公交优先信号控制实施技术研究

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3.0 牛悦 2024-11-19 5 4 3.09MB 62 页 15积分

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摘要

优先考虑城市公共交通发展需要积极实施公交优先政策，建立公共汽车专用

道行驶、为公交车辆提供专用优先信号，布设智能汽车监测和调度系统，以现代

通讯、信息技术为后盾，在城市建设社会化、智能化，信息化的新型公共交通系

统。其中，公共交通信号优先作为实现城市公交优先的重要手段之一的公共交通

信号优先，在实现城市的速度、高效战略起到了非常积极的作用。

本文以公交优先信号控制实施方法为研究对象，对实施公交优先策略的交叉

口交通效益和基于公交优先的控制信号检测和传输等实施方法进行探讨和研究。

首先对目前的公交优先信号控制策略进行简单介绍，并对交叉口信号控制设

置的一般方法进行分析。通过示例计算，介绍了公交优先控制策略中的被动优先，

主动优先以及实时优先，其次介绍了在现有的交通控制系统中如何实现公共交通

的优先，在第二章节的最后介绍了为了实现公交优先，必须满足何种条件，获取

哪些数据，并对其中的信息需求进行了分析。

然后，在确定获取的数据和满足的条件下，介绍现有的公交优先信号控制系

统，从系统的组成出发，逐步介绍各个子系统，以及各个子系统之间如何构成一

个整体，如何通过网络传输来实现公共交通优先信号控制。

接着，运用现代化的技术条件，分析了在现有或将来检测传输技术的发展，

提出了利用 WSN 系统以及 ZigBee 协议来实现交叉口公交优先的信号控制，以及

在两种不同的组网模式下如何进行交通信息的采集。

最后，在运用上述介绍的检测传输系统下，提出了交叉口两级模糊信号控制

系统的模型，并且该公交优先的两极模糊控制在车辆平均延误和人均延误方面的

表现相对其他控制系统都显得优越。

关键词：交通工程信号控制控制策略 WSN ZigBee 公交

信号优先

ABSTRACT

Giving priority to urban public transportation development needs the positive

implementation bus priority policy, establish bus lane, for bus vehicle provides

right-of-way signals, layont intelligent bus monitoring and scheduling system to modern

communication, information technology as backing, construct information, intelligence,

and socialization of a new type of urban public transportation systems. Among them, the

bus signal priority for realizing city bus priority is an important means to keep city bus

priority strategy for the efficient implementation played a positive role.

Based on the bus priority signal control implementation method as the research

object, this bus priority strategy implementation of the intersection of transportation

efficiency and based on the bus priority control signal detection and transmission

implementation method discussion and study.

Firstly the current bus priority signal control strategy are simply described, and

intersection model control setting the general method for analysis. Through calculating

examples, this paper introduces the bus priority control strategy, active and passive

priority, secondly introduces existing traffic control system, how to realize the public

transport priority, in the second chapter finally introduced in order to realize the bus

priority, must meet what conditions, obtain what data to the information demand is

analyzed.

Then, in determining the data obtained and satisfy the conditions, introduced the

existing bus priority signal control system, from the system composition, and gradually

introduce each subsystem based, and the various subsystems between how to make a

whole, if through the network transmission to realize the public traffic signal control

priority.

Then, using modern technology conditions, this paper analyzes the current or

future testing transmission technology development, the proposed by WSN system and

ZigBee agreement to realize bus priority signal intersection control, and in two different

networking mode how traffic information collection.

Finally, apply the above is introduced in the detection transmission system has

been put forward intersection two level fuzzy signal control system models, and the bus

priority poles of the fuzzy control in vehicle average delay and per capita delay

performance against other control system appears superior.

Key Words：Transportation Engineering, Signal Control，Control

Strategy, WSN, ZigBee, Public Traffic Signal Priority

中文摘要

ABSTRACT

第一章绪论..................................................................................................................1

§1.1 研究背景........................................................................................................1

§1.2 研究意义........................................................................................................2

§1.3 研究现状........................................................................................................3

§1.3.1 国外研究现状...........................................................................................4

§1.3.2 国内研究现状...........................................................................................5

§1.4 论文主要内容..................................................................................................6

第二章公交优先信号控制策略..................................................................................7

§2.1 公交优先与公交信号优先..............................................................................7

§2.1.1 公交优先...................................................................................................7

§2.1.2 公交信号优先...........................................................................................9

§2.2 交叉口信号控制的一般方法..........................................................................9

§2.2.1 相位设计...................................................................................................9

§2.2.2 配时设计.................................................................................................13

