智能运输系统概论分析

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1、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智能运输系统概论智能运输系统概论（第三版）（第三版）杨兆升杨兆升 于德新于德新史其信史其信 高世廉高世廉主编主编主审主审目目 录录?第第1111章章第第1212章章第第1313章章第第1414章章第第1515章章第第1616章章第第1717章章第第1818章章第第1919章章第第2020章章先进的公共交通系统先进的公共交通系统先进的交通管理系统先进的交通管理系统城市交通信号控制系统城市交通信号控制系统电子收费系统电子收费系统高速公路交通事件管理系统高速公路交通事件管理系统应急

2、指挥调度系统应急指挥调度系统智能车辆与自动驾驶系统智能车辆与自动驾驶系统交通需求管理交通需求管理智能运输系统标准化智能运输系统标准化ITSITS评价评价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11.1 概述概述11.2智能化调度系统智能化调度系统公交信智能化 号优调度系先系 统 统11.3公交信号优先系统公交信号优先系统11.4快速公交系统快速公交系统11.5小结小结智能运输系统概论11.1 概述概述先先 进进 的的 公公 共共 交交 通通 系系 统统 （ AdvancedAdvancedPublicPublicTransportationTransportati

3、on SystemSystem，简称，简称APTSAPTS），是利用系统工程的），是利用系统工程的理论和方法，将现代理论和方法，将现代 通信通信、信息信息、电子电子、控制控制、计算机计算机、网络网络、GPSGPS、GISGIS等高新科技集成应用于公共交通系统，并等高新科技集成应用于公共交通系统，并通过建立公共交通通过建立公共交通 智能化调度智能化调度系统、系统、信息服务系统信息服务系统 、公交、公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，缓解城市交通拥挤缓解城市交通拥挤。APTSAPTS通过采集与处理通过采集与处理动态交通信息动态交通信息和和静态交通信息静态交通信息，以及

4、，以及通过通过多种媒体多种媒体为出行者提供动态和静态公共交通信息，从而为出行者提供动态和静态公共交通信息，从而达到达到规划出行规划出行、最优路线选择最优路线选择、避免交通拥挤避免交通拥挤、节约出行时节约出行时间间的目的。的目的。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：目标与特征目标与特征城市公共交通是国家综合运输网中的枢纽和节点，是城市公共交通是国家综合运输网中的枢纽和节点，是城市客运交通体系的主体，是城市建设和发展的重要基城市客运交通体系的主体，是城市建设和发展的重要基础之一，是生产和生活必不可少的社会公共设施，础之一，是生产和生活必不可少的社会公共设施，也

5、是也是城市投资环境和社会生产的基本物质条件，同时又是展城市投资环境和社会生产的基本物质条件，同时又是展示城市精神文明，反映城市国民经济、社会发展水平和示城市精神文明，反映城市国民经济、社会发展水平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：运载量大、运送效率高、能源消耗低、相对污染少、运载量大、运送效率高、能源消耗低、相对污染少、运输成本低运输成本低智能运输系统概论11.1 概述概述APTSAPTS的研究现状的研究现状：自自2020世纪世纪8080年代以来，许多国家公共交通部门开始年代以来，许多国家公共交通部门开始应用先进的信息与通信技术进行应用

6、先进的信息与通信技术进行公交车辆定位公交车辆定位、车辆监车辆监控控、自动驾驶自动驾驶、计算机辅助调度计算机辅助调度及及提供各种公共交通信提供各种公共交通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“ AdvancedAdvancedPublicPublicTransportationTransportationSystemSystem ， 即即APTSAPTS”项目。主要研究项目。主要研究 基于动态公共交通信息基于动态公共交通信息 的实时的实时调度理论和实时信息发布理论，以及使用调度理论和实时信息

7、发布理论，以及使用 先进的电子先进的电子、通信通信技术。技术。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)。? 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，

8、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? 氧化铁红统统等措施。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11.1 概述概述? 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? 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、北京北京应用公共汽车定位

9、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，实定位设备，实运行管理系统，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。进进现了车辆的实时现了车辆的实时跟踪跟踪、定位定位、公交车与调度室、公交车与调度室入入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的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显示下班车输控制系统（输控制系统（CTCS)CTCS)。位置信息位置信息等功能。这些系统使中国城市交

