公交优先信号控制技术与方法研究

PAGEPAGE8题目：公交优先信号控制技术与方法研究学院土木与交通学院专业交通工程学生姓名学生学号指导教师提交日期年月日毕业设计（论文）任务书兹发给班学生毕业设计（论文）任务书，内容如下：1、毕业设计（论文）题目：公交优先信号控制技术与方法研究2、应完成的项目：（1）研究公共交通信号优先控制系统的物理结构；（2）研究交叉口公共交通优先策略的实时最小绿灯持续时间；（3）研究通过调整绿灯时间来实现公交优先；（4）研究通过调整信号周期来实现公交优先；（5）研究通过缩短目前相位来实现公交优先；（6）研究通过绿灯重启实现公交优先；（7）研究基于智能计算的干线多路口交通信号控制3、参考资料以及说明：（1）谭永朝，混合交通条件下的公交优先模式.同济大学硕十学位论文.上海.1998（2）郁海鹰,城市化与快速公共交通的相互关系研究,东南大学硕士学位论文,南京2003（3）李书,先进的公共交通系统（APTS）实现方案,西南交通大学硕士学位论文，成都，2003（4）杨兆生,刘红红.城市公共交通优先的信号控制策略.公路交通科技,2004:121-124（5）Guey-ShiiLin,PingLiang,PaulSchonfeld,RobertLarson.AdaptiveControlofTransitOperations(MD-26-7002).1995（6）BhuwanBhaskarAgrawal,S.TravisWaller,andAthanasiosZiliaskopoulos,ModelingApproachforTransitSignalPreemption,TRR1791,2002:13~20.（7）FrançoisDion,ReviewofTransitPriorityProjectsandPractice,VirginiaTechCenterforTransportationResearch,February1999.（8）Kelman,W.L.,J.C.GreenoughandB.Y.Quan.“APerformanceReportontheMetropolitanTorontoSCOOTSystem:AnAdvancedTrafficAdaptiveControlSystem.MetropolitanTorontoDepartmentofTransportation,Toronto,1993（9）阴炳成.面向专用道的公交优先设计与控制方法.同济大学硕士论文.上海.2003（10）杨佩昆,张树升.交通管理与控制,人民交通出版社,1995（11）JamesG.Strathman,ThomasJ.Kimpel.HeadwayDeviationEffectsonBusPassengerLoads:AnalysisofTri-Met’sarchivedAVL-APCData,FinalTechnicalReport,TNW2003-01,CenterforUrbanStudiesCollegeofUrbanandPublicAffairsPortlandStateUniversity,January,2003.pp9~20.（12）沈峰,杨晓光,袁长亮,马万经.基于混合时间Petri网的公交优先仿真方案.公共交通与城市发展研究及实践.2006.pp448-454.（13）DaganzoCF.Thecelltransmissionmodel,Part2:Networktraffic[J].TransportationResearch,199529(B):79-93.（14）滕靖.面向公交换乘枢纽的公共汽车协调调度理论与方法.同济大学博士论文,2005.（15）Head,K.L.(1995)."AnEvent-BasedShort-TermTrafficFlowPredictionModel."Presentedatthe74thTransportationResearchBoardAnnualMeeting,Washington,D.C.4、本毕业设计（论文）任务书于20xx年3月12日发出，应于20xx年6月9日前完成，然后提交毕业考试委员会进行答辩。指导教师签发，年月日教研组（系、研究所）负责人审核，年月日摘要随着社会经济和城市经济的发展，城市交通问题日趋成为一个世界性课题。改善城市交通状况，提高城市交通运输效率，促进交通与城市可持续发展的最有效的途径之一。在我国及许多其他国家的大城市中，公交系统的规模巨大，交通网络十分复杂，为数量庞大的出行者提供着运输服务，在城市客流运输系统中的作用举足轻重。目前，公交系统总体服务的水平和运行可靠性较差，公交承载率较低而且改善手段相对匮乏和落后，而专用道等公交优先基础设施得到大力发展，在这种情况下，公交优先控制理论的研究变得极具现实意义。论文首先提出了公交优先控制系统的物理结构，先总体阐述公交控制系统的理论基础和体系框架，接着提出交叉口公共交通优先策略的实时最小绿灯持续时间估计，尝试通过调整绿性比、信号周期、相位等信号因素来实现公交优先，最后提出基于智能优化计算的公交信号优先控制方法，基于递阶模糊神经网络干线交通信号控制 和基于高阶广义神经网络及模糊控制的干线相邻路口信号协调控制，这些设计将使得优先控制系统不但可以应对公交网络简单、线路发车频率低的情形，还适用于道路网络密集，公交网络复杂且流量大，交通流总体运行的可靠性不高，行人过街频繁且需求大的状况。论文提出了公交优先系统的物理结构，研究公交信号优先控制的几个重要因素：绿性比、信号周期、相位；拓展和丰富了交通控制理论与方法，尝试将公交信号优化控制智能化，为公交优先控制系统的开发提供一定的理论基础。关键词：公交信号优先；绿性比；信号周期；相位；智能优化计算AbstractWiththesocio-economicandurbaneconomicdevelopment,urbantransportproblemsincreasinglybecomeaglobalissue.Themosteffectivewayto

improveurbantrafficconditionsisimprovingtheefficiencyofurbantransport,andpromotingsustainabledevelopmentandurbantransportation.

InChinaandmanyothercountries,largecities,large-scalepublictransportationsystem,transportationnetworkisverycomplex.Ahugenumberoftravelerstoprovideatransportserviceinurbanpassengertransportsystemplaysanimportantrole.

Currently,thepublictransportationsystemandtheoveralllevelofservicereliabilityispoor,improvepublictransportationandmeansofcarryingarelativelylowrateofpoorandbackward,andbusprioritylanesandotherinfrastructurearetodevelop,inthiscase,thebusprioritycontroltheory

researchhasbecomeofgreatpracticalsignificance.Firstly,proposedbusprioritycontrolsystemofthephysicalstructureoftheintersectionofpublictransportprioritystrategiesinrealtimetheminimumgreendurationisestimatedbyadjustingthegreentryingtosexratio,signalperiod,phaseandotherfactorstoachievebusprioritysignals,Finally,intelligentoptimizationCalculatedbussignalprioritycontrolmethod,hierarchicalfuzzy

