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1、智能运输系统概论智能运输系统概论（第三版）（第三版）普通高等教育普通高等教育“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材2121世纪交通版高等学校教材世纪交通版高等学校教材杨兆升杨兆升 于德新于德新 主编主编史其信史其信 高世廉高世廉 主审主审智能运输系统概论智能运输系统概论目目 录录n第第1111章章 先进的公共交通系统先进的公共交通系统n第第1212章章 先进的交通管理系统先进的交通管理系统n第第1313章章 城市交通信号控制系统城市交通信号控制系统n第第1414章章 电子收费系统电子收费系统n第第1515章章 高速公路交通事件管理系统高速公路交通事件管理系统n第第1616章章 应急指挥调
2、度系统应急指挥调度系统n第第1717章章 智能车辆与自动驾驶系统智能车辆与自动驾驶系统n第第1818章章 交通需求管理交通需求管理n第第1919章章 智能运输系统标准化智能运输系统标准化n第第2020章章 ITSITS评价评价智能运输系统概论智能运输系统概论第第1111章章 先进的公共交通系统先进的公共交通系统 概述概述11.1 智能化调度系统智能化调度系统11.2 公交信号优先系统公交信号优先系统11.3 快速公交系统快速公交系统11.4智能化调度系统智能化调度系统智能化调度系统公交信号优先系统 小结小结11.5智能运输系统概论智能运输系统概论11.1 概述概述先先 进进 的的 公公 共共
3、交交 通通 系系 统统 （ Advanced Advanced Public Public Transportation Transportation SystemSystem，简简称称APTSAPTS），是是利利用用系系统统工工程程的的理理论论和和方方法法，将将现现代代通通信信、信信息息、电电子子、控控制制、计计算算机机、网网络络、GPSGPS、GISGIS等等高高新新科科技技集集成成应应用用于于公公共共交交通通系系统统，并并通通过过建建立立公公共共交交通通智智能能化化调调度度系系统统、信信息息服服务务系系统统、公公交交电子收费系统电子收费系统等，等，来吸引公交出行来吸引公交出行，缓解城市交
4、通缓解城市交通拥挤拥挤。APTSAPTS通通过过采采集集与与处处理理动动态态交交通通信信息息和和静静态态交交通通信信息息，以以及及通通过过多多种种媒媒体体为为出出行行者者提提供供动动态态和和静静态态公公共共交交通通信信息息，从从而而达达到到规规划划出出行行、最最优优路路线线选选择择、避避免免交交通通拥拥挤挤、节节约约出出行行时时间间的目的。的目的。智能运输系统概论智能运输系统概论11.1 概述概述城市公共交通的地位：城市公共交通的地位：城城市市公公共共交交通通是是国国家家综综合合运运输输网网中中的的枢枢纽纽和和节节点点，是是城城市市客客运运交交通通体体系系的的主主体体，是是城城市市建建设设和和
5、发发展展的的重重要要基基础础之之一一，是是生生产产和和生生活活必必不不可可少少的的社社会会公公共共设设施施，也也是是城城市市投投资资环环境境和和社社会会生生产产的的基基本本物物质质条条件件，同同时时又又是是展展示示城城市市精精神神文文明明，反反映映城城市市国国民民经经济济、社社会会发发展展水水平平和和市民道德思想风貌的窗口。市民道德思想风貌的窗口。城市公共交通主要优点城市公共交通主要优点：运运载载量量大大、运运送送效效率率高高、能能源源消消耗耗低低、相相对对污污染染少少、 运输成本低运输成本低 目标与特征目标与特征智能运输系统概论智能运输系统概论APTSAPTS的研究现状的研究现状：自自202
6、0世世纪纪8080年年代代以以来来，许许多多国国家家公公共共交交通通部部门门开开始始应应用用先先进进的的信信息息与与通通信信技技术术进进行行公公交交车车辆辆定定位位、车车辆辆监监控控、自自动动驾驾驶驶、计计算算机机辅辅助助调调度度及及提提供供各各种种公公共共交交通通信信息息以提高公交服务水平。以提高公交服务水平。美美国国城城市市公公共共交交通通管管理理局局（UMTAUMTA）已已经经启启动动了了 “Advanced Advanced Public Public Transportation Transportation SystemSystem， 即即APTSAPTS”项项目目。主主要要研研究
7、究基基于于动动态态公公共共交交通通信信息息的的实实时时调调度度理理论论和和实实时时信信息息发发布布理理论论，以以及及使使用用先先进进的的电电子子、通信通信技术。技术。11.1 概述概述智能运输系统概论智能运输系统概论11.1 概述概述日本日本APTSAPTS发展经历了发展经历了3 3个阶段：个阶段：2020世纪世纪7070年代末年代末开始开始应用公共汽车定位系统。应用公共汽车定位系统。8080年代初年代初开始应用公共交通开始应用公共交通运行管理系统，以及使用先进的电子、通信技术。运行管理系统，以及使用先进的电子、通信技术。进进入入9090年代年代，东京都交通局开发了城市公共交通综合运，东京都交
8、通局开发了城市公共交通综合运输控制系统（输控制系统（CTCS)CTCS)。氧化铁红欧洲欧洲通过实施通过实施公交优先公交优先政策，设立政策，设立公交专用道公交专用道，为公，为公交车提供优先通行信号，布设交车提供优先通行信号，布设智能公交监控与调度系智能公交监控与调度系统统等措施。提高公交车辆运行速度和公交服务质量效等措施。提高公交车辆运行速度和公交服务质量效地缓解了城市交通压力。地缓解了城市交通压力。智能运输系统概论智能运输系统概论11.1 概述概述日本日本APTSAPTS发展经历了发展经历了3 3个阶段：个阶段：2020世纪世纪7070年代末年代末开始开始应用公共汽车定位系统。应用公共汽车定位
