BRT車輛交通信號優(yōu)先控制方案

　　1. BRT公交優(yōu)先控制原理

　　圖 1 BRT公交信號優(yōu)先控制原理圖

　　2. BRT 信號優(yōu)先控制系統(tǒng)

　　快速公交系統(tǒng)(Bus Rapid Transit)簡稱 BRT，是一種介于快速軌道交通(Rapid Rail Transit，簡稱 RRT)與常規(guī)公交(Normal Bus Transit，簡稱 NBT)之間的新型公共客運(yùn)系統(tǒng)，是一種大運(yùn)量交通方式，通常也被人稱作“地面上的地鐵系統(tǒng)”。它是利用現(xiàn)代化公交技術(shù)配合智能交通和運(yùn)營管理，開辟公交專用道路和建造新式公交車站，實(shí)現(xiàn)軌道交通運(yùn)營服務(wù)，達(dá)到輕軌服務(wù)水準(zhǔn)的一種獨(dú)特的城市客運(yùn)系統(tǒng)。

　　公交車輛定位與信號優(yōu)先是 BRT 系統(tǒng)的關(guān)鍵部分。BRT 信號控制系統(tǒng)由公交車檢測模塊、車流量檢測模塊、通訊模塊、信號控制機(jī)處理模塊及信號燈輸出模塊等組成。BRT 信號控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖 2 所示。

　　圖 2 BRT 公交優(yōu)先控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

　　3.公交車檢測模塊

　　本方案采用 RFID(射頻)檢測系統(tǒng)進(jìn)行公交車輛的檢測和定位。RFID 車輛檢測器安裝在交叉口附近，檢測公交車輛。當(dāng)公交車輛接近道路交叉口時，安裝在路側(cè)的 RFID 讀寫器將讀取電子標(biāo)簽信息，識別公交車輛，同時將公交車輛抵達(dá)道路交叉口的信號和時間信息傳至信號控制器，信號控制器根據(jù)到達(dá)交叉口的公交車輛數(shù)，綜合考慮社會車輛的排隊(duì)、其他車道的飽和度等信息，判斷信號燈配時，對當(dāng)前放行相位的綠燈時間進(jìn)行延長或者早斷，從而實(shí)現(xiàn)公交車輛在交叉口的信號優(yōu)先，同時也兼顧了社會車輛。

　　RFID 公交車輛檢測器通常由車載電子標(biāo)簽(也叫車載移動單元)和路側(cè)讀寫器(也叫固定單元)組成。電子標(biāo)簽由天線和 RFID 芯片組成，每個芯片都含有唯一的識別碼，用來表示電子標(biāo)簽所附著的公交車輛。讀寫器用來讀寫電子標(biāo)簽中的信息，讀寫器通過網(wǎng)絡(luò)和其他計(jì)算機(jī)或系統(tǒng)通訊，完成對電子標(biāo)簽的信息獲取以及數(shù)據(jù)管理。通過交叉口附近的路側(cè)讀寫器，實(shí)現(xiàn)了對公交車輛的區(qū)分和檢測，于是信號控制器就可以在此基礎(chǔ)上進(jìn)行公交優(yōu)先的智能控制。

　　BRT 交通信號優(yōu)先控制方案，在 BRT 公交車上安裝有源的電子標(biāo)簽，標(biāo)簽貼放在車輛外部車頭擋風(fēng)玻璃的右上角位置，設(shè)備放在車頭的頂部。讀寫器需要從信號機(jī)取電，讀寫器通過信號線實(shí)現(xiàn)與路口信號機(jī)的通信。識別裝置的安裝位置依據(jù)通行方向上交叉口最大能延長的綠燈時間長度來確定，且一經(jīng)確定，識別裝置的位置就很難再修改，一般應(yīng)用于交通流量比較穩(wěn)定的交通干線上。讀寫器的施工不用破路面，但從讀寫器安裝位置到路口路需要在綠化帶上施工。到路口后，借助路口信號燈的管線實(shí)現(xiàn)讀寫器與信號機(jī)的相連。