neuralnetwork

based

trafficsignal

controland

route

basedonhigherorder

generalizedneural

networksand

fuzzycontrol

ofthe

trunk

adjacent

intersectionsignalcoordinationcontrol,thedesignmakesthecontrolsystemcannotonlyrespondtoprioritypublictransportnetworkissimple,thecaseoflowfrequencygridlines,alsoappliestotheroadnetwork-intensive,complexandbusnetworkflow,trafficflowisnothighoverallreliabilitypedestrianscrossingthestreetneedslargeandfrequentsituation.Thesis,thephysicalstructureofthesystembuspriority,bussignalprioritycontroldepthstudyofseveralimportantfactors:thegreenoftheratio,thesignalcycle,phase;Expandandenrichthetheoryandmethodoftrafficcontrol,tryingtooptimizethecontrolbussignalintelligence,forthedevelopmentofbusprioritycontrolsystemtoprovideatheoreticalbasis.Keyword:Multivariablesystem,Predictivecontrol,Environmentaltestdevice目录TOC\o"1-3"\u毕业设计（论文）任务书 1摘要 3Abstract 4第一章 引言 71.1研究背景及意义 71.2研究现状 81.3研究内容 101.4本章小结 11第二章公交控制系统的理论基础与体系框架 122.1公共交通信号优先控制系统的物理结构 122.1.1公交车辆检测 122.1.2通信系统 132.1.3交通信号控制系统 132.2公交优先信号控制策略 132.3交叉口公共交通优先策略的实时最小绿灯持续时间估计 142.3.1通过延长绿灯时间来实现公交优先 142.3.2通过缩短目前相位来实现公交优先 152.3.3通过插入公交专用相位来实现公交优先 162.4本章小结 17第三章公交信号优先的绿性比优化方法研究 183.1绿信比的确定 183.2问题描述 193.3主动优先控制策略 193.4基于公交优先的绿信比优化方案 203.4本章小结 22第四章公交信号优先的信号周期优化方法研究 234．1交叉口信号周期的确定 234.1.1最短信号周期 234.1.2最佳信号周期 244.1.3公共周期的优化 254.2基于公交优先的信号周期优化方案 254.3本章小结 27第五章公交信号优先的相位优化方法研究 285.1信号相位设计的基本考虑 285.2基于公交优先的相位优化基本方法研究 285.3公交与行人过街组合相位优化 305.3.1基本考虑 305.3.2组合相位设计方法 315.3.3组合相位法与传统方法的对比分析 325.4本章小结 34第六章公交信号优先的智能计算方法研究 356.1智能优化计算方法 356.2基于公交信号优先的模糊控制理论基础研究 366.2.1模糊数学理论 366.2.2模糊控制系统 376.2.3公交优先的智能优化算法应用 386.3公交优先干线信号协调控制方法研究 396.3.1基于递阶模糊神经网络干线交通信号控制 396.3.2基于高阶广义神经网络及模糊控制的干线相邻路口信号协调控制 416.4本章小结 43第七章总结与展望 447.1总结 447.2展望 44参考文献 46致谢 48引言1.1研究背景及意义当前，由于全球经济发展和城市人口与机动车的快速增长，世界各地的大部分城市都正面临着巨大的交通压力。在我国及许多国家的大城市，公交系统的规模巨大，交通网络都十分的复杂，为数量庞大的交通运输车辆提供运输服务，在城市客流运输系统中的作用举足轻重，不容忽视。随着世界各国城市规模的不断扩大，大城市人口高度集中并正在大幅度增长，交通需求迅速扩大，而道路交通基础设施建设的发展则相对滞后，这使得城市交通需求与供给之间的矛盾越来越突出，城市乘车困难、行车困难的恶劣局面在加剧，交通阻塞更是呈现出由点到线、由线到面的扩展趋势。在这一严峻的形势面前，越来越多的国家迅速转移战略方向，将优先发展公共交通作为重要的发展对象。加之，目前公交系统总体的服务水平和运行可靠性较差，机动化竞争也愈演愈烈，公交承载率较低且改善的手段又相对匮乏并落后，而专用道等公交优先基础设施得到大力发展，在这种情况下，公交优先控制理论的研究变得极具现实的意义。近年来，随着我国经济和社会的快速发展、城市化进程的迅速推进、城市人口的急剧膨胀，由此引发城市边缘的扩张、居住郊区化等带来的交通需求量剧增，同时道路交通设施供应、管理、技术、空间不足使得城市交通需求和供给的矛盾日益突出。最近几年，随着我国经济快速发展，城市化进程迅速推进，城市人口急剧膨胀，由此导致城市边缘扩张、居住郊区化等，交通需求量剧增，加上道路交通设施供应、管理、技术、空间等不足，使得供给矛盾和城市交通需求日益突出。城市车多路少、设施集中、人多地少、用地紧张、活动频繁而且缺乏相对规律性的特点决定城市可用土地资源非常有限，伴随经济发展，城市的交通需求势必将会不断扩大。随着城市化进程的加快，城市居民出行量必将逐年递增，预计到2012年城市居民的交通总量将达2800亿人次。然而，由于多种原因致使公交车辆运营速度由每小时13～15公里下降至5～10公里，新增的运输能力被运输效率下降所抵消，公交承担运量不断减退，居民出行方式逐年由公交向自行车等个体交通方式转移，这无疑加剧了交通的拥挤程度。众所周知，我国政府很早就将优先发展公共交通作为我们国家的基本国策。北京、上海、济南、石家庄、昆明、杭州等多个城市也开始进行公交专用道等大型公交基础设施的规划和建设，乃至正式运行。另有重庆、武汉、成都、郑州等城市也已经展开建设公交优先系统的研究。因此，无论从我们国家的自身情况还是从世界交通状况的发展来看，公交信号优先理论和技术的研究都具有其巨大的需求。公共交通优先的概念具体包括两方面的含义——在通行空间和时间上对公交给予优先。空间优先，是指通过设立公交专用道（路）或各类专用进口道加以实现；时间优先则是体现在公交优先信号控制上。如果不在道路交叉路口信号控制策略中体现公交优先，即使有公交优先道路，公交车运营的时间和乘客的承载量也是十分的有限，因此研究在有公交专用道条件下交通信号控制中的公交优先策略显得十分重要。自广州BRT试用以来，在很大程度上缓解了城市“巨无霸”的堵塞问题，但是还是屡屡出现了一些不愉快的事情，比如BRT专用车站排队过长，形成长龙；BRT与其他车辆信号干扰等等。对待这些情况，如果可以对这种具备专用车道的公交车信号进行针对性的设计，将对缓解城市交通情况起到举足轻重的作用。根据“木桶原理”，某一事物性能的好坏不是取决于最优的条件，而是取决于最差的条件。路网通行能力也是如此。在正常的道路交通条件下，交叉口通行能力最小，车辆在城市道路中的延误也主要发生在交叉口，因此交叉口成为城市交通的“瓶颈”。在信号控制交叉口，减少车辆延误最有效的方法是降低车辆的红灯等待时间，而关于公交信号优先，为公交车辆提供优先信号的目的是降低公交车辆在交叉口的红灯等待时间，提高公交车辆的路段行程时间稳定性，提高公交车的行车准点率。