重點通道多級緊急優先控制設計研究

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0 引言

緊急優先特殊車輛包括急救車、消防車、執勤警車、時爭搶修車、工程搶險車等正在執行特殊緊急任務的車輛[1]，在緊急任務行動中起著關鍵性的作用，緊急車輛通過重點通道的速度快慢決定任務成功率的高低，因此，使特殊車輛以最快速安全通過重點通道成為本文研究重點。

從緊急優先的控制目的來看，其主要以保障特殊車輛緊急優先相位快速安全通行，達到不減速通過，且最大限度減少對非優先方向車輛的停等時間，保障非優先方向車輛信使通暢。

1 一般緊急優先的控制方式

最早的優先控制是1967年在洛杉磯所做的公交信號優先控制實驗。在現實巨大需求和美好預期的驅動下，公交信號優先控制理論逐漸吸引了交通控制領域、公共交通領域乃至交通設計和交通安全領域眾多研究者的注意。早期公交信號優先控制研究傾向于將公交信號優先(bus signal priority)與強制信號優先(priority and preemption)歸結為同一類問題[2]。而重點通道的緊急優先控制應采取強制信號優先，強制信號優先的定義為“交通信號從正常狀態切換到特殊狀態，以滿足緊急救援車輛、軌道交通等的通行，即需要中止正常的信號運行來提供特殊信號服務”。這兩個定義從本質上體現了優先級思想：一般公交車輛的優先級大于普通社會車輛，緊急車輛(緊急救援車輛、軌道交通等)的優先級最高[3]。

2 多級緊急優先的控制方式

傳統的重點通道緊急優先多采用人工干預方式，使用遙控器或開關控制，信號時長多為固定時長，無法靈活更改優先方向車輛通行時間，導致車隊無法順利放行，單車駛出重點通道后優先方向空放嚴重。在部分重點通道采用線圈檢測的方式檢測車輛是否壓占，從而給出優先信號，此種方式由于線圈的檢測靈敏度不夠導致檢測不充分，無法觸發優先相位，或是重點通道車輛進入誤觸線圈檢測器啟動優先信號，導致緊急優先的觸發需要人工干預，因此失去了緊急優先系統安裝的意義。

針對現有傳統緊急優先控制，多級緊急優先控制通過多檢測區域，多級檢測的方式，區分車輛進出方向，降低檢測器誤觸發緊急優先信號控制概率，可最大限度保證檢測的準確性。

2.1 多級緊急優先控制檢測設備介紹

多級緊急優先控制檢測設備外形主要由3個SENSOR傳感器+遮陽罩+外殼（上蓋+下蓋）+安裝支架三部分組成，如圖1所示，主要特點如下：

（1）采用吊裝支架，方便安裝于橫向立桿、龍門架等。內部中空，接線可以放在吊裝支架的內部，有效保護接線端子。

（2）整個外殼采用鍍鋅鋼材料，有效防止長時間戶外風雨的腐蝕。

（3）采用前向、正向、后向順序的3目視頻傳感器，并且可把3個視頻無縫拼接融合成一個大場景視頻，有效監測車輛運行的全過程。

2.2 檢測區介紹

多級緊急優先控制采用大場景圖像采集技術，可以全面獲取場景內車輛運行信息，因此在緊急優先控制系統中可通過兩種檢測區進行判定。

預測檢測區是對車輛優先的預先判斷，該檢測區域作用如下：

（1）識別車輛行駛方向及號牌，判斷該車輛是否為緊急車輛，是否需要觸發緊急優先信號，如車輛從重點通道外部向內部行駛或緊急車輛，則不觸發緊急優先控制信號；

（2）檢測車輛速度，通過對車輛速度的檢測，計算出車輛到達停止線的預計時間，在預檢測區內合理切換信號燈態，非優先方向切換為黃燈，當優先車輛到達感應檢測區時可剛好綠燈通行；

（3）判斷車輛數量從而預測綠燈通行時間，例如檢測器檢測到區域內有5輛車，則可以預測20秒的綠燈通過時間，保證車隊順利通行。

感應檢測區是對當前停止線前的車輛實時進行感應控制，該檢測區域作用如下：

（1）當預檢測區檢測到緊急車輛，但感應檢測區有非緊急車輛時，切換信號燈態放行非緊急車輛，為緊急車輛清空通行道路；

（2）檢測緊急車輛是否順利通過感應檢測區，如未順利通過且緊急優先信號已經觸發，則觸發警報通知，通知中心人為進行狀況查看，判斷是否緊急優先路口出現路口死鎖或交通事故，如圖2所示。

圖2 多級緊急優先控制流程圖

2.3 多級緊急優先控制觸發情景

情景一未檢測到車輛申請優先控制：兩個檢測區域內均無優先車輛通行，信號機運行TOD固定信號配時方案；

情景二檢測到一輛車申請優先控制：當預檢測區域內檢測到優先車輛通行時，按照預檢測計算的觸發時間，關閉所有車道綠燈，全部燈態切換順序為綠閃-黃燈-全紅-緊急優先相位綠燈；

情景三檢測到車隊或排隊的優先車輛通行：預檢測區檢測排隊長度，信號機根據排隊長度預測緊急優先相位所需綠燈時長，車輛按照預檢測計算的觸發時間，關閉所有車道綠燈，全部燈態切換順序為綠閃-黃燈-全紅-緊急優先相位綠燈（根據排隊長度智能調整），執行緊急優先。

3 多級緊急優先的應用

3.1 建設目的

機場車站等國內外各界人士往來的重要交通樞紐，保障緊急車輛順暢出行成為了改善交通、維護穩定安全的重要目標。本次選取機場重點通道作為測試點，項目希望結合視頻檢測器圖像分析技術及信號控制手段，合理智能的分配信號時長，在不鎖定相位（即盡量不干擾社會車輛正常通行）的情況下，確保緊急車輛順利通過。

3.2 路口現狀

試點路口全天車流量較小，東北方向為航站樓連接線，北向作為機場緊急車輛特勤出口。北、東北方向進口由同一信號燈組控制，左轉車輛主要去往高速方向，直行車輛去往機場管轄生活區域方向。南方向車輛左轉進入機場工作區域或右轉去往機場高速。現狀渠化如圖3所示。

圖3 試點路口現狀渠化圖

3.3 信號控制目的及策略

控制目的：緊急車輛進入該路口等待時，由多級緊急優先檢測器進行檢測，確認車輛具有緊急優先控制需求時，觸發信號機緊急優先功能，在保證行人過街安全條件下，自動切換到緊急優先相位，使緊急車輛快速通過，減少車輛停等時間。

控制策略：采用緊急優先控制模式，當多級緊急優先檢測器檢測到檢測區域內北向的緊急車輛時，觸發信號給信號控制機，在現有相位的基礎上執行緊急相位，緊急相位切換為綠燈，其余相位切換為紅燈。

4 總結

本案例中在試點路口應用的緊急優先控制，對比以往工作人員手動攔截車輛，保障緊急車輛通行的方式，極大的提高了特殊車輛的通行效率，緊急車輛通過交叉口的時間得到大大降低，減少了緊急車輛對社會車輛的影響，降低了其余方向車輛延誤時間，保障了重要路段重點路口的通行安全。