　　表 1 讀寫器的安裝規(guī)范

　　適用于快速公交 RFID 技術(shù)的 RFID 的電子標(biāo)簽頻率可以為 968MHZ、2.45GHZ 和 5.8GHZ，對于公交企業(yè)而言，目前采用 2.4GHZ 的有源 RFID 是最佳選擇。

　　表 2 電子標(biāo)簽的安裝規(guī)范

　　主要功能

　　檢測公交車輛的達(dá)到信息。包括公交車輛到達(dá)時間、方向等信息。檢測交叉口的公交車輛的數(shù)目。每個電子標(biāo)簽具有唯一的編碼，標(biāo)簽采用“主動式”發(fā)送信息，處于一直發(fā)送狀態(tài)。讀寫器讀到的電子標(biāo)簽信息存儲在緩沖區(qū)內(nèi)，通過“主動式”或者“被動式”將信息上傳給 PC 機(jī)或者控制器?？梢院?GPRS 配合使用，對公交車輛進(jìn)行實(shí)時定位，方便公交車輛的監(jiān)測和調(diào)度。

　　5、主要技術(shù)參數(shù)

　　讀寫器

　　工作頻率：2.4GHz-2.5GHz;

　　工作方式：與 PC 機(jī)、控制器的通信采用的是被動式;

　　通訊接口：RS232、RS485、韋根 26/34/66;

　　水平面波瓣寬度：75°

　　垂直面波瓣寬度：55°

　　RS485、RS232 通訊速率可以設(shè)置(9600、14400、19200、28800、38400、57600(建議使用)、115200);

　　具有多標(biāo)簽識別功能：采用了防沖撞技術(shù)，標(biāo)簽的識別間隔時間是可以

　　根據(jù)需要調(diào)整的;

　　增益：0~31dBi 可調(diào);

　　讀取距離：讀寫器的自身讀取距離與增益成正相關(guān)性，增益增大，對應(yīng)的讀取距離也增大，總的讀取距離是讀寫器的讀取距離與電子標(biāo)簽的識別距離之和。

　　內(nèi)部采用多緩存技術(shù)(可以同時讀取 512 個標(biāo)簽的緩沖能力);

　　讀取標(biāo)簽類型：符合特定的標(biāo)簽通訊協(xié)議;

　　外形尺寸：320mm×200mm×100mm ;

　　3 個指示燈：(電源燈：只要接通電源常亮;工作正常燈：每隔 1 秒閃爍 1 次;標(biāo)簽指示：讀到標(biāo)簽發(fā)亮);

　　重量：2.5kg;

　　電子標(biāo)簽

　　工作頻率：2.4GHz-2.5GHz;

　　工作方式：主動式;

　　發(fā)射功率：小于 1mW;

　　讀取方式：只讀性;

　　讀取距離：0-100 米;0-50 米;0-25 米; 0-10 米;

　　防水性：具有防水性;

　　工作年限：5 年;

　　靜態(tài)工作電流：<10uA;

　　最大工作電流：<15mA;

　　工作電壓：3V;

　　沖撞能力：具有很強(qiáng)的防沖撞能力，能夠同時讀取卡的數(shù)量>200 張;

　　尺寸：54mm×86mm×4.5mm

　　4、車流量檢測模塊

　　為檢測車流量和車輛占有線圈時間等數(shù)據(jù)，需在路口埋設(shè)檢測器，使用杰瑞集中協(xié)調(diào)式信號控制機(jī)進(jìn)行流量檢測與分析。BRT集中協(xié)調(diào)式信號控制機(jī)默認(rèn)配置一個車輛檢測模塊，用于北、南、西、東四個方向的車流量檢測。檢測模塊可用于與其它任何以干觸點(diǎn)或OC晶體管作為輸出的車輛檢測器接口，也可與杰瑞提供的檢測器直接通過網(wǎng)線聯(lián)接接口。檢測模塊在信號機(jī)4U控制插箱中的位置檢測器布設(shè)位置為距離停車線 1—60 米左右。