9、系统。8080年代初年代初开始应用公共交通开始应用公共交通运行管理系统，以及使用先进的电子、通信技术。运行管理系统，以及使用先进的电子、通信技术。进进入入9090年代年代，东京都交通局开发了城市公共交通综合运，东京都交通局开发了城市公共交通综合运输控制系统（输控制系统（CTCS)CTCS)。与欧美等国家相比，与欧美等国家相比，我国我国的公共交通事业还比的公共交通事业还比较落后。目前，我国已经在较落后。目前，我国已经在杭州杭州、上海上海、北京北京等地安装了电子站牌，车载等地安装了电子站牌，车载GPSGPS定位设备，实现定位设备，实现了车辆的实时了车辆的实时跟踪跟踪、定位定位、公交车与调度室的、公
10、交车与调度室的双向通信双向通信，以及电子站牌上实时，以及电子站牌上实时显示下班车位显示下班车位置信息置信息等功能。这些系统使中国城市交通迈入等功能。这些系统使中国城市交通迈入了公交了公交智能化时代智能化时代。智能运输系统概论智能运输系统概论先进的公共交通系统的先进的公共交通系统的体系结构体系结构本本章章主主要要参参考考吉吉林林大大学学杨杨兆兆升升教教授授的的著著作作城城市市智智能能公公共共交交通通系系统统理理论论与与方方法法并并结结合合国国内内外外研研究究现状现状，将，将APTSAPTS的的研究内容研究内容划分为以下几个方面：划分为以下几个方面：公交系统优化与设计；公交系统优化与设计；公交智能
11、化调度系统；公交智能化调度系统；公交信息服务系统；公交信息服务系统；公交信号优先系统；公交信号优先系统；快速公交系统（快速公交系统（BRT0)BRT0)；公交服务水平评价；公交服务水平评价；11.1 概述概述智能运输系统概论智能运输系统概论第第1111章章 先进的公共交通系统先进的公共交通系统智能化调度系统智能化调度系统智能化调度系统公交信号优先系统 概述概述11.1 智能化调度系统智能化调度系统11.2 公交信号优先系统公交信号优先系统11.3 快速公交系统快速公交系统11.4 小结小结11.5智能运输系统概论智能运输系统概论11.2 智能化调度系统智能化调度系统智能化调度系统的定义：智能化
12、调度系统的定义：公公共共交交通通智智能能化化调调度度系系统统是是在在对对公公交交车车辆辆实实时时调调度度理理论论和和方方法法研研究究的的基基础础上上，综综合合运运用用通通信信、信信息息、控控制制、计计算算机机网网络络、GPS/GISGPS/GIS等等现现代代高高新新技技术术，根根据据实实时时的的客客流流信信息息、车车辆辆位位置置信信息息、交交通通状状态态信信息息等等，通通过过对对公公交交车车辆辆的的实实时时监监控控、调调度度指指挥挥，实实现现对对公公交交车车辆辆的的智智能能化化管管理理，从从而而使使公公交交车车辆辆运运行行有有序序、平平稳稳、高高效效、协协调调，实实现现资资源源的的合合理理配配
13、置置，提提高高公公交交企企业业的的经经济效益和社会效益。济效益和社会效益。智能运输系统概论智能运输系统概论研究现状研究现状公公交交车车辆辆调调度度是是公公交交企企业业最最基基础础、最最重重要要的的运运营营工工作作，包包括括公公交交线线路路的的发发车车间间隔隔和和发发车车方方式式。目目前前，我我国绝大部分城市还是采用国绝大部分城市还是采用传统传统的调度方法。的调度方法。模模式式为为：首首先先根根据据客客流流调调查查基基础础数数据据、时时间间、季季节节等等因因素素，凭凭借借调调度度人人员员的的经经验验，划划定定客客流流高高峰峰、平平峰峰和和低低峰峰期期，在在各各个个时时间间段段内内，采采用用定定点
14、点发发车车的的方方法法调调度车辆。度车辆。11.2 .1 研究现状研究现状智能运输系统概论智能运输系统概论11.2 .1 研究现状研究现状每天每辆车有一份小路单，车辆在始发站和终每天每辆车有一份小路单，车辆在始发站和终点站由调度人员人工签单，记录点站由调度人员人工签单，记录发车发车、到达到达、晚点晚点、司乘人员司乘人员、维修维修等数据。当天营运结束后，由统计等数据。当天营运结束后，由统计员统计成大路单交给车队。员统计成大路单交给车队。中国一些中国一些大城市大城市已经注意到已经注意到城市公共交通智能城市公共交通智能化调度系统化调度系统的重要性，开始的重要性，开始逐步开发逐步开发和和实施实施类似系
15、类似系统。统。智能运输系统概论智能运输系统概论11.2 .1 研究现状研究现状应用实例应用实例杭杭州州市市公公交交总总公公司司在在公公交交线线路路上上安安装装了了电电子子站站牌牌，并并在在公公交交车车上上安安装装了了定定位位设设备备实实现现了了车车辆辆的的实实时时跟跟踪踪、定定位位、公公交交车车与与调调度度室室的的双双向向通通信信，使使调调度度实实现现了了计计算算机机辅辅助助管管理，提高了车辆运行理，提高了车辆运行正点率正点率和和服务水平服务水平。北北京京市市调调度度中中心心大大楼楼工工程程已已基基本本完完工工，示示范范线线路路已已经经安安装装了了GPSGPS接接收收设设备备。上上海海、大大连
