南京:应用公交优先信号控制系统,实施“公交优先”战略

来源:122交通网 | 2018-09-05 14:55

导语:为缓解拥堵、提升群众出行便利性,国家提出实施公交优先发展战略。南京作为首批“公交都市”建设示范工程创建城市,在落实“公交优先”战略中采取了哪些举措?成效如何?今天交通言究社“城市道路交通文明畅通提升行动计划”专家谈专栏邀请了南京市公安局交通管理局总工程师顾怀中来谈谈南京公交优先信号控制系统的研究和应用情况。


一、背景:实施“公交优先”发展战略,南京建设公交优先信号控制系统


2011年《国民经济和社会发展第十二个五年规划纲要》中明确指出:“实施公共交通优先发展战略,大力发展城市公共交通系统”,首次将公交优先发展战略上升为国家战略。2012年,国务院发布《关于城市优先发展公共交通的指导意见》文件,交通运输部正式批准南京为全国首批“公交都市”建设示范工程创建城市。


为落实“公交优先”发展战略,南京积极构建公交优先信号控制系统,在全市范围内升级现有信号机设备以及联网建设信号控制设备,从而实现全市信号控制的系统化监测和远程控制,提高交通信号控制的智能水平。同时,在主干道增建公交车辆数据采集设备,结合公交车载定位系统实时采集公交车运行信息。在此基础上,结合信号优先策略,实现公交信号优先控制,达到显著提升公共交通通行效率,改善交通状况的目的。2017年12月,交通运输部正式授予南京市“国家‘公交都市’建设示范城市”称号,这是国内首批获得该称号的城市。


相对于常规公交优先而言,南京公交优先信号控制系统提出了2个“转变”的建设要求:由空间优先转变为时间优先、由路口的单点优先转变为全空间范围的优先。


二、系统设计:采集、分析各类交通数据,实现智能公交信号优先应用


1.南京公交优先信号控制系统架构


南京公交优先信号控制系统架构如下图所示,通过智能交通管理系统与智能公共交通管理体系的共同建设,在信息共享下实现公交信号优先。公交企业、政府信息中心、交通部门以及公安交管部门可通过该系统和平台提高工作效率和服务水平。


图1:南京公交优先信号控制系统架构


2.南京公交优先信号控制系统的应用架构


南京公交优先信号控制系统总体设计通过智能信号机联网,结合大量交通和公交数据,构建南京智慧交通信号控制系统,实现公交信号优先应用。架构示意图如下所示:


图2:公交信号优先应用架构示意图


整体设计主要包括以下几个部分:


❖ 路口单元:改造升级现有路口信号机,使其具备联网功能,便于统一调度管理。同时,信号机加装路口信号优先控制模块,使其具备独立的路口智能控制功能,保持与控制中心的通讯能力,上传采集到的交通信息,执行控制中心发出的区域协同控制指令或自动生成、执行单点自适应控制指令。另外,路口增加流量感应器,组成地磁感应、视频识别、卫星定位和RFID基站组合信息采集系统,以准确定位监测公交车行驶情况并获取整个路口动态交通信息,成为智慧交通信号控制的“电子眼”。


❖ 智能交通信号控制中心:信号控制中心提取、处理、统计、分析采集的路网数据和公交运行速度及位置信息,建立公交优先控制方法流程和配时参数优化模型,建立优先条件和优先策略选择规则,通过联网信号机的集中管控,确定智能协调和控制交通信号灯的配时,并结合相应的单点控制、干线协调控制、区域协调控制等控制策略,实现点、线、面结合的全方位智能控制模式,最终确定合适的公交信号优先策略。


❖ 智能公交信号优先应用:基于全面的信号采集、完善的网络互连、智能的控制策略,为公交车提供智能的信号灯相位控制和配时方案,保障公交车享有较高的路口优先通行权,实现公交优先应用。


3.各类交通信息的采集分析


交通信号控制以及公交优先的实现,是建立在统计分析各类交通信息的基础上。选取合适的交通信息采集设备,是成功构建交通信号控制系统和实现其它交通控制应用功能的重要条件。信息采集分析包括:车载定位信息采集、路段检测信息采集、路口视频检测信息采集、数据融合分析、历史信息存储5部分组成。


❖ 车载定位信息采集:公交信号优先控制要求车辆定位精度达到亚米级,通过实时CORS系统差分修正处理和路段RFID定点定位配合,达到对车辆的精确定位,实现公交车辆的实时位置、速度、方向等信息采集。把采集的位置信息通过网络实时传回控制中心, 控制中心经过对信息融合、处理和分析后, 与路口信号机实时通信,实施公交信号优先控制。


