城市道路交叉口公交预信号控制方法及其应用研究

综述了公交预信号的国内外技术现状,提出城市道路交叉口公交预信号设置条件,给出了公交预置区车道布局方式,通过实验修正了公交专用候驶区长度计算模型,并给出了交叉口区域停车线、车道分布及公交优先检测器的布设。以上海市鲁班路复兴中路路口为应用对象,调查了公交预信号可实施条件,并计算了第二停车线设置位置,计算出车道灯先红先绿信号控制时间,论文基于PA-RAMICS仿真评估表明1 h内该路口公交车等待时间减少了28%,社会车辆平均等待时间增加了6%,达到公交信号优先的目的。     

考虑信号优先的相邻公交停靠站最佳布置方法

首先建立了在离线信号配时方案下,单个车辆通过信号控制交叉口群的信号延误计算模型;进而以车均延误最小为目标,建立了停靠站最佳布置的选择模型。通过对优化模型解的分析表明,不同的信号协调配时方案对应不同的停靠站最佳布置方案,单点最优解的叠加并非是全局最优解。以两个交叉口和两个停靠站的实际案例进行计算分析,得出在信号优先协调控制方案下的停靠站最佳布置方案,最佳布置方案的下车辆延误明显低于其他方案。最后通过微观仿真软件VISSIM验证了模型的计算结果。     

基于公交优先通行的交叉口预信号设置方法研究

在信号交叉口设置双停车线配上预信号控制是实施公交优先的有效技术措施之一,本文对基于公交优先的预先信号控制下交叉口进口道的布局方法与公交车停靠规则进行了研究,提出了由公交高峰小时到达率、主信号相位红灯时长、进口道数量、以及单个公交车辆所需的停靠长度等来确定主信号停车线与预信号线之间距离的方法,分析了已有文献中关于主信号与预信号配时相互协调关系的不足,并提出了改进的方法。     

基于车路协同环境的信号交叉口车速引导方法

针对现有的车速引导模型存在未综合考虑车辆跟驰行为、引导场景划分较粗略等问题，研究了4种基于车路协同环境下实时优化各车的车速引导模型。对车辆进行所属车辆列队划分，考虑车速引导影响对FVD跟驰模型进行改进。以车辆列队为引导单元，将车辆可能面临的交通状况细分为8种引导场景，以引导车辆不停车或少停车通过交叉口为目标，直接优化车辆加/减速度，建立车辆列队后车根据改进的跟驰模型计算目标跟驰加/减速度，并与头车组成列队以同一目标车速通过交叉口停车线的4种车速引导模型。以南昌市海棠北路/枫林西大街交叉口为例进行仿真验证，结果表明，所提出的车速引导模型能使车辆行程时间减少18.9%，最大排队长度减少58.8%，延误减少60.8%，燃油消耗减少36.4%，且适用于不同交通饱和状态，对提高信号交叉口通行效率和减少车辆燃油消耗有显著效果。      

考虑绿灯延长的干线公交绿波优化控制模型

针对绿灯延长控制策略使公交车辆在交叉口实际可通行时间大于社会车辆的事实，研究了考虑绿灯延长的干线信号协调优化控制模型。在MAXBAND模型考虑公交车运行速度和站点停靠时间的基础上，选择以绿灯起点作为绝对相位差的计算依据，结合最大延长绿灯时间改进对公交车辆的绿波带宽约束和时间-距离的几何关系约束，并使用Matlab求解改进模型相关参数。选取平均排队长度、社会车辆平均延误、公交车平均延误、平均停车次数和人均延误作为模型的评价指标，并使用Vissim软件对其仿真实验。实验结果表明，在无公交专用道且不考虑车辆排队影响的情况下，改进模型相较于在MAXBAND基础上考虑公交车行驶速度和靠站停车时间模型而言，5个评价指标均至少提升了2.87%;相较于MAXBAND模型而言，由于改进模型未考虑交叉口车辆排队情况，公交车平均延误增加了1.87%，但其他4个指标均至少提升了1.71%。      

