1、普通高等教育普通高等教育“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材2121世纪交通版高等学校教材世纪交通版高等学校教材智能运输系统概论智能运输系统概论（第三版）（第三版）杨兆升杨兆升 于德新于德新史其信史其信 高世廉高世廉主编主编主审主审目目 录录?第第1 1章章第第2 2章章第第3 3章章第第4 4章章第第5 5章章第第6 6章章第第7 7章章第第8 8章章第第9 9章章第第1010章章绪论绪论智能运输系统的体系框架智能运输系统的体系框架智能运输系统的理论基础智能运输系统的理论基础交通信息采集与处理技术交通信息采集与处理技术通信技术通信技术车辆定位技术车辆定位技术网络技术网络技术数据库技术
2、数据库技术新技术在智能运输系统中的应用新技术在智能运输系统中的应用交通信息服务系统交通信息服务系统智能运输系统概论目目 录录?第11章第12章第13章第14章第15章第16章第17章第18章第19章第20章先进的公共交通系统先进的交通管理系统城市交通信号控制系统电子收费系统高速公路交通事件管理系统应急指挥调度系统智能车辆与自动驾驶系统交通需求管理智能运输系统标准化ITS评价智能运输系统概论第第1111章章 先进的公共交通系统先进的公共交通系统11.1概述概述11.2智能化调度系统智能化调度系统11.3公交信号优先系统公交信号优先系统11.4快速公交系统快速公交系统11.5小结小结智能运输系统概
3、论11.1 概述概述先先 进进 的的 公公 共共 交交 通通 系系 统统（AdvancedAdvancedPublicPublicTransportationTransportation SystemSystem，简称，简称APTSAPTS），是利用系统工程的），是利用系统工程的理论和方法，将现代理论和方法，将现代 通信通信、信息信息、电子电子、控制控制、计算机计算机、网络网络、GPSGPS、GISGIS等高新科技集成应用于公共交通系统，并等高新科技集成应用于公共交通系统，并通过建立公共交通通过建立公共交通 智能化调度智能化调度系统、系统、信息服务系统信息服务系统、公交、公交电子收费系统电子收
4、费系统等，等，来吸引公交出行来吸引公交出行，缓解城市交通拥挤缓解城市交通拥挤。APTSAPTS通过采集与处理通过采集与处理动态交通信息动态交通信息和和静态交通信息静态交通信息，以及，以及通过通过多种媒体多种媒体为出行者提供动态和静态公共交通信息，从而为出行者提供动态和静态公共交通信息，从而达到达到规划出行规划出行、最优路线选择最优路线选择、避免交通拥挤避免交通拥挤、节约出行时节约出行时间间的目的。的目的。智能运输系统概论11.1 概述概述城市公共交通的地位：城市公共交通的地位：目标与特征目标与特征城市公共交通是国家综合运输网中的枢纽和节点，是城市公共交通是国家综合运输网中的枢纽和节点，是城市客
5、运交通体系的主体，是城市建设和发展的重要基城市客运交通体系的主体，是城市建设和发展的重要基础之一，是生产和生活必不可少的社会公共设施，础之一，是生产和生活必不可少的社会公共设施，也是也是城市投资环境和社会生产的基本物质条件，同时又是展城市投资环境和社会生产的基本物质条件，同时又是展示城市精神文明，反映城市国民经济、社会发展水平和示城市精神文明，反映城市国民经济、社会发展水平和市民道德思想风貌的窗口。市民道德思想风貌的窗口。城市公共交通主要优点城市公共交通主要优点：运载量大、运送效率高、能源消耗低、相对污染少、运载量大、运送效率高、能源消耗低、相对污染少、运输成本低运输成本低智能运输系统概论11
6、.1 概述概述APTSAPTS的研究现状的研究现状：自自2020世纪世纪8080年代以来，许多国家公共交通部门开始年代以来，许多国家公共交通部门开始应用先进的信息与通信技术进行应用先进的信息与通信技术进行公交车辆定位公交车辆定位、车辆监车辆监控控、自动驾驶自动驾驶、计算机辅助调度计算机辅助调度及及提供各种公共交通信提供各种公共交通信息息以提高公交服务水平。以提高公交服务水平。?美美 国国城城市市公公共共交交 通通管管理理局局（UMTAUMTA）已已经经启启动动 了了“AdvancedAdvancedPublicPublicTransportationTransportationSystemSy
