交叉口公交优先预信号感应控制策略仿真实现

第23卷第9期系统仿真学报©Vol.23No.92011年9月JournalofSystemSimulationSep.,2011http:∥•1909•交叉口公交优先预信号感应控制策略仿真实现何必胜1,2，宋瑞1,2，何世伟1,2，郑锂1,2，高奎红3（1.北京交通大学交通运输学院，北京100044；2.北京交通大学城市交通复杂系统理论与技术教育部重点实验室，北京100044；3.江苏省交通科学研究院股份有限公司，南京210017）摘要：为实现公交优先预信号感应控制策略，采用交通仿真软件VISSIM中逻辑控制语言VAP编写其程序，并结合软件进行仿真分析。从空间和时间两个方面对预信号设置进行了研究，提出具有“要”、“抢”、跳相功能的公交优先预信号感应控制的方法，并将基于此三种控制方法的VAP控制程序应用于北京市幸福大街交叉口的仿真实例中。结果表明：预信号绿灯提前启亮时间为4s、预信号红灯提前启亮时间为5s时公交优先预信号感应控制效果最优。公交优先预信号感应控制较无公交优先固定控制和公交优先预信号固定控制方式能大大降低主干道直行公交车和社会车辆延误，保证了交叉口主干道直行车流的顺利通行。关键词：交通仿真；公交优先；预信号；感应控制；VISSIM中图分类号：U491文献标识码：A文章编号：1004-731X(2011)09-1909-06SimulationofTransitPrioritybasedPre-signalActuatedControlinIntersectionHEBi-sheng1,2,SONGRui1,2,HEShi-wei1,2,ZHENGLi1,2,GAOKui-hong3(1.SchoolofTrafficandTransportation,BeijingJiaotongUniversity,Beijing100044,China;2.MOEKeyLaboratoryforTransportationComplexSystemsTheoryandTechnology,BeijingJiaotongUniversity,Beijing100044,China;3.JiangsuTransportationResearchInstituteCo.,LTD,Nanjing210017,China)Abstract:Inordertoimplementthetransitprioritybasedpre-signalactuatedcontrol(TSPbPAC)atsignalizedintersection,theprogramofTSPbPACwasformulatedviaVAP,whichisalogiccontrollanguageembeddedintrafficsimulationsoftwareVISSIMtoanalysistheresults.Thetemporalandspatialmeasuresofpre-signalsettingwerestudied,thenthreeapproachesofTSPbPAC(thatisphaserequirements,phasesteelandphaseskipping)wereputforward.ThesethreeTSPbPACapproacheswereusedinthesimulationcaseofXingfuStreetintersectioninBeijing.TheresultsofsimulationshowthattheperformanceofTSPbPACisthebestwhenthepre-signalgreentimestartsahead4secondsandthepre-signalredtimestartsahead5seconds.TSPbPACisbetterthantransitprioritybasedpre-signalfixedcontrolandno-priorityfixedcontrolinreducingthedelayofbusesandno-priorityvehiclesofstraighttrafficflowonmajorleg.Itguaranteesthesmoothnessofthetrafficflowonthemajorlegsofsignalizedintersection.Keywords:trafficsimulation;transitpriority;pre-signal;actuatedsignalcontrol;VISSIM引言1目前，公交优先策略已经成为众多城市解决城市交通拥挤的一个重要手段，城市交叉口的信号控制是整个公交优先系统中重要的组成部分。在国内外各城市大力建设公交专用道等公交优先设施的同时，交叉口公交优先的信号控制策略引起许多学者的关注。由于工程建设的不可重复性，如果交收稿日期：2009-04-13修回日期：2009-06-29基金项目：国家高技术研究发展计划(863计划，2006AA11Z203）；霍英东基金（104007）；北京交通大学重点基金（2006XZ004）；中央高校资助项目（2009JBM042）。作者简介：何必胜(1986-)，男，湖北孝感人，博士生，研究方向为城市交通运输规划与管理；宋瑞(1971-)，女，山西太原人，博士，博士后，教授，研究方向城市交通运输规划与管理。叉口公交优先信号的引入不能达到预期效果，便会造成经济和社会成本的极大浪费；固定信号控制方法不利于交叉口有限资源的充分利用，会增加车辆在交叉口的延误。因此，对低效率的固定信号控制方法进行改进和对交叉口信号控制方案进行评价是必要的。在国外，英国于1991年首先提出预信号控制方式的公交优先信号控制[1]，之后美国、日本都对公交优先信号控制进行了推广。