公交車車速誘導研究與應用

鄭 晨，鄭長江

(河海大學土木與交通學院，江蘇南京210098)

0 引言

城市公共交通是城市交通的重要組成部分，是城市客運系統的主體.如何在當今快速發展的城市交通中發展公共交通，緩解擁堵問題，已成為許多學者探討的重點.陳學武等［1］結合我國城市公共交通現狀分析和德國城市實施公交優先的實踐，闡述城市公共交通優先權的目標、效果與措施.關偉等［2］研究了公交優先信號控制策略，模擬路邊設立公交車輛檢測器的情況下，不同交通流量和公交車發車間隔的最優控制策略.但在沒有公交專用信號的情況下，公交車停靠站點及交叉口的延誤，增加了行程時間，降低了公交的利用率.僅靠優化公交車行駛速度，利用紅燈等待時間完成站點停靠，可使條件較差的區域簡單有效地降低行程時間.筆者提出在排除其他車輛干擾的前提下，利用車速誘導系統，實時提供車速誘導.通過加速，減少公交站點停靠和交叉口信號的雙重延誤;通過減速，在不能減少延誤時，降低能源消耗和環境污染.

1 公交車車速誘導方案

為保證公交車車速可以按以下方案加減速，筆者采取設置公交專用道減少社會車輛對其速度的影響.

假設公交車可行駛車速區間為［v1，v2］，取其中間值vm為默認行駛速度.設公交車于tA時刻駛離站A，站A與站B間距離為SAB，公交車以默認行駛速度vm勻速行駛，到達站B所需時間為交車于時刻t=t+t到達站B，乘客BAAB上下車平均需時Tud=max(Tup，Toff)，車輛通過交叉口所需時間為T1.在路段AB間，公交車通過減速或加速所能改變的最大時間［3］分別為

根據交叉口有無站點確定誘導策略和優化速度.

1.1 當交叉口B為有站點交叉口

誘導系統通過信號控制系統得到交叉口B的信號配時方案，如圖1所示，其中T=Tud+T1.為使公交車利用紅燈時間上下客，或在綠燈結束前完成上下客，駛離交叉口，車速誘導系統將周期內時刻劃分為6種，由此采用不同的車速誘導策略.

(1)如果公交車在［t0，t1］之間到達，則公交車可在黃燈啟動前完成上下客，駛離交叉口，則維持原速度，vopt=vm.

(2)如果公交車在［t1，t2］之間到達，提高車速，使其在t1時刻前到達站B，則可在黃燈啟動前駛離交叉口.提速后的車速為

(3)如果公交車在［t2，t3］之間到達，無法在黃燈啟動前完成上下客.降低車速，使公交車在黃燈啟動時到達站B，利用紅燈時間上下客.減速后的車速為

(4)如果公交車在［t3，t4］之間到達，無需改變車速，利用紅燈時間上下客，即可在下一綠燈啟動前準時離站，則維持原速度，vopt=vm.

(5)如果公交車在［t4，t5］之間到達，為使公交車能在紅燈持續時間內完成上下客，在綠燈啟動時刻準時離站，需提高車速，使公交車在t4時刻前到達站B.加速后的車速

(6)如果公交車在［t5，t6］之間到達，盡管不能使其在紅燈持續時間內完成上下客，但加速后可減少占用后續綠燈時間，可盡早駛離交叉口，仍采用加速策略，vopt=v2.

圖1 公交車到達有站點交叉口時刻示意圖Fig.1 Diagram of bus arrive at intersection with station

1.2 當交叉口B為無站點交叉口

對于無站點交叉口，為使公交車能夠不停車通過交叉口，應在黃燈啟動前到達站B.如圖2所示.

圖2 公交車到達無站點交叉口時刻示意圖Fig.2 Diagram of bus arrive at intersection with no station

(1)如果公交車在［t0，t1］之間到達，則公交車在次交叉口可不停車通過，vopt=vm.

(2)如果公交車在［t1，t2］之間到達，通過提高車速，使公交車在t1前到達交叉口，加速后的車速

(3)如果公交車在［t2，t3］之間到達，此區間為不可控區域，即無論對公交車進行加速或減速，都無法使其在綠燈持續時間內通過交叉口，則維持原速度vopt=vm.

(4)如果公交車在［t3，t4］之間到達，通過降低車速，使其在下一周期初t0時刻到達交叉口，則可不停車通過，減速后的車速

1.3 誘導信息發布［4-5］

公交車輛的信息采集主要通過GPS定位技術完成.通過公交車上的GPS模塊，測量出車輛的實時數據，如位置、速度、運營時間等.將這些數據通過GPRS網絡技術傳入計算機處理系統，并結合下一個交叉口的信號配時，計算該路段的行程時間和行駛速度，以便司機根據上述信息進行車速控制，接受系統誘導并執行，如圖3所示.