10、通迈等功能。这些系统使中国城市交通迈入了公交入了公交智能化时代智能化时代。智能运输系统概论11.1 概述概述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章主要参考吉林大学杨兆升教授的著作城市本章主要参考吉林大学杨兆升教授的著作城市智能公共交通系统理论与方法并结合智能公共交通系统理论与方法并结合 国内外研究国内外研究现状现状，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

11、（BRT0)BRT0)；公交服务水平评价；公交服务水平评价；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11.1 概述概述11.2智能化调度系统智能化调度系统公交信智能化 号优调度系先系 统 统11.3公交信号优先系统公交信号优先系统11.4快速公交系统快速公交系统11.5小结小结智能运输系统概论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：智能化调度系统的定义：公共交通智能化调度系统是在对公交车辆实时公共交通智能化调度系统是在对公交车辆实时调调度理论度理论和和方法研究方法研究的基础上，综合运用的基础上，综合运用通信通信、信息信息、控制控制、计算机网络计

12、算机网络 、GPS/GISGPS/GIS等现代高新技术，根据等现代高新技术，根据实时的实时的客流信息客流信息、车辆位置信息车辆位置信息、交通状态信息交通状态信息等，等，通过对公交车辆的通过对公交车辆的实时监控实时监控、调度指挥调度指挥，实现对公交，实现对公交车辆的智能化管理，从而使公交车辆运行车辆的智能化管理，从而使公交车辆运行 有序有序、平稳平稳、高效高效、协调协调，实现资源的合理配置，提高公交企业的，实现资源的合理配置，提高公交企业的经济效益和社会效益。经济效益和社会效益。智能运输系统概论11.2 .1 研究现状研究现状研究现状研究现状公交车辆调度公交车辆调度 是公交企业最基础、最重要的运

13、营是公交企业最基础、最重要的运营工作，包括公交线路的发车间隔和发车方式。目前，工作，包括公交线路的发车间隔和发车方式。目前，我国绝大部分城市还是采用我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。模式为：首先根据客流调查基础数据、时间、季模式为：首先根据客流调查基础数据、时间、季节等因素，节等因素，凭借调度人员的经验凭借调度人员的经验 ，划定客流高峰、平，划定客流高峰、平峰和低峰期，在各个时间段内，峰和低峰期，在各个时间段内， 采用定点发车采用定点发车的方法的方法调度车辆。调度车辆。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

14、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类似系统。统。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州市杭州市公交总公司在公交总公司在公交线路公交线路上安装了电子站牌，并在上安装了电子站牌，并在公交车公交车上安装了

15、定位设备实现了车辆的上安装了定位设备实现了车辆的 实时跟踪实时跟踪、定位定位、公交车与调度室的公交车与调度室的 双向通信双向通信，使调度实现了计算机辅助管，使调度实现了计算机辅助管理，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。北京市北京市调度中心大楼工程已基本完工，示范线路已经安调度中心大楼工程已基本完工，示范线路已经安装了装了GPSGPS接收设备接收设备。上海、大连、宁波上海、大连、宁波等城市的部分线路上等城市的部分线路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11.2.2 系统构成系统构成公交智能化调度系统主要组成公交智

16、能化调度系统主要组成部分包括：部分包括：公交调度中心公交调度中心公交调度中心主要由公交调度中心主要由 信息服务系统信息服务系统 、地理信息系统地理信息系统 、大屏幕显示系统大屏幕显示系统、协调调度系统协调调度系统和和紧急情况处理系统紧急情况处理系统组成。组成。信息服务系统负责向用户信息服务系统负责向用户提供公交信息提供公交信息。地理信息系。地理信息系统接统接收定位数据收定位数据，完成车辆信息的，完成车辆信息的地图映射地图映射。大屏幕显示系统。大屏幕显示系统主要是主要是实时显示车辆运行实时显示车辆运行状况。当出现紧急情况时，协调状况。当出现紧急情况时，协调调度系统向分调度中心调度系统向分调度中心