7、stem，即即APTS”APTS”项目。主要研究项目。主要研究 基于动态公共交通信息基于动态公共交通信息 的实时的实时调度理论和实时信息发布理论，以及使用调度理论和实时信息发布理论，以及使用 先进的电子先进的电子、通信通信技术。技术。智能运输系统概论11.1 概述概述?日本日本APTSAPTS发展经历了发展经历了3 3个阶段：个阶段：2020世纪世纪7070年代末年代末开始开始应用公共汽车定位系统。应用公共汽车定位系统。8080年代初年代初开始应用公共交通开始应用公共交通运行管理系统，以及使用先进的电子、通信技术。运行管理系统，以及使用先进的电子、通信技术。进进入入9090年代年代，东京都交通
8、局开发了城市公共交通综合运，东京都交通局开发了城市公共交通综合运输控制系统（输控制系统（CTCS)CTCS)。?欧洲欧洲通过实施通过实施公交优先公交优先政策，设立政策，设立公交专用道公交专用道，为公，为公交车提供优先通行信号，布设交车提供优先通行信号，布设智能公交监控与调度系智能公交监控与调度系?氧化铁红统统等措施。提高公交车辆运行速度和公交服务质量效等措施。提高公交车辆运行速度和公交服务质量效地缓解了城市交通压力。地缓解了城市交通压力。智能运输系统概论11.1 概述概述?与欧美等国家相比，与欧美等国家相比，我国我国的公共交通事业还比的公共交通事业还比?日本日本APTSAPTS发展经历了发展经
9、历了3 3个阶段：个阶段：2020世纪世纪7070年代末年代末开始开始较落后。目前，我国已经在较落后。目前，我国已经在杭州杭州、上海上海、北京北京应用公共汽车定位系统。应用公共汽车定位系统。8080年代初年代初开始应用公共交通开始应用公共交通等地安装了电子站牌，车载等地安装了电子站牌，车载GPSGPS定位设备，实定位设备，实运行管理系统，以及使用先进的电子、通信技术。运行管理系统，以及使用先进的电子、通信技术。进进现了车辆的实时现了车辆的实时跟踪跟踪、定位定位、公交车与调度室、公交车与调度室入入9090年代年代，东京都交通局开发了城市公共交通综合运，东京都交通局开发了城市公共交通综合运的的双向
10、通信双向通信，以及电子站牌上实时，以及电子站牌上实时显示下班车显示下班车输控制系统（输控制系统（CTCS)CTCS)。位置信息位置信息等功能。这些系统使中国城市交通迈等功能。这些系统使中国城市交通迈入了公交入了公交智能化时代智能化时代。智能运输系统概论11.1 概述概述先进的公共交通系统的先进的公共交通系统的体系结构体系结构本章主要参考吉林大学杨兆升教授的著作城市本章主要参考吉林大学杨兆升教授的著作城市智能公共交通系统理论与方法并结合智能公共交通系统理论与方法并结合 国内外研究国内外研究现状现状，将，将APTSAPTS的的研究内容研究内容划分为以下几个方面：划分为以下几个方面：公交系统优化与设
11、计；公交系统优化与设计；公交智能化调度系统；公交智能化调度系统；公交信息服务系统；公交信息服务系统；公交信号优先系统；公交信号优先系统；快速公交系统（快速公交系统（BRT0)BRT0)；公交服务水平评价；公交服务水平评价；智能运输系统概论第第1111章章 先进的公共交通系统先进的公共交通系统11.1概述概述11.2智能化调度系统智能化调度系统11.3公交信号优先系统公交信号优先系统11.4快速公交系统快速公交系统11.5小结小结智能运输系统概论11.2 智能化调度系统智能化调度系统智能化调度系统的定义：智能化调度系统的定义：公共交通智能化调度系统是在对公交车辆实时公共交通智能化调度系统是在对公
12、交车辆实时调调度理论度理论和和方法研究方法研究的基础上，综合运用的基础上，综合运用通信通信、信息信息、控制控制、计算机网络计算机网络、GPS/GISGPS/GIS等现代高新技术，根据等现代高新技术，根据实时的实时的客流信息客流信息、车辆位置信息车辆位置信息、交通状态信息交通状态信息等，等，通过对公交车辆的通过对公交车辆的实时监控实时监控、调度指挥调度指挥，实现对公交，实现对公交车辆的智能化管理，从而使公交车辆运行车辆的智能化管理，从而使公交车辆运行 有序有序、平稳平稳、高效高效、协调协调，实现资源的合理配置，提高公交企业的，实现资源的合理配置，提高公交企业的经济效益和社会效益。经济效益和社会效