借用公交专用道左转的主预信号控制方案优化

设置有路中式公交专用道的交叉口进口道存在因公交与其他车辆两股平行车流在路口同时左转、直行和右转而形成的多路交织现象，传统信号控制方案已无法消除这类交叉口相位放行造成的交织冲突问题。为解决该问题，设计了一种借用公交专用道左转的新型交叉口，规定了各流向车辆的运行规则，同时设计了主信号与预信号相位方案及相互协调配时关系。具体来说，根据公交直行车辆和其他左转、直行车辆的到达-驶离图式，分别建立各流向不同情况下车辆的延误与停车次数计算方法，以交叉口车均延误与车均停车次数加权的当量费用最小为目标，建立交叉口信号配时优化模型。为验证该优化控制策略的有效性，结合算例对传统控制方案和优化控制方案进行比较，并分析等待区长度对车辆排队演化过程的影响，确定优化方案适用场景。结果表明：相对于传统方案，优化方案增加了交叉口的通行能力，使得车均当量费用下降比例达到了32.3%；参数灵敏度分析显示，主信号等待区长度宜设置为80 m。所提出的控制策略通过借用公交专用道左转，提高了交叉口的利用效率，最大限度地降低了对公交优先策略实施的影响，能够完全消除设置有路中式公交专用道交叉口相位放行中的交通交织冲突现象，以保证交叉口行车安全。     

Signal coordination model for local arterial with heavy bus flows

Conventional Transit Signal Priority (TSP) controls often reach the limitation for arterials accommodating heavy bus flows since the priority function can significantly increase delay at minor streets. Under such conditions, a proper signal progression plan that accounts for the benefits of buses may offer the potential to improve the reliability of bus operations and increase the bus ridership. This study proposes a bus-based progression model to reduce the delay of buses on local arterials. Given the cycle length and green splits at each intersection, the bus-based progression model, grounded on the same notion as conventional signal progression methods, considers the operational characteristics of transit vehicles, such as the impact of bus dwell time and the capacity constraints at bus stops. Also, to deal with the stochastic nature of dwell time, this study introduces additional constraints to maximize the percentage of buses which can stay within the green band after leaving bus stops. Taking an arterial with five intersections and three two-way bus stops as an example, this study applies VISSIM as an unbiased tool for model evaluation. The simulation results demonstrate that the proposed model can significantly reduce bus passenger delays and the average person delays for the entire arterial, compared with the conventional progression models.     

信号控制下交叉口延误计算方法研究

为了对交通信号控制参数进行优化,需要对交叉口延误进行定量的分析与计算。根据信号控制交叉口理论,在以往定时信号延误研究的基础上,基于交叉口一个进口方向的车辆延误分析,针对交叉口各进口方向同时处于非饱和与同时处于过饱和交通状况,分析并推导了交叉口延误公式.并用具体的算例说明了公式的用法。公式表明了交叉口延误与信号控制参数、车辆到达率等参数之间的动态关系,为进一步研究交通信号自适应控制方法和建立交通信号控制参数优化的性能指标函数提供了信息。     

全设置连续流交叉口信号配时及延误模型

为了解决连续流交叉口车辆多次停车问题，提出了各流向车辆在所遇第2条停车线处不用停车的优化控制策略。通过协调主预信号配时，调整信号控制相位相序方案，促使车辆直接通过所遇第2条停车线，使得左转车辆停车次数由3次减少到2次或者1次，直行车辆停车次数由2次减少到1次。分析各流向车辆到达-驶离图式，构建左转车流在所遇第3条停车线处的延误计算模型，结合Webster经典模型，给出连续流交叉口整体延误计算模型，其计算结果与VISSIM仿真结果基本一致。推导给出车辆不二次停车、车车不冲突以及连续流交叉口自身交通组织等因素所需满足的约束条件，以交叉口车均延误最小化为优化目标，构建连续流交叉口主预信号协调配时优化控制模型，并设计了4种交通场景以验证不同情况下的效益改善情况。研究结果表明：通过信号协调减少1次停车，能够降低50%以上的车均延误和车均停车次数；根据各转向交通量所占比例选择合适的车道分配方案有助于提升连续流交叉口通行效率；在2种策略下交叉口车均停车次数分别为0.88~1.05、0.59~0.77，与已有控制策略约2次车均停车次数相比，明显降低了连续流交叉口车辆停车次数。研究成果可为连续流交叉口控制提供新的视角，对交叉口通行效率的提升效果也更加显著。     