❖ 路段检测信息采集:使用无线线圈、微波等多种检测手段,实时检测路段交通情况,检测各路段方向是否拥堵。给公交信号优先提供基础数据支撑。


❖ 路口视频检测信息采集:接入路口视频检测器,检测公交车辆行进方向路口内的交通情况。根据路口内的交通压力,调整信号控制策略。


❖ 数据融合分析:把车载定位信息、路段检测信息、路口检测信息、交通信号配时等数据融合分析,根据公交优先策略,实行公交车辆优先。


❖ 历史信息存储:记录车载设备、路段检测设备、路口检测设备的实时信息,存储到数据库,供相关系统分析研判使用。


4.公交车辆优先通行策略


公交优先信号控制系统开发了基于区域—干线—路口的三层交通控制模型,通过延长绿灯、缩短红灯的方法进行实时的信号调整,实现公交车优先通行。


❖ 不同交通状态下,交叉口公交车优先通行的策略


智能交通信号控制系统在交叉口信号控制策略等方面具备对公交车辆的优先功能,协调好公交车辆与社会车辆的通行权问题,确保在保证公交优先的基础上,使道路交通有最大的通行效率。

常态交通状态下的公交信号优先:系统实施公交信号优先控制技术,包括分段双向绿波、快速通行交通信号保障、信号优先冲突管控等;通过建立公交信号优先实时配时优化流程,确定公交线路沿线交叉口的周期、相序、绿信比、相位差,实现南京市公共交通的优先通行;同时,能够对南京市公交系统运营状态和公共交通客流分布进行实施检测与预测,并通过室外诱导屏、互联网、车载装置、移动终端、智能终端等方式,将公共交通诱导信息向社会和公交管控部门发布。

饱和交通状态下的公交信号优先:饱和状态是由于意外事件或潮汐交通等原因导致交叉口的交通流量超过了交叉口的疏散能力而呈现的交叉口流量饱和状态。机动车会在交叉口进口道出现明显的排队现象,严重状态下甚至会影响到临近交叉口的正常交通通行而形成局部路网的拥堵。饱和状态下公交的优先通行很难得到保障,且公交信号优先的前提条件是保证社会车辆的基本通行。因此,在饱和状态下,公交信号优先控制策略采取相应的调整来满足交叉口的基本通行功能,继而实现公交的优先通行,即系统具备针对过饱和状态下的过饱和控制功能。

突发事件下的公交信号优先:交通意外事件的发生易对公共交通产生较大的影响。公交优先控制策略应具备对交通意外事件的管理功能,能通过检测技术手段对事件进行准确定位与及时响应,并生成事件应急控制策略,保证事件地点的公共交通正常有序性。同时,控制系统能根据事件严重程度,对周边道路交通的管控制提出合理的应急方案,降低意外事件对公共交通的影响。


❖ 实现干道绿波协调控制,保障公交优先


南京城区中心道路网交通负荷不断增加,主要干线的畅通程度直接影响到整个区域内的交通状况,控制系统具有干线协调控制功能,确保这些干线形成绿波带,从而提高干线道路车辆的行驶速度,有效改善控制区域内的整体交通状况。

城市干道之间的交叉口既是道路交通网络的枢纽,也是交通流的汇集和分流点,需要对这样的单个交叉口采取自适应控制策略,使交叉口交通处理能力提升到最佳状态,减少车辆在交叉口的停车次数和延误时间,提高现有道路的通行能力,保障公交优先。


❖ 建立公交道路网模型,确保公交优先通行


根据运行在当前道路上公交线路的车辆数、线路特征(载客量、发车频率)、路段拥堵的可承受性,将涉及公交信号优先控制的线路分主要线网层和次要线网层。主要线网层和次要线网层是建立“道路网模型”的关键一步。行驶在主要线网层的公交车的优先级别高于次要线网层公交车,这样可以更有效地保障和落实公交优先。


❖ 调整信号控制策略,为特种车辆提供“绿色通道”


公交优先信号控制系统能在检测、自动识别、定位特种车辆的基础上,调整交通信号控制策略,为特种车辆的快速、安全通行提供必要的“绿色通道”。


三、技术创新:应用卫星定位技术、5D综合检测技术等保障公交优先通行


1.北斗/GPS双模定位技术,精确定位车辆


应用高精度卫星定位技术,利用安装于公交车、警卫车辆的北斗/GPS双模定位设备,依托连续运行卫星定位服务,在大批量、高动态城市公共交通工具上实现了高精度亚米级定位、近实时数据通讯、全天候高可靠度信息采集。通过实时掌握车辆的位置、速度、方向信息,实现地面公交车辆的精确定位。