13、益。智能运输系统概论11.2.1 研究现状研究现状研究现状研究现状公交车辆调度公交车辆调度 是公交企业最基础、最重要的运营是公交企业最基础、最重要的运营工作，包括公交线路的发车间隔和发车方式。目前，工作，包括公交线路的发车间隔和发车方式。目前，我国绝大部分城市还是采用我国绝大部分城市还是采用传统传统的调度方法。的调度方法。模式为：首先根据客流调查基础数据、时间、季模式为：首先根据客流调查基础数据、时间、季节等因素，节等因素，凭借调度人员的经验凭借调度人员的经验，划定客流高峰、平，划定客流高峰、平峰和低峰期，在各个时间段内，峰和低峰期，在各个时间段内，采用定点发车采用定点发车的方法的方法调度车辆
14、。调度车辆。智能运输系统概论11.2.1 研究现状研究现状每天每辆车有一份小路单，车辆在始发站和终每天每辆车有一份小路单，车辆在始发站和终点站由调度人员人工签单，记录点站由调度人员人工签单，记录发车发车、到达到达、晚点晚点、司乘人员司乘人员、维修维修等数据。当天营运结束后，由统计等数据。当天营运结束后，由统计员统计成大路单交给车队。员统计成大路单交给车队。中国一些中国一些大城市大城市已经注意到已经注意到城市公共交通智能城市公共交通智能化调度系统化调度系统的重要性，开始的重要性，开始逐步开发逐步开发和和实施实施类似系类似系统。统。智能运输系统概论11.2.1 研究现状研究现状应用实例应用实例杭州
15、市杭州市公交总公司在公交总公司在公交线路公交线路上安装了电子站牌，并在上安装了电子站牌，并在公交车公交车上安装了定位设备实现了车辆的上安装了定位设备实现了车辆的 实时跟踪实时跟踪、定位定位、公交车与调度室的公交车与调度室的 双向通信双向通信，使调度实现了计算机辅助管，使调度实现了计算机辅助管理，提高了车辆运行理，提高了车辆运行正点率正点率和和服务水平服务水平。北京市北京市调度中心大楼工程已基本完工，示范线路已经安调度中心大楼工程已基本完工，示范线路已经安装了装了GPSGPS接收设备接收设备。上海、大连、宁波上海、大连、宁波等城市的部分线路上等城市的部分线路上也安装有也安装有电子站牌电子站牌，实
16、现了，实现了智能化调度智能化调度。智能运输系统概论11.2.2 系统构成系统构成公交智能化调度系统主要组成公交智能化调度系统主要组成部分包括：部分包括：公交调度中心公交调度中心公交调度中心主要由公交调度中心主要由 信息服务系统信息服务系统、地理信息系统地理信息系统、大屏幕显示系统大屏幕显示系统、协调调度系统协调调度系统和和紧急情况处理系统紧急情况处理系统组成。组成。信息服务系统负责向用户信息服务系统负责向用户提供公交信息提供公交信息。地理信息系。地理信息系统接统接收定位数据收定位数据，完成车辆信息的，完成车辆信息的地图映射地图映射。大屏幕显示系统。大屏幕显示系统主要是主要是实时显示车辆运行实时
17、显示车辆运行状况。当出现紧急情况时，协调状况。当出现紧急情况时，协调调度系统向分调度中心调度系统向分调度中心发出指令发出指令，合理调配车辆。系统组，合理调配车辆。系统组成如图成如图11-111-1所示。所示。智能运输系统概论11.2.2 系统构成系统构成图11-1 11-1 公交调度中心框图公交调度中心框图图图智能运输系统概论11.2.2 系统构成系统构成分调度中心分调度中心分调度中心由分调度中心由车辆定位与调度系统车辆定位与调度系统、地理信息系统地理信息系统两两部分组成。车辆定位系统负责完成本调度中心所辖车辆部分组成。车辆定位系统负责完成本调度中心所辖车辆的的定位与监控定位与监控，与车辆间的
18、，与车辆间的 双向通信双向通信，向车辆发送调度，向车辆发送调度指令，向电子站牌指令，向电子站牌 发送数据发送数据等功能。地理信息系统与调等功能。地理信息系统与调度中心中地理信息系统功能相同，只是范围要小些。系度中心中地理信息系统功能相同，只是范围要小些。系统框图如统框图如11-211-2所示。所示。智能运输系统概论11.2.2 系统构成系统构成图图11-2 11-2 分调度中心系统框图分调度中心系统框图智能运输系统概论11.2.2 系统构成系统构成车载移动站车载移动站采用采用差分差分GPSGPS定位定位技术，车载专用终端机安装于技术，车载专用终端机安装于 移动移动的公交车辆上，可以在的公交车辆