16、连、宁宁波波等等城城市市的的部部分分线线路路上上也安装有也安装有电子站牌电子站牌，实现了，实现了智能化调度智能化调度。智能运输系统概论智能运输系统概论公交智能化调度系统主要组成公交智能化调度系统主要组成部分包括：部分包括：11.2.2 系统构成系统构成公交调度中心公交调度中心公公交交调调度度中中心心主主要要由由信信息息服服务务系系统统、地地理理信信息息系系统统、大大屏屏幕幕显显示示系系统统、协协调调调调度度系系统统和和紧紧急急情情况况处处理理系系统统组组成成。信信息息服服务务系系统统负负责责向向用用户户提提供供公公交交信信息息。地地理理信信息息系系统统接接收收定定位位数数据据，完完成成车车辆辆
17、信信息息的的地地图图映映射射。大大屏屏幕幕显显示示系系统统主主要要是是实实时时显显示示车车辆辆运运行行状状况况。当当出出现现紧紧急急情情况况时时，协协调调调调度度系系统统向向分分调调度度中中心心发发出出指指令令，合合理理调调配配车车辆辆。系系统统组组成如图成如图11-111-1所示。所示。智能运输系统概论智能运输系统概论11.2.2 系统构成系统构成图11-1 11-1 公交调度中心框图公交调度中心框图图图智能运输系统概论智能运输系统概论分调度中心分调度中心分分调调度度中中心心由由车车辆辆定定位位与与调调度度系系统统、地地理理信信息息系系统统两两部部分分组组成成。车车辆辆定定位位系系统统负负责
18、责完完成成本本调调度度中中心心所所辖辖车车辆辆的的定定位位与与监监控控，与与车车辆辆间间的的双双向向通通信信，向向车车辆辆发发送送调调度度指指令令，向向电电子子站站牌牌发发送送数数据据等等功功能能。地地理理信信息息系系统统与与调调度度中中心心中中地地理理信信息息系系统统功功能能相相同同，只只是是范范围围要要小小些些。系系统框图如统框图如11-211-2所示。所示。11.2.2 系统构成系统构成智能运输系统概论智能运输系统概论11.2.2 系统构成系统构成图图11-2 11-2 分调度中心系统框图分调度中心系统框图智能运输系统概论智能运输系统概论11.2.2 系统构成系统构成车载移动站车载移动站
19、采采用用差差分分GPSGPS定定位位技技术术，车车载载专专用用终终端端机机安安装装于于移移动动的的公公交交车车辆辆上上，可可以以在在无无人人干干预预的的情情况况下下自自动动完完成成运运动动车车辆辆的的定定位位和和定定位位信信息息的的回回传传。必必要要时时，可可以以向向分分调调度度中中心心提提供供短短信信息息。如如果果需需要要可可以以口口留留出出接接口口用用于于外外接接车车载显示设备。如图载显示设备。如图11-311-3所示。所示。图图11-3 11-3 移动站框图移动站框图智能运输系统概论智能运输系统概论11.2.2 系统构成系统构成电子站牌电子站牌电电子子站站牌牌负负责责接接收收和和显显示示
20、下下班班车车到到站站信信息息和和服服务务信信息息，由由一一套套MODEM/MODEM/电电台台、单单片片机机、电电子子显显示示站站牌牌组组成成，如如图图11-411-4所所示示。单单片片机机的的作作用用是是接接收收信信息息，将将其其处处理理后后送送到到电电子子站站牌牌上上显显示示。电电子子站站牌牌除除了了显显示示车车辆辆运运行行信信息息外外，还可以显示其他信息还可以显示其他信息，如日期、时间、气象预报等。，如日期、时间、气象预报等。图图11-411-4电子站牌系统框图电子站牌系统框图智能运输系统概论智能运输系统概论智智能能化化调调度度方方法法是是相相对对于于传传统统调调度度方方法法而而言言的的
21、，二二者者的的区区别别在在于于智智能能化化调调度度方方法法是是根根据据实实时时客客流流信信息息和和交交通通状状态态，在在无无人人参参与与的的情情况况下下自自动动给给出出发发车车间间隔隔和和调调度度形形式式的的一一种种全全新新的的调调度度方方法法。而而传传统统调调度度方方法法是是调调度度人人员员根根据据公公交交线线路路客客流流到到达达规规律律，凭凭借借经经验验确确定定发发车车间间隔隔和和发发车车形形式式的的一一种种调调度度方方法法。智智能能化化调调度度分分为为车车辆辆调调度度形式形式、实时放车调度实时放车调度、紧急情况实时调度紧急情况实时调度3 3个方面。个方面。11.2.3 智能化调度方法智能
22、化调度方法智能运输系统概论智能运输系统概论11.2.3 智能化调度方法智能化调度方法车辆调度形式车辆调度形式车车辆辆调调度度形形式式是是指指营营运运调调度度措措施施计计划划中中所所采采取取的的运运输输组织形式，基本上可有组织形式，基本上可有两种两种分类方法：分类方法：（1 1）按按车车辆辆工工作作时时间间的的长长短短与与类类型型，分分为为正正班班车车、加加班班车与夜班车；车与夜班车；（2 2）按按车车辆辆运运行行与与停停站站方方式式，可可分分为为全全程程车车、区区间间车车、快车、定班车、跨线车等。快车、定班车、跨线车等。UTMSUTMS子系统子系统智能运输系统概论智能运输系统概论11.2.3
23、智能化调度方法智能化调度方法实时放车调度实时放车调度实实时时放放车车调调度度问问题题（Real-time Real-time Deadheading Deadheading ProblemProblem，简简称称RTDPRTDP）是是目目前前国国际际上上调调度度理理论论方方面面研研究究的的热热点点。它它是是指指车车辆辆空空车车从从始始发发站站出出发发，经经过过数数个个公公交交站站点点后后，开开始始按按站站点点次次序序依依次次停停车车的的调调度度形形式式。放放车车调调度度形形式式的的根根本本出出发发点点就就是是减减少少停停靠靠站站点点上上候候车车乘乘客客的的等等车车时时间间，但但放放车车调调度度