公共交通信号优先策略的目的是减少公交车辆在信号交叉口的延误，这种考虑的根本原因在于城市公共交通具有客运量大、相对投资少、效率高、污染相对较少、人均占有道路少等优点。如果交叉口的延误用经过交叉口的全部出行者的总延误来表示的话，那么一辆满载乘客的公共汽车在交叉口30s的延误和一辆小轿车在交叉口30s的延误是不等价的。因此，让公共交通在交叉口具有优先权，将会极大地减少交叉口的总人均延误。据此，通过研究公共交通信号优先的物理结构，调整绿信比、信号周期、相位，实现最高效的公交优先，使得整个交通网络系统达到最大程度的利用并高效运转，这是相当具有研究价值的事情。1.2研究现状自上个世纪60年代开始，公交优先已经得到了很多学者的重视并作为一个重要的研究方向，而且取得了较多的研究成果。但是到目前为止，在检索到的许多文献中尚未发现一个公交优先控制系统可以完美地解决这一问题。主要存在以下四点缺陷：（1）忽视社会车流。信号调整在影响公交车辆的同时难免也会对社会车流产生相当的影响。大多数的公交优先控制策略中，将信号优先当作一个独立的课题进行研究，社会车流并没有得到足够的重视，以至社会车流信号协调常常因提供公交优先而被打断，而在很多情况下，这种协调会造成社会车流运行状况的恶化，甚至造成更严重的交通堵塞问题。（2）忽略交叉口与交叉口之间的协调。目前多数控制策略仅仅考虑了在某一个交叉口为公交车辆提供相应的优先策略。但没有考虑该在这种优先策略下，车辆到达下游交叉口时，该交叉口的信号状态以及相应采取的优先策略与之协调。这必然会导致一些优先策略的效果不佳。举个例子，如果在上游交叉口得到信号优先的车辆在下游交叉口不得不等待红灯，如果这样子的话，上游交叉口的优先效果必然会受到相当程度的削弱。（3）过度依赖在线策略。公交车辆与社会车流的一个重要区分，在于每一条线路上的车辆都呈一定的规律性进入交通网络，并在固定的站点停靠，且一天中公交流量的变化趋势（发车频率）对控制系统而言是已知的。这为离线进行信号优先控制方案优化提供了非常好的条件。而已有的研究策略大都为在线优化策略，缺乏在线策略与离线策略的结合。这不但影响控制系统的整体控制效果，还会影响到系统的适应性和稳定性。（4）控制目标不全面。早些时间对公交优先的研究，车辆延误最小化被视为控制目标。在这样一个目标的指导下，控制系统需要为所有的公交车辆提供优先而不考虑每一车辆的具体运行状态。这种策略不但增加了控制系统的负担，而且也不利于提高公交系统的运行可靠性，所以很难实现比较好的控制效果。论文将针对上述现实中遇到的理论问题和客观存在的研究缺陷，展开公交优先控制策略的研究，针对目前学术水平限制，试图针对我国实际情况展开公交优先控制策略的进行基础研究。在智能交通研究方面，早期的智能计算方法主要有：神经网络、模糊逻辑和全局优化算法。近几年新的智能计算方法不断提出，这些方法主要有：进化神经网络、模糊系统、进化策略、人工神经网络、进化规划、人工免疫系统、模糊神经网络、遗传算法、进化模糊系统、神经模糊系统、进化模糊神经网络、模糊进化计算、人工内分泌系统、模糊进化神经网络、软计算生态计算等。其中，混合智能计算方法的研究逐渐成为智能计算领域的研究热点，目前较为集中的研究有进化模糊系统，进化模糊神经计算，进化神经计算，神经模糊系统等。智能计算中的主要算法都具有随机产生或指定的初始状态、修改结构的操作、自适应的结构、指示结果的方法、系统状态存储器、适应度的评测函数、终止计算条件、控制过程参数等共同的要素，具有自组织、自学习、自适应特征和通用、简单、易并行处理等特点，其最大特点是不需要建立问题本身的精确方案。一般也不必依赖于知识表示，而是在信号或数据层直接对输入信息进行处理。未来几年智能计算的发展方向则应该是针对智能计算应用技术方面的研究。由于交通系统的多变性，难以建立比较精确的数学方案，所以严重阻碍了基于方案的优化控制算法的发展和实施。但是智能计算方法具有较强的非线性逼近性能，不依赖于精确的数学方案，因此智能计算方法吸引了很多研究者，试图利用智能计算的手段来寻找解决交通控制问题的方案。针对目前我国城市公共交通存在的各种问题，围绕智能快速公交的基础理论和实施技术进行研究相当有价值。我国快速公交智能管理平台研究的主要内容有:智能化调度关键基础理论研究、网络优化方法研究、系统框架研究、运营优化方法研究、智能公交系统模拟与评价方法研究、车辆实时调度方法研究等方面。1.3研究内容根据公交车辆运行的物理环境不同，公交优先可以分为公交专用道下的公交信号优先以及混合交通下的公交优先。本论文研究的对象为公交专用道下的信号优先策略。在本文在研究过程中，默认所有的交通设计，如公交专用道、公交站台等基础设施的设计均是科学合理的，不对其进行讨论；默认优先控制中所需要的所有信息都是可以获得的，不对信息的采集方式进行深入讨论；默认控制系统的通信完好，并且所有数据都是准确的。本论文的重点是研究并提出公交专用道条件下的公交信号优先控制理论，在完善交通控制理论的同时，力求为提高公交优先控制系统的可操作性提供理论基础。本文研究的信号优先控制理论将主要由绿性比、信号周期和相位优化三个核心部分构成。在三个核心内容的研究过程中，着重考虑如何克服前述的已有研究的种种缺陷。本文研究的控制策略是一种循环优化策略，着重研究考虑公交优先的信号周期、相位相序、绿信比和相位差的优化和算法。在线优化策略则着重研究了有条件公交优先协调控制策略和以协调控制策略得以最大程度实现为目标的单点公交优先策略。在这三个部分的核心内容研究之前，本论文首先进行对公交优先控制系统的物理原型及理论基础和系统构架进行阐述。而在三个部分的核心内容研究之后，本论文将初步探讨智能优化计算的一些基本策略，提出基于公交信号优先的BRT信号优先控制策略。关于研究城市交通管理系统的学者们来说，实现交通方式大众机动化和现代化、有效地保护城市生态环境、可持续发展是城市交通管理与控制面临的一个极其严峻的问题。据此，本论文将从信号控制方面研究公交优先策略，通过阐述公共交通信号优先的物理结构，以及公交控制系统理论基础和体系框架，通过适当调整绿信比、信号周期、相位，以实现最高效的公交优先，使得整个交通网络系统达到最大程度的利用并高效运转。主要的研究内容如下：（1）介绍单个交叉口公共交通信号优先控制的物理结构，该系统主要由公交车辆检测／优先请求系统、通信系统、交通信号控制系统三个部分组成；车辆检测包括公交车辆检测和普通车辆检测；公交信号优先控制通信系统将检测器的输出信号传输到本地交叉口的信号控制系统或地区的交通管理中心，作为信号控制决策的输入参数；同时将控制策略从本地或交通管理中心传输给信号控制器，来控制信号灯的显示；。信号控制系统应该具有系统控制、无电缆协调控制、感应控制、优先控制、紧急情况控制、手动控制等工作方式。（2）通过公共交通信号优先的物理结构，调整绿信比、信号周期、相位，实现最高效的公交优先，使得整个交通网络系统达到最大程度的利用并高效运转研究交叉口公共交通优先策略的实时最小绿灯持续时间；（3）研究基于公交信号优先的智能计算方法理论基础。智能计算又被叫做软计算，是信息技术、神经信息学、生物信息学及化学信息等学科发展的核心和基础。同时，介绍了模糊数学理论和模糊控制系统。智能计算方法，主要有：遗传算法、模糊系统、人工神经网络、进化规划、进化策略、模糊神经网络、进化神经网络、进化模糊系统、模糊进化计算、模糊进化神经网络、进化模糊神经网络、人工免疫系统、神经模糊系统、人工内分泌系统、软计算生态计算等。（4）总体介绍基于公交优先的智能优化计算，接着阐述基于递阶模糊神经网络干线交通信号控制和基于高阶广义神经网络及模糊控制的干线相邻路口信号协调控制，最后，提出基于公交信号优先控制方法的BRT信号优先系统。1.4本章小结本章主要分析了公交优先控制理论研究的现实需求背景和理论研究背景，概要地分析并总结了目前的研究状态和方案的缺陷，进而明确提出了本文研究的主要着眼点和提出相关的理论问题，进而确定了本论文的主要研究方向和主要研究内容。