　　4.1、主要功能

　　交通信息采集、處理功能：交通信息采集是檢測器的基本功能，檢測器通過檢測線圈感應(yīng)量的變化判斷車輛的有無，然后 CPU 對數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算后得出車流量、平均速度、時間占有率、平均車長、平均車間距等交通數(shù)據(jù)。檢測器的靈敏度可人工設(shè)置。數(shù)據(jù)存儲功能:檢測器可存儲計(jì)算后得到的數(shù)據(jù)。如果通信中斷，一旦恢復(fù)，可由通信端口上傳歷史數(shù)據(jù)到便攜電腦或控制中心，保持?jǐn)?shù)據(jù)完整。故障檢測功能:檢測器具備對線圈斷路和短路故障的檢測。在發(fā)現(xiàn)故障時，檢測器能上傳故障信息。所存儲的信息能在檢測器或與檢測器相連的外部設(shè)備(該設(shè)備可檢索并顯示儲存信息)上顯示、查閱。以代碼或文

　　本形式記錄下故障類型與細(xì)節(jié) L;故障發(fā)生的時間與日期、故障清除的時間與日期可以通過維護(hù)工具和中心系統(tǒng)查詢。

　　5、公交信號優(yōu)先計(jì)算模塊

　　BRT公交信號優(yōu)先計(jì)算模塊是 BRT 信號優(yōu)先控制算法的實(shí)現(xiàn)部分。包括預(yù)處理模塊和智能決策模塊。該模塊的輸入信息為公交車 FRID 檢測器和車道線圈檢測器提供的車輛信息，輸出是信號優(yōu)先控制決策：是否調(diào)整(相位跳躍、提前結(jié)束或延長等)當(dāng)前相位時間及調(diào)整幅度。

　　信號機(jī)公交優(yōu)先控制模塊

　　智能決策模塊的功能是：基于預(yù)處理模塊的輸出，通過交通需求強(qiáng)度模糊推理技術(shù)，結(jié)合BRT公交優(yōu)先控制策略，計(jì)算綠燈時間是否調(diào)整(提前、延時或相位跳躍)，并決定調(diào)整值。

　　智能決策模塊

　　交通需求強(qiáng)度模糊控制器的功能是完成交通狀況的模糊判斷推理過程，即根據(jù)檢測到的交通流參數(shù)，來確定各個相位或各個車道所對應(yīng)的交通需求強(qiáng)度，進(jìn)而完成一個模糊分類器的功能。綠燈調(diào)整模糊推理系統(tǒng)的任務(wù)是比較當(dāng)前綠燈通行相位和下一候選通行相位，給出一個綠燈調(diào)整(延時/提前/相位跳躍等)決策和調(diào)整時間。

　　BRT公交優(yōu)先信號控制策略

　　綠燈時間延長策略

　　該策略通過延長優(yōu)先相位的綠燈時間來實(shí)現(xiàn)公交優(yōu)先。當(dāng)公交車輛到達(dá)交叉口(指的是到達(dá)車輛檢測器并且被檢測到)、但是該相位仍為綠燈信號且剩余的綠燈時間不足以讓公交車輛通過交叉口時，為使優(yōu)先公交車輛不停車等待而通過交叉口，就需要延長本相位的綠燈時間。

　　綠燈時間提前策略

　　即縮短車輛等待綠燈信號的紅燈時間。當(dāng)公交車輛到達(dá)交叉口時，公交車輛通行方向所在的相位處于紅燈狀態(tài)，這時通過縮短交叉口當(dāng)前相位的綠燈執(zhí)行時間，使公交車輛到達(dá)交叉口時，可以以綠燈信號順利通過交叉口。在這種控制策略下，在周期長度不變的情況下，可以在后續(xù)執(zhí)行相位相序方案中對前一相位進(jìn)行綠燈補(bǔ)償。

　　相位跳躍策略

　　即忽略某一相位的綠燈信號。當(dāng)公交車輛到達(dá)交叉口時，公交車輛通行方向的為紅燈信號，且交叉口當(dāng)前相位的執(zhí)行綠燈時間即將結(jié)束，而下一個執(zhí)行相位仍不是公交車輛通行方向的相位，只有等到該相位執(zhí)行完畢后，才能允許公交車輛通過。由于交叉口下一個執(zhí)行相位等待通行的社會車輛較少，在權(quán)衡效益的基礎(chǔ)上，跳過該下一個執(zhí)行相位，直接執(zhí)行公交車輛通行方向的相位綠燈，從而使公交車輛以綠燈信號順利通過交叉口。