24、形形式式延延长长了了车车辆辆所所越越过过的的站站点点上上乘乘客客的的等等车车时时间间。因因此此，确确定定是是否否采采取取放放车车调调度度形形式式需需要要权权衡衡利利弊弊，这这就就需需要要建建立立实实时时放放车车调调度度模型的目标函数。模型的目标函数。智能运输系统概论智能运输系统概论11.2.3 智能化调度方法智能化调度方法紧急情况实时调度紧急情况实时调度当当公公交交车车在在运运营营过过程程中中遇遇到到交交通通事事故故、重重大大事事件件等等紧紧急急情情况况时时，会会出出现现客客流流突突然然增增加加的的情情况况，致致使使某某班班公公交交车车出出现现拥拥挤挤而而产产生生延延误误。如如图图11-511
25、-5所所示示，第第i i辆辆公公交交车车由由于于客客流流突然增加造成初始延误。突然增加造成初始延误。面对这种情况，可以采取以下几种调度方案：面对这种情况，可以采取以下几种调度方案：方方案案1 1：前前车车加加大大站站点点停停靠靠时时间间法法。这这样样不不但但可可以以解解决决后后面面站站点点乘乘客客等等车车时时间间延延长长的的问问题题，而而且且可可以以使使整整个个车车队队运行趋于平稳。运行趋于平稳。智能运输系统概论智能运输系统概论11.2.3 智能化调度方法智能化调度方法方方案案2 2：前前车车减减速速方方法法。调调度度人人员员同同样样可可以以通通知知前前几几班班车车减减速速，这这样样也也可可以
26、以使使后后面面站站点点乘乘客客等等车车时时间间缩缩短短，而而且且到达终点站时，间隔趋于平稳。到达终点站时，间隔趋于平稳。方案方案3 3：后车加速方法后车加速方法。与方案。与方案2 2效果相同。效果相同。方案方案4 4：后车缩短站点停车时间方法后车缩短站点停车时间方法。与方案。与方案1 1效果相效果相同。同。方案方案5 5：放车调度方法放车调度方法。如果紧急事件发生地点与始。如果紧急事件发生地点与始发站距离很近，可以临时调度一班空车，直接行驶到事发站距离很近，可以临时调度一班空车，直接行驶到事件发生地点，缓解客流拥挤的情况。件发生地点，缓解客流拥挤的情况。智能运输系统概论智能运输系统概论11.2
27、.3 智能化调度方法智能化调度方法图图11-5 11-5 由于某站点客流突然增加造成延误的公交车运行图由于某站点客流突然增加造成延误的公交车运行图智能运输系统概论智能运输系统概论第第1111章章 先进的公共交通系统先进的公共交通系统智能化调度系统智能化调度系统智能化调度系统公交信号优先系统 概述概述11.1 智能化调度系统智能化调度系统11.2 公交信号优先系统公交信号优先系统11.3 快速公交系统快速公交系统11.4 小结小结11.5智能运输系统概论智能运输系统概论11.3 公交信号优先系统公交信号优先系统公公交交信信号号优优先先系系统统贯贯穿穿于于公公交交车车辆辆、公公交交车车辆辆调调度度
28、与与管管理理系系统统、交交通通管管理理与与控控制制系系统统，并并与与之之有有紧紧密密的的联联系系，通通过过在在这这几几个个模模块块之之间间进进行行信信息息交交互互，实实现现对对公交车辆的公交车辆的优先优先信号控制。信号控制。这这几几个个子子系系统统在在以以下下组组成成元元素素之之间间实实现现信信息息通通信信和和交互交互：智能运输系统概论智能运输系统概论11.3.1 公交信号优先系统组成公交信号优先系统组成公交车辆检测系统公交车辆检测系统（bus detector systembus detector system）：）：优优先先请请求求发发生生器器（priority priority requ
29、est request generatorgenerator，简简称称PRGPRG）：）：优优先先请请求求服服务务器器（priority priority request request serverserver，简简称称PRSPRS）：）：通信系统通信系统（communication systemcommunication system）：）：交通信号控制器交通信号控制器（traffic controllertraffic controller）：）：交通信号控制软件交通信号控制软件（traffic softwaretraffic software）：）：公交优先管理系统公交优先管理系统：智
30、能运输系统概论智能运输系统概论11.3.2 公交信号优先控制策略公交信号优先控制策略信信号号优优先先策策略略是是指指交交通通信信号号绿绿灯灯延延长长或或比比预预定定方方案案启启动提前，以便某些特定车辆迅速通过交叉口。动提前，以便某些特定车辆迅速通过交叉口。公公共共交交通通信信号号优优先先策策略略有有其其自自己己特特定定的的内内容容。主主要要包包括括两个两个方面。方面。1 1）被动优先控制策略；）被动优先控制策略；2 2）主动优先控制策略）主动优先控制策略；智能运输系统概论智能运输系统概论11.3.2 公交信号优先控制策略公交信号优先控制策略1 1 被动优先控制策略被动优先控制策略被被动动优优先
31、先控控制制策策略略的的实实施施是是根根据据公公交交线线路路公公交交车车辆辆的的发发车车频频率率、行行车车速速度度等等历历史史数数据据设设计计和和协协调调路路网网内内交交叉叉口口的的信信号号配配时时，同同时时降降低低交交叉叉口口信信号号周周期期长长度度以以减减少少公公交交车车辆辆的的停车停车和和延误延误。主要包括以下。主要包括以下几几个方面：个方面：（1 1）网络化配时规划网络化配时规划（2 2）信号周期调整信号周期调整（3 3）增加相位时间增加相位时间（4 4）相位分割相位分割（5 5）限制转弯限制转弯智能运输系统概论智能运输系统概论11.3.2 公交信号优先控制策略公交信号优先控制策略2 2