17、发出指令发出指令，合理调配车辆。系统组，合理调配车辆。系统组成如图成如图11-111-1所示。所示。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11.2.2 系统构成系统构成分调度中心分调度中心分调度中心由分调度中心由车辆定位与调度系统车辆定位与调度系统、地理信息系统地理信息系统两两部分组成。车辆定位系统负责完成本调度中心所辖车辆部分组成。车辆定位系统负责完成本调度中心所辖车辆的的定位与监控定位与监控，与车辆间的，与车辆间的 双向通信双向通信，向车辆发送调度，向车辆发送调度指令，向电子站牌指令，向电子站牌 发送数据发送

18、数据等功能。地理信息系统与调等功能。地理信息系统与调度中心中地理信息系统功能相同，只是范围要小些。系度中心中地理信息系统功能相同，只是范围要小些。系统框图如统框图如11-211-2所示。所示。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11.2.2 系统构成系统构成车载移动站车载移动站采用采用差分差分GPSGPS定位定位技术，车载专用终端机安装于技术，车载专用终端机安装于 移动移动的公交车辆上，可以在的公交车辆上，可以在 无人干预无人干预的情况下的情况下自动完成自动完成运动运动车辆的定位和定位信息的回传。必要时，可以

19、向分调度车辆的定位和定位信息的回传。必要时，可以向分调度中心提供中心提供短信息短信息。如果需要可以口。如果需要可以口 留出接口留出接口用于外接车用于外接车载显示设备。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11.2.2 系统构成系统构成电子站牌电子站牌电子站牌负责电子站牌负责接收接收和和显示显示下班车到站信息和服务信息，下班车到站信息和服务信息，由一套由一套MODEM/MODEM/电台、单片机、电子显示站牌组成，如电台、单片机、电子显示站牌组成，如 图图11-411-4所示。单片机的作用是所示。单片机的作用是 接收信息接收信息

20、，将其处理后送到，将其处理后送到电子站牌上显示。电子站牌除了显示车辆运行信息外，电子站牌上显示。电子站牌除了显示车辆运行信息外，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11.2.3 智能化调度方法智能化调度方法智能化调度智能化调度方法是相对于方法是相对于传统调度方法传统调度方法而言的，二而言的，二者的者的区别区别在于智能化调度方法是根据实时客流信息和交在于智能化调度方法是根据实时客流信息和交通状态，在无人参与的情况下自动给出发车间隔和调度通状态，在无人参与的情况下自动给出发车

21、间隔和调度形式的一种形式的一种全新的全新的调度方法。而传统调度方法是调度人调度方法。而传统调度方法是调度人员根据公交线路客流到达规律，员根据公交线路客流到达规律，凭借经验凭借经验确定确定发车间隔发车间隔和和发车形式发车形式的一种调度方法的一种调度方法。智能化调度分为智能化调度分为车辆调度车辆调度形式形式、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。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UTMSUTMS子系统子系统车辆调度形式车辆调度形式车辆调度形式车辆调度形式 是指营运调度措施计划中所采取的运输是指营运调度措施计划中所采取的运输组织形式，

22、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）按车辆工作时间的长短与类型，分为正班车、加班）按车辆工作时间的长短与类型，分为正班车、加班车与夜班车；车与夜班车；（2 2）按车辆运行与停站方式，可分为全程车、区间车、）按车辆运行与停站方式，可分为全程车、区间车、快车、定班车、跨线车等。快车、定班车、跨线车等。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实时放车调度实时放车调度实时放车调度问题实时放车调度问题 （Real-timeReal-time DeadheadingDeadheading ProblemProblem，简称简称RTDPRTDP）是目前国际上

23、调度理论方面研究的）是目前国际上调度理论方面研究的 热点热点。它是指。它是指车辆车辆空车空车从始发站出发，经过数个公交站点后，开始从始发站出发，经过数个公交站点后，开始 按站点按站点次序依次停车次序依次停车的调度形式。放车调度形式的根本出发点就是的调度形式。放车调度形式的根本出发点就是减少停靠站点减少停靠站点上候车乘客的等车时间，但放车调度形式上候车乘客的等车时间，但放车调度形式 延长延长了了车辆所越过的站点上乘客的等车时间。因此，确定是否采车辆所越过的站点上乘客的等车时间。因此，确定是否采取放车调度形式需要取放车调度形式需要 权衡利弊权衡利弊，这就需要建立实时放车调度，这就需要建立实时放车调