第二章公交控制系统的理论基础与体系框架2.1公共交通信号优先控制系统的物理结构公共交通信号优先控制的系统构成见图2-1，系统由3部分组成：图2-1单个交叉口公共交通信号优先控制的物理结构图2.1.1公交车辆检测车辆检测主要包括公交车辆检测和普通车辆检测。公交车辆的检测过程：首先，信号检测器与交通信号控制机是相连的，在公共汽车上安装固定频率的专用信号发射器，公交优先信号交叉口上、下游分别设相应频率的信号检入、检出检测器。接着，公交车辆被检入检测器检测到到达时，将到达的信息在第一时间传达到信号机控制系统，让控制系统决定优先策略，最后给信号机发出指令，以便实现公交车辆优先通过交叉口。设置检出检测器的目的是为了让控制系统知道公交车辆什么时候离开交叉口，优先权已经不再需要。控制系统通过计数器记录检入和检出检测器之间的公交车辆数，当检入检测器被激活的时侯，计数器计数加1，当检出检测器被激活的时候，计数器计数减1。在检测器正常工作的前提下，仅当计数器的计数大于或等于1时才考虑公交优先的问题。当入口检测器出错或计数器计数异常的时候对计数器进行复位。2.1.2通信系统公交信号优先控制通信系统将检测器的输出信号传输到本地交叉口的信号控制系统或地区的交通管理中心，这些信号将作为信号控制决策的输入参数；同时，将控制策略从本地或交通管理中心传输给信号控制器，由此来控制信号灯的显示。2.1.3交通信号控制系统从公交优先信号控制的层面来说，将交叉口的信号控制从简单的定时控制改进为交通感应控制是必须的。信号控制系统具有系统控制、感应控制、无电缆协调控制、手动控制、优先控制等工作方式，且拥有检测器错误监测、灯泡损坏监测、绿灯冲突监测等自检功能。通常，设在交叉口的信号机包含一个一块CPU板、电源单元和若干块相位驱动板。2.2公交优先信号控制策略一般来说，为公交车辆提供的信号优先控制有两种方式：一种是离线控制，一种是在线控制。离线控制：主要是通过调整离线方案中的控制参数，这些参数包括绿性比、周期、相位相序和相位差等，使其更加有利于公交车辆的通行。在线控制：通过控制系统响应实时的优先需求来实现公交优先，在研究中一般将此种控制策略归为实时优先控制策略和主动优先控制策略，这种控制方式的主要优势在于能够根据实时的交通状况和优先需求相应进行控制策略的优化。在进行交通管理与控制策略设计的过程中应该遵循以下的原则，这些原则在进行公交优先信号控制策略的设计过程中也应该注意：交通分离原则；交通分离指的是采用科学交通管理手段，对各种交通形态在空间上（如BRT）或时间上（如相应的信号灯时间）进行分离，以解决混行交通，达到各行其道、互不干扰的目的。交通分离有时间分离与空间分离两种形式。交通连续原则；交通连续是指通过各种交通工程和交通方式之间的有机合理联系，尽量保持交通的畅通性与不间断性，如公交专用道保证公交运行的连续性不受其他社会车辆的干扰，从而使各个交通参与者在交通活动中尽可能地便利、迅速、经济。交通流量均分原则；交通流量均分是指通过采取一些有效措施，对交通流进行科学的调节、疏导，实现交通流在空间和时间上均衡分布，简称交通分流。交通流量均分将使路网各处的交通压力趋于均衡，不至于某处由于交通压力过于集中而造成交通拥堵。交通总量削减原则。交通总量削减是指在保证交通参与者的合法交通权利的前提下，采取各种管制措施，减少交通参与者的数量或削减所有交通参与者占用道路的时间与占用道路的面积之乘积的总和。2.3交叉口公共交通优先策略的实时最小绿灯持续时间估计为了有效地在路口信号控制系统中体现公交优先策略，在控制过程中可以采用实时算法，而不能采用预案控制策略。将公交优先作为信号控制的一个函数，在考虑交通条件和驾驶员安全的基础上，加入最短绿灯时间的约束因素，并能根据不同的情况进行自动更新。设定最短绿灯时间是基于如下的考虑，驾驶员对信号变化做出安全反应需要有一个最短的绿灯持续时间；在每一个控制相位必须要放行一定的车辆，以减小平均等待的队长。最小绿灯持续时间由下式计算：（2-1）式中，为相位i的最小绿灯时间；tc为普通车辆的起动延误；△tb为自行车干扰时间常数；为所有车道排队车辆平均数中的最大值；为车道的饱和流量。2.3.1通过延长绿灯时间来实现公交优先如果车辆检测器检测到在信号相位的绿灯结束时有公共汽车到达交叉口，这时采用的公交优先策略是延长原有的绿灯时间，以使公共交通有足够的时间通过交叉口。公共汽车通过交叉口后，控制系统将恢复原有信号配时。图2-2过延长绿灯时间实施公交优先信号控制图2-2示意了通过延长绿灯时间来实现公交优先控制的策略。在图2-2中，垂直轴代表时间，图的左边部分是检入、检出检测器的时——空关系图，从中可以看出检测器的位置。图的右半部分是受优先权影响的两组信号随时间的变化。其中左边是公交优先信号，右边是受公交优先影响有延误的信号组。理论上，只有公交车在C—D时间段内到达交叉口时，才可以通过延长绿灯时间这种方式来实现公交优先的策略。时间C是正常绿灯信号结束的时刻，在时刻C之前到达交叉口的公交车辆在正常的绿灯时间通过交叉口，不需延长绿灯时间。时刻D是最迟绿灯结束时间，它由下一组信号最小绿灯时间来决定。在时刻D之后到达交叉口的公交车辆就不能再通过延长绿灯时间来实现优先。实际上，由于检入检测器通常设在交叉口上游100-200m处，因此公交车辆被检测器检测到和到达交叉口有一个时间差，这个时间差代表了车辆在检测器和交叉口之间的运行时间。正是由于这个时间差的存在，所以在时刻C之前被检入检测器检测到的公交车辆也有可能在时刻C之后到达交叉口，因此适合这种优先策略的公交车辆被检人检测器检测到的时间段应该比时刻C和时刻D提前一段时间(这段时间=公交车辆从检测器到交叉口的运行时间)，这个时间段对应图2-2中的A、B之间的时间段。2.3.2通过缩短目前相位来实现公交优先如果公交车辆在信号灯为红灯时到达交叉口，这时可以通过缩短目前的相位使下一个绿灯相位提前的方式来实施公交车辆优先。图2-3示意了通过缩短目前相位的方式来实现公交优先的策略。图的右半部分是受优先权影响的两个信号组，一个是优先信号组，一个是被缩短相位的信号组。时刻C是让公交车辆通行的绿灯开启的最早时刻，它由缩短相位信号的最小绿灯时间来决定。时刻D是未实施公交优先的正常的让公交车辆通行的绿灯开启时刻。由于公交车辆在检测器和交叉口之间需要一段运行时间，所以对应C、D时刻，相应的只有检入检测器在图2-3中的A到B时间段检测到有公交车辆时才可以通过缩短目前相位的方式实施公交优先的策略。如果检入检测器在时刻A之前检测到有公交车辆的话，这时要采用公交优先的信号控制策略。在口时刻之后到达检测器的公交车辆，在交叉口将遇到正常的绿灯信号。图2-3通过缩短目前相位来实现公交优先信号控制2.3.3通过插入公交专用相位来实现公交优先如果公交车辆在信号灯为红灯时到达交叉口，并且下一个相位仍然不允许公交车辆放行，这时要实现公交优先必须在目前相位和下一个相位之间插入～个公交专用相位。图2-4示意了通过插入公交专用相位来实现公交优先的策略。由于专用相位的插入，三个信号组受到影响：优先信号组、被迫提前终止的信号组、被迫推迟的信号组，如图2-4的右半部分所示。图中C—D时间段是专用相位插入时间段，时刻C是公交专用绿灯相位开启的最早时刻，它由前一个信号组的最小绿灯时间决定。时刻D是公交专用绿灯相位结束的最迟时刻，它由下一个信号组的最晚开启时间和最小绿灯时间决定。相应的检入检测器只有在图2-4所示的A—B时间段内检测到有公交车辆时才可以通过插入公交专用相位的方式来实施公交优先。在A时刻之前到达的检测器车辆，需要采用2.3.2所述的策略。在时刻B之后到达检测器的公交车辆则通过缩短相位或者在下两个相位之间插入公交专用相位的方式来实施优先，能否采用该策略要视最小绿灯时间能否得到保证而定。图2-4通过插入公交专用相位来实现公交优先信号控制2.4本章小结本章主要从公共交通信号优先控制系统的物理结构、交叉口公共交通优先策略的实时最小绿灯持续时间估计、公交优先路口信号控制策略三面初步展开对专用道公交信号优先控制的研究，在公交优先路口信号控制策略上重点通过延长绿灯时间、缩短目前相位、插入公交专用相位来实现公交优先。本章的分析，是论文后续研究工作展开的铺垫和基础。