32、）主动优先控制策略）主动优先控制策略相相对对于于被被动动优优先先，主主动动优优先先控控制制策策略略具具有有更更强强的的适适应应性性。主主动优先控制策略一般有以下动优先控制策略一般有以下几种几种控制形式：控制形式：（1 1）绿灯延长绿灯延长（2 2）绿灯提前绿灯提前/ /红灯早断红灯早断（3 3）相位插入相位插入（4 4）跳跃相位跳跃相位（5 5）相位倒转相位倒转（6 6）专用相位专用相位智能运输系统概论智能运输系统概论11.3.3 基于优先权重的公交信号优先算法研究基于优先权重的公交信号优先算法研究1）模型思想1 1）模型）模型思想思想由由于于公公交交车车辆辆的的单单车车载载客客量量明明显显大
33、大于于社社会会车车辆辆的的单单车车载载客客量量，为为了了满满足足交交叉叉口口各各进进口口方方向向的的交交通通参参与与者者交交通通需需求求，在在模模型型中中根根据据公公交交车车辆辆当当前前的的运运行行状状态态在在信信号号配配时时中中为为公公交交车车辆辆赋赋予予一一定定的的优优先先权权重重，以以最最小小的的车车辆辆延延误误增增大大代代价价获获得得人人均均延延误误降降低低为为目目标标对对交交叉叉口口信信号号配配时时方案方案进行进行优化优化计算。计算。2 2）条件假设条件假设利用先进的公交车辆信息检测系统，能够实时利用先进的公交车辆信息检测系统，能够实时获取公获取公智能运输系统概论智能运输系统概论11
34、.3.3 基于优先权重的公交信号优先算法研究基于优先权重的公交信号优先算法研究交交车辆的车辆的运行状态信息运行状态信息、公交车辆路线信息公交车辆路线信息、公交车辆乘公交车辆乘客数客数以及车辆的时刻表信息，在以及车辆的时刻表信息，在交口上游交口上游设置公交车辆检设置公交车辆检测器，以提前告知测器，以提前告知公交车辆的到达公交车辆的到达，公交站点位置设置在，公交站点位置设置在交叉口出口处交叉口出口处。3 3）模型构建）模型构建（1 1）实时公交权重分配）实时公交权重分配当检测到公交车辆当检测到公交车辆接近交叉口接近交叉口时，公交信息检测系统时，公交信息检测系统开始获取公交车辆的开始获取公交车辆的运
35、行状态运行状态，并为每一辆到达并即将停，并为每一辆到达并即将停车等待的公交车分配一定的车等待的公交车分配一定的权重权重：智能运输系统概论智能运输系统概论11.3.3 基于优先权重的公交信号优先算法研究基于优先权重的公交信号优先算法研究智能运输系统概论智能运输系统概论（2 2）交叉口饱和度计算）交叉口饱和度计算在在传传统统的的信信号号配配时时计计算算中中，交交叉叉口口绿绿灯灯时时间间是是按按相相位位流流量量比比进进行行分分配配的的，这这种种方方法法可可以以确确保保各各进进口口道道方方向向具具有有相相同同的的饱饱和和度度，但但不不利利于于公公交交车车辆辆的的通通行行。信信号号交交叉叉口口公公交交优
36、优先先的的最最终终目目的的是是在在于于减减少少人人的的延延误误，为为使使系系统统的的效效益益得得到到优优化化，因因此此交交叉叉口口相相位位绿绿信信比比的的确确定定应应由由乘乘客客流流量量比比和和机动车饱和度机动车饱和度来共同决定。来共同决定。11.3.3 基于优先权重的公交信号优先算法研究基于优先权重的公交信号优先算法研究 （11-3）智能运输系统概论智能运输系统概论11.3.3 基于优先权重的公交信号优先算法研究基于优先权重的公交信号优先算法研究则则以乘客流量比为主的交叉口饱和度则以乘客流量比为主的交叉口饱和度计算公式计算公式为：为：（11-5）（11-4）智能运输系统概论智能运输系统概论1
37、1.3.3 基于优先权重的公交信号优先算法研究基于优先权重的公交信号优先算法研究 -以乘客流量比为主的交叉口饱和度；以乘客流量比为主的交叉口饱和度； -j-j相位关键车到乘客流量比；相位关键车到乘客流量比； -j-j相位关键车道车流量比。相位关键车道车流量比。（3 3）绿灯时间约束）绿灯时间约束按按乘乘客客流流量量比比计计算算出出的的绿绿灯灯时时间间可可能能出出现现绿绿灯灯信信号号时时间间过过短短或或绿绿灯灯时时间间过过长长的的现现象象。过过短短或或过过长长的的信信号号绿绿灯灯时时间间都都对对整整个个交交叉叉口口的的运运行行不不利利，绿绿灯灯时时间间过过短短，不不能能保保证证车车辆辆和和行行人
38、人安安全全通通过过交交叉叉口口；绿绿灯灯时时间间过过长长，交交通通参参与与者者在在红红灯灯等等待待时时失失去去耐耐心心，出出现现违违章章通通行行的的行行为为。因因而而必必须须对对相相位位绿绿灯灯时时间间进进行行约约束束，以以保保证证交交叉叉口口通通行行的的安全安全。智能运输系统概论智能运输系统概论11.3.3 基于优先权重的公交信号优先算法研究基于优先权重的公交信号优先算法研究红灯时间约束：红灯时间约束：（11-6） -j j 相位相位d d方向方向的允许最大红灯时间；的允许最大红灯时间； -j j 相位相位d d方向方向的最大排队长度；的最大排队长度； - - j j相位相位d d方向方向的
39、车道数；的车道数； - - j j 相位相位d d方向方向的车辆到达率；的车辆到达率； -车辆平均长度；车辆平均长度； -高峰时间修正系数。高峰时间修正系数。绿灯时间约束：绿灯时间约束：智能运输系统概论智能运输系统概论11.3.3 基于优先权重的公交信号优先算法研究基于优先权重的公交信号优先算法研究（11-7）- - j相位相位 d d方向方向的最短行人过街时间；的最短行人过街时间； - - j j相位相位 d d方向方向的人行横道宽度；的人行横道宽度； -行人平均步速。行人平均步速。相位最短绿灯时间：相位最短绿灯时间：（11-8）（11-10）（11-9）C -C -交叉口信号周期时长交叉口