24、度模型的目标函数。模型的目标函数。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公交车在运营过程中遇到交通事故、重大事件等紧当公交车在运营过程中遇到交通事故、重大事件等紧急情况时，会出现客流突然增加的情况，致使某班公交车急情况时，会出现客流突然增加的情况，致使某班公交车出现拥挤而产生延误。出现拥挤而产生延误。 如图如图11-511-5所示所示，第，第i i辆公交车由于辆公交车由于客流突然增加造成初始延误。客流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：方案方案1 1：前车加大站点停靠时间法。

25、前车加大站点停靠时间法。 这样不但可以解决这样不但可以解决后面站点乘客等车时间延长的问题，而且可以使整个车队后面站点乘客等车时间延长的问题，而且可以使整个车队运行趋于平稳。运行趋于平稳。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案方案2 2：前车减速方法前车减速方法。调度人员同样可以通知前几班。调度人员同样可以通知前几班车减速，这样也可以使后面站点乘客等车时间缩短，而且车减速，这样也可以使后面站点乘客等车时间缩短，而且到达终点站时，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

26、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效果效果相同。相同。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11.2.3 智能化调度方法智能化调度方法站点站点ii+1i+2i+3i+4终点站终点站由于客流突然增加造成初始延误由于乘客过多造成的延误0510152025303540间隔过大455055时间时间55实际延误图图11-5 11-5 由于某站点客流

27、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第第1111章章 先进的公共交通系统先进的公共交通系统11.1 概述概述11.2智能化调度系统智能化调度系统公交信智能化 号优调度系先系 统 统11.3公交信号优先系统公交信号优先系统11.4快速公交系统快速公交系统11.5小结小结智能运输系统概论11.3 公交信号优先系统公交信号优先系统公交信号优先系统公交信号优先系统贯穿于贯穿于公交车辆公交车辆、公交车辆调度公交车辆调度与管理系统与管理系统 、交通管理与控制系统交通管理与控制系统 ，并与之有紧密的，并与之有紧密的联系，通过在这几个模块之间进行联系，通过

28、在这几个模块之间进行 信息交互信息交互，实现对，实现对公交车辆的公交车辆的优先优先信号控制。信号控制。这几个子系统在以下这几个子系统在以下组成元素组成元素之间实现之间实现信息通信信息通信和和交互交互：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（busbus detectordetector systemsystem）：）：优先请求发生器（优先请求发生器（ prioritypriority requestrequest generatorgenerator，简称简称PRGPRG）：）：优先请求服务器优先请求服务器 （prioritypr

29、iority requestrequest serverserver，简称，简称PRSPRS）：）：通信系统通信系统（communicationcommunication systemsystem）：）：交通信号控制器交通信号控制器（traffictraffic controllercontroller）：）：交通信号控制软件交通信号控制软件（traffictraffic softwaresoftware）：）：公交优先管理系统公交优先管理系统：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号优先策略信号优先策略是指交通信号绿灯延长或比预定方案启是指交通信号绿灯延长或

30、比预定方案启动提前，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。公共交通信号优先策略有其自己特定的内容。主要包公共交通信号优先策略有其自己特定的内容。主要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动优先控制策略被动优先控制策略的实施是根据公交线路公交车辆的的实施是根据公交线路公交车辆的发发车频率车频率、行车速度行车速度等历史数据设计和协调路网内交叉口的等历史数据设计和协调路网内交叉口

31、的信号配时，同时信号配时，同时降低降低交叉口信号周期长度以交叉口信号周期长度以 减少减少公交车辆公交车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）主动优先控制策略）主动优先控制策略相对于相对于被动优先被动优先，主动优先控制策略具有，主动优先控制策略具有 更强更强的的适应性适应性。主动优先控制策略一般有以下主动优先控制策略一般有以下几