§2.3 公交优先信号控制策略................................................................................15

§2.3.1 被动优先.................................................................................................15

§2.3.2 主动优先.................................................................................................17

§2.3.3 实时优先.................................................................................................20

§2.4 主要控制系统中的公交优先........................................................................21

§2.5 公交优先交叉口信号控制的信息需求分析................................................24

§2.5.1 基于公交优先的交叉口信号控制方法.................................................24

§2.5.2 信息需求分析.........................................................................................24

第三章现有公交优先信号控制系统........................................................................26

§3.1 系统组成........................................................................................................26

§3.2 公交优先的实现............................................................................................27

§3.3 车辆检测子系统............................................................................................28

§3.3.1 磁感应检测器.........................................................................................28

§3.3.2 波频检测器.............................................................................................29

§3.3.3 视频检测器.............................................................................................30

§3.4 公交车检测与定位子系统............................................................................31

§3.4.1 全球卫星定位系统.................................................................................32

§3.4.2 信号标杆定位系统.................................................................................33

§3.5 智能信号控制器..........................................................................................34

§3.6 通信子系统..................................................................................................34

§3.7 控制中心......................................................................................................35

第四章 WSN 与ZigBee 技术实现交叉口公交优先信号控制................................36

§4.1 无线传感器网络概述..................................................................................36

§4.1.1 WSN .........................................................................................................36

§4.1.2 ZigBee ......................................................................................................37

§4.1.3 应用于智能交通的无线传感器网络组网方式.....................................38

§4.1.4 无线传感器网络的主要特点.................................................................39

§4.2 车辆检测信息采集......................................................................................39

§4.2.1 静态组网模式下的交通信息采集.......................................................40

§4.2.2 动态组网模式下的交通信息采集.......................................................41

第五章模糊控制设计在公交优先交叉口信号中的实施........................................42

§5.1 模糊控制下的交叉口进口道设置方法......................................................42

§5.1.1 路段有公交专用道的情况...................................................................42

§5.1.2 路段无公交专用道的情况...................................................................43

§5.1.3 进口道状况的基本假定.......................................................................44

§5.2 交通信号控制方案......................................................................................44

§5.3 两级模糊控制器的实现..............................................................................45

§5.3.1 交通需求强度控制器...........................................................................45

§5.3.2 延绿灯长时间控制器...........................................................................48

§5.3.3 基于公交优先的信号两级模糊控制系统设计...................................49

第六章结论与展望....................................................................................................51

§6.1 论文的主要研究内容.....................................................................................51

§6.2 研究展望.........................................................................................................51

参考文献 .................................................................................................................53

在读期间公开发表的论文.........................................................................................58

致谢....................................................................................................................... 59