40、信号周期时长； - -j j相位最长红灯时间；相位最长红灯时间； - -j j相位最短绿灯长度；相位最短绿灯长度；智能运输系统概论智能运输系统概论11.3.3 基于优先权重的公交信号优先算法研究基于优先权重的公交信号优先算法研究-（4 4）周期时长优化）周期时长优化公交优先公交优先信号控制必须满足优先相位获得的效益信号控制必须满足优先相位获得的效益不小于不小于非优先相位的非优先相位的效益效益，而延误是最为常用的衡量这一效益的，而延误是最为常用的衡量这一效益的指标，指标，同时考虑同时考虑公交车辆当前状态与公交时刻表的公交车辆当前状态与公交时刻表的偏移值偏移值，构造构造指标函数指标函数PIPI。（
41、11-11）（11-12）（11-13）智能运输系统概论智能运输系统概论11.3.3 基于优先权重的公交信号优先算法研究基于优先权重的公交信号优先算法研究-交叉口车辆平均延误与人均延误差；交叉口车辆平均延误与人均延误差；-交叉口车辆平均延误；交叉口车辆平均延误；-交叉口人均延误；交叉口人均延误；-交叉口总延误，采用交叉口总延误，采用D.B.WbsterD.B.Wbster延误计算类型；延误计算类型；-j-j相位交通流量；相位交通流量；（11-14）智能运输系统概论智能运输系统概论11.3.3 基于优先权重的公交信号优先算法研究基于优先权重的公交信号优先算法研究-车均延误与人均延误差指标权重车均
42、延误与人均延误差指标权重；-公交时刻表偏移值权重；公交时刻表偏移值权重；-公交运行与时刻表偏移值；公交运行与时刻表偏移值；-D.B.Wbster-D.B.Wbster周期计算公式的最小和最长信号周期长度。周期计算公式的最小和最长信号周期长度。，4 4）模型验证）模型验证假假定定公公交交车车辆辆的的平平均均乘乘客客数数为为3030人人，小小轿轿车车的的平平均均载载客客数数为为1.51.5人人，交交叉叉口口车车辆辆的的平平均均载载客客数数为为2 2人人，对对一一个个由由主主干干道道和和次次干干道道相相交交的的十十字字型型交交叉叉口口为为例例进进行行模模拟拟验验证证，交交叉叉口口采采用用两两相相位位
43、信信号号控控制制形形式式，右右转转车车辆辆不不受受限限制制，黄黄灯灯为为3s3s，交交叉叉口口清清除除时时间间，即即全全红红时时间间为为2s2s，信信号号总总损损失失时时间间为为10s10s，车车辆辆停停车车时时平平均均占占用用车车道道长长度度6m6m。交交叉叉口口各各向向流流量及车道数如表量及车道数如表11-111-1。智能运输系统概论智能运输系统概论11.3.3 基于优先权重的公交信号优先算法研究基于优先权重的公交信号优先算法研究采用采用MATLAB MATLAB 7 7对基于对基于优先权重优先权重的公交信号优先算法进的公交信号优先算法进行优化求解，固定配时方案采用行优化求解，固定配时方案
44、采用WebsterWebster信号配时信号配时计算公计算公式进行计算求解。配时方案验证对比结果见式进行计算求解。配时方案验证对比结果见表表11-211-2。表表11-1 11-1 模拟交叉口的交通特性模拟交叉口的交通特性相位相位第一相位第一相位第二相位第二相位社会车辆到达率（社会车辆到达率（PCU/H）800250公交车辆到达率（辆公交车辆到达率（辆/小时）小时）206饱和流量（饱和流量（PCU/H）15001200进口车道数进口车道数32流量比流量比0.530.21乘客流量比乘客流量比0.600.23允许最大排队长度（允许最大排队长度（m）250150智能运输系统概论智能运输系统概论11.
45、3.3 基于优先权重的公交信号优先算法研究基于优先权重的公交信号优先算法研究表表11-2 两种两种配配时方法方法优化效果比化效果比较配时方法配时方法周期周期（s）绿灯时长（绿灯时长（s）车均延车均延误（误（s）人均延人均延误（误（s）第一相第一相位位第二相第二相位位Webster算算法法8058222824.7优先权重算优先权重算法法48321615.712.3主主要要原原因因是是由由于于允允许许排排队队长长度度的的限限制制，信信号号周周期期缩缩短短可可以以减减少少公公交交车车辆辆在在信信号号控控制制计计算算结结果果表表明明，基基于于优优先先权权重重的的优优先先算算法法所所得得的的信信号号配配
46、时时周周期期时时长长远远小小于于固固定定配配时时方方案案，交交叉叉口口的的红红灯灯等等待待时时间间，同同时时增增加加公公交交车车辆辆在在绿灯相位绿灯相位通过交叉口的概率。通过交叉口的概率。智能运输系统概论智能运输系统概论11.4 快速公交系统快速公交系统快快速速公公交交系系统统（Bus Bus Rapid Rapid TransitTransit，简简称称BRTBRT）是是一一种种介介于于快快速速轨轨道道交交通通（Rapid Rapid Rail Rail TransitTransit，简简称称RRTRRT）与与常常规规公公交交（Normal Normal Bus Bus TransitTra
47、nsit，简简称称NBTNBT）之之间间的的新新型型公公共共客客运运系系统统，其其投投资资及及运运营营成成本本比比轨轨道道交交通通低低，而而运运营营效效果果接接近近于于轨轨道道交交通通。它它是是利利用用现现代代化化公公交交技技术术配配合合智智能能运运输输和和运运营营管管理理，开开辟辟公公交交专专用用道道和和建建造造新新式式公公交交车车站站，实实现现轨轨道道交交通通式式运运营营服服务务，达达到到轻轻轨轨服服务务水水准准的的一一种种独独特特的的城市客运系统城市客运系统。智能运输系统概论智能运输系统概论第第1111章章 先进的公共交通系统先进的公共交通系统智能化调度系统智能化调度系统 概述概述11.
