智能公交系统信号优先关键理论研究

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3.0 陈辉 2024-11-19 6 4 1.89MB 56 页 15积分
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摘 要
随着国民经济的快速发展，我国城市化进程日益加快，城市交通需求与供给
之间的矛盾越来越突出。智能公交系统是近几年交通发展中人们越来越重视的一
个方面，智能公交系统采用公交优先策略，可以有效地提高公交车辆的运行速度，
改善公交服务水平，提高道路的整体运行效率。公交优先主要有道路优先和信号
优先两方面，这两种方法的科学运用，都能够在一定程度上缓解城市交通压力，
促进公共交通的发展，对城市未来的可持续发展具有重要意义。本文主要针对智
能公交系统信号优先进行深入研究，探讨公交优先信号控制策略。
首先，论文介绍了智能公交系统的相关信息。对智能公交系统的构成、功能
以及应用做了详尽阐述。
其次，研究了公交优先的目标及其实施措施，重点探讨了公交信号优先，并
对公交优先信号控制系统进行了研究，了解公交优先信号控制系统的工作流程和
各种相关的控制参数。
再次，分析了公交优先信号控制的多种评价指标，包括车辆延误、排队长度、
停车次数、通行能力、服务水平等，对这些评价的指标和方法进行了研究。
最后，在多种智能公交信号优先控制策略中，深入研究了绿灯延长和绿灯提
前两种策略。讨论在四相位交叉口这两种策略的实施方法，运用多种评价指标建
立多目标优化模型。构建的模型以延误最小、通行能力最大为目标，以排队长度、
停车次数等因素的变化作为研究对象，根据实际的交通状态调整交叉口信号相位，
在公交优先通行的基础上达到交叉口运行效率最优，并设立实例进行理论计算验
证，实例证明模型的可行性，在理论上能够在达到公交优先目的基础上达到多目
标整体最优。
关键词：智能公交系统 公交优先 信号控制 绿灯延长 绿灯提前
ABSTRACT
As national economy boosts, urbanization grows rapidly as well. For which exact
same reason, requirement and supply of municipal traffic conflicts. Intelligent
transportation system has been introduced to the public in the past years, which core
strategy is bus priority. By using bus priority strategy public transport runs increasingly
effective, service level climbs and operational aspect improves tremendously. Bus
priority divides into two aspects: road priority and signal priority, which both equally
relieve stress of municipal traffic, boost public transportation and sustain urban
development. This paper in-depth researches the signal for intelligent transportation
system priority, and investigates bus priority signal control strategy.
In the following, the definition of intelligent transportation system will be revealed,
what it is composed of and its purpose and function. And then bus priority and signal
control process and control parameters will be introduced. Further more, the evaluating
indicators of bus priority signal control will be studied, which consisted vehicle delay,
queue length, number of stops, traffic capacity and service level.
Last but not least, among all intelligent transportation system signal control
strategies, green lights extension and early green lights truncation will be more
discussed, specifically at four-phase intersection. Multiple evaluating indicators,
objective optimization models will be utilized. And models will identify minimizing
delay as well as optimizing traffic capacity.