19、上，可以在 无人干预无人干预的情况下的情况下自动完成自动完成运动运动车辆的定位和定位信息的回传。必要时，可以向分调度车辆的定位和定位信息的回传。必要时，可以向分调度中心提供中心提供短信息短信息。如果需要可以口。如果需要可以口 留出接口留出接口用于外接车用于外接车载显示设备。如图载显示设备。如图11-311-3所示。所示。图图11-3 11-3 移动站框图移动站框图智能运输系统概论11.2.2 系统构成系统构成电子站牌电子站牌电子站牌负责电子站牌负责接收接收和和显示显示下班车到站信息和服务信息，下班车到站信息和服务信息，由一套由一套MODEM/MODEM/电台、单片机、电子显示站牌组成，如电台、
20、单片机、电子显示站牌组成，如 图图11-411-4所示。单片机的作用是所示。单片机的作用是 接收信息接收信息，将其处理后送到，将其处理后送到电子站牌上显示。电子站牌除了显示车辆运行信息外，电子站牌上显示。电子站牌除了显示车辆运行信息外，还可以显示其他信息还可以显示其他信息，如日期、时间、气象预报等。，如日期、时间、气象预报等。图图11-411-4电子站牌系统框图电子站牌系统框图智能运输系统概论11.2.3 智能化调度方法智能化调度方法智能化调度智能化调度方法是相对于方法是相对于传统调度方法传统调度方法而言的，二而言的，二者的者的区别区别在于智能化调度方法是根据实时客流信息和交在于智能化调度方法
21、是根据实时客流信息和交通状态，在无人参与的情况下自动给出发车间隔和调度通状态，在无人参与的情况下自动给出发车间隔和调度形式的一种形式的一种全新的全新的调度方法。而传统调度方法是调度人调度方法。而传统调度方法是调度人员根据公交线路客流到达规律，员根据公交线路客流到达规律，凭借经验凭借经验确定确定发车间隔发车间隔和和发车形式发车形式的一种调度方法的一种调度方法。智能化调度分为智能化调度分为车辆调度车辆调度形式形式、实时放车调度实时放车调度、紧急情况实时调度紧急情况实时调度3 3个方面。个方面。智能运输系统概论11.2.3 智能化调度方法智能化调度方法UTMSUTMS子系统子系统车辆调度形式车辆调度
22、形式车辆调度形式车辆调度形式 是指营运调度措施计划中所采取的运输是指营运调度措施计划中所采取的运输组织形式，基本上可有组织形式，基本上可有两种两种分类方法：分类方法：（1 1）按车辆工作时间的长短与类型，分为正班车、加班）按车辆工作时间的长短与类型，分为正班车、加班车与夜班车；车与夜班车；（2 2）按车辆运行与停站方式，可分为全程车、区间车、）按车辆运行与停站方式，可分为全程车、区间车、快车、定班车、跨线车等。快车、定班车、跨线车等。智能运输系统概论11.2.3 智能化调度方法智能化调度方法实时放车调度实时放车调度实时放车调度问题实时放车调度问题（Real-timeReal-time Dead
23、headingDeadheading ProblemProblem，简称简称RTDPRTDP）是目前国际上调度理论方面研究的）是目前国际上调度理论方面研究的 热点热点。它是指。它是指车辆车辆空车空车从始发站出发，经过数个公交站点后，开始从始发站出发，经过数个公交站点后，开始 按站点按站点次序依次停车次序依次停车的调度形式。放车调度形式的根本出发点就是的调度形式。放车调度形式的根本出发点就是减少停靠站点减少停靠站点上候车乘客的等车时间，但放车调度形式上候车乘客的等车时间，但放车调度形式 延长延长了了车辆所越过的站点上乘客的等车时间。因此，确定是否采车辆所越过的站点上乘客的等车时间。因此，确定是否
24、采取放车调度形式需要取放车调度形式需要权衡利弊权衡利弊，这就需要建立实时放车调度，这就需要建立实时放车调度模型的目标函数。模型的目标函数。智能运输系统概论11.2.3 智能化调度方法智能化调度方法紧急情况实时调度紧急情况实时调度当公交车在运营过程中遇到交通事故、重大事件等紧当公交车在运营过程中遇到交通事故、重大事件等紧急情况时，会出现客流突然增加的情况，致使某班公交车急情况时，会出现客流突然增加的情况，致使某班公交车出现拥挤而产生延误。出现拥挤而产生延误。如图如图11-511-5所示所示，第，第i i辆公交车由于辆公交车由于客流突然增加造成初始延误。客流突然增加造成初始延误。面对这种情况，可以