48、1 智能化调度系统智能化调度系统11.2 公交信号优先系统公交信号优先系统11.3 快速公交系统快速公交系统11.4 小结小结11.5智能运输系统概论智能运输系统概论11.4.1 BRT的优势的优势快速公交快速公交城主要有以下几个方面的优势：城主要有以下几个方面的优势：（1 1）快速快速接近于轨道交通接近于轨道交通（2 2）高容高容与轨道交通相近与轨道交通相近（3 3）舒适舒适与轨道交通相似与轨道交通相似（4 4）节省节省远胜于轨道交通远胜于轨道交通智能运输系统概论智能运输系统概论完完整整的的BRTBRT系系统统应应当当由由四四部部分分元元素素组组成成，包包括括专专用用车车道道、专专用用车车辆
49、辆、专专用用车车站站和和智智能能信信息息系系统统。这这四四部部分分元元素素相相互互独独立立，同同时时又又相相互互联联系系，有有机机地地组组合合在在一一起起，才才能能发发挥挥出出BRTBRT的最佳效益。的最佳效益。专专用用的的公公交交车车道道是是确确保保BRTBRT快快速速、畅畅通通运运行行的的基基本本保保证证。从从定定义义来来看看，BRTBRT是是一一种种拥拥有有相相对对独独立立的的物物理理设设施施、交交通通运行空间和信号控制的运行空间和信号控制的交通方式交通方式。11.4.2 BRT系统结构系统结构（1 1）专用车道）专用车道智能运输系统概论智能运输系统概论（2 2）专用车辆）专用车辆研研制
50、制专专用用的的公公交交车车辆辆，使使其其具具有有钳钳接接式式大大容容量量、多多车车门门、两两边边开开门门、低低底底板板、乘乘坐坐舒舒适适和和智智能能型型等等特特点点，并并可可使使用用清清洁洁能能源源，这这是是BRTBRT的的重重要要组组成成部部分分。BRTBRT车车辆辆一一般般应应采采用用低低底底板板、色色彩彩鲜鲜艳艳并并统统一一的的公公交交车车辆辆，以以方方便便乘乘客客上上、下下车车，并并与与普普通通公公交交车车辆辆相相区区别别。通通常常还还应应采采用用大大型型铰铰接接车车以以提提高高系系统统的的运运输输能能力力，降降低低运运营营成成本本。当当然然，车车辆辆最最好好能采用能采用排污低排污低的
51、的清洁车辆清洁车辆。11.4.2 BRT系统结构系统结构智能运输系统概论智能运输系统概论（3 3）专用车站）专用车站特特别别建建造造的的轨轨道道交交通通式式的的BRTBRT车车站站，具具有有检检售售票票、等等候候车车、上上下下客客、行行车车信信息息发发布布等等功功能能，也也是是BRTBRT不不可可缺缺少少的的组成部分。组成部分。开开放放式式站站台台能能配配合合公公交交专专用用道道或或公公交交专专用用路路的的设设站站地地点点，提提供供乘乘客客所所需需要要候候车车的的空空间间，不不采采取取进进出出的的管管制制。封封闭闭式式站站台台的的设设计计考考虑虑了了以以下下因因素素：对对车车站站进进出出进进行
52、行管管制制，设设置置收收费费设设施施，以以节节省省收收费费时时间间；配配合合车车辆辆停停站站定定位位，引引导导站台上乘客在车门位置候车，站台上乘客在车门位置候车，提高提高上下车效率。上下车效率。11.4.2 BRT系统结构系统结构智能运输系统概论智能运输系统概论（4 4）智能信息系统）智能信息系统布布设设各各种种形形式式的的公公交交线线路路，为为乘乘客客提提供供多多种种方方向向和和不不同同路路径径的的快快速速直直达达和和换换乘乘方方便便的的乘乘车车条条件件，最最大大限限度度地地吸吸引引乘客。这是乘客。这是决定决定B BRTRT成败成败的的关键组成部分关键组成部分。BRTBRT运运营营保保障障体
53、体系系包包括括运运营营组组织织机机构构和和运运营营保保障障设设施施。运运营营组组织织机机构构包包括括目目前前规规划划及及实实施施的的管管理理机机构构、运运营营期期的的管管理理以以及及运运营营机机构构。运运营营保保障障设设施施一一般般包包括括智智能能化化的的交交通通管理管理手段。手段。11.4.2 BRT系统结构系统结构智能运输系统概论智能运输系统概论11.4.3 BRT规划设计规划设计BRTBRT规划设计规划设计主要包括以下主要包括以下几个几个方面的方面的内容内容（1 1）综合规划综合规划BRTBRT通道网络通道网络（2 2）规划城市规划城市BRTBRT专用道专用道（3 3）规划设计规划设计B
54、RTBRT车站车站（4 4）选择选择BRTBRT专用车辆专用车辆智能运输系统概论智能运输系统概论本节介绍本节介绍几种几种典型的典型的BRTBRT信号信号优先算法优先算法1 1）基于）基于发车频率发车频率的的BRTBRT信号优先信号优先算法算法 模型构建模型构建：本本书书对对基基于于发发车车频频率率的的信信号号优优先先控控制制算算法法提提出出如如下下的的条条件件假假设设。在在检检测测系系统统方方面面，在在交交叉叉口口上上游游设设置置公公交交车车的的“check-incheck-in”检检测测器器，以以提提前前告告知知系系统统公公交交车车辆辆的的到到达达，并在停车线设置并在停车线设置“check-
55、outcheck-out”检测器检测器（如图如图11-611-6所示）。所示）。11.4.4 BRT信号优化算法信号优化算法智能运输系统概论智能运输系统概论图图11-6 11-6 基于发车频率控制逻辑的交叉口简单布设示意图基于发车频率控制逻辑的交叉口简单布设示意图11.4.4 BRT信号优化算法信号优化算法智能运输系统概论智能运输系统概论分分别别从从交交通通状状态态估估计计、驶驶离离时时间间估估计计、到到达达时时间间估估计计、优优先触发机制先触发机制、策略优选策略优选和和指标函数指标函数等等5 5个方面进行建模。个方面进行建模。2 2）基于交叉口资源整合基于交叉口资源整合的的BRTBRT信号优