考虑倒计时的交叉口公交优先检测器布设位置研究

交叉口公交主动优先策略主要依靠检测器对公交车辆运行情况进行分析,通过适当调整交叉口信号控制方案,从而实现公交车辆的优先通行。研究了考虑倒计时情况下的公交相位绿灯延长、绿灯提前2种公交优先感应控制策略的优化机理;针对设置有交通信号倒计时装置的交叉口,分析了倒计时信号对优先策略实施效益的影响,并依据优先判断区间的分析,提出了检测器布设的最佳位置。随后应用Vissim仿真软件以及VisVAP编程语言以上海市北京西路—威海路交叉口为例建立仿真分析模型,分析检测器布设于不同位置时公交车辆的延误情况,分析结果表明按所提出的计算方法布设检测器后,得到的优先效果最佳。     

信号交叉口排队长度预测的神经网络方法

预测信号交叉口的排队长度可以为交通信号控制和管理提供非常重要的信息。基于神经网络，针对定时和感应信号交叉口两种不同情况，成功实现了单、双车道排队长度的预测。同时，感应器与停车线之间的距离对预测精度的影响也进行了初步分析。模拟结果同时表明，神经网络对左转车道排队长度的预测效果不佳，不能为信号控制和管理提供有效的信息。     

高架出口匝道下游交叉口信号控制方法研究

城市高架快速路与地面道路,主要通过出口匝道及其下游交叉口进行交通转换,高峰时段出口匝道及下游交叉口交通拥堵频发。以元胞传输模型为基础,构建出口匝道及下游交叉口交通预测模型;采用动态调整周期时长和信号相位的控制策略,建立基于元胞传输模型的交叉口信号控制模型。以排队长度、绿灯和周期时长为约束条件,以各进口道加权平均延误为目标函数,进行信号配时动态优化。以成都市实例匝道和交叉口进行验证,表明本文提出信号控制策略可有效降低此类交叉口的饱和度、延误和排队长度,提升其通行效率。     

自适应信号控制下交叉口延误计算方法研究

为了研究交通信号的自适应控制方法,需要对交叉口延误进行定量的分析与计算。本文根据信号交叉口理论,在以往定时信号延误研究的基础上,基于交叉口一个进口方向的车辆延误分析,推导了信号控制交叉口不同交通运行状况下的交叉口延误公式;进而对自适应信号控制下交叉口延误的计算方法进行了研究,提出了自适应信号控制下交叉口延误的计算方法———根据交叉口各进口方向不同的交通运行状况以及所处的相序选择相应的公式计算交叉口各进口方向的车辆延误,然后对其求和,得到交叉口延误。     

多线路公交停靠站停靠组织研究

针对多线路公交停靠站公交车辆进出站排队现象严重,站点延误大,运行效率低等问题,分析了不同停靠组织形式和不同主辅站设置类型对公交运营效率的影响。运用Vissim对3泊位直线式和港湾式公交停靠站点的顺序停靠组织和不同组合的划线停靠组织分别进行仿真研究,从公交延误、车辆总延误、行程时间以及通过车辆数4个方面对不同停靠组织形式在不同条件下的交通运行效果进行评价,得到不同形式公交停靠站的最佳停靠组织形式;在此基础上,对不同组合型式的6泊位主辅站停靠组织进行仿真评价,得到了最优的主辅站设置类型。仿真结果表明:对3泊位公交停靠站采用直线式停靠站,总延误平均降低38.4%,采用港湾式公交停靠站,总延误平均降低40.6%;对6泊位主辅站采用双港串联设置,总延误降低22.8%。      

公交车停靠对交通流的影响

常规公交和社会车辆混行将在我国城市中长期存在,因此分析常规公交停靠对交通流的影响很有必要。该文讨论了公交车停靠对交通流的影响,提出了在低密度和高密度两种情形下不同的交通流延误模型,结果可用于量化公交车在车站停靠对其他车辆的影响程度。     