Key Words: Intelligent Transportation System, Bus priority, Signal
control, Green extension, Early green truncation
目 录
中文摘要
ABSTRACT
第一章 绪论 .................................................................................................................. 1
§1.1 研究背景 .......................................................................................................... 1
§1.2 研究意义 .......................................................................................................... 2
§1.3 国内外研究现状 .............................................................................................. 3
§1.3.1 国外研究现状 ........................................................................................ 3
§1.3.2 国内相关理论研究 ................................................................................ 5
§1.4 研究目标 .......................................................................................................... 6
§1.5 研究内容及实施方案 ...................................................................................... 6
§1.6 本章小结 .......................................................................................................... 7
第二章 智能公交信号优先基础理论 .......................................................................... 8
§2.1 智能公交系统 .................................................................................................. 8
§2 .1.1 智能公交系统的构成 ............................................................................ 8
§2.1.2 智能公交系统的功能 ............................................................................ 9
§2.1.3 智能公交系统的应用 .......................................................................... 10
§2.2 公交优先 ........................................................................................................ 13
§2.2.1 公交优先的目标 .................................................................................. 13
§2.2.2 公交优先的措施 .................................................................................. 14
§2.2.3 国内公交优先的发展 .......................................................................... 16
§2.3 公交信号优先 ................................................................................................ 17
§2.3.1 信号主动优先 ...................................................................................... 17
§2.3.2 信号被动优先 ...................................................................................... 18
§2.3.3 信号实时优先 ...................................................................................... 19
§2.4 本章小结 ........................................................................................................ 19
第三章 公交优先信号控制系统研究 ........................................................................ 20
§3.1 公交优先信号控制系统组成 ........................................................................ 20
§3.1.1 车辆检测子系统 .................................................................................. 20
§3.1.2 公交车检测与定位子系统 .................................................................. 21
§3.1.3 通信子系统 .......................................................................................... 23
§3.1.4 交通信号控制子系统 .......................................................................... 23
§3.1.5 控制中心 .............................................................................................. 23
§3.2 系统的布设 .................................................................................................... 24
§3.2.1 相位的设置 .......................................................................................... 24
§3.2.2 检测器的布置 ...................................................................................... 25
§3.3 公交优先信号控制参数 ................................................................................ 27
§3.4 本章小结 ........................................................................................................ 29
第四章 公交优先信号控制的评价分析 .................................................................... 30
§4.1 车辆延误 ........................................................................................................ 30
§4.2 排队长度 ........................................................................................................ 32
§4.3 停车次数 ........................................................................................................ 32
§4.4 通行能力 ........................................................................................................ 33
§4.5 服务水平 ........................................................................................................ 34