25、采取以下几种调度方案：面对这种情况，可以采取以下几种调度方案：方案方案1 1：前车加大站点停靠时间法。前车加大站点停靠时间法。这样不但可以解决这样不但可以解决后面站点乘客等车时间延长的问题，而且可以使整个车队后面站点乘客等车时间延长的问题，而且可以使整个车队运行趋于平稳。运行趋于平稳。智能运输系统概论11.2.3 智能化调度方法智能化调度方法方案方案2 2：前车减速方法前车减速方法。调度人员同样可以通知前几班。调度人员同样可以通知前几班车减速，这样也可以使后面站点乘客等车时间缩短，而且车减速，这样也可以使后面站点乘客等车时间缩短，而且到达终点站时，间隔趋于平稳。到达终点站时，间隔趋于平稳。方案
26、方案3 3：后车加速方法后车加速方法。与方案。与方案2 2效果相同。效果相同。方案方案4 4：后车缩短站点停车时间方法后车缩短站点停车时间方法。与方案。与方案1 1效果效果相同。相同。方案方案5 5：放车调度方法放车调度方法。如果紧急事件发生地点与始。如果紧急事件发生地点与始发站距离很近，可以临时调度一班空车，直接行驶到事发站距离很近，可以临时调度一班空车，直接行驶到事件发生地点，缓解客流拥挤的情况。件发生地点，缓解客流拥挤的情况。智能运输系统概论11.2.3 智能化调度方法智能化调度方法站点站点ii+1i+2i+3i+4终点站终点站由于客流突然增加造成初始延误由于乘客过多造成的延误05101
27、52025303540间隔过大455055时间时间55实际延误图图11-5 11-5 由于某站点客流突然增加造成延误的公交车运行图由于某站点客流突然增加造成延误的公交车运行图智能运输系统概论第第1111章章 先进的公共交通系统先进的公共交通系统11.1概述概述11.2智能化调度系统智能化调度系统11.3公交信号优先系统公交信号优先系统11.4快速公交系统快速公交系统11.5小结小结智能运输系统概论11.3 公交信号优先系统公交信号优先系统公交信号优先系统公交信号优先系统贯穿于贯穿于公交车辆公交车辆、公交车辆调度公交车辆调度与管理系统与管理系统、交通管理与控制系统交通管理与控制系统，并与之有紧密
28、的，并与之有紧密的联系，通过在这几个模块之间进行联系，通过在这几个模块之间进行 信息交互信息交互，实现对，实现对公交车辆的公交车辆的优先优先信号控制。信号控制。这几个子系统在以下这几个子系统在以下组成元素组成元素之间实现之间实现信息通信信息通信和和交互交互：智能运输系统概论11.3.1 公交信号优先系统组成公交信号优先系统组成公交车辆检测系统公交车辆检测系统（busbus detectordetector systemsystem）：）：优先请求发生器（优先请求发生器（prioritypriority requestrequest generatorgenerator，简称简称PRGPRG）：
29、）：优先请求服务器优先请求服务器（prioritypriority requestrequest serverserver，简称，简称PRSPRS）：）：通信系统通信系统（communicationcommunication systemsystem）：）：交通信号控制器交通信号控制器（traffictraffic controllercontroller）：）：交通信号控制软件交通信号控制软件（traffictraffic softwaresoftware）：）：公交优先管理系统公交优先管理系统：智能运输系统概论11.3.2 公交信号优先控制策略公交信号优先控制策略信号优先策略信号优先策略是
30、指交通信号绿灯延长或比预定方案启是指交通信号绿灯延长或比预定方案启动提前，以便某些特定车辆迅速通过交叉口。动提前，以便某些特定车辆迅速通过交叉口。公共交通信号优先策略有其自己特定的内容。主要包公共交通信号优先策略有其自己特定的内容。主要包括括两个两个方面。方面。1 1）被动优先控制策略；）被动优先控制策略；2 2）主动优先控制策略）主动优先控制策略；智能运输系统概论11.3.2 公交信号优先控制策略公交信号优先控制策略1 1 被动优先控制策略被动优先控制策略被动优先控制策略被动优先控制策略的实施是根据公交线路公交车辆的的实施是根据公交线路公交车辆的发发车频率车频率、行车速度行车速度等历史数据设
