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      3. 無錫公交信號優先控制系統應用現狀

        2021-08-18 11:42:28 來源:中國智能交通協會 評論:
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        本文為江蘇航天大為科技股份有限公司徐慶演講整理

        一、背景
          隨著無錫城市經濟的飛速發展,機動車保有量急劇上升,交通需求迅速膨脹,而道路交通基礎設施建設相對滯后,使得交通擁擠成為嚴重影響城市居民生活的問題之一,在城市道路上實施公交優先通行措施是城市交通管理的主要手段之一。公交優先的目的是通過減少公交車輛在路口紅綠燈的延誤,提高其行駛速度和運輸效率,從而提高公交的吸引力,公交車輛延誤主要由路段延誤和交叉口延誤構成,根據理論計算和調查分析,交叉口的延誤所占比例遠遠大于路段。因此若能有效的減少交叉口的延誤,即能降低公交車輛營運中的延誤,提高其運輸效率,真正實現公交優先。
          交叉口公交優先方案,通常均采用“路權優先、信號優先”兩類措施來實現,如果不在道路交叉路口信號控制策略中體現公交優先,即使有公交專用道路,公交車營運節省的時間也十分有限,因此研究有公交專用道條件下交通信號控制中的公交優先策略顯得十分重要。本項目針對已經設置了公交車專用道,在路權優先上已經具備了其基本條件,研究燈控路口交通信號優先。
          2018年9月,無錫市政府專門傳達了無錫市政府辦公室關于轉發市公安局無錫市公交專用車道通行規定的通知,對無錫的公交專用道設置和規范使用做了專門的規定。2019年11月,公交信號優先項目全面鋪開。
          二、系統內容
         ?。?)RFID技術簡介
          RFID是Radio Frequency Identification的縮寫,即射頻識別卡,也被稱為感應卡、電子標簽、電子條碼等。它通過射頻信號自動識別目標對象并獲取相關數據,可工作于各種惡劣環境。
          “物聯網”是通過互聯網把現實世界中的萬“物”聯系起來的物物相連的網絡,“物”的感知和信息獲取是建立“物聯網”的關鍵技術,由于RFID能實現無線、自動、可靠、自動吸收能源工作等特點,RFID已被全世界公認為的“物”的感知的最佳技術選擇,并已在零售、物流、交通和安防等領域得到廣泛的應用驗證。
          無錫市在我國的物聯網發展戰略中具有非常重要的地位,是國家“感知信息中心”和國家“傳感網建設示范基地”,積極推動基于RFID公交優先系統的建設,既可助推我市的公交優先戰略的實施,又可帶動我市在RFID及物聯網相關產業的研究開發和產業化水平。
          本項目采用有源RFID卡作為公交車輛感知的是“身份卡”, 采用2.4G/5.8G有源電子標簽, 安裝在每輛公交車輛前方車頂,識別距離2—300米可調,車速100 公里/小時以內,能夠滿足識別率、識別距離、車輛ID識別、最大車速等各種指標的要求:
          · 識別率:對公交車輛的識別率大于95%
          · 識別距離:在2-300米范圍內連續可調。
          · 車輛ID識別:能同時對多個車輛的ID進行識別
          · 最大車速:能識別車速不低于100公里/小時的車輛。
          如下產品圖1:

        image.png 

        圖1、RFID卡及讀卡器

         

        (2)RFID技術與其他車輛定位技術的比較分析
          根據交通調查分析,路口的停車延誤是公交優先車輛的行程時間最為重要的影響因素之一。如果從路口通行時間資源合理分配的角度考慮,為保障公交車輛的快速通行,在公交優先的規劃和設計階段,應當充分考慮交通信號控制系統所起到的影響作用,設立公交車專用車道是實現對公交優先車輛的“空間優先”,而通過為公交優先車輛提供優先信號控制,則是實現對公交車輛的“時間優先”,使公交優先車輛通過道路交叉路口時享有更大的通行權,以提高公交專用道的效率。

        為了感知公交車在道路上和交叉路口的行駛情況, 實現公交優先信號控制策略,通過對基于感應線圈的檢測、基于光學的檢測、基于聲波的檢測、基于射頻(RFID)的檢測、基于視頻的檢測和基于全球定位系統(GPS)的車輛檢測,對比如下表1:

        表1:不同車輛感知方式對比表

        image.png 

        在眾多的檢測方法中,基于射頻(RFID)的車輛檢測技術最為成熟、應用最為廣泛。RFID智能公交優先系統解決方案及其設計理念,將人們的日常生活與電子化、智能化、信息化相結合,以實現社會的高科技人性化發展,同時也與國際上的ITS(智能交通)、BRT(快速公交系統)、E-bus(電子公交)等先進理念不謀而合。
         ?。?)系統組成與結構
          車載單元:射頻卡(RFID標簽);采用2.4G/5.8G有源電子標簽, 安裝在每輛公交車輛前方車頂,識別距離2—300米可調,車速200 公里/小時以內。
          路邊單元:讀卡器的定向天線是室外板狀定向天線,具有增益高、前后輻射比大、三維尺寸小、結構緊湊等優點;
          信號控制機:交通信號控制機(內置嵌入式優先處理模塊)識別出將要通過路口的公交車后,根據一定信號優先策略,切換路口信號相位優先放行公交車輛。
          通信設備:可選以太網方式進行定位信息的傳輸,也可以選用無線形式,如GPRS、CDMA和WLAN等。
          公交調度通信服務器:調度系統對車輛進行實時監控,獲取車輛的準點狀況、調度狀況以及滿載情況,可以為信號優先的決策提供更為豐富的數據支持;
          中心信號控制系統:交通信號控制中心軟件系統,實現對交通信號機公交優先策略的配置和控制。

        系統結構圖如下圖2:

        image.png 

        圖2、公交信號優先控制系統組成與結構圖

        (4)系統優先控制基本原理與算法
          公交信號優先系統是通過安裝在公交車上的“身份卡”和安裝在路口的檢測系統實現的。一旦公交車進入50至100米的檢測區域內,檢測設備就會將收到的“信號”,通過無線傳送給路口信號燈的控制器,不到一秒,控制器就會選擇出合適的優先放行辦法。舉例,如果公交車還有10秒才能到達路口,可只有5秒就要變成紅燈,控制器會通過延長綠燈時間的辦法來使公交車優先通過。但如果公交車到達路口正好是紅燈,則壓縮相交方向的綠燈時間。
          如下公交信號優先系統示意圖3:

         image.png

        圖3、公交信號優先系統示意圖

        RFID有源標簽設置在公交車輛上,RFID閱讀器設置在路口。當公交車輛接近路口時,有源標簽射頻裝置向路邊的RFID閱讀器發送公交車輛相關信息,包括:公交車輛的ID編號,出行線路、優先級別、出行方向、時間等。RFID閱讀器經過識別、校驗后將該信息傳送給路口的信號優先申請接入設備。經過申請接入設備處理后,一方面通過2M寬帶傳輸至信號管理平臺的公交信號優先模塊,由平臺進行統計分析工作,另一方面,通過I/O接口將相關的信號優先申請傳輸至路口的信號控制器,再由信號控制器控制路口信號燈執行響應的公交優先動作。
         ?。?)軟件及模型
          算法
          公交車輛安裝無線發射器,發射車輛信息(公交線路號、車牌號、優先級等),每個方向安裝(1~2個)接收器,再通過有線把信息發送給信號機,信號機根據線路判斷車輛左直右行駛,根據各個方向排隊情況控制相位延長或其它相位縮短。
          信號機增加參數設置以及通信
          參數:公交優先時段,公交線路、及優先級、行駛方向,延長相位加權優先級(當前相位、下一相位),縮短相位加權優先級(當前相位、下一相位)。
          通信:參數讀取,通信板連接,讀卡器連接,車輛通過信息,實時優化信息(相位長增加、減少,相位優先級)。模擬測試效果見圖4。

        image.png 

        圖4模擬測試效果

        控制參數
          不同公交流量控制參數如圖5所示

        image.png 

        圖5公交流量控制參數圖

        時段公交優先相位減少、增加最大比例如圖6所示。

        image.png 

        圖6時段公交優先相位減少、增加最大比例

          實時通過車輛見圖7

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        圖7實時通過車輛

        實時公交優先控制
          相位1有公交增加6秒時間
          相位2、4減少3秒時間
          相位3減少4秒時間

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        圖8實時公交優先控制

        相位1有公交

        image.png 

        圖9 相位圖

         

        三、實施效果
          于2019年3月開始在我市多個交叉路口進行了六個月的實地公交車輛試點,裝備了多條線路共計65輛公交車,通過公交車實地運行,比對實施前和實施后的測試數據。測試結果如下(優先控制幅度:對公交車通行方向的信號燈進行20%以內的限制調整,對其他方向進行15%以內的限制調整):
          1、公交車通過路口的平均時間:平峰時段從原來的34.4秒降為30秒,晚高峰期間從原來的52.3秒降為39.7秒;
          2、全天有公交車時段,全路段運行平均時間開通前為6分31秒,開通后為6分09秒,提高了22秒,路程平均行駛時間有5%左右的提高;
          3、晚高峰時段,全路段運行平均時間開通前為7分58秒,開通后為6分50秒,提高了68秒,路程平均行駛時間有15%左右的提高;
          通過路口公交信號優先項目的研發和現場測試,路口公交信號優先確實可以提高無錫市公共交通運營部門的運營效率和服務水平,提高公交對公共交通的滿意度,從而吸引更多的人選擇公交出行方式,有益于我市交通秩序的改善、降低能源的消耗和環境質量的提高。

      4. 關鍵字: 信號控制
      5.    責任編輯:zhuoqun
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