第三章公交信号优先的绿性比优化方法研究3.1绿信比的确定为了能减少交叉口乘客的总延误，绿信比的确定应该由乘客流量比和机动车饱和度来确定。也可以这么说，绿信比正比于各个相位乘客的数量比。同时各相位的绿灯时间不得小于最小的绿灯时间，即。可由下式来判断交叉口在满足各相位最小绿信比的前提下是否有过剩的绿灯时间：（3-1）在上面的式子中:△T为交叉口过剩的绿灯时间(s)。当△T>O时，表示交叉口通行能力能满足现有交通需求，且有过剩的绿灯时间；当△T=0时，表示交叉口通行能力恰好满足现有交通需求，但也没有过剩的绿灯时间；当△T<0时，表示交叉口通行能力不能满足现有交通需求，没有过剩的绿灯时间。当交叉口有过剩绿灯时间时，将过剩绿灯时间按照各相位客流量在交叉口总的客流量中所占的比例分配给各相位（3-2）上式中:—为分配给相位i的过剩绿灯时间(s)B—为交叉口总的客流量(人/s)Bi—为相位i的客流量(人/s)那么此时，各个相位总的绿灯时间由于BRT车辆的载客量大于其他车辆，采用这种方法确定的各相位的绿信比将更利于BRT车辆的通行。3.2问题描述图3-2公交专用道如图3-2所示，公交专用道在主要道路的最内侧车道，公交车为直行方向，社会车流相位1、2中的关键车流均为本进口道的直行车流和左转车流。信号控制下公交车车均延误可由下式求得：（3-3）其中，A：交叉口信号控制周期（s）；Sb：公交车到达流率（veh/s）；Bb：公交车道饱和流率（veh/s）；：公交通行有效绿灯（s）。如果公交专用进口道数目确定，增大公交通行有效绿灯时间就成了降低公交延误的根本手段。但是，增加公交通行相位的绿灯时间，必然会对其他相位的车流造成不利影响。考虑到交叉口的时间资源和空间资源具有密切的联系，绿信比的分配和车道功能的划分相互影响，所以可以通过对交叉口的时空资源优化，在实现公交优先，降低公交车延误的前提下，对其他相位车流造成的影响最小化。3.3主动优先控制策略主动优先控制方法主要有绿灯延长和绿灯提前。绿灯延长即延长相位绿灯时间。当公交车辆到达交叉口时，如果该相位的绿灯信号即将结束，在这个时候，可以通过延长该相位的绿灯时间，以使公交车辆有足够的时间通过交叉口，当公交车辆通过交叉口后，控制系统将恢复原有的信号配时。如图3-3所示。虽然绿灯延长策略能够减少本相位的公交车辆的延误，但是很明显会在一定程度上加大其它相位的拥堵程度、加重后继交叉路口的负担，特别是当交叉路口车流量较多时，会加大交叉路口的拥堵程度。例如，在上下班高峰期，绿灯延长策略会使得某些相位的车辆排队过长，造成路面更大程度的拥堵，这样反而加大了交叉路口的人均延误。所以，绿灯延长策略适用于相位优先请求相对集中的交叉路口。绿灯提前即缩短车辆等待绿灯信号的红灯时间，当公交车辆到达交叉口时，公交车辆通行方向所在的相位处于红灯的状态，这个时候通过缩短交叉口当前相位的绿灯执行时间，使公交车辆到达交叉口时，可以以绿灯信号顺利通过交叉口。在如图3-4所示，在这种控制策略下，在周期长度不变的情况下，可以在后续执行相位相序方案中对前一相位进行绿灯补偿。绿灯提前策略能够让每个相位的公交车辆较快地通过交叉路口，对每一个相位的优先相对平均，但是会减少每个信号周期的通行车辆数，因此在车流量较多时，例如上下班的高峰时间段，这种策略会使得交叉路口的通行能力急剧下降。图3-3绿灯延长优先控制策略示意图图3-4绿灯提前优先控制策略示意图3.4基于公交优先的绿信比优化方案根据前述分析，进口道车道功能划分与绿灯时间的分配相互影响。而前述分析表明，欲降低公交车在交叉口的延误，则其相位有效绿灯时间越长越有利。本文针对一个进口道，将车道功能划分与绿信比的分配一起考虑进行组合优化，实现公交离线优先并降低其对社会车流的影响。基本假定：（1）交叉口的进口道总数一定，且无论进口道车道功能划分方案如何，交叉口进出口道数总能够匹配；（2）其它相位需要的最小绿灯时间和周期损失时间之和K已知；（3）进口道的设计和信号相位示意如图3-3，左转车流和直行车流在不同的相位放行，且均为该相位的关键车流，不计右转车流的影响；（4）交叉口信号周期C已知，且该周期下至少存在一组绿信比分配方案，满足各相位车流的饱和度低于其最大限值；（5）交叉口进口道无停靠站。优化方案：设左转车流2有效绿灯时间取的是在某一车道功能划分方案下，且是满足饱和度约束的最小绿灯时间。将尝试协调公交车辆和社会车辆的关系，同时考虑通过给予公交车辆和社会车辆车均延误不同的权重来实现公交优先。以该进口道公交车辆和社会车辆的加权总车均延误D为优化目标，建立了如下的规划方案：（3-4）其中，gemini指的是每一相位最小有效绿灯时间，一般取gemini=15(s)；xb值的是公交车均延误加权系数；xv指的是社会车均延误加权系数；Tv指的是该进口社会车辆的车均延误（s/pcu），可以利用HCM2000延误方案，按流量加权平均求得下面各式：（3-5）由于进口的车道数有限，因而，此优化方案可以通过枚举法求得。3.4本章小结本章重点研究讨论基于公交优先的绿性比优化方法和传统方法相比，在对社会车流影响较小的情况下，时空资源组合优化的绿信比分配方法能够更出色地降低公交车均延误。于此同时，经过一段时间的研究分析发现，为降低公交优先对社会车流总体运行状态的影响，在确定公交优先的权重系数时，需要考虑公交车流量在不同相位的机动车流量之间的比重关系。