31、计和协调路网内交叉口的等历史数据设计和协调路网内交叉口的信号配时，同时信号配时，同时降低降低交叉口信号周期长度以交叉口信号周期长度以 减少减少公交车辆公交车辆的的停车停车和和延误延误。主要包括以下。主要包括以下几几个方面：个方面：（1 1）网络化配时规划网络化配时规划（2 2）信号周期调整信号周期调整（3 3）增加相位时间增加相位时间（4 4）相位分割相位分割（5 5）限制转弯限制转弯智能运输系统概论11.3.2 公交信号优先控制策略公交信号优先控制策略2 2）主动优先控制策略）主动优先控制策略相对于相对于被动优先被动优先，主动优先控制策略具有，主动优先控制策略具有 更强更强的的适应性适应性。
32、主动优先控制策略一般有以下主动优先控制策略一般有以下几种几种控制形式：控制形式：（1 1）绿灯延长绿灯延长（2 2）绿灯提前绿灯提前/红灯早断红灯早断（3 3）相位插入相位插入（4 4）跳跃相位跳跃相位（5 5）相位倒转相位倒转（6 6）专用相位专用相位智能运输系统概论11.3.3 基于优先权重的公交信号优先算法研究基于优先权重的公交信号优先算法研究1 1）模型思想）模型思想由于公交车辆的单车载客量明显由于公交车辆的单车载客量明显大于大于社会车辆的单车社会车辆的单车载客量，为了载客量，为了满足满足交叉口各进口方向的交叉口各进口方向的 交通参与者交通参与者交通交通需求，在模型中根据需求，在模型中
33、根据 公交车辆公交车辆当前的运行状态在当前的运行状态在 信号配信号配1）模型思想时中时中为公交车辆赋予一定的为公交车辆赋予一定的 优先权重优先权重，以，以最小的最小的车辆延车辆延误增大代价获得误增大代价获得人均延误降低人均延误降低为目标对为目标对交叉口信号配时交叉口信号配时方案方案进行进行优化优化计算。计算。2 2）条件假设）条件假设利用先进的公交车辆信息检测系统，能够实时获取公利用先进的公交车辆信息检测系统，能够实时获取公智能运输系统概论11.3.3 基于优先权重的公交信号优先算法研究基于优先权重的公交信号优先算法研究交车辆的交车辆的运行状态信息运行状态信息、公交车辆路线信息公交车辆路线信息
34、、公交车辆乘公交车辆乘客数客数以及车辆的时刻表信息，在以及车辆的时刻表信息，在交口上游交口上游设置公交车辆检设置公交车辆检测器，以提前告知测器，以提前告知公交车辆的到达公交车辆的到达，公交站点位置设置在，公交站点位置设置在交叉口出口处交叉口出口处。3 3）模型构建）模型构建（1 1）实时公交权重分配）实时公交权重分配当检测到公交车辆当检测到公交车辆接近交叉口接近交叉口时，公交信息检测系统时，公交信息检测系统开始获取公交车辆的开始获取公交车辆的运行状态运行状态，并为每一辆到达并即将停，并为每一辆到达并即将停车等待的公交车分配一定的车等待的公交车分配一定的权重权重：智能运输系统概论11.3.3 基
35、于优先权重的公交信号优先算法研究基于优先权重的公交信号优先算法研究?i?pi?1?di?（11-1）?0?di?t?dith?i-i辆公交车的权重；di?di?（11-2）pi-ith辆公交车的乘客数；?di?-公交车辆运行状态对应的权重函数；?t?-t 时刻，公交车辆的权重补偿系数；di-ith辆公交车与公交车辆运行时刻表的偏离值；?-公交运行时刻偏离状态权重补偿临界值。智能运输系统概论11.3.3 基于优先权重的公交信号优先算法研究基于优先权重的公交信号优先算法研究（2 2）交叉口饱和度计算）交叉口饱和度计算在传统在传统的信号配时计算中，的信号配时计算中，交叉口绿灯时间交叉口绿灯时间 是按
36、是按相位相位流量比流量比进行分配的，这种方法可以确保各进口道方向具有进行分配的，这种方法可以确保各进口道方向具有相同的饱和度，但相同的饱和度，但不利于不利于公交车辆的通行。信号交叉口公公交车辆的通行。信号交叉口公交优先的交优先的最终目的最终目的是在于减少人的延误，为使系统的效益是在于减少人的延误，为使系统的效益得到优化，因此交叉口相位绿信比的确定应由得到优化，因此交叉口相位绿信比的确定应由乘客流量比乘客流量比和和机动车饱和度机动车饱和度来共同决定。来共同决定。q?pcar?(?i)jkcarjki?1ny?pjkSjk?pveh（11-3）智能运输系统概论11.3.3 基于优先权重的公交信号优
