相位相序如圖2(d)所示時(shí)，理想間距SIb滿足

按照與情況1相同的方法可確定非關(guān)鍵交叉口公交專用相位相序方案.

情況3關(guān)鍵交叉口含有2個(gè)公交專用相位，某些非關(guān)鍵交叉口也含有2個(gè)公交專用相位.

按照與情況2類似的方法確定非關(guān)鍵交叉口公交專用相位相序方案，得到其中一種干線相序方案，利用圖解法或Maxband法［7］試解該方案的綠波帶寬W1.然后交換關(guān)鍵交叉口2個(gè)公交專用相位的次序，按同樣的方法得到綠波帶寬W2，取W1和W2較大者對(duì)應(yīng)的相序方案即為干線最終的相序方案.

情況4關(guān)鍵交叉口含有2個(gè)公交專用相位，非關(guān)鍵交叉口的公交專用相位均不多于1個(gè).

可分別針對(duì)關(guān)鍵交叉口的2種相序方案，利用圖解法或Maxband法試解其綠波帶寬，然后取其較大者作為最終的干線相序方案.

3 實(shí)例研究

淮海路是安徽省淮北市主城區(qū)內(nèi)一條東西向主干道，自西向東有5個(gè)主要十字信號(hào)交叉口(鷹山路交叉口、洪山路交叉口、孟山路交叉口、相山路交叉口和長(zhǎng)山路交叉口)［7-8］，共有13條公交線路通過(guò)該干線.干線各交叉口資料如表1所示，表中所有數(shù)據(jù)都已換算為當(dāng)量標(biāo)準(zhǔn)車數(shù)pcu，其中公交車的換算系數(shù)取 1.9［9］，其他大型車取 2.25，中型車換算系數(shù)取1.5.干線各路段公交車平均運(yùn)行速度如圖3所示.下面將本文公交綠波通行中的公交專用相位設(shè)置方法應(yīng)用于該條干線.

表1 淮海路干線基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

圖3 淮海路干線各交叉口最終相序以及公交綠波控制方案

3.1 公交專用相位數(shù)量及相位結(jié)構(gòu)的設(shè)置

根據(jù)表1各交叉口公交車流向以及2.1節(jié)，在鷹山路交叉口東進(jìn)口、孟山路交叉口東進(jìn)口分別設(shè)置1個(gè)公交專用相位，在相山路交叉口設(shè)置2個(gè)公交專用相位，并調(diào)整默認(rèn)相位功能，插入公交專用相位，具體方案為:

1)鷹山路交叉口東西向采用默認(rèn)相位，南北向采取單獨(dú)放行策略，將默認(rèn)相位③改為北進(jìn)口左轉(zhuǎn)、直行和右轉(zhuǎn)，將默認(rèn)相位④改為南進(jìn)口左轉(zhuǎn)、直行和右轉(zhuǎn)，將東進(jìn)口公交專用相位設(shè)置于相位②和③之間.

2)洪山路交叉口東西向采用默認(rèn)相位，南北向?yàn)閺谋毕蚰蠁蜗蛲ㄐ?，因此取消默認(rèn)相位④，將默認(rèn)相位③改為北進(jìn)口左轉(zhuǎn)、直行和右轉(zhuǎn).

3)孟山路交叉口東西向采用默認(rèn)相位，南北向默認(rèn)相位③改為南北方向直行，默認(rèn)相位④改為南北方向左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)，將東進(jìn)口公交專用相位設(shè)置于相位②和③之間.

4)相山路交叉口東西向采用默認(rèn)相位，南北向默認(rèn)相位③改為南北方向直行，默認(rèn)相位④改為南北方向左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)，東西進(jìn)口的兩個(gè)公交專用相位設(shè)置于相位④和①之間.

5)長(zhǎng)山路交叉口維持默認(rèn)相位結(jié)構(gòu)不變.

3.2 公交專用相位相序的確定

首先用干線綠波配時(shí)法［1］確定公共周期時(shí)長(zhǎng)Cm(123 s)、關(guān)鍵交叉口(相山路交叉口)以及協(xié)調(diào)相位綠燈時(shí)間(見(jiàn)圖3)，計(jì)算過(guò)程中各類進(jìn)口車道飽和流量的計(jì)算方法參見(jiàn)文獻(xiàn)［10］.

由于關(guān)鍵交叉口包含2個(gè)公交專用相位，而非關(guān)鍵交叉口的公交專用相位數(shù)量均不多于1個(gè)，因此根據(jù)2.1節(jié)，需針對(duì)關(guān)鍵交叉口的2種相序方案，用Maxband法試解綠波帶寬，結(jié)果如表2所示.從表中可看出，相山路交叉口東進(jìn)口公交專用相位先于西進(jìn)口時(shí)，能產(chǎn)生較大的綠波帶寬.淮海路干線各交叉口最終的相序以及公交綠波控制方案如圖3所示.

表2 相山路不同相序方案時(shí)系統(tǒng)綠波帶寬試算結(jié)果 s

4 結(jié)語(yǔ)

本文分析了公交綠波通行控制中引入公交專用相位的優(yōu)點(diǎn)，根據(jù)交叉口公交線路的分布模式討論了公交專用相位數(shù)量及位置的設(shè)置方法，使用尋找理想交叉口間距的方法討論了公交專用相位相序的確定過(guò)程.實(shí)例表明，在引入公交專用相位后，公交綠波控制系統(tǒng)能夠充分考慮公交車的行駛特點(diǎn)，并同時(shí)為干線上直行、轉(zhuǎn)彎公交車提供綠波帶寬，達(dá)到了提高公交運(yùn)行效率的目的.然而在干線交叉口飽和度較高或者公交車流量較少的情況下，本文方法存在一定局限性，有待進(jìn)一步研究.

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