第四章公交信号优先的信号周期优化方法研究4．1交叉口信号周期的确定在确定整体交叉口信号配时方案的时候，对每一个信号相位，只选择一个关键进口通道上的车流作为计算的依据。虽然一个相位中容纳着来自不同进口通道的多股交通车流，但是关键车流在通行时间的需求上才是起着决定作用的因素。所谓关键车流，是指在每一个信号相位中，选择一个进口通道的车流作为该相位所有车流的代表，关键车流的选择依据是来自该进口车道的实际车流量与该车道饱和流率的比值在这个相位中是最大的。只要赋予了关键车流以足够的绿灯时间，该相位的通行要求就可以得到满足。基于公交优先的考虑，最佳信号周期的确定就成为了研究公交信号优先控制技术与方法的主要内容之一。在一些相关的研究资料中学者们认为，小周期或许更有利于公交优先的实现。主要是因为从离线方案来考虑，由长时间的统计分析上可以看出，公交车辆在小周期环境下的平均延误要小于大周期环境下的平均延误。容易知道，公交车辆与社会车辆有一个很明显的区别，那就是单位公交载客量远远大于单位社会车辆的载客量，所以单位社会车辆的运输客流效率远小于单位公交车辆。进而可以推知，虽然在信号控制下公交与社会车辆产生了一样的车均延误，但是这对社会车辆乘客和公交车乘客这两个整体所造成的影响必然是不同的，很明显，公交影响的人群更大，这样如果将公交车上每个乘客延误的时间进行叠加会远多于社会车辆上的乘客。基于这样的一个基本考虑，就又有一些研究提出了以人均延误为目标来进行公交优先信号控制参数的相关优化。但是2004年彼得G.F.等人的研究发现，以人均延误这样的目标去进行公交信号优化可能会放大甚至夸大了公交优先的效果，并在一定程度上导致社会车流运行效益的降低。本论文将先阐述信号周期优化的一些基本理论，以此作为理论基础（如最短信号周期、最佳信号周期），接着提出研究公交优先信号周期优化问题的一些基本考虑，最后提出尝试用加权车均延误的方法来实现公交优先。4.1.1最短信号周期交叉口的通过能力和车辆的延误时间，取决于信号周期的长短。就通过能力而言，信号周期的选择有个最低值，即信号周期无论如何都不能低于这个值，否则将不能满足通行能力的要求，上述最低限值称作“最短信号周期”。采用最短信号周期时，在一个周期内，到达交叉口的车辆恰好在一个周期内被放行完，既无滞留车辆，信号周期时间也无富余。因此，应当等于一个周期内绿灯损失时间总和加上全部到达车辆以饱和流量通过交叉口所需时间，即：（4-1）式中:bn--第n个相位关键车道的饱和流率量;En--第n个相位关键车流的实际车流;En/bn--第n个相位关键车流的流量比。整理可得：（4-2）公式中:M—所有相位关键车流的流量比之和失时间；mi—第i个相位关键车流的流量比；T—全部关键车流总的绿灯损。4.1.2最佳信号周期如果采用最小信号周期，作为交叉口实际采用的信号周期，则吼所对应的交叉口饱和度X值恰好等于1，这时车辆总延误时间将是无穷大。虽然在实际中，车辆的延误时间不会达到无穷大，但在这种情况下，车辆延误时间将迅速成倍地增长，并且在很短的时间段内就会达到很大的数值。因此，实际应用中的配时设计是不会采用最小信号周期的。信号周期的最佳值称为“最佳信号周期”。最佳信号周期(Co)的确定，是以车辆总延误时间(T)最小为前提的。关于一个多相位信号的交叉口来说，总延误时间T可表示为：（4-3）公式中：—第i个相位每辆车的平均延误时间;—第i个相位的车辆到达率(平均交通量)。通过长期的现场交通调查和研究，韦斯特提出了下列计算车辆平均延误的公式：（4-4）4.1.3公共周期的优化在传统的协调控制中，公共周期时长通常采用交通拥挤度最高的交叉口得到的最佳周期时长，这种方法保证交通状态最差的交叉口达到控制效果最优，整体通行能力最大,但是没有考虑到周期增大对其他交叉口增加的延误,还有对绿波带造成的影响。干线协调控制中,由于周期和车队平均车速确定的理想间距不同于实际间距,造成实际相位差与理想相位差有所偏差,导致协调车流受信号阻滞运行状态无法到达最佳理想状态。要使协调车流尽可能接近理想状态,可以从两方面入手:相位差调整和理想间距调整。根据理想间距调整以达到实际相位差与理想相位差偏差最小。理想间距调整中的参数包括周期和行驶速度。行驶速度与实际道路条件相关,不能够随意调整,但是周期与交通流量相关,在车流有效运行下可在一定范围内波动,因而采用调整公共周期时间改变理想间距来协调车流运行状态接近理想状态，公共周期的大小将直接影响各个交叉口的延误和通行能力。4.2基于公交优先的信号周期优化方案如本文之前提到，准备考虑采用加权车均延误为目标进行公交优先条件下信号周期的优化求解。从经典的威斯特最优信号周期公式出发，研究表明了在一定的公交权重下，公交车均延误最小的最优周期和社会车流车均延误最小的最优周期并不重叠，方案也可以求得二者加权之后的最优解。但是如果以人均延误为目标，在一定的条件下可能会造成社会车流服务水平的直线下滑。加权最优解的控制效果及其对社会车流的影响除了与权重的取值有关外，还和社会车流最优周期与公交车流最优周期的相对位置有很大关联。众所周知，威仕特提出了信号控制交叉口的延误计算公式和最优周期计算公式，经典的最优信号周期计算公式：（4-5）其中，T0表示最优信号周期时长（s）；D表示信号周期总损失时间长度（s）；S表示关键流量比之和。从运输效率的角度上讲，公交车辆延误与社会车流延误不能直接比较，因而这一公式在考虑公交后不能直接应用。此外，在流量比较大（关键流量比之和接近于1）时，用该公式计算出的最优周期值趋向于无穷大。基于此，本文将公交优先条件下单点信号控制交叉口最优周期的求解归纳为一个以公交车辆和社会车辆平均延误最小为目标，以相位最大最小绿灯时间和最大最小信号周期为约束的多目标规划问题。在给定的信号周期下，绿信比按照等饱和原则进行分配。延误的计算采用HCM2000的延误方案，避免了韦斯特延误方案在饱和度较大时延误也趋向于无穷大的缺点。优化方案：（1）优化目标与约束条件根据上述分析，建立公交优先条件下信号周期优化方案如下：目标函数：（4-6）（4-7）约束条件：（4-8）其中，qvi：社会车流i流量（veh/h）；Db：公交车流i车均延误（s/veh）；Dvi：社会车流i车均延误（s/veh）；qb：公交车流i流量（veh/h）。（2）绿信比分配信号周期与绿信比是相互耦合的一对信号控制参数，本文在进行信号周期的优化过程中，绿信比按照等饱和分配。即在信号周期T下，相位i的绿灯时间可以用下面的公式计算:（4-9）其中，Aimax为相位i中的关键车流流量比，在有公交专用道的情况下，公交车流的流量比单独计算，此时Aimax为i相位公交流量比和社会车流流量比中的较大者。(3)延误计算方案为了克服基于Webster延误公式优化方法的缺点。本研究使用HCM2000的车均延误公式作为目标函数。HCM2000的具体公式如式:（4-10）d为车均延误,s/veh;；d1为均衡延误,s/veh；PF为均衡延误协调系数(PF=1，因为单个交叉口);d2=包括随机延误和过饱和延误在内的额外延误；d3=初始排队延误（本文假设初始排队＝0），T=分析时段,小时（在本研究里取T=0.25）；K=额外延误系数取决于控制类型；I=上游协调调整系数；C=车道组通行能力,vph;；x=车道组饱和度。(4)方案求解流程通过对公交延误目标加权R，化为一个单一目标优化问题，目标变为：（4-11）此优化方案可以采用枚举法求得其最优解。4.3本章小结本章对基于公交优先的信号周期的确定进行了相关的研究，分析前人研究的种种成果，提出了加权车均延误的方法实现信号周期优化。从最短信号周期和最佳信号周期的理论基础出发，选取最适合的基础公式——HCM2000延误方案进行研究。毫无疑问，一个合理的信号周期长度对充分发挥公交信号优先的效益有着极其的重要意义。本章节研究了公交优先条件下的信号周期最佳计算方法，主要提出了以下的研究结果：（1)小周期并不一定利于公交优先，需要根据公交车流延误随周期值的变化规律进行判断；（2）加权最优信号周期可以使得公交车流和社会车流效益得到均衡；（3)公交车流最优周期和社会车流最优周期的相对位置决定了加权最优周期对各自效益的影响。不同条件下，权重的变化对公交车流和社会车流延误的影响程度和速度不同；（4)加权最优周期对公交车流和社会车流的影响与权重的取值密切相关。