Wu（1998）[2]分析交叉口公交优先预信号对于公交车辆和非公交车辆所带来的效益与不利影响；Balke（2000）[3]通过预测公交车辆到达公交车站和交叉口的时间来选择公交优先控制策略；Ngan（2004）[4]通过实例研究了不同流量比、公交车达到率、公交车站地点、左转情况和信第23卷第9期系统仿真学报Vol.23No.92011年9月JournalofSystemSimulationSep.,2011http:∥•1910•号条件下交叉口公交车辆延误情况，得出公交优先信号在公交车流量较大、左转车流少、低流量比的情况下最为适用的结论；Shalaby（2006）[5]综合加拿大安大略湖区的各大城市相关部门都对公交优先信号设计方法，改进公交优先信号设计的框架及相关指标；Zhou（2008）[6]研究在右转车辆较少的交叉口采用右转车道为直行公交车通行道路，配合信号控制策略使公交车辆绕过社会车辆候驶车流通过交叉口的公交优先方法，并通过VISSIM软件仿真验证该方法。国内学者对交叉口公交优先信号控制也提出了很多策略。张卫华（2004）[7]研究了公交优先信号控制的交叉口预信号设置、配时优化方法和延误计算，提出了主信号停车线和预信号停车线之间距离的确定方法以及分析主信号与预信号之间的协调关系；马万经（2008）[8]对于单点公交优先感应控制策略效益进行分析，并应用于实例进行了仿真验证。以上研究表明，公交优先预信号研究已经很成熟，但是结合全感应控制的公交优先预信号研究较少，没有文献对于感应控制的公交优先预信号交叉口进行微观仿真。因此，本文提出具有全感应控制功能的公交优先预信号感应控制策略，并应用VISSIM软件进行仿真，评价了预信号感应控制的时间参数和分析交叉口的各进口道车流对设置为具有优先通行权公交车延误影响。1公交优先预信号感应控制公交优先预信号感应控制策略是通过交叉口的公交优先设置、公交优先预信号设计和感应控制方法的配合使用来实现的。目前国内公交专用道多为单线，设有公交专用道的道路多与未设公交专用道的道路相交。定义设有公交专用道的道路为“主干道”，在交叉口具有优先通行权；未设公交专用道的道路为“次干道”，通行权较“主干道”次之。1.1公交优先预信号感应控制交叉口设置将设有公交专用道的道路全部直行进口道设置双停车线，在预信号红灯期间到达的全部社会车辆在预信号控制候驶区排队等待，而公交车辆在主信号控制候驶区排队等待。交叉口形式如图1所示。主信号停车线预信号停车线主信号控制侯驶区公交专用道右转车道左转车辆侯驶区左转车辆侯驶区左转车道L主信号控制侯驶区主信号控制侯驶区预信号控制侯驶区预信号控制侯驶区图1预信号公交优先交叉口设置图为确保主信号控制候驶区能得到充分利用，公交车辆进入主信号候驶区应遵循如下规则：当主信号红灯启亮时，先到的公交车辆必须进入靠近左转候驶区的进口道停靠，只有在该进口道没有剩余空间时才停靠其相邻进口道，以使公交车候驶区得到充分利用。另外，当预信号与主信号变为红灯时，容许部分未能通过公交车辆停车区的社会车辆在侯驶区内排队等候。主信号停车线与预信号停车线之间的距离L参考文献[7]方法设定。1.2预信号的设计预信号是为了保证在车辆到达交叉口时，通过预先设置的公交专用停车区保证公交车辆停在候驶车流的前面，绿灯启动后公交车优先通过交叉口，减少在交叉口的延误。预信号控制有两个重要的时间参数需要确定：t1—预信号绿灯提前启亮时间。主要用于东西直行相位绿灯启动时，预信号绿灯提前启动，社会车辆驶入主信号控制候驶区空闲的候驶空间，等待主信号绿灯启亮通过交叉口，充分利用交叉口空间；t2—预信号红灯提前启亮时间。为保证公交车辆顺利进入主信号控制候驶区，减少社会车辆停在候驶区域内的候驶，预信号红灯应提前启亮。t1、t2与预信号和主信号之间的关系如图2所示。图中：rp是预信号红灯时长，gp是预信号绿灯时长，rm是主信号红灯时长，gm是主信号绿灯时长，t1、t2分别为预信号与主信号的红灯、绿灯启亮时间差（单位为s）。rpgprmt1t2gm预信号主信号图2直行方向主信号与预信号配时协调关系图1.3感应控制的方法为保证公交车优先通行权，设置具有“要”、“抢”及跳相功能的全感应控制[9]，其基本工作原理如下：(1)“要”信号：若已达到最小绿灯时间后本相位无车辆到达，而下一相位又有车辆等待，则进入下一相位，即下一相位要了本相位的通行权，本相位就跳过；(2)“抢”信号：若当前相位已达到最大绿灯时间，仍有车辆不断到达，而下一相位又无车辆等待通过交叉口，则继续给本相位通行权，即本相位抢了下一位的通行权，下一相位就跳过；(3)跳相：若当前相位已达最大绿灯时间，下一相位没有车辆等待同时本相位也无车辆到达，而其它相位有车辆通行需求时，直接跳过下一相位，执行有车辆等待通行的相位，相当于动态相位控制，即相位之间的顺序是可变的。2仿真实现仿真平台为AMD5200+、2.7GHz双核CPU，2GRAM第23卷第9期Vol.23No.92011年9月何必胜，等：交叉口公交优先预信号感应控制策略仿真实现Sep.,2011http:∥•1911•的计算机上运行VISSIM3.70版交通仿真软件。VISSIM3.70仿真软件由德国PTV公司开发，是一种微观、基于时间间隔和驾驶行为的仿真建模工具，用于建模和评价各种交通条件下（车道设置、交通构成、交通信号、公交站点等）城市交通的运行状况。VAP（VehicleActuatedProgramming）是用于交通感应控制逻辑语言，可以嵌入VISSIM中实现交通感应控制。基于VAP语言的感应控制策略可以通过可视化的VISVAP操作平台来生成并编译[10]，VAP与VISVAP的关系如同C++语言与VisualC++的关系一样。57513792193042035479253142158430299438北东南西图3高峰小时交叉口车流量选取北京市幸福大街交叉口为应用实例。该路口的晚高