§4.6 本章小结 ........................................................................................................ 36
第五章 公交优先信号控制放行方式研究 ................................................................ 37
§5.1 公交优先放行控制策略 ................................................................................ 37
§5.2 研究方案设定 ................................................................................................ 37
§5.3 绿灯延长方法研究 ........................................................................................ 38
§5.3.1 延误的变化 .......................................................................................... 39
§5.3.2 通行能力的变化 .................................................................................. 40
§5.3.3 综合研究 .............................................................................................. 40
§5.3.4 算例求解 .............................................................................................. 41
§5.4 绿灯提前方法研究 ........................................................................................ 42
§5.4.1 延误的变化 .......................................................................................... 43
§5.4.2 通行能力的变化 .................................................................................. 45
§5.4.3 综合研究 .............................................................................................. 45
§5.4.4 算例求解 .............................................................................................. 45
§5.5 本章小结 ........................................................................................................ 46
第六章 总结与展望 .................................................................................................... 47
§6.1 总结 ................................................................................................................ 47
§6.2 展望 ................................................................................................................ 47
参考文献 ........................................................................................................................ 49
在读学位期间取得的研究成果 .................................................................................... 53
致谢 ................................................................................................................................ 54
第一章 绪论
1
第一章 绪论
§1.1 研究背景
论文完成依托上海市科委重大科技攻关项目（07DZ12061）――“上海市公交
智能调度系统综合集成示范应用研究” 子项目“公共交通智能化调度模型、方法
及调度系统开发应用”。
随着国民经济的迅速发展，我国的城市化进程日益加快，城市建设规模和人
口迅速膨胀，对交通的需求也随之迅速扩大，而现今城市里的道路交通基础设施
建设相对滞后，使得人们对交通的需求远大于城市交通的供给，产生了极大矛盾，
城市出现了越来越多的“乘车难”、“行车难”的局面，城市中交通阻塞状况也由个别
现象变成整个城市发展的难题。城市居民的生活也受此影响，交通拥挤、交通阻
塞等都会伴随着大量的噪声、空气污染，直接危害着居民正常的健康生活。即使
一些大中城市的交通基础设施建设能够满足交通需求，但由于国家汽车产业的飞
速发展，机动化进程的加快，私人小汽车逐渐增加，由此产生大量新的交通问题，
不仅对交通基础设施有着高要求，还要考验着道路交通控制管理体系，城市的交
通状况不容乐观。据国务院发展研究中心预测：2014年我国的汽车保有量将达到l
亿辆；2030年将达到3.15亿辆，其中家用轿车比例将上升到78%。
我国城市交通的现状已引起了政府的重视和社会各界的广泛关注，有关专家
学者都在努力寻找各种能够解决这些问题的方法，在对国内外各类交通发展研究
的基础上，总结出了一条解决我国目前城市交通问题的有效途径，即优先发展城
市公共交通，公共交通的运能是私人交通的十几倍甚至几十倍，大力发展公共交
通来替代私人交通可以减少道路流量、降低整体交通需求。公共交通的大量应用
可以平衡交通需求的增长和道路基础设施实际的发展要求，减少修建道路的投资，
节约土地道路资源，还可以实现城市交通的多样性选择，改善城市居民的生活环
境及生活质量。
但从80年代以来，我国众多大城市的公共交通客运量一直呈减少的趋势。这
种趋势直到近几年政府投入的加大和公交企业改革的深入，才有所扭转，但城市
居民以公交方式出行的比例还是偏低。在影响公交运行效率的各种因素中交叉口
延误是非常重要的一项，在信号控制交叉口实施公交信号优先方案可以有效减少
交叉口延误，还能提高公交车辆的运行速度、提高其准点性以及促进人们选择公
交出行的比例。
智能公交系统信号优先关键理论研究
2
§1.2 研究意义
目前我国众多城市都在大力发展公共交通，这个对我国城市交通的发展具有
很重大的意义：
1、大大减少了城市道路空间的占用
城市发展中道路条件建设已经受到很大限制，提高道路使用效率已经迫在眉
睫，公共交通使用一定道路可以满足大量的交通需求，相比私人交通具有很明显
的优势。
2、有利于体现社会公平
一个具有公共权威的、有作为的城市政府，应该在保证社会总体利益的前提
下，制定相关政策体现社会公平。城市交通的发展和所有民众有关，包含公共交
通乘客、轿车使用者、自行车使用者以及汽车发展商等各种利益群体，大力发展
公共交通可以疏散各利益群体之间的矛盾和冲突，帮助维护社会的稳定以及树立
政府形象。
3、有利于提高资源的利用效率
经济的飞速发展使我国成为了一个能源消耗大国，但石油资源并不能满足发
展需求，由此我国成为了一个石油进口国。在这种条件下，我国必定要采取政策
减少能源的消耗，不能像西方国家那样大力发展城市私人交通，否则拥有13亿人
口的我国必定会产生能源危机，阻碍发展。一辆大型公共汽车，在同样里程数平
均每人耗油是普通小汽车的1/5，在很大程度上可以达到节能减排的作用。同样，
土地资源对于现在的城市发展也是个很重要的因素，城市发展中不可缺少的停车
场占用大量土地资源，交通工程规划设计一般的规定是：每辆小轿车占用25平方
米，大型公共汽车为40平方米．在这里，假设一辆大型公共汽车的平均载客量为
80人，而一辆私人小汽车的平均使用者为3人，这样每个私人小汽车使用者占用的
停车面积相当于公共交通乘用者的16.6倍。
4、有利于改善城市环境
为改善城市的空气质量，我国各城市政府已经采取了许多措施，有些已经初
见成效，但还远没有从根本上解决问题。世界上其他城市情况也基本类似。一些
专家指出:“机动车是城市中最主要的污染源”。在研究解决措施时他们提到：“如果
机动车和燃料技术不与降低机动车行驶里程的战略相结合，就不能解决大城市的
空气污染问题。有效的措施是：减少汽车特别是私人汽车的不必要运行，开发大
运量的运输系统”。计算使用不同交通工具的出行者所造成的环境污染，公共交通
乘用者肯定是最低的。
摘要：

摘要随着国民经济的快速发展，我国城市化进程日益加快，城市交通需求与供给之间的矛盾越来越突出。智能公交系统是近几年交通发展中人们越来越重视的一个方面，智能公交系统采用公交优先策略，可以有效地提高公交车辆的运行速度，改善公交服务水平，提高道路的整体运行效率。公交优先主要有道路优先和信号优先两方面，这两种方法的科学运用，都能够在一定程度上缓解城市交通压力，促进公共交通的发展，对城市未来的可持续发展具有重要意义。本文主要针对智能公交系统信号优先进行深入研究，探讨公交优先信号控制策略。首先，论文介绍了智能公交系统的相关信息。对智能公交系统的构成、功能以及应用做了详尽阐述。其次，研究了公交优先的目标及其实...

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