交叉口公交优先技术浅析

摘要：城市公共交通优先通行是提高公交车准时率的关键性措施，交叉口公交优先通行能够减少公交车辆在交叉口的延误，通过设置公交专用进口道以及交叉口公交信号优先控制，从而提高城市公交的服务水平。在回顾了国内外交叉口公交优先研究现状的基础上，从不同的方面指出了目前交叉口公交优先通行技术研究中存在的主要问题和不足。

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0引言

随着国民经济的飞速发展，城市化进展的加快和汽车普及率的提高，城市交通拥挤日益加剧，交通环境逐渐恶化，交通质量面临巨大挑战。近年，我国城市的交通问题引起了政府和社会各界的广泛关注。由于公共交通出行人均占用道路空间资源最小，单位时间内能够完成较大的客运周转量，因此有关专家和交通学者在吸取各国交通发展经验的基础上，找到了一条改善城市交通问题的方法，即优先发展城市公共交通。所谓公交优先就是指在城市发展和规划中，把公共交通的规划、建设和管理放在优先的位置上，给予政策、资金、技术等多方面的扶持，使其能以畅通的道路、良好的车况、纵横密集的线网和站点，为大众出行提供便捷的服务。公交优先技术主要是运用交通管理和控制的方法，提高公交车辆的运行效益，降低公交车辆的路线运营时间，减少公交车辆交叉口延误，同时降低公交优先对其他社会车辆的影响。

公交车辆的延误主要包括路段和交叉口的延误两部分，根据理论计算，路段延误远远小于交叉口延误。因此公交优先技术的研究的主要就是公共汽车在交叉口的延误分析和处理。如何合理的规划和设计交叉口公交优先通行方案，是实现公交优先的关键。

1国内外研究现状

"公交优先"理念早在1960年在法国提出，许多专家和学者对公共汽车的通行方案和技术进行了研究。20世纪90年代以来，随着信息技术、通讯技术、检测技术、控制技术和计算机技术的不断发展，各国学者对公交优先通行技术进行广泛研究。

1.1国外的发展

法国从70年代开始大力发展城市公共交通，实行公共交通优先的政策。英国南安普敦大学从20世纪60年代起，每五年伦敦制定一次公交优先通行规划，每年根据实际情况做具体调整。欧洲由法国、意大利、罗马利亚等多个国家的交通组织及大学共同合作了一个长期的项目"大城市公交优先措施及其影响"，该项目主要研究公交优先的策略及影响分析，并已在意大利的热那亚和法国的图卢兹等城市做了示范应用。日本熊本市实施了交通管理同公交优先信号通行相结合的系统设计。澳大利亚昆士兰大学的D.Jeason等教授研究了公交优先通行措施对道路交通的影响，设置了公交专用信号的最佳公交比例和最佳公交客流量，从而为在路网中选择合理的公交优先措施提供依据[1]。

1.2国内的发展

在我国，"优先发展公共交通"早在上世纪七十年代末期就已提出，但由于没有公交法规和资金投入的保证，"公交优先"只是一句空话。一直到1997年，由于北京交通发生交通拥堵，为缓解交通拥堵在长安街设置了全国第一条公交专用道。随之公交优先在国内得到了广泛的接受，北京、上海、杭州、深圳等城市都根据自己的实际情况实施了公交优先措施。交叉口公交优先研究主要包括两个部分：公交专用进口道和公交信号优先。近年来，北方交通大学的吴建平教授介绍了有关道路交叉口公交优先通行技术的研究成果[2]；同济大学杨晓光教授等对公交专用道的设置形式作了一定的研究，认为设置公交专用进口道应具备4个以上进口道，高峰小时公交流量达到150辆以上，并要考虑客流量的大小[3]；吉林大学的杨兆升教授、北京交通大学的关伟博士、东南大学的张卫华博士等对交叉口公交信号优先控制策略和控制算法进行了研究，对公交信号优先在我国的实施具有一定的促进作用和指导意义。到目前为止，对于公交优先通行的研究基本处于理论阶段。

2交叉口公交优先控制策略

交叉口公交优先在技术上包括两个方面，即对公共汽车在通行时间和空间上给予优先。所谓时间优先，是通过交叉口信号控制对公共汽车进行优先；空间优先则是通过设立公交专用道（路）或者专用进口道等实现公交车的优先。

