公交信号优先策略与技术

                          ----*部交通管理科学研究所  袁建华

    在信号路口，公交信号优先可为公交车辆（公共汽车、客运车辆、有轨电车等）提供便捷的优先通行服务，这样可以降低公交车辆的行程时间和排队等候绿灯放行的时间，从而提高公交车辆的准点率和服务水平。公交信号优先不仅要提升公交车辆交通的运行效益，而且要尽量降低对其它车辆、行人交通等产生的负面影响。

一、信号优先与信号强制优先

虽然信号优先（相对优先）和信号强制优先（优先）的表象相近，使用的设备（检测器等）类似，但却存在本质区别。信号优先是为了更好地照顾公交车辆运行而只对正常的信号运行过程进行局部调整，信号强制优先是为了响应突发事件而会中断正常的运行过程（如服务于紧急车辆）。

在铁路--公路平交路口，为了更好地服务于紧急车辆，保障紧急车辆及驾乘人员的安全，经常使用信号强制优先，实施时*撇开当时的信号配时状态及邻接信号协调问题的。信号强制优先使用特定的信号配时，会强制路口交通信号控制机跳出和归位到正常的信号协调状态。公交信号优先是在保持原有的信号协调状态下，为公交优先通行提供有限服务，同时避免对其它交通产生明显的负面影响。为了体现交通信号控制系统的性，应当少使用信号强制优先，而多使用信号优先。

二、公交信号优先策略

公交信号优先可分成信号被动优先和信号主动优先。信号主动优先则可进一步分成绿灯早启、绿灯延长、感应式公交相位、相位插入、相位倒转和自适应控制。

1、信号被动优先

公交信号被动优先不对公交车运行位置进行检测，也不响应任何信号优先请求，这种方式适用于公交运行稳定可靠（如严格遵守公交运行时刻表）、发车频率高和载客率低的场合。公交信号优先配时的主要优化指标是公交乘客在公交停靠站的平均等车时间。但信号协调的配时如果只针对公交车辆，那么其它交通就可能会要承受不必要的延误、停车次数和焦虑，因此，公交信号优先配时应当兼顾同向运行的其它交通流。对主干道进行信号协调和优化配时可降低公交车辆的行程时间，提高交通流量。

2、信号主动优先

信号主动优先策略是基于公交车辆检测信息或车辆/系统发出的优先请求为特定的公交车辆提供优先通行服务。

当检测到的公交车辆是在红灯相位到达时，可采用绿灯早启策略来提前结束正在运行的其它方向的绿灯相位而提前启动本方向的绿灯相位。

当检测到的公交车辆恰好是在绿灯相位到达时，可采用绿灯延长策略来延长本方向的绿灯显示时间。由于绿灯显示时间的延长并不需要另外的灯色过渡显示时间，所以绿灯延长策略的效率更高。绿灯早启和绿灯延长策略的结合运行可使公交车辆所在的相位获得zui大的绿灯显示时间。但是在信号协调控制模式下，两者不能同时运行在同一信号周期内。

感应式公交车辆相位仅当检测到有公交车辆到达时才会显示。例如在检测到左转车道上有公交车辆到达时就会显示左转相位，又例如可使用排队跳转相位来让公交车辆早于其它交通流驶过信号路口。排队跳转相位仅服务于公交车辆，可让公交车辆优先通行，而同一方向的其它车辆必须在路口排队等到绿灯显示后才能通行。当公交停车港湾设置在信号路口入口时，在主要车道是红灯相位时使用排队跳转相位可让公交车辆驶回到主车道上。

相位插入是指特定的优先相位插入正常的信号相序，这种插入发生在检测到有公交车辆到达并接受到优先请求时。例如检测到左转车道有公交车辆到达并接受到优先请求时，可插入前置的左转相位。

公交信号优先还包括相位倒转。例如，某路口北入口的左转相位原来是一个后置相位，紧接着直行相位而显示。如果在北入口的直行相位启动前有一辆需要优先通行的左转公交车辆到达，就可请求左转相位。通过相位倒转，这种服务于左转公交车辆优行通行的左转相位就变成了一个前置相位。

自适应性公交优先策略可用于平衡各种交通运行效益，其优化指标包括公交乘客延误、公交车辆延误、机动车辆延误或这些指标的复合指标，适用于对现有的交通信号控制系统进行完善。为了能有足够的时间进行配时的实时调整，需要及早对公交车辆进行检测。为了实时响应交通流的变化，自适应系统需要而对公交车到达时间等信息进行频繁更新，更新的信息要及时反馈给信号配时的调整程序。

三、信号恢复/过渡

信号恢复/过渡不属于公交信号优先策略，但却是十分重要的。公交信号优先“处理”这一过程并不会在公交车辆得到优先通过后就宣告结束。在主动优先控制方式下，绝大多数路口交通信号机都要进行信号恢复运行，信号要过渡恢复到原先的正常运行状态，需要对公交信号优先实施时所缩短的或跳转的相位进行补偿。信号恢复应当重点关注所采用的恢复方法是否会对当时的交通运行产生明显的影响。可能需要经历多个信号周期才能过渡恢复到原先的信号协调控制模式，这也是较少使用信号优先的原因之一。为了降低公交信号优先给冲突方向交通带来的负面影响和维持主干道的信号协调，信号恢复*。

