BRT交通信號(hào)優(yōu)先控制方案

　　1.參考依據(jù)

　　本方案參考了以下規(guī)范：

　　GAT 527-2005 城市道路交通信號(hào)控制方式適用規(guī)范

　　GAT 509-2004 城市交通信號(hào)控制系統(tǒng)術(shù)語(yǔ)

　　交通信號(hào)控制指南——德國(guó)現(xiàn)行規(guī)范

　　GB 25280-2010 道路交通信號(hào)控制機(jī)

　　信號(hào)控制機(jī)說(shuō)明書(shū)

　　2.公交優(yōu)先控制原理

　　圖 1 公交信號(hào)優(yōu)先控制原理圖

　　3.BRT信號(hào)優(yōu)先控制系統(tǒng)方案

　　快速公交系統(tǒng)(Bus Rapid Transit)簡(jiǎn)稱BRT，是一種介于快速軌道交通(Rapid Rail Transit，簡(jiǎn)稱RRT)與常規(guī)公交(Normal Bus Transit，簡(jiǎn)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(yíng)管理，開(kāi)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(yíng)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(hào)優(yōu)先是BRT系統(tǒng)的關(guān)鍵部分。BRT信號(hào)控制系統(tǒng)由公交車檢測(cè)模塊、車流量檢測(cè)模塊、通訊模塊、信號(hào)控制機(jī)處理模塊及信號(hào)燈輸出模塊等組成。BRT信號(hào)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

　　公交車檢測(cè)模塊

　　本方案采用RFID(射頻)檢測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行公交車輛的檢測(cè)和定位。RFID車輛檢測(cè)器安裝在交叉口附近，檢測(cè)公交車輛。當(dāng)公交車輛接近道路交叉口時(shí)，安裝在路側(cè)的RFID 讀寫(xiě)器將讀取電子標(biāo)簽信息，識(shí)別公交車輛，同時(shí)將公交車輛抵達(dá)道路交叉口的信號(hào)和時(shí)間信息傳至信號(hào)控制器，信號(hào)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(huì)車輛的排隊(duì)、其他車道的飽和度等信息，判斷信號(hào)燈配時(shí)，對(duì)當(dāng)前放行相位的綠燈時(shí)間進(jìn)行延長(zhǎng)或者早斷，從而實(shí)現(xiàn)公交車輛在交叉口的信號(hào)優(yōu)先，同時(shí)也兼顧了社會(huì)車輛。

　　RFID公交車輛檢測(cè)器通常由車載電子標(biāo)簽(也叫車載移動(dòng)單元)和路側(cè)讀寫(xiě)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(gè)芯片都含有唯一的識(shí)別碼，用來(lái)表示電子標(biāo)簽所附著的公交車輛。讀寫(xiě)器用來(lái)讀寫(xiě)電子標(biāo)簽中的信息，讀寫(xiě)器通過(guò)網(wǎng)絡(luò)和其他計(jì)算機(jī)或系統(tǒng)通訊，完成對(duì)電子標(biāo)簽的信息獲取以及數(shù)據(jù)管理。通過(guò)交叉口附近的路側(cè)讀寫(xiě)器，實(shí)現(xiàn)了對(duì)公交車輛的區(qū)分和檢測(cè)，于是信號(hào)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。

　　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(xiě)器需要從信號(hào)機(jī)取電，讀寫(xiě)器通過(guò)信號(hào)線實(shí)現(xiàn)與路口信號(hào)機(jī)的通信。識(shí)別裝置的安裝位置依據(jù)通行方向上交叉口最大能延長(zhǎng)的綠燈時(shí)間長(zhǎng)度來(lái)確定，且一經(jīng)確定，識(shí)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(xiě)器的施工不用破路面，但從讀寫(xiě)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(hào)燈的管線實(shí)現(xiàn)讀寫(xiě)器與信號(hào)機(jī)的相連。

　　表 1讀寫(xiě)器的安裝規(guī)范

　　表 2電子標(biāo)簽的安裝規(guī)范

　　3.1.1主要功能

　　檢測(cè)公交車輛的達(dá)到信息。包括公交車輛到達(dá)時(shí)間、方向等信息。

　　檢測(cè)交叉口的公交車輛的數(shù)目。每個(gè)電子標(biāo)簽具有唯一的編碼，標(biāo)簽采用“主動(dòng)式”發(fā)送信息，處于一直發(fā)送狀態(tài)。