2.1空间优先

公交专用道可以实现公交车在空间通行权上的优先。公交专用道是指在城市道路路段上通过特定的交通标志、标线或其它隔离设施将其中一条或多条车道分隔出来，仅供公共汽车在全天或一天中的某一时段使用，而社会车辆（特殊车辆除外）在该时段内禁止使用。设置公交专用道是实施公交优先通行的有效技术措施。

杨晓光将公交专用道在交叉口进口道的处理分为4种方式[3]：（1）公交专用进口道，是指通过交通标志标线或其他工程措施将信号交叉口的一个或多个进口道指定为公交车辆专用，其他车辆不允许进入。（2）锯齿形公交进口道，即为公交车配备多个进口道，有全部锯齿形和本分锯齿形两种；（3）回授线设置，即公交专用道在距离交叉口停车线前一定距离结束，这样社会车辆能够使用原来属于公交专用的那个进口道。（4）交织段设置，即在进口道前结束的专用道和回授线之间设置一个交织段，便于社会车辆和公交车交织运行。

2.2时间优先

所谓公共汽车在时间上的优先是指在交叉口设置优先信号，减少公交车辆在路口的延误，增加公共交通的准点率。目前，国内外对公交优先信号控制策略大体分为三类：被动优先、主动优先、实时优先。

（1）被动优先，主要是在制定基本控制方案时，兼顾公交车的运行情况，根据历史数据预先进行交叉口公交优先信号的配时。张卫华、陆华普、吴建平等人对交叉口公交优先信号控制方面作了很多的研究。吴建平提出了3种预信号公交优先方案，并给出了公交优先信号控制方案及方案实施前后公交车辆和社会车辆的延误计算公式[2]。

被动优先控制策略主要适用于饱和度较低的交叉口，对饱和度较高的路口并不适用。

（2）主动优先，主要是依靠检测器对公交车辆运行情况进行识别分析，当检测到公交车辆即将达到交叉口时，采用延长绿灯、提前启亮绿灯等方式实时调整交叉口信号控制方案（如下图），并考虑非优先车辆在交叉口的通行效益，从而实现公交车优先通行。主动优先包括绝对优先、完全优先和部分优先三种。

绿灯延长优先控制策略示意图绿灯提前起亮优先控制策略示意图

北方交通大学系统工程研究所的关伟等人对交叉口公交优先的信号控制策略进行了研究[4]；美国波士顿东北大学的PeterG.Furth和荷兰代夫特大学的TheoH.J.Muller研究了信号控制交叉口的公交优先，并已经在荷兰的艾恩德霍芬实施[5]。北航高昆对公交优先信号控制的几种优先方式进行了研究，他认为公交优先的方法主要有扩展优先、调用优先、专用相位优先、公交权重优先、预制配时优先及绿灯重启优先六种优先控制方式，并对比各自优缺点和适用条件。

主动优先策略适用于非饱和条件下的交叉口，在交叉口的流量达到饱和或者过饱和的情况不适宜信号优先。

（3）实时优先

通过GPS和AVL等先进的信息检测装置估计路网车辆的运行状况，获取路网的机动车流量和公交车的运行状况，包括位置、乘客数、时刻表等。基于实时的交通信息，在一定的性能指标函数指导下优化调整交叉口的信号配时，为公交车辆提供优先信号。美国亚利桑那州立大学研究了公交优先和交通自适应信号控制的综合运用。信号相位的优化是基于由亚利桑那州立大学研制的RHODES交通自适应信号控制系统。在该系统中输入交叉口感应线圈获得的实时数据，可以得到信号相位配时[6]

3存在的问题和不足

如何在提高交叉口公共交通的优先通行能力的同时，降低因交叉口公交优先措施而造成的其它社会车辆交通效益的损失是交叉口公交优先技术研究的重点。与国外相比，我国在交叉口公交优先技术研究方面存在较大差距，主要在以下几个方面：