32、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 1）模型思想）模型思想由于公交车辆的单车载客量明显由于公交车辆的单车载客量明显大于大于社会车辆的单车社会车辆的单车载客量，为了载客量，为了满足满足交叉口各进口方向的交叉口各进口方向的 交通参与者交通参与者交通交通需求，在模型中根据需求，在模型中根据 公交车辆公交车辆当前的运行状态在当前的运行状

33、态在 信号配信号配1）模型思想时中时中为公交车辆赋予一定的为公交车辆赋予一定的 优先权重优先权重，以，以最小的最小的车辆延车辆延误增大代价获得误增大代价获得人均延误降低人均延误降低为目标对为目标对交叉口信号配时交叉口信号配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，能够实时获取公利用先进的公交车辆信息检测系统，能够实时获取公智能运输系统概论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车辆的交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

34、，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

35、信号优先算法研究?i? pi?1 ?di? （ 11-1 ） ?0?di?t?dith?i-i辆公交车的权重； di?di? （ 11-2 ） pi-ith辆公交车的乘客数； ?di?-公交车辆运行状态对应的权重函数； ?t?-t 时刻，公交车辆的权重补偿系数； di-ith辆公交车与公交车辆运行时刻表的偏离值； ?-公交运行时刻偏离状态权重补偿临界值。 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（2 2）交叉口饱和度计算）交叉口饱和度计算在传统在传统的信号配时计算中，的信号配时计算中， 交叉口绿灯时间交叉口绿灯时间 是按是按相位相位流量

36、比流量比进行分配的，这种方法可以确保各进口道方向具有进行分配的，这种方法可以确保各进口道方向具有相同的饱和度，但相同的饱和度，但不利于不利于公交车辆的通行。信号交叉口公公交车辆的通行。信号交叉口公交优先的交优先的最终目的最终目的是在于减少人的延误，为使系统的效益是在于减少人的延误，为使系统的效益得到优化，因此交叉口相位绿信比的确定应由得到优化，因此交叉口相位绿信比的确定应由 乘客流量比乘客流量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。q?pcar?(?i)jkcarjki?1ny ?pjkSjk?pveh（11-3）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

37、于优先权重的公交信号优先算法研究pyjk-j 相位k车道的乘客流量比； qcarjk-j 相位k车道车辆到达率； Sjk-j 相位k车道的饱和流量； pcar-社会车辆平均乘客数； pveh-车辆平均乘客数。 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：xp?maxyjp, ycjj?1j（11-4）（11-5）智能运输系统概论pyjp?max yjp1,L ,yjk11.3.3 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xp-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；yjp-j-j相位关键车到乘客流

38、量比；相位关键车到乘客流量比；ycj-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客流量比乘客流量比计算出的绿灯时间可能出现绿灯信号时计算出的绿灯时间可能出现绿灯信号时间间过短过短或绿灯时间或绿灯时间过长过长的现象。过短或过长的信号绿灯的现象。过短或过长的信号绿灯时间都对整个交叉口的运行时间都对整个交叉口的运行 不利不利，绿灯时间，绿灯时间过短过短，不能不能保证车辆和行人安全通过交叉口保证车辆和行人安全通过交叉口 ；绿灯时间；绿灯时间过长过长，交通，交通参与者在红灯等待时参与者在红灯等待时 失去耐心失去耐心，出现，出现违章通行的违章通行的行为。行

39、为。因而必须对相位因而必须对相位 绿灯时间进行约束绿灯时间进行约束 ，以保证交叉口通行，以保证交叉口通行的的安全安全。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：rjd?ljd?njdqjd? lveh?(t)（11-6）rjd-j j 相位相位d d方向的允许最大红灯时间；方向的允许最大红灯时间；ljd-j j 相位相位d d方向的最大排队长度；方向的最大排队长度；njd-j j相位相位d d方向的车道数；方向的车道数；qjd-j j 相位相位d d方向的车辆到达率；方向的车辆到达率；lveh-车辆平均长度；车

40、辆平均长度；?(t)-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gjd? 7 ?Wjd? Y（11-7）?rgjd- - j相位相位 d d方向的最短行人过街时间；方向的最短行人过街时间；Wjd- j j相位相位 d d方向的人行横道宽度；方向的人行横道宽度；?r-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：gminj? maxC ? rj, gj（11-8）（11-9）rj? min( rj1,L rjd)gj?max( gj1,L gjd)C -C -