第一章绪论

§1.1 研究背景

20 世纪 60 年代，随着西方国家经济的发展，欧美相继进入了小汽车大膨胀时

代，人口、道路交通流量伴随着经济的快速发展得以急剧的增加。人口的增长带

来了交通需求以及机动车数量的增加，在这双重压力下，城市道路系统陷入了“交

通量大幅增长—不断修建道路—交通量继续增长”的死循环中。不断涌现的交通问

题使得人们不得不重新思考，居民、学者以及政府官员终于明白，无休止的修建

道路不是解决问题的根本途径，优先发展城市公共交通才是从根本上解决城市交

通拥挤的一剂良药，才能够有效的构建城市可持续交通发展模式[1]。

美国在 1964 年颁布了《城市公共交通法》，随后又在 1970 年颁布了《城市公

共交通扶助法》，1992 年颁布了《地面交通法》，并且在 1992 年至 1997 年这五年

间投入 315 亿美元在公共交通中，确定了城市交通中公交优先发展的首要地位，

公共交通的优先发展得以从政策、经济上得到了保证[2]。

新加坡在公交优先方面的工作也非常出色，于上世纪 80 年代提出“陆路运输

政策”，这条政策确保了公共交通的优先发展。政策的目标是：通过系统的城市规

划，严格控制交通量的增长，建立优秀的综合路网系统、由地铁系统、轻轨系统

和公共汽车构成快速公共交通系统，大力发展城市公共交通，降低路网交通延误，

提高交通安全。

亚太地区的主要金融以及贸易中心、拥有“东方之珠”美誉的香港，其高强

度的交通需求以及高密度的人口使得其不得不发展效率极高的道路、铁路交通和

海上交通的接驳。由于香港地理位置的瓶颈限制，香港政府提出了一系列针对公

共交通优先发展的政策，大力加强道路交通运输设置的建设，提高交通管理效率，

优化道路交通控制，为货运车辆提供一半的道路面积，紧密集合轨道交通建设和

土地的利用率，综合各种交通方式，建立大型综合换乘枢纽，有效的结合物业开

发，方便居民的出行[3]。

在我国，自改革开放以来，经济呈现快速发展趋势，城市化步伐越来越快，

城市人口出现了快速增长的趋势，因此城市交通的需要也越来越高，这是社会和

经济发展的必然结果，是工业化、城市化、现代化的必然结果，是一个历史性、

世界性的过程。在 2000 年，全国特大城市（人口超过 100 万）有 27 个，超大城

市（人口超过 200 万）13 个[4]，截止到 2005 年12 月25 日，全国特大城市（人口

超过 100 万）有 50 个，超大城市（人口超过 200 万）21 个，其中上海地区人口总

公交优先信号控制实施技术研究

数更是以 1183 万居于全国城市人口总数第一[1]。

北京作为中国的首都，车辆的增速更是飞快，年增长率超过了 15%，2010 年

年底车辆保有量超过了 476 万。上海作为国际化大都市，2010 年年底车辆保有量

超过 270 万。南京市 1977 至1994 年机动车拥有量年递增率为 12.2%，小客车作为

出行频率较高的车辆年增加量为 16.4%，但道路面积以及道路里程年增长率仅为

7.1%和5%[4]，在成都市，机动车在 1996 年仅为 28 万辆，到了 2002 年增加到 102

万辆，平均每年的增幅为 10 万辆，2002 年更是一跃增加 15 万辆，但是道路交通

基础设施建设相对滞后，这使得交通供给与需求之间的矛盾日益突出。统计中显

示，在我国 50 个百万人口以上的大城市中有 39 个人均道路面积低于全国平均水

平。上海市高峰小时饱和度达到 95%的道路 0%以上，而且上海全市全天饱和度超

过70%，平均车速仅为 10km/h[1]。北京等特大城市中心区的高峰期车辆平均速度

低于 20km/h，最低仅为 4km/h。

低下的交通道路设施和日益膨胀的交通需求矛盾日益尖锐，由此造成的交通

事故频繁，交通阻塞，使命出行的舒适度降低，通行能力下降对城市可持续进程

以及社会的发展影响进一步加剧。人口密集、活动频繁、设施集中、用地紧张的

特点，在交通上就反应为路少车多、地少人多、求大于供，这是世界各国城市普

遍存在的交通问题。城市自身的性质以及所固有的基本矛盾是造成城市交通问题

的根本原因，也是城市交通问题的本质所在。

§1.2 研究意义

城市交通关系到城市的经济发展、生态环境和生活质量。一个城市公共交通

的运行质量直接关系到这个城市居民的生活水平和城市形象，以及这个城市在国

际级城市中的地位。因此世界各国都在大力提倡和发展公共交通。

我国自改革开放以来，城市公共交通有了较快发展。随着城市的扩大、经济

的发展，出行不便，交通拥堵，用地紧张等等问题日益突出，在城市中实施公交

优先，是缓解城市交通拥堵的有效措施，同时也是促进城市可持续发展，改善城

市居住环境的必然要求，是一项利国利民的交通政策。

常规的城市公交在与轻轨、地铁等轨道交通的比较中有着明显的优势。据统

计，一辆公交车所占用的道路面积和四辆小汽车所占用的道路面积相同，但是公

交车单车载客量往往比小汽车单车载客量高出三十到四十倍，并且公交具有线路

易调整、前期投资小、提升速度见效快等优点；而公共交通的运输效率高，单车

运量大等等优点又是比其它机动化交通方式优越。公交车出行时所占用的人均道

路面积时仅仅为小汽车所占用面积的 12%[5]。下表 1-1 即为人均占用道路面积在各

种客运方式中的比较。

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摘要：

摘要优先考虑城市公共交通发展需要积极实施公交优先政策，建立公共汽车专用道行驶、为公交车辆提供专用优先信号，布设智能汽车监测和调度系统，以现代通讯、信息技术为后盾，在城市建设社会化、智能化，信息化的新型公共交通系统。其中，公共交通信号优先作为实现城市公交优先的重要手段之一的公共交通信号优先，在实现城市的速度、高效战略起到了非常积极的作用。本文以公交优先信号控制实施方法为研究对象，对实施公交优先策略的交叉口交通效益和基于公交优先的控制信号检测和传输等实施方法进行探讨和研究。首先对目前的公交优先信号控制策略进行简单介绍，并对交叉口信号控制设置的一般方法进行分析。通过示例计算，介绍了公交优先控制策略中...

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