　　讀寫(xiě)器讀到的電子標(biāo)簽信息存儲(chǔ)在緩沖區(qū)內(nèi)，通過(guò)“主動(dòng)式”或者“被動(dòng)式”將信息上傳給PC機(jī)或者控制器。

　　可以和GPRS配合使用，對(duì)公交車輛進(jìn)行實(shí)時(shí)定位，方便公交車輛的監(jiān)測(cè)和調(diào)度。

　　3.1.2主要技術(shù)參數(shù)

　　讀寫(xiě)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(dòng)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(shí)別功能：采用了防沖撞技術(shù)，標(biāo)簽的識(shí)別間隔時(shí)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(xiě)器的自身讀取距離與增益成正相關(guān)性，增益增大，對(duì)應(yīng)的讀取距離也增大，總的讀取距離是讀寫(xiě)器的讀取距離與電子標(biāo)簽的識(shí)別距離之和。

　　內(nèi)部采用多緩存技術(shù)(可以同時(shí)讀取512個(gè)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(gè)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(dòng)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(shí)讀取卡的數(shù)量>200張;

　　尺寸：54mm×86mm×4.5mm

　　車流量檢測(cè)模塊

　　為檢測(cè)車流量和車輛占有線圈時(shí)間等數(shù)據(jù)，需在路口埋設(shè)檢測(cè)器，使用仁微集中協(xié)調(diào)式信號(hào)控制機(jī)進(jìn)行流量檢測(cè)與分析。仁微集中協(xié)調(diào)式信號(hào)控制機(jī)默認(rèn)配置一個(gè)車輛檢測(cè)模塊，用于北、南、西、東四個(gè)方向的車流量檢測(cè)。檢測(cè)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(cè)器接口，也可與仁微提供的檢測(cè)器直接通過(guò)網(wǎng)線聯(lián)接接口。

　　圖3 檢測(cè)模塊在信號(hào)機(jī)4U控制插箱中的位置

　　檢測(cè)器布設(shè)位置為距離停車線1—60米左右，如圖4所示。

　　圖4 交叉口檢測(cè)布設(shè)圖

　　線圈檢測(cè)器與信號(hào)控制機(jī)配套使用，不需要第三方設(shè)備或軟件轉(zhuǎn)換。

　　3.2.1主要功能

　　交通信息采集、處理功能：交通信息采集是檢測(cè)器的基本功能，檢測(cè)器通過(guò)檢測(cè)線圈感應(yīng)量的變化判斷車輛的有無(wú)，然后CPU對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算后得出車流量、平均速度、時(shí)間占有率、平均車長(zhǎng)、平均車間距等交通數(shù)據(jù)。檢測(cè)器的靈敏度可人工設(shè)置。

　　數(shù)據(jù)存儲(chǔ)功能:檢測(cè)器可存儲(chǔ)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(cè)功能:檢測(cè)器具備對(duì)線圈斷路和短路故障的檢測(cè)。在發(fā)現(xiàn)故障時(shí)，檢測(cè)器能上傳故障信息。所存儲(chǔ)的信息能在檢測(cè)器或與檢測(cè)器相連的外部設(shè)備(該設(shè)備可檢索并顯示儲(chǔ)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(shí)間與日期、故障清除的時(shí)間與日期可以通過(guò)維護(hù)工具和中心系統(tǒng)查詢。

　　3.2.2主要技術(shù)參數(shù)

　　環(huán)境漂移自動(dòng)補(bǔ)償，可自動(dòng)跟蹤環(huán)境變化，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)平衡

　　抗干擾能力強(qiáng)，可在強(qiáng)電場(chǎng)環(huán)境下工作

　　具有8級(jí)靈敏度調(diào)節(jié)，車輛可靠檢測(cè)靈敏度0.1%至0.9% (門(mén)限/基值)

　　自動(dòng)靈敏度提升，并且能自動(dòng)跟蹤傳感器工作環(huán)境緩變，能自動(dòng)適應(yīng)傳感器硬件條件突變及傳感器工作環(huán)境突變