37、先算法研究基于优先权重的公交信号优先算法研究pyjk-j 相位k车道的乘客流量比；qcarjk-j 相位k车道车辆到达率；Sjk-j 相位k车道的饱和流量；pcar-社会车辆平均乘客数；pveh-车辆平均乘客数。则则以乘客流量比为主的交叉口饱和度则以乘客流量比为主的交叉口饱和度计算公式计算公式为：为：xp?maxyjp,ycjj?1j（11-4）（11-5）智能运输系统概论pyjp?maxyjp1,L,yjk11.3.3 基于优先权重的公交信号优先算法研究基于优先权重的公交信号优先算法研究xp-以乘客流量比为主的交叉口饱和度；以乘客流量比为主的交叉口饱和度；yjp-j-j相位关键车到乘客流量比
38、；相位关键车到乘客流量比；ycj-j-j相位关键车道车流量比。相位关键车道车流量比。（3 3）绿灯时间约束）绿灯时间约束按按乘客流量比乘客流量比计算出的绿灯时间可能出现绿灯信号时计算出的绿灯时间可能出现绿灯信号时间间过短过短或绿灯时间或绿灯时间过长过长的现象。过短或过长的信号绿灯的现象。过短或过长的信号绿灯时间都对整个交叉口的运行时间都对整个交叉口的运行 不利不利，绿灯时间，绿灯时间过短过短，不能不能保证车辆和行人安全通过交叉口保证车辆和行人安全通过交叉口；绿灯时间；绿灯时间过长过长，交通，交通参与者在红灯等待时参与者在红灯等待时 失去耐心失去耐心，出现，出现违章通行的违章通行的行为。行为。因
39、而必须对相位因而必须对相位 绿灯时间进行约束绿灯时间进行约束，以保证交叉口通行，以保证交叉口通行的的安全安全。智能运输系统概论11.3.3 基于优先权重的公交信号优先算法研究基于优先权重的公交信号优先算法研究红灯时间约束：红灯时间约束：rjd?ljd?njdqjd?lveh?(t)（11-6）rjd-j j 相位相位d d方向的允许最大红灯时间；方向的允许最大红灯时间；ljd-j j 相位相位d d方向的最大排队长度；方向的最大排队长度；njd-j j相位相位d d方向的车道数；方向的车道数；qjd-j j 相位相位d d方向的车辆到达率；方向的车辆到达率；lveh-车辆平均长度；车辆平均长度
40、；?(t)-高峰时间修正系数。高峰时间修正系数。绿灯时间约束：绿灯时间约束：智能运输系统概论11.3.3 基于优先权重的公交信号优先算法研究基于优先权重的公交信号优先算法研究gjd?7?Wjd?Y（11-7）?rgjd-j相位相位 d d方向的最短行人过街时间；方向的最短行人过街时间；Wjd-j j相位相位 d d方向的人行横道宽度；方向的人行横道宽度；?r-行人平均步速。行人平均步速。相位最短绿灯时间：相位最短绿灯时间：gminj?max C?rj,gj（11-8）（11-9）rj?min(rj1,L rjd)gj?max(gj1,L gjd)C -C -交叉口信号周期时长；交叉口信号周期时
41、长；（11-10）-j-j相位最长红灯时间；相位最长红灯时间；rjgj-j-j相位最短绿灯长度；相位最短绿灯长度；智能运输系统概论11.3.3 基于优先权重的公交信号优先算法研究基于优先权重的公交信号优先算法研究（4 4）周期时长优化）周期时长优化-公交优先公交优先信号控制必须满足优先相位获得的效益信号控制必须满足优先相位获得的效益不小于不小于非优先相位的非优先相位的效益效益，而延误是最为常用的衡量这一效益的，而延误是最为常用的衡量这一效益的指标，指标，同时考虑同时考虑公交车辆当前状态与公交时刻表的公交车辆当前状态与公交时刻表的偏移值偏移值，构造构造指标函数指标函数PIPI。?d?dveh?d
42、pdveh?Dveh/?vjj?1k?car?jdp?qij?pcar?(?i)ij?/?vji?1 j?1?k?1?j?1ij（11-11）（11-12）j（11-13）智能运输系统概论11.3.3 基于优先权重的公交信号优先算法研究基于优先权重的公交信号优先算法研究?d-交叉口车辆平均延误与人均延误差；交叉口车辆平均延误与人均延误差；dveh-交叉口车辆平均延误；交叉口车辆平均延误；dp-交叉口人均延误；交叉口人均延误；Dveh-交叉口总延误，采用交叉口总延误，采用 D.B.WbsterD.B.Wbster 延误计算类型；延误计算类型；vj-j-j相位交通流量；相位交通流量；max PI?