圖3 誘導信息采集與發布示意圖Fig.3 Diagram of induction information collection and distribution

2 實例研究

筆者以南京市北京西路11路公交車為例，選取非高峰時段，通過現場調查，得出草場門、江蘇省委、玉泉路以及云南路4個車站的公交車停靠時間.并將西康路、莫干路、寧海路等6個交叉口的信號配時輸入Vissim軟件，得到公交車通過北京西路路段的平均行程時間，并與優化公交站臺位置及公交行駛速度后的行程時間進行對比.

2.1 原公交車行程時間

根據調查，公交車在各個站點的停靠時間呈N(14.7，1.2)的正態分布，假設公交車行駛車速為20 km/h［6］.各交叉口及車站位置如圖4所示.

將數據代入Vissim軟件仿真［7-8］，得到結果如表1所示.

圖4 原站臺位置示意圖Fig.4 Diagram of original station location

表1 原公交車行程時間仿真Tab.1 Original bus travel time simulation

由表1可知，在公交車按原速度正常行駛時，行駛完該路段平均需要570 s，其中延誤時間平均為76 s.

2.2 優化后公交車行程時間

優化車站位置，將江蘇省委、玉泉路、云南路三個車站移至交叉口入口處，利用紅燈時間上下客，如圖5所示.

圖5 優化站臺位置示意圖Fig.5 Diagram of optimized station location

假設公交車進入該路段的起始時刻為t0，到達交叉口A的時刻為tA，以此類推.各交叉口直行信號配時如圖6所示.

圖6 各交叉口直行信號圖Fig.6 Diagram of each intersection straight line signal

設可行駛車速區間為［18，22］km/h［6］，默認車速 vm=20 km/h，Tud=19 s，T1=4 s.經過各分路段的行程時間計及優化速度如下.

(1)OA段.由Vissim仿真得到結果，公交車在到交叉口A時，平均需要160 s，處于信號周期中［t3，t4］區間，即無需加減速，利用紅燈上下客，待紅燈結束，駛離交叉口.該路段 vopt=vm=20 km/h.

(2)AB段.由仿真得，tB=276 s，處于該路口信號周期的［t0，t1］區間，即在紅燈結束前，可完成上下客，并駛離交叉口.該路段 vopt=vm=20 km/h.

(3)BC段.由仿真得，tC=317 s，該路段無公交站點，處于信號周期的［t1，t2］區間即通過加速，可以節約4 s恰好可以在綠燈結束前駛離交叉口.該路段 vopt=v2=22 km/h.

(6)EF段.tF于信號周期［t0，t1］區間，可在綠燈結束前駛離交叉口，該路段vopt=vm=20 km/h.

通過整個路段的總行程時間為473 s，比優化前的行程時間減少了97 s.通過車站位置和行駛速度的優化，大大節約了公交車的行程時間，并通過減速優化，在一定程度上減少了能源損耗和環境污染.

3 結論

城市交通擁堵的問題必須通過發展公共交通得以解決，已成為廣大學者和研究人員的共識.但發展公交并不是盲目的增設線路，還得在信號配時與行駛車速等微觀方面加以改進.

筆者在假設沒有其他車輛干擾的前提下，提出通過信息誘導，對公交車車速進行優化，合理利用紅燈等待時間進行上下客，減少公交車的行程時間.由于作者水平有限，文中許多地方均以理想狀態代替，望在今后的研究中能取得新的進展.

［1］陳學武，李淑娟.城市公共交通優先權的目標、效果與措施［J］.中國市政工程，2001(2):15-17.

［2］關偉，申金升，葛芳.公交優先的信號控制策略研究［J］.系統工程學報，2001，16(3):176-180.

［3］王煒，陳淑燕，胡曉健.“一路一線直行式”公交模式下公交車行駛誘導和調度集成方法［J］.東南大學學報:自然科學版，2008，38(6):1110-1115.

［4］胡非與，徐建閩.雙向傳輸的智能公交信息采集系統的研發［J］.交通信息與安全，2009，27(3):116-119.

［5］李天雷.基于GPS數據的公交行程時間計算與預測系統［D］.長春:吉林大學軟件學院，2009.

［6］孫逢春，王震坡，王軍.北京市公共汽車平均車速統計分析［J］.汽車工程，2003，25(3):119-222，242.

［7］季璇，江航.基于VISSIM的公交停靠站點優化研究［J］.公路與汽運，2012，1(1):50-53.

［8］伍雄斌，王世龍，黃劍豐.基于VISSIM的公交車輛運行仿真［J］.交通科技與經濟，2011(6):120-121，125.