图3:差分定位处理


2.交通状况5D综合检测技术,全方位感知车辆


将道路分解为路段上、交叉口进口道渠化段前、进口道渠化段内、交叉口停车线内、交叉口出口道五个空间维度,针对每个区域不同空间特点采用不同的交通检测方式:在路段上使用车载定位终端检测车辆实时位置;在进口道渠化段前使用已覆盖全市的RFID设备检测公交车辆到达情况;在进口道渠化段内采用正向雷达检测社会车辆交通量与排队长度;在交叉口停车线内采用视频设备检测路口内各流向交通放行情况;在出口道采用无线线圈检测交叉口上游拥堵情况。通过这五种交通检测手段,实现对公交车与社会车辆交通运行状态的全方位感知。


图4:交通状况5D综合检测


3.三层公交信号优先控制技术,实时调控信号


基于区域—干线—路口的三层交通控制模型,对公交车实现公交信号优先。区域控制模型在保证主干道畅通的前提下,合理调节公交车辆分布,最终达到宏观交通控制效果;在干线层面,根据道路等级、公交线路数量、早晚高峰公共交通潮汐特性设计公交绿波带,保障公交车辆绿波畅行。在路口层面,遵循线路、道路等级确定各方向信号优先级别。通过延长绿灯、缩短红灯的方法进行实时的信号调整,实现公交车优先通行。


图5:三层公交信号优先控制


4.有轨电车自适应控制技术,实现自适应优先控制


检测到有轨电车接近路口时,将根据有轨电车的速度、站台停靠时间等信息,预测电车通过路口的时间,通过延长绿灯、提前结束红灯、插入公交相位等方法进行自适应优先控制,保障有轨电车顺畅通行。


图6:有轨电车自适应控制


5.多警卫线路监视预警技术,自动调整信号配时


针对特勤车辆提供交通信号优先保障,制订专门的信号优先方案,实时监控车辆位置,自动根据任务线路调整警卫车队前方路口信号配时,保障车队一路绿灯畅行。


图7:多警卫线路监视预警



6.多模式公共交通换乘算法模型,优化发车方案


面向由地铁、有轨电车、大站快车、常规公交等多模式组成的公共交通体系,统计分析不同模式换乘站点的平均换乘时间,换乘流量、流向分布,为具备换乘功能的常规公交线路提出发车方案优化建议,从而保障常规公交准时达到换乘点,减少换乘等待延误,提升多模式公共交通系统的服务水平。


四、应用成效:公交车平均运营车速显著提升、保障了特种车快速、安全通行


南京信号联网与地面公交优先工作分两期建设,于2016年9月完成全部建设工作。具体实现了三个目标:一是实现主城区信号机升级联网、全市信号控制的系统化监测和远程控制;二是实现多级公交信号优先控制,提升公交通行效率与服务水平;三是为体育赛事、大型活动提供信息化管理平台,为特种车辆、警卫任务提供交通信号优先保障。


1.公交车高峰期平均车速提升22.13%


为评估公交优先信号控制系统运行效果,南京对升州路和集庆门大街沿线社会车辆和常规公交在项目实施前后的交通运行特性进行研究。主要进行公交车的行程车速分析、停车次数分析、平均等待时间分析以及冲突次数分析等,分析所需的数据可通过跟车法以及公交GPS数据中的经纬度计算获取。


图8:调查线路图


评估结论:公交车辆平均运营车速显著提升,高峰期的平均车速提升了22.13%,平峰期平均车速提升了20.97%;主线和次线的普通公交停车次数降低幅度约为35.74%,高于其它线路公交停车次数10%左右的降幅。


2.保障大型活动期间交通出行有序、畅通


在南京举办的青奥会、国家公祭日、南京国际马拉松、世界速度轮滑世锦赛等大型活动中,公交优先信号控制系统全程参与了交通保障。青奥会期间,由青奥班车线路承担运动员、裁判员的出行。公交优先信号控制系统针对5条青奥专线上的100辆青奥会运动员班车提供交通信号优先保障,对线路途经的汉中路、江东路等11条道路的73个路口,制订专门的信号优先方案,实时监控车辆位置,自动调整车辆行进方向信号配时,保障运动员准时到达比赛场馆。


针对青奥期间大量的警卫任务,通过精确定位警卫车辆,系统将自动根据任务线路调整警卫车队前方路口信号灯,保障车队一路绿灯畅行。


(文 /  南京市公安局交通管理局 顾怀中)


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