基于优化模型的城市公交停靠站址的选择

通过分析影响公交停靠站站址选择的主要因素,综合考虑行人过街延误,和公交站点离交叉口距离限制,将公交站址依据路况进行分类研究,针对各类型建立了基于乘客平均出行时间最小的多条公交线路的停靠站位置的优化选择模型,并提出了该模型的求解算法。     

网联自动驾驶车辆通过信号交叉口的速度轨迹优化

以网联自动驾驶汽车(Connected Autonomous Vehicle, CAV)为研究对象, 研究了CAV车队通过城市信号交叉口的速度轨迹优化控制策略。基于最优控制理论, 采用CAV的自动驾驶模型描述车间相互作用, 以所有CAV车辆在行驶过程中的总油耗为优化目标, 根据信号灯的配时信息建立模型约束, 通过优化CAV头车的速度轨迹, 保证整个CAV车队在绿灯相位下快速通过交叉口并实现油耗最小。为了对该优化控制进行高效求解, 采用离散Pontryagin极小值原理建立最优解的必要条件, 利用基于神经网络训练的弹性反向传播(Resilient backpropagation, RPROP)算法设计了数值求解算法。多个典型场景的仿真结果显示: 整个CAV车队均能在不停车的情形下通过信号交叉口, 避免因在红灯时间窗到达停车线造成的停车、启动等过程, 总油耗量最高可减少69.74%。该控制方法利用网联自动驾驶技术的优势, 显著改善了城市交通通行效率和燃油经济性。      

基于行人的信号交叉口右转车控制条件

针对保障行人过街道舒适性和安全性的信号控制问题,考虑行人的过街需求,分右转车与两进口行人完全分离、特定时间段右转控制两种条件,建立信号控制延误和行人干扰延误的分析模型,进而提出相应的右转车辆控制条件。以一四相位十字形信号交叉口为研究对象,采用与左转相位相同和进口人行道绿灯相位禁行两种控制方式进行应用仿真,结果表明,在右转车流量一定时,右转车不受控制时延误与行人流量成正比,当行人流量达到1 000人/h、右转车流量达到400 veh/h时,右转车延误超过C级服务水平延误值的上限;实施控制后,右转车延误随流量的增加而递增,与行人流量无关,且第2种控制方式下的延误更小。     

无公交专用道下的单点公交优先控制

在无公交专用道交叉口情况下,根据公交车到达检测器时刻、检测器布设位置及交通流量等参数,预测出公交车前方车辆数及车辆消散时间,以公交车延误最小为优化目标建立了公交优先信号配时参数优化模型.利用Vissim仿真软件对文中提出的控制方法进行了模拟仿真,结果表明:该控制方法能够为公交车准确提供优先配时方案,有效减少了无公交专用道交叉口的公交车延误.     

环形交叉口待行区设置与信号控制方法

为解决环形交叉口左转通行能力不足的问题，提出一种借助内侧环道与外侧环道设置左转待行区和直行待行区，并建立环道交通信号与进口道交通信号协调控制的环形交叉口信号控制方法。在饱和度等约束条件下，基于进口道停车线和环道停车线后不同的交通状态建立相应的延误计算模型，以延误最小为优化目标建立信号控制参数优化模型。案例分析表明：当左转交通量低于左转二次停车控制法适用的左转临界值时，所提出方法的延误较高；而当左转交通量高于该临界值时，左转二次停车控制法的延误快速上升并高于所提出方法的延误，且将导致环道锁死，而采用该方法仍能稳定运行，验证了提出方法的有效性。进一步分析进口交通量、不同类型环道数量和环岛半径等差异对所提出方法控制效益的影响，结果表明：随着环形交叉口进口交通量增大，该方法适用的临界左转比例随之降低；当进口交通量的左转比例低于临界左转比例时，交叉口处于非饱和状态且延误低；反之，交叉口处于过饱和状态且延误高。当左转交通量高于450 veh·h^-1时，增加左转环道有利于降低车均延误；而当直行交通量高于1 150 veh·h^-1时，增加直行环道效果更佳。当进口交通量小于800 veh·h^-1时，环岛半径对交叉口延误影响不大；而一旦进口交通量高于800 veh·h^-1后，环岛半径对车均延误的影响随进口交通量的增长愈加显著，环岛半径越大，交叉口车均延误就越高。