（1）交叉口公交优先通行措施及适用条件

交叉口公交优先通行技术通常包括对交叉口进出口道进行基于公交优先通行的几何设计以及与之配套的信号配时设计。可以采用的具体措施有[7]：设置公交专用进口道并对信号控制进行优化、公交优先感应信号控制、基于公交优先通行的相位设计与信号配时等。虽然这些方法在一些国家已有所应用，但各国都是根据其当地的交通特征和道路条件来探索性实施，一些措施还存在不尽合理之处。目前，关于这些措施的设置方法、适用条件、效果评价等系统全面的研究很少，用于指导实际工作的完整理论更少。东南大学张卫华详细分析了交叉口公交专用进口道的设置方法以及适应性[8]。

（2）交叉口延误和优先信号配时设计的研究

对于交叉口的公交信号优先控制，主要考虑两个问题，一是交叉口延误算法，信号交叉口实施公交优先通行措施的目的是为了尽量减少公交车辆在交叉口的延误，为了分析和评估交叉口实施公交优先前后的效益，有必要定量计算出优先相位减少的延误和非优先相位车辆增加的延误，这方面的研究很少。二是交叉口优先信号配时设计。为了保证信号交叉口的公交优先，仅在空间上对公共汽车提供优先是远远不够的，时间上的信号配时设计也很重要。但是目前很多的学者对交叉口公交优先信号的研究都是基于非常理想的交通环境，在现实中的交叉口还需要考虑行人过街安全以及自行车的影响。因此，在道路资源一定的条件下，针对我国交通现状，考虑行人过街等现实因素，需要对公交优先信号控制算法的模拟与评价作更进一步的研究。

（3）多相公交优先信号控制的公交申请排序方法

多相位公交优先信号控制即交叉口多个相位均有公交车的控制。相对于只有一个相位有公交车的单相公交优先控制来说，多相公交优先信号控制要复杂的多。特别是国内公交系统复杂、公交流量较大的条件下，多辆公交车在同一段时间内达到交叉口且遇到信号红灯的情况非常普遍。交叉口多个相位有公交车辆，而且达到率接近，这种情况就难以做到整个交叉口公交车的同时优先。而国内很多的研究大都集中在交叉口单方向的公交优先，对多方向公交车申请优先时的控制即多个优先申请的排序问题研究的较少。吉林大学张宇在他的毕业论文中对多相公交信号优先控制方法进行探讨[9]，提出了非线性规划和决策树分析两种简单的信号配时方法，解决多相位多个公交信号优先申请下的优先排序问题。目前，关于交叉口多相公交优先的交通分配算法及其数字化处理等还有待研究。

4结语：

公共交通作为一种可持续的交通发展方式已越来越受到社会的广泛重视，公交优先通行措施是公交优先发展的一个重要手段，被认为是缓解交通问题，改善交通状况，促进交通与城市可持续发展的最主要和最有效的途径之一。交叉口公交优先是提高公交车准时率的关键性措施，随着智能交通系统ITS技术的迅速发展和应用，因此研究基于智能交通系统的交叉口公交优先技术，开发适合我国国情的交叉口公交优先通行技术，是实现公交优先的主要问题，对解决我国城市交通问题有重大的意义。

参考文献：

[1]DJeasonandLFerreira.Assessingtraveltimeimpactsofmeasuretoenhancebusoperation,part2:Studymethodologyandmainfindings

[2]JianpingWuandNickHounsell.Buspriorityusingpre-signals[J]．TransportationResearchPartA32(1998)

[3]杨晓光，周光伟，杭明升.公交优先技术方法[J].城市交通，2002，2

[4]关伟，申金升，葛芳．公交优先的信号控制策略研究[J]．系统工程学报．2001

[5]PeterG.Furth，TheoH.J.Muller.Conditionalbuspriorityatsignalizedintersection:betterservicequalitywithlesstrafficdisruption.TransportationResearchBoard,2000

[6]PituMichandani,LarryHead,AnnaKnyazyan.Anapproachtowardstheintegrationofbuspriorityandtrafficadaptivesignalcontrol.TransportationResearchBoard,2000

[7]季彦婕，邓卫.交叉口公交优先技术研究现状及发展综述[J].交通运输系统工程与信息，2004，Vo1.4，No.1

[8]张卫华.城市公共交通优先通行技术及评价方法研究[D].东南大学博士学位论文，2003

[9]张宇.基于延误的单个交叉口公交优先信号控制方法研究[D].吉林大学硕士学位论文，2008

作者简介：赵雅秀,重庆交通大学交通运输学院,安徽铜陵人，硕士研究生，专业方向交通信息工程及控制。