41、交叉口信号周期时长；交叉口信号周期时长；（11-10 ）-j-j相位最长红灯时间；相位最长红灯时间；rjgj-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

42、数指标函数PIPI。?d ?dveh?dpdveh? Dveh/?vjj?1k?car?jdp?qij?pcar?(?i)ij?/?vji?1 j?1?k?1?j?1ij（11-11 ）（11-12 ）j（11-13 ）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?d-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；dveh-交叉口车辆平均延误；交叉口车辆平均延误；dp-交叉口人均延误；交叉口人均延误；Dveh-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；vj-

43、j-j相位交通流量；相位交通流量；maxPI ?(t)?d ?(t)?Tsche?C? C ? Cminmax?mins.t?gj? gj? max( rj1,Lrjd)?j?x ?gj/ C ? 0.9?j ?1?（11-14 ）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?(t)-车均延误与人均延误差指标权重；车均延误与人均延误差指标权重；?(t)-公交时刻表偏移值权重；公交时刻表偏移值权重；?Tsche-公交运行与时刻表偏移值；公交运行与时刻表偏移值；Cmax-D.B.Wbster-D.B.Wbster 周期计算公式的最小和最长信号周

44、期长度。周期计算公式的最小和最长信号周期长度。Cmin，4 4）模型验证）模型验证假定公交车辆的平均乘客数为假定公交车辆的平均乘客数为 3030人，小轿车的平均载人，小轿车的平均载客数为客数为1.51.5人，交叉口车辆的平均载客数为人，交叉口车辆的平均载客数为 2 2人，对一个由人，对一个由主干道和次干道相交的十字型交叉口为例进行模拟验证，主干道和次干道相交的十字型交叉口为例进行模拟验证，交叉口采用两相位信号控制形式，右转车辆不受限制，黄交叉口采用两相位信号控制形式，右转车辆不受限制，黄灯为灯为3s3s，交叉口清除时间，即全红时间为，交叉口清除时间，即全红时间为 2s2s，信号总损失，信号总损

45、失时间为时间为10s10s，车辆停车时平均占用车道长度，车辆停车时平均占用车道长度 6m6m。交叉口各。交叉口各向流量及车道数如表向流量及车道数如表11-111-1。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 1

46、1-1 模拟交叉口的交通特性模拟交叉口的交通特性相位相位社会车辆到达率（社会车辆到达率（PCU/H）公交车辆到达率（辆公交车辆到达率（辆/小时）小时）饱和流量（饱和流量（PCU/H）进口车道数进口车道数流量比流量比乘客流量比乘客流量比允许最大排队长度（允许最大排队长度（m）第一相位第一相位80020150030.530.60250第二相位第二相位2506120020.210.23150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表表11-2 两种配配时方法方法优化效果比化效果比较周期周期（s）绿灯时长（绿灯时长（s）第一相第一相位位5832

47、第二相第二相位位2216车均延车均延误（误（s）人均延人均延误（误（s）配时方法配时方法Webster算算法法优先权重算优先权重算法法80482815.724.712.3主要原因主要原因是由于是由于允许允许排队长度的限制，信号周期缩短排队长度的限制，信号周期缩短可以减少公交车辆在信号控制计算结果表明，基于可以减少公交车辆在信号控制计算结果表明，基于 优先优先权重权重的优先算法所得的信号配时周期时的优先算法所得的信号配时周期时 长远小于长远小于固定配固定配时方案，交叉口的时方案，交叉口的 红灯等待时间红灯等待时间，同时增加公交车辆在，同时增加公交车辆在绿灯相位绿灯相位通过交叉口的概率。通过交叉口

48、的概率。智能运输系统概论11.4 快速公交系统快速公交系统快速公交系统快速公交系统 （BusBus RapidRapid TransitTransit，简称，简称BRTBRT）是一是一种种介于介于快速轨道交通快速轨道交通 （RapidRapid RailRail TransitTransit，简称，简称RRTRRT）与常规公交与常规公交 （NormalNormal BusBus TransitTransit，简称，简称NBTNBT）之间的之间的新新型公共客运系统型公共客运系统，其投资及运营成本比轨道交通低其投资及运营成本比轨道交通低 ，而运，而运营效果接近于营效果接近于轨道交通轨道交通。它是利