56、先算法信号优先算法交交叉叉口口的的资资源源可可以以相相互互制制约约和和转转化化，从从交交叉叉口口时时空空组组合合优优化化的的角角度度出出发发，将将进进口口道道进进行行时时间间与与空空间间的的分分配配，即即车车道道功功能能划划分分与与绿绿灯灯时时间间分分配配组组合合在在一一起起进进行行优优化化，降降低低公公交交车车车车辆辆车车均延误均延误，同时，同时减小减小对社会车流的影响。对社会车流的影响。（1 1）模型构建模型构建交叉口饱和度的计算交叉口饱和度的计算11.4.4 BRT信号优化算法信号优化算法智能运输系统概论智能运输系统概论如如图图11-711-7所所示示交交叉叉口口，公公交交专专用用道道在
57、在道道路路最最内内侧侧，公公交交车车为为直直行行方方向向，社社会会车车流流中中的的关关键键相相位位为为直直行行车车流流和和左左转车流转车流。11.4.4 BRT信号优化算法信号优化算法图图11-7 11-7 车道布置与相位设计车道布置与相位设计智能运输系统概论智能运输系统概论11.4.4 BRT信号优化算法信号优化算法故信号交叉口下车流故信号交叉口下车流i i的的饱和度为饱和度为：（11-3211-32）式中： i=1或2，代表直行车流的情况车流i的流量车流i的有效绿信比车流i单车道饱和流量车流i分配的车道数智能运输系统概论智能运输系统概论有效绿灯时间有效绿灯时间（11-3311-33）优化模
58、型优化模型优化模型设左转车流设左转车流有效绿灯时间取在某车道功能划分有效绿灯时间取在某车道功能划分方案方案下，下，满足饱和度满足饱和度约束约束的的最小绿灯时间最小绿灯时间。考虑通过给予。考虑通过给予公交车辆公交车辆和和社会车辆社会车辆车均延误以车均延误以不同权重不同权重来实现来实现公交优先公交优先，同时，同时协协调公交车辆调公交车辆和和社会车辆社会车辆的关系，并以进口道人的的关系，并以进口道人的总延误最总延误最小小时间为优化目标，建立模型时间为优化目标，建立模型如下如下：11.4.4 BRT信号优化算法信号优化算法智能运输系统概论智能运输系统概论（11-34）（11-35）式式中：中： 公交车
59、车均延误加权系数 社会车辆车均延误加权系数 1 的公交车平均载客数 1 的社会车辆平均载客数 公交车车均延误 社会车辆车均延误11.4.4 BRT信号优化算法信号优化算法智能运输系统概论智能运输系统概论11.4.4 BRT信号优化算法信号优化算法对于公式（对于公式（11-1911-19）有）有：（11-3611-36）模型验证模型验证分分直直行行车车流流量量大大于于左左转转车车流流量量和和分分直直行行车车流流量量小小于于左左转转车车流流量量两两种种情情况况对对单单点点交交叉叉口口进进行行讨讨论论，取取公公交交车车流流量量为为500500（PCU/HPCU/H），公公交交车车辆辆的的平平均均乘乘
60、客客数数为为3030人人，小小轿轿车车的的平均载客数平均载客数为为1.51.5人人。其余参数如表。其余参数如表11-311-3所示：所示：智能运输系统概论智能运输系统概论11.4.4 BRT信号优化算法信号优化算法表表11-3 11-3 参数选择情参数选择情况条条件件左转左转流量流量（PCU/H）直行直行流量流量（PCU/H）总车总车道数道数最大允许最大允许饱和度饱和度左转左转车流车流饱和度饱和度（PCU/H）直行直行车流车流饱和度饱和度（PCU/H）周周期期（S）1120060040.8515001200120260080040.8515001200120常规方法常规方法中利用等饱和度分配绿
61、灯时间；此处按中利用等饱和度分配绿灯时间；此处按 并利并利用公式用公式（11-3311-33）、（11-3411-34）、（11-4511-45）来计算，计算来计算，计算结果如结果如表表11-411-4所示：所示：智能运输系统概论智能运输系统概论11.4.4 BRT信号优化算法信号优化算法表表11-4 11-4 常规方法与优化模型计算结果对比常规方法与优化模型计算结果对比对比对比方法方法直直行车行车道数道数直行绿直行绿灯时间灯时间/s/s左转车左转车道数道数左转绿左转绿灯时间灯时间/s/s延误时间延误时间/s/s公交车公交车辆辆社会社会车车辆辆常规方常规方法法条件条件1 12 236362 2
62、575742425959条件条件2 22 248482 2292930307878优化模优化模型型条件条件1 12 240402 2252538384040条件条件2 22 242422 2232339394545从上表从上表的的对比结果对比结果可以看出，在可以看出，在2 2种种车道功能划分和车道功能划分和绿灯时间分配方案下，社会车辆的延误时间绿灯时间分配方案下，社会车辆的延误时间基本一致基本一致，但是采用但是采用优化模型优化模型的公交车辆的延误时间有明显降低，的公交车辆的延误时间有明显降低，条件条件1 1中中降低降低了了32%32%，条件条件2 2中降低了中降低了42.3%42.3%，优化效果优化效果明明显。显。