第五章公交信号优先的相位优化方法研究5.1信号相位设计的基本考虑相位相序设计是交叉口控制方案中的重要步骤之一，它表明了各交通流获得通行权的规则和先后顺序。信号设计中最为关键的问题是选择一个适当的信号相位方案，信号相位设计是交通信号设计中最具有创造性的部分。相位相序设计的基本原则为：（1)提高信号控制方案的运行效率。不同的组合相位有不同的优势，对时空资源利用的效率也不同。因此相位相序设计需要根据实际交通状况、交叉口的交通设计方案进行优选。（2)保障交通的安全性。不同的相位相序设计，交叉口交通流的衔接形式和冲突不同。信号相位相序的设计，需考虑不同组合相位的安全性。5.2基于公交优先的相位优化基本方法研究相位优化的基本方法，主要有：增加相位时间、相位分割、相位插入、跳跃相位、相位倒转、专用相位。（1）增加相位时间：增加公交线路上相位绿灯时间，从而增加公交车辆通过信号控制交叉口的可能性，减少公交车辆在交叉口的信号等待时间；（2）相位分割：在同一个信号周期内，将公交车辆的优先相位分割成多个相位。从而在不减少信号周期长度的条件下增加公交车辆的信号服务频率。但是随着相位数的增加，信号损失时间也会随之增加，从而降低了交叉口的通行能力；图5-1插入相位优先控制策略示意图（3）相位插入：即在正常的相位相序中为公交车辆增加一个特定的相位。当公交车辆到达交叉口时，公交车辆通行方向为红灯信号，且交叉口当前相位的下一个执行相位仍不允许公交车辆通过，这时要为公交车辆提供信号优先，必须在当前相位和下一相位之间插入一个公交专用相位，如图5-1所示。在这种控制策略下，公交专用相位的前一相位和下一相位进行调整，必要时也可以对后续相位进行调整。其中后续相位包括本周期或后续几个信号周期。图5-2跳跃相位优先控制策略示意图（4）跳跃相位：即忽略某一相位的绿灯信号。当公交车辆到达交叉口时，公交车辆通行方向的为红灯信号，且交叉口当前相位的执行绿灯时间即将结束，而下一个执行相位仍不是公交车辆通行方向的相位，只有等到该相位执行完毕后，才能允许公交车辆通过。由于交叉口下一个执行相位等待通行的社会车辆较少，在权衡效益的基础上，跳过该下一个执行相位，直接执行公交车辆通行方向的相位绿灯。从而使公交车辆以绿灯信号顺利地通过交叉口，如图5-2所示。图5-3相位倒转优先控制策略示意图(5)相位倒转：即改变信号周期的相位相序。如图5-3所示，当公交车辆到达交叉口时，交叉口即将执行的相位并非公交车辆通行方向的相位，为使公交车辆能够顺利通过交叉口，可以通过调整即将执行的相位相序，将公交车辆通行方向的相位提到最前执行，将原本即将执行的相位置于公交车辆通行相位之后，它与跳跃相位不同的是，跳跃相位不执行相位，而相位倒转则将相位置后执行。（6）专用相位：即专门为公交车辆提供的信号相位。如图5-4所示，只有当检测到公交车辆时，才会启动该专用信号相位。如对需要左转的公交车辆，在正常的信号配时方案中，不存在左转专用信号。只有当检测到公交车辆进入车道时，才启动左转专用相位，以保证公交车辆顺利安全通过交叉口。这种控制策略与相位插入相似，区别在执行这种相位只允许公交车辆通行。图5-4专用相位优先控制策略示意图5.3公交与行人过街组合相位优化5.3.1基本考虑我们知道，行人过街系统是公交系统中非常重要的一环。公交优先信号控制系统必须能够同时与行人过街控制策略协调，以实现提供公交优先信号的同时，公交乘客能够顺利地通过人行横道集散和换乘。特别关于路中型公交专用道，公交停靠站也设置在路中的情形下，行人过街控制策略与公交优先控制策略的协调显得尤为重要。基于上述考虑，本节主要研究有图5-5公交优先与行人过街冲突示意图中央岛式站台，在道路中央行人过街安全岛比较充分的情况下，尝试通过行人相位与机动车相位的组合，实现乘客疏散效率最大化，以更好地实现公交优先。大多数的情况下，设置公交专用道的道路路副较宽，但是大量的行人又必须穿越该道路才能完成集散和换乘，如图5-5所示，设置在中央的岛式公交站台将吸引大量的过街人流，在传统的相位设计中，一般采取只允许行人随本向直行机动车同时通行的方法，由此必将造成公交优先和行人过街之间的矛盾。一方面，为了满足公交优先，可能会造成横向道路绿灯不能满足行人过街的最小绿灯时间；另一方面，为了满足行人过街的最小绿灯时间要求，无法为公交车辆提供优先服务。5.3.2组合相位设计方法本节提出将行人相位与公交相位和机动车相位进行组合的行人二次过街的方法。行人不但可以利用本向直行相位完成过街，而且还可以利用机动车左转相位，分两次通过人行横道。如图5-6所示，在Ab段上却没有车流通过，行人则可以放行，部分行人既可以完成上下公交站台；而南北向左转相位，有车流通过Aa段人行横道，此段行人不能放行。同理，在东西向左转相位时，Aa段行人可以放行。关于不同的公交相位及机动车相位的设计方式，行人过街相位可以采取如下图5-6所示的方法进行组合设计。图5-6行人与多相位机动车相位的组合5.3.3组合相位法与传统方法的对比分析从上面的分析可以看出，组合相位法并没有增加行人与公交车的冲突点，对公交车和社会车的通行没有产生影响，因此本文只进行现行行人控制方法与组合相位法在行人过街交通控制方面效果的对比分析。所采用的指标为行人过街最短绿灯时间和人均过街延误。（1)行人过街最短绿灯时间为了更好地保证行人的安全，行人通行相位的绿灯长度应该满足行人从一个安全的驻足区到达另一个安全的驻足区，这个时间长度被称为行人过街最短绿灯时间。行人过街最短绿灯时间是直行机动车相位长度的一个重要约束条件。传统方法中，行人最短绿灯时间的计算公式如下：（5-1）其中，T0min：行人过街最短绿灯时间(s)；Lpmax：同时放行的最长行人过街横道长度(m)；Vp：行人过街步行速度，常取1.2m/s；t：绿灯间隔时间(s)。而在组合相位法中，行人的最短过街时间只需要满足行人通过该段人行横道即可，则上式变为：（5-2）其中，Tjmin：j段人行横道所需要的最短绿灯时间；Lj：j段人行横道的长度。假设驻足区位于道路的正中央，其宽度为2米。则相同道路人行横道长度条件下，传统方法和组合相位法行人过街所需要的最短绿灯时间对比如表5-1。表5-1组合相位法对行人过街最小绿灯时间的影响从上面可以看出，组合相位法明显缩短了行人的最短过街时间，这样可以放宽公交优先的约束条件，更有利于公交优先策略的实现，也使得行人过街更加安全，有助于提高公交系统的服务水平。（2）人均过街延误分析我们以典型的普通四相位信号控制交叉口的一条人行横道一个流向的过街行人为例，如图1中的A横道，从西向东流向的行人。对传统行人相位设计和组合相位法行人相位设计条件下的人均过街延误对比分析如下。我们假定交叉口行人到达服从均匀分布。如图5-1所示交叉口，信号周期为T；相序安排如图5-7，四个相位的机动车绿灯时间分别为gv1，gv2，gv3，gv4；行人绿灯时间分别为gp1，gp2，gp3，gp4；现行相位安排下行人过街人均延误为d0，组合相位法中行人过街人均延误为dn，机动车绿灯间隔时间为jv.图5-8传统行人过街相位设计方法行人延误计算图示（1）传统行人相位设计条件下，行人过街人均延误方案这种情况下，一条人行横道上，一个方向的行人过街人均延误计算示意图示如图5-8。需要特别指出的是，在这种情况下，gp1必须满足最短绿灯时间的要求。（5-3）（2）组合相位法行人过街的人均延误方案5-9组合相位行人过街延误计算情形一:：直行机动车相位长度不能够满足行人安全过街的要求，即所有的过街行人必须都在中央驻足区上停留，分两次过街。其过街延误计算图示与图5-8相同，计算公式如下：（5-4）情形二：直行机动车相位能够满足绿灯初期行人安全过街的要求，这部分过街行人一次过街，而其余绿灯时间到达的行人，需要在中央驻足区上等待下次信号，其第一部分过街行人延误计算示意图同图5-8，第二部分人均过街延误计算示意图如图5-9。第一部分人的总延误：（5-5）第二部分行人总延误：（5-6）则按组合相位法设计行人相位后，行人过街人均延误为：（5-7）通过组合相位法，可以使得人均过街延误时间小于传统行人过街相位设计方法的人均过街延误。而人均延误的降低使得过街横道公交客流疏散效率的提升，这对提升公交优先的效果有着明显的作用。5.4本章小结本章通过公交与行人过街组合相位优化，实现了以下两个目标：（1）缩短了行人过街所需的最短绿灯时间。这一时间的缩短明显放宽了公交优先的约束条件，使得优先策略能够及时实现。同时还改善了行人过街的安全性，并有助于提升公交系统的服务水平；（2）减少了行人过街延误。行人过街延误缩短直接导致乘客集散速度的加快和乘客车外行程时间的降低，这对提升公交系统的服务能力有很重要的作用，也是实现公交优先的重要保证。