49、用。它是利用现代化公交技术现代化公交技术配合智配合智能运输和运营管理，能运输和运营管理，开辟公交专用道开辟公交专用道和建造新式公交车站，和建造新式公交车站，实现轨道交通式实现轨道交通式运营服务运营服务，达到轻轨服务水准的一种，达到轻轨服务水准的一种 独特独特的的城市客运系统城市客运系统。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11.1 概述概述11.2智能化调度系统智能化调度系统智能化调度系统11.3公交信号优先系统公交信号优先系统11.4快速公交系统快速公交系统11.5小结小结智能运输系统概论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

50、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11.4.2 BRT系统结构系统结构完整的完整的BRTBRT系统系统应当由应当由四部分四部分元素组成，包括元素组成，包括专用车道专用车道、专用车辆专用车辆、专用车站专用车站和和智能信息系统智能信息系统。这四部分元素相互。这四部分元素相互独立，同时又相互联系，有机地组合在一起，才能发挥出独立，同时又相互联系，有机地组合在一起，才能发挥出BRTBRT的最佳效益。的最佳

51、效益。（1 1）专用车道）专用车道专用的公交车道是确保专用的公交车道是确保 BRTBRT快速快速、畅通畅通运行的基本保证。运行的基本保证。从定义来看，从定义来看， BRTBRT是一种拥有相对独立的物理设施、交通是一种拥有相对独立的物理设施、交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。智能运输系统概论11.4.2 BRT系统结构系统结构（2 2）专用车辆）专用车辆研制研制专用的专用的公交车辆公交车辆，使其具有，使其具有 钳接式大容量钳接式大容量 、多车多车门门、两边开门两边开门、低底板低底板、乘坐舒适和智能型等特点乘坐舒适和智能型等特点 ，并可并可使用清洁能源使用清洁能源，这是

52、，这是BRTBRT的重要组成部分的重要组成部分。BRTBRT车辆一般应车辆一般应采用采用低底板低底板、色彩鲜艳色彩鲜艳并统一的公交车辆，以方便乘客并统一的公交车辆，以方便乘客 上、上、下车下车，并与普通，并与普通公交车公交车辆辆相区别相区别。通常还应采用。通常还应采用大型铰接大型铰接车车以以提高提高系统的运输能力，降低运营成本。当然，系统的运输能力，降低运营成本。当然， 车辆最车辆最好好能采用能采用排污低排污低的的清洁车辆清洁车辆。智能运输系统概论11.4.2 BRT系统结构系统结构（3 3）专用车站）专用车站特别特别建造的轨道交通式的建造的轨道交通式的BRTBRT车站车站，具有，具有检售票检

53、售票、等候、等候车、车、上下客上下客、行车信息发布行车信息发布 等功能，也是等功能，也是 BRTBRT不可缺少不可缺少的的组成部分。组成部分。开放式开放式站台能配合站台能配合 公交专用道公交专用道 或或公交专用路公交专用路 的设站地的设站地点，提供乘客所需要候车的空间，点，提供乘客所需要候车的空间， 不采取不采取进出的管制。进出的管制。封封闭式站台闭式站台的设计考虑了以下因素：对车站进出的设计考虑了以下因素：对车站进出 进行管制进行管制，设置收费设施设置收费设施，以节省收费时间；配合车辆停站定位，以节省收费时间；配合车辆停站定位， 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

54、高提高上下车效率。上下车效率。智能运输系统概论11.4.2 BRT系统结构系统结构（4 4）智能信息系统）智能信息系统布设布设各种形式的公交线路，为乘客提供各种形式的公交线路，为乘客提供 多种方向多种方向和和不不同路径同路径的快速直达和换乘方便的乘车条件，的快速直达和换乘方便的乘车条件， 最大限度最大限度地吸地吸引乘客。这是引乘客。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运营保障体系运营保障体系包括包括运营组织机构运营组织机构和和运营保障设施运营保障设施。运营组织机构包括运营组织机构包括目前规划目前规划及实施的管理机构、及实施的管理机构、 运营期的运营期的管