四、公交信号无条件优先和有条件优先

1、无条件优先

公交信号优先的分法分成无条件优先和有条件优先。无条件优先方法是为到达信号路口的所有公交车辆都提供优先通行，这是通过公交车辆的到达检测并向路口交通信号机发送优先请求来达到公交信号优先的，这样公交车辆的行程时间就可得到zui大程度的降低。当公交车辆驶离路口时，它会向路口交通信号控制机发送一个驶离信息来清除优先请求。公交车辆的检测时间和优先请求的发送时间关系到公交信号优先事件是否会得到触发，无条件优先实施简便但不失性价比，因此是经常采用的公交信号优先方法。这种方法的数据通信结构简单明了（例如我是到达检测区域的一辆公交车辆，请求优先通行）。路口交通信号机对接受到的优先请求进行评估，一旦未超出用户预设的策略范围就会批准实施，通过累积延长本方向的绿灯显示时间直至zui大值，或缩减冲突方向的绿灯显示时间直至zui小值来满足公交车辆的优先通行。

2、有条件优先

公交信号有条件优先需要复杂的系统支持，例如在优先请求发出之前需要由自动车辆定位系统来确认公交车辆是否晚点，或是否满足其它的预置条件。利用车载式定位系统和复杂的识别/数据传输系统，公交车辆向路口交通信号控制机发送更加详细的信息（例如，我是一辆晚点的公交车辆，请求优先通行）。另一方面，如果车载计算机识别到公交车辆是提前到达就不会发出优先请求。在公交信号的有条件优先情况下，公交车辆发出的优先请求总量会得到控制而降低，公交车辆运行的准点率会得到提高，但行程时间的不会有明显的变化。有条件优先需要装备*的系统例如自动定位系统，并对车辆系统、信号系统等进行逻辑和物理上的高度集成。

五、公交信号优先系统的构成

公交信号优先系统由优先请求生成系统、通信系统和交通信号控制系统构成。优先请求生成系统负责公交车辆的检测和生成优先请求。通信系统负责各个组成系统之间的通信。交通信号控制系统负责接受和处理优先请求。

1、公交车辆检测/优先请求系统

公交车辆的检测方法有三种：（1）信号路口的路边检测；（2）公交车辆与路口信号机进行直接主动通信；（3）公交车辆与控制中心进行直接主动通信，由控制中心向路口信号机转送公交车辆位置信息。公交车辆检测/优先请求系统根据预置策略来生成优先请求，既可以是无条件的（例为某条线路上的所有公交车辆生成优先请求），也可以是有条件的（例如只为晚点5分钟以上的公交车辆生成优先请求）。系统可分成路口级和控制中心级两类。对于路口级，公交车辆通过车载发送器与设置在路口的接受器的进行通信发送位置信息。对于系统级，公交车辆与控制中心进行通信直接传送位置信息。无论是路口级还是系统级，生成的优先请求都需要得到处理和批准。

2、通信系统

通信系统把公交车辆的位置信息和优先请求信息传送给路口信号机或控制中心，通信方式是中心到中心或中心到路口。公交信号优先系统还需要采集用于离线分析和挖掘的有关交通信息，因此路口信号机与数据采集服务器之间也需要进行通信。

3、交通信号控制系统

交通信号控制系统负责响应公交信号优先请求并执行相应的信号变换。这项功能可以由路口信号机直接执行，也可以先由位于控制中心的系统对优先请求进行采集和处理，然后驱动路口信号机来执行。控制系统将基于预置策略作出是否要进行信号调整的决策，例如在本地路口信号机每周期只对一个优先请求进行响应的策略下，第二个优先请求将不会得到响应并导致信号改变。控制系统还要负责对优先请求进行优先等级排队管理。

六、公交信号优先的不利因素

迄今为止，公交信号优先策略在欧洲得到了一定程度的推广应用，但在其它地区及国内都还处于试验应用阶段，究其原因，主要包括：

◆对技术可行性和成本效益的广泛担忧

◆缺少可信的、的和性价比高的公交车辆检测产品

◆安装车载定位系统的公交车辆相对有限

◆现有的交通信号控制软件不支持公交信号优先

◆公交信号优先系统及设备运行和维护成本高

◆公交信号优先规划迟后，技术人才缺乏。

七、公交信号优先系统的规划

      公交信号优先系统实施时需要做好以下一些工作：

◆需求调查分析

◆根据国家或地区ITS框架制订公交信号优先的实施规程

◆识别系统的利益相关者。

◆建立一个跨部门的领导小组来负责项目的实施

◆建立一个技术团队来指导项目实施

◆建立目标，量化性能指标

◆确定资金筹措方案

◆需求细化和目标分解

◆开展小范围的测试试验应用