第六章公交信号优先的智能计算方法研究6.1智能优化计算方法智能交通系统是一个信息化、跨学科和系统化的综合研究体系，其主要内容是将先进的人工智能技术、计算机技术、信息与通信技术及电子传感器技术、自动控制技术等有效的集成并应用于整个地面交通管理的系统，从而建立的一种在大范围内全方位发挥作用的，准确、实时、高效的综合交通运输管理系统。多路口交通信号控制是智能交通系统的重要内容。由于交通系统具有较强的非线性、模糊性和不确定性，是一个典型的分布式系统，而且具有多信息来源、多传感器的特点，用传统的理论与方法很难对其进行有效的控制，因此将智能控制技术、信息融合技术、智能信息处理技术等引入交通信号优化控制是一个必然的趋势。实现多路口信号的优化控制不仅要得到准确、可靠的短期交通流预测信息，更重要的是采用合适的优化控制方法旧J。随着智能计算的发展，在多路口交通信号优化控制领域中，已有多种基于智能计算的控制方法应用于该方面的研究，如模糊控制、神经网络和遗传算法都对传统的交通信号配时方法做了改进，取得了一定的效果。智能计算又称为软计算，是信息技术、神经信息学、生物信息学及化学信息等学科发展的核心和基础。它的概念最早是由模糊理论的创始人，伯克利大学教授LZadeh提出来的。智能计算方法是以模糊逻辑粗糙集、人工神经网络为代表，是一种可以处理信息中的不确定性、不精确性和部分准确的研究计算方法。早期的智能计算方法有：神经网络、模糊逻辑和全局优化算法。近几年，新的智能计算方法不断提出——模糊系统、遗传算法、进化规划、人工神经网络、模糊神经网络、模糊进化计算、进化神经网络、进化模糊系统、进化模糊神经网络、模糊进化神经网络、人工免疫系统等。其中，混合智能计算方法的研究逐渐成为智能计算领域的研究热点，目前较为集中的研究有神经模糊系统，进化模糊系统，进化神经计算，混合进化计算等。智能计算中的主要算法都具有自适应的结构、随机产生或指定的初始状态、适