43、(t)?d?(t)?Tsche?C?C?Cminmax?mins.t?gj?gj?max(rj1,L rjd)?j?x?gj/C?0.9?j?1?（11-14）智能运输系统概论11.3.3 基于优先权重的公交信号优先算法研究基于优先权重的公交信号优先算法研究?(t)-车均延误与人均延误差指标权重；车均延误与人均延误差指标权重；?(t)-公交时刻表偏移值权重；公交时刻表偏移值权重；?Tsche-公交运行与时刻表偏移值；公交运行与时刻表偏移值；Cmax-D.B.Wbster-D.B.Wbster 周期计算公式的最小和最长信号周期长度。周期计算公式的最小和最长信号周期长度。Cmin，4 4）模型验证
44、）模型验证假定公交车辆的平均乘客数为假定公交车辆的平均乘客数为 3030人，小轿车的平均载人，小轿车的平均载客数为客数为1.51.5人，交叉口车辆的平均载客数为人，交叉口车辆的平均载客数为 2 2人，对一个由人，对一个由主干道和次干道相交的十字型交叉口为例进行模拟验证，主干道和次干道相交的十字型交叉口为例进行模拟验证，交叉口采用两相位信号控制形式，右转车辆不受限制，黄交叉口采用两相位信号控制形式，右转车辆不受限制，黄灯为灯为3s3s，交叉口清除时间，即全红时间为，交叉口清除时间，即全红时间为 2s2s，信号总损失，信号总损失时间为时间为10s10s，车辆停车时平均占用车道长度，车辆停车时平均占
45、用车道长度 6m6m。交叉口各。交叉口各向流量及车道数如表向流量及车道数如表11-111-1。智能运输系统概论11.3.3 基于优先权重的公交信号优先算法研究基于优先权重的公交信号优先算法研究采用采用MATLAB MATLAB 7 7对基于对基于优先权重优先权重的公交信号优先算法进的公交信号优先算法进行优化求解，固定配时方案采用行优化求解，固定配时方案采用WebsterWebster信号配时信号配时计算公计算公式进行计算求解。配时方案验证对比结果见式进行计算求解。配时方案验证对比结果见表表11-211-2。表表11-1 11-1 模拟交叉口的交通特性模拟交叉口的交通特性相位相位社会车辆到达率（
46、社会车辆到达率（PCU/H）公交车辆到达率（辆公交车辆到达率（辆/小时）小时）饱和流量（饱和流量（PCU/H）进口车道数进口车道数流量比流量比乘客流量比乘客流量比允许最大排队长度（允许最大排队长度（m）第一相位第一相位80020150030.530.60250第二相位第二相位2506120020.210.23150智能运输系统概论11.3.3 基于优先权重的公交信号优先算法研究基于优先权重的公交信号优先算法研究表表11-2 两种配配时方法方法优化效果比化效果比较周期周期（s）绿灯时长（绿灯时长（s）第一相第一相位位5832第二相第二相位位2216车均延车均延误（误（s）人均延人均延误（误（s）
47、配时方法配时方法Webster算算法法优先权重算优先权重算法法80482815.724.712.3主要原因主要原因是由于是由于允许允许排队长度的限制，信号周期缩短排队长度的限制，信号周期缩短可以减少公交车辆在信号控制计算结果表明，基于可以减少公交车辆在信号控制计算结果表明，基于 优先优先权重权重的优先算法所得的信号配时周期时的优先算法所得的信号配时周期时 长远小于长远小于固定配固定配时方案，交叉口的时方案，交叉口的 红灯等待时间红灯等待时间，同时增加公交车辆在，同时增加公交车辆在绿灯相位绿灯相位通过交叉口的概率。通过交叉口的概率。智能运输系统概论11.4 快速公交系统快速公交系统快速公交系统快
48、速公交系统（BusBus RapidRapid TransitTransit，简称，简称BRTBRT）是一是一种种介于介于快速轨道交通快速轨道交通（RapidRapid RailRail TransitTransit，简称，简称RRTRRT）与常规公交与常规公交（NormalNormal BusBus TransitTransit，简称，简称NBTNBT）之间的之间的新新型公共客运系统型公共客运系统，其投资及运营成本比轨道交通低其投资及运营成本比轨道交通低，而运，而运营效果接近于营效果接近于轨道交通轨道交通。它是利用。它是利用现代化公交技术现代化公交技术配合智配合智能运输和运营管理，能运输和运
49、营管理，开辟公交专用道开辟公交专用道和建造新式公交车站，和建造新式公交车站，实现轨道交通式实现轨道交通式运营服务运营服务，达到轻轨服务水准的一种，达到轻轨服务水准的一种独特独特的的城市客运系统城市客运系统。智能运输系统概论第第1111章章 先进的公共交通系统先进的公共交通系统11.1概述概述11.2智能化调度系统智能化调度系统智能化调度系统11.3公交信号优先系统公交信号优先系统11.4快速公交系统快速公交系统11.5小结小结智能运输系统概论11.4.1 BRT的优势的优势快速公交快速公交城主要有以下几个方面的优势：城主要有以下几个方面的优势：（1 1）快速快速接近于轨道交通接近于轨道交通（2
50、 2）高容高容与轨道交通相近与轨道交通相近（3 3）舒适舒适与轨道交通相似与轨道交通相似（4 4）节省节省远胜于轨道交通远胜于轨道交通智能运输系统概论11.4.2 BRT系统结构系统结构完整的完整的BRTBRT系统系统应当由应当由四部分四部分元素组成，包括元素组成，包括专用车道专用车道、专用车辆专用车辆、专用车站专用车站和和智能信息系统智能信息系统。这四部分元素相互。这四部分元素相互独立，同时又相互联系，有机地组合在一起，才能发挥出独立，同时又相互联系，有机地组合在一起，才能发挥出BRTBRT的最佳效益。的最佳效益。（1 1）专用车道）专用车道专用的公交车道是确保专用的公交车道是确保BRTBR