55、理管理以及运营机构。以及运营机构。运营保障设施运营保障设施一般包括一般包括智能化智能化的交通的交通管理手段。管理手段。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BRTBRT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11.4.4 BRT信号优化算法信号优化算法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

56、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：本书对本书对基于发车频率基于发车频率 的信号优先控制算法提出如下的的信号优先控制算法提出如下的条件假设条件假设。在检测系统方面，在交叉口上游设置公交车的。在检测系统方面，在交叉口上游设置公交车的“check-check-inin”检测器，以检测器，以提前提前告知系统公交车辆的到达，告知系统公交车辆的到达，并在停车线设置并在停车线设置“ check-check-outout”检测器检测器 （如图如图11-611-6所示）。所示）。智能运输系统概论11.4.4 BRT信号优化算法信号优化算法图图11-6 11-6 基于发车频率控

57、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智能运输系统概论11.4.4 BRT信号优化算法信号优化算法分别从交通分别从交通状态估计状态估计、驶离时间估计驶离时间估计、到达时间估计到达时间估计、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信号优先算法信号优先算法交叉口的资源可以相互交叉口的资源可以相互 制约制约和和转化转化，从交叉口，从交叉口时空组合时空组合优优化的角度出发，将进口道化的角度出发，将进口道进行时间进行时间与与空间空间的分配，即车道功能

58、的分配，即车道功能划分划分与与绿灯时间绿灯时间分配组合在一起分配组合在一起进行优化进行优化，降低公交车车辆，降低公交车车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智能运输系统概论11.4.4 BRT信号优化算法信号优化算法如图如图11-711-7所示交叉口，所示交叉口，公交专用道公交专用道在道路在道路最内侧最内侧，公，公交车为交车为直行直行方向，社会车流中的关键相位为方向，社会车流中的关键相位为 直行车流直行车流和和左转车流左转车流。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

59、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：QiAi?iSili式中：i=1或2，代表直行车流的情况Qi车流i的流量（11-3211-32）?i车流i的有效绿信比Si车流i单车道饱和流量li车流i分配的车道数智能运输系统概论11.4.4 BRT信号优化算法信号优化算法有效绿灯时间有效绿灯时间geiQiC?AiliSi优化模型（11-3311-33）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

60、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：智能运输系统概论11.4.4 BRT信号优化算法信号优化算法nminD?min(mbdbQbDb?msds?QiDs)i?1（11-34 ）（11-35 ）mb? ms? 1式中：式中：mb公交车车均延误加权系数ms社会车辆车均延误加权系数db1 的公交车平均载客数ds1 的社会车辆平均载客数Db公交车

61、车均延误社会车辆车均延误智能运输系统概论Ds11.4.4 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：?gi ?ei? C ? K（11-3611-36）模型验证模型验证分分直行车流量直行车流量大于左转大于左转车流量和分直行车流量车流量和分直行车流量 小于左小于左转车转车流量两种情况对流量两种情况对单点交叉口单点交叉口进行讨论，取公交车流量进行讨论，取公交车流量为为500500（PCU/HPCU/H），公交车辆的，公交车辆的平均乘客平均乘客数为数为3030人人，小轿车，小轿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11-31

62、1-3所示：所示：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流量左转流量（PCU/H）直行流量直行流量（PCU/H）600800总车总车道数道数最大允许最大允许饱和度饱和度左转车流左转车流直行车流直行车流饱和度饱和度饱和度饱和度（PCU/（PCU/H）H）1500150012001200周周期期（S）1121200600440.850.8520120常规方法常规方法中利用等饱和度分配绿灯时间；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）、（11-451

63、1-45）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对比常规方法与优化模型计算结果对比对比方法方法常规方常规方法法直行车直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公交车公交车社会车社会车辆辆辆辆条件条件1 1条件条件2 2条件条件1 1条件条件2 22 22 22 22 236364848404042422 22 22 22 2575729292525232342423030383839395959787840404545优化模优化模型型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。智能运输系统概论