随机环境下公交优先控制理论与方法研究

Transit signal priority is an important measure to reduce bus delays and improve the level services of public transport. The stochastic characteristics of buses and social vehicles are neglected at some extent in the signal optimization process. Considering stochastic characteristics of traffic flow, level of traffic demand and signal timing parameters, this project will study on parameters optimization model for transit priority signal timing plan at single intersection and arterial coordinated control system. It can be included as follows: Using the traffic survey data, we will extract the stochastic distribution parameters of arrival rate, headway, speed of buses and social vehicles. Considering stochastic characteristics of buses and social vehicles, the stochastic optimization model will be established for isolated intersection with and without bus lanes using uncertain programming theory. The upstream and downstream intersection relevance of social vehicles and buses will be studied, and analyze the time form upstream to downstream intersection when the bus reaches the stopping line. The offset optimization model and algorithm based on decision making methods will be established in bus priority arterial traffic control system during rush hour and off-peak hour. The validity of the above mentioned approach will be demonstrated by simulation platform and its effectiveness is to be verified. Research result of this project will have important theoretical value and guidance for the alleviation traffic jams.

公交信号优先是减少公交车延误、提高公交服务水平的重要措施。已有公交信号优先控制模型未充分考虑公交车流和社会车流的随机特征，其控制效果还有待提升。本研究根据公交车流和社会车流到达率（车头时距）的随机特征，研究不同交通需求水平与交叉口渠化条件下的单点、干线协调控制系统公交优先控制问题。具体包括：利用交通调查数据提取社会、公交车流的到达率、车头时距、行驶速度等的随机特征分布参数；分别建立有、无公交专用车道（进口道）条件下单点被动式、主动式公交优先信号配时优化模型和算法；研究上下游交叉口社会车流与公交车辆运行状态的关联性，确定公交车流运行与协调系统绿波带的时空关系；研究公交优先策略及其适用条件，为满足不同交通需求水平，构建主动式、被动式干线协调控制系统公共周期、相位差优化、相位相序优化模型和求解算法；构建仿真平台验证模型与算法的有效性。研究成果对于提高公交车辆运行效率具有重要的理论和现实意义。

公交信号优先是减少公交车延误、提高公交服务水平的重要措施。课题组根据公交车流和社会车流到达率的随机特征，研究了不同交通需求水平与信号配时参数条件下单点、干线协调控制系统公交优先信号控制问题：具体包括（1）公交和社会车流随机特征分析，分别对公交车流和社会车交通流行为进行分析，提出了有公交专用车道条件下随机分布模型与适用条件，根据车辆在城市道路路段、交叉口的不同分布特征，利用Matlab进行仿真，并对结果进行了数值分析。（2）多通道感应控制模型，在考虑多车道多通道的情况下，建立多通道最短绿灯时间优化模型；分析了多通道时绿灯延长时间与多个车道车头时距的关系，建立多通道绿灯延长时间模型和最大绿灯时间的优化模型；采用多通道检测方式，采用绿灯延长、红灯早断、相位插入等方法构建了单个交叉口相对优先控制策略，提出了基于车头时距信息的绿灯延长时间的求解模型。（3）现代有轨电车信号控制模型，针对现代有轨电车的控制方式，首先从路权形式设计规范等方面入手，根据交叉口的渠化方案设计了相应的相位方案（包括路中-路中，路中-路侧，路侧-路中等渠化形式），设计了车辆检测器设置方案，以检测到的车头时距是否小于最大允许车头时距，来判断是否延长绿灯时间。（4）公交优先协调控制模型,分析了公交车的运行速度特征，根据社会车辆与公交车辆运行速度的随机特征，建立了以人均延误、车均延误和排队长最小为优化目标的信号配时优化模型，利用信息熵理论和多属性综合决策方法设计了线控系统公交优先相位差优化算法。（5）设计了优化算法与仿真平台，为求解随机模型，改进了基本PSO算法得到自适应粒子群算法；根据交通流的随机性和不确定性，在约束条件中加入机会约束规划并采用罚函数法对其进行处理，从而使得算法收敛速度快、求解精度高，解决了容易陷入局部最优的问题。利用Simio、VISSIM、MATLAB建立了信号控制仿真平台，分别对优化后的配时参数和绿灯延长时间优化条件进行仿真。