　　能避免線圈間干擾

　　線圈感應(yīng)指示燈、通訊指示燈

　　具有完整的自檢功能，清晰地指示故障現(xiàn)象，一旦故障消失，自動(dòng)恢復(fù)工作

　　檢測(cè)多車道車輛，最大32車道

　　檢測(cè)器具有加電自動(dòng)復(fù)位和人工復(fù)位兩種功能

　　硬件看門(mén)狗，保證長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定工作

　　檢測(cè)響應(yīng)時(shí)間為15ms ，電感自協(xié)調(diào)范圍50uH~1000uH，從而使得饋線長(zhǎng)度范圍為5m~500m

　　全天候室外工作，能夠長(zhǎng)期承受惡劣環(huán)境條件，車輛誤檢率<±2%;占有率檢測(cè)精度：≥95%;測(cè)速范圍 0～150km，車速檢測(cè)誤差≤5%(20～120km/h);

　　MTBF：50000小時(shí)

　　輸入電壓：DC 5V ±10 %

　　輸入功率：1 W

　　輸入電流：0.2 A

　　工作溫度：-20 ~ +70 ℃

　　貯存溫度：-40 ~ +85 ℃

　　相對(duì)濕度：< 95 %無(wú)冷凝

　　外形尺寸：L*W*H 200×110×45(mm)

　　公交信號(hào)優(yōu)先計(jì)算模塊

　　公交信號(hào)優(yōu)先計(jì)算模塊是BRT信號(hào)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(cè)器和車道線圈檢測(cè)器提供的車輛信息，輸出是信號(hào)優(yōu)先控制決策：是否調(diào)整(相位跳躍、提前結(jié)束或延長(zhǎng)等)當(dāng)前相位時(shí)間及調(diào)整幅度。

　　圖 5信號(hào)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(guò)交通需求強(qiáng)度模糊推理技術(shù)，結(jié)合公交優(yōu)先控制策略，計(jì)算綠燈時(shí)間是否調(diào)整(提前、延時(shí)或相位跳躍)，并決定調(diào)整值。

　　圖 6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(guò)程，即根據(jù)檢測(cè)到的交通流參數(shù)，來(lái)確定各個(gè)相位或各個(gè)車道所對(duì)應(yīng)的交通需求強(qiáng)度，進(jìn)而完成一個(gè)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(gè)綠燈調(diào)整(延時(shí)/提前/相位跳躍等)決策和調(diào)整時(shí)間。

　　公交優(yōu)先控制主要采用如下策略(如圖 7所示)：綠燈時(shí)間延長(zhǎng)策略、綠燈時(shí)間提前策略和相位跳躍策略。

　　圖 7 公交優(yōu)先信號(hào)控制策略

　　綠燈時(shí)間延長(zhǎng)策略

　　該策略通過(guò)延長(zhǎng)優(yōu)先相位的綠燈時(shí)間來(lái)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(cè)器并且被檢測(cè)到)、但是該相位仍為綠燈信號(hào)且剩余的綠燈時(shí)間不足以讓公交車輛通過(guò)交叉口時(shí)，為使優(yōu)先公交車輛不停車等待而通過(guò)交叉口，就需要延長(zhǎng)本相位的綠燈時(shí)間。

　　綠燈時(shí)間提前策略

　　即縮短車輛等待綠燈信號(hào)的紅燈時(shí)間。當(dāng)公交車輛到達(dá)交叉口時(shí)，公交車輛通行方向所在的相位處于紅燈狀態(tài)，這時(shí)通過(guò)縮短交叉口當(dāng)前相位的綠燈執(zhí)行時(shí)間，使公交車輛到達(dá)交叉口時(shí)，可以以綠燈信號(hào)順利通過(guò)交叉口。在這種控制策略下，在周期長(zhǎng)度不變的情況下，可以在后續(xù)執(zhí)行相位相序方案中對(duì)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(hào)。當(dāng)公交車輛到達(dá)交叉口時(shí)，公交車輛通行方向的為紅燈信號(hào)，且交叉口當(dāng)前相位的執(zhí)行綠燈時(shí)間即將結(jié)束，而下一個(gè)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(guò)。由于交叉口下一個(gè)執(zhí)行相位等待通行的社會(huì)車輛較少，在權(quán)衡效益的基礎(chǔ)上，跳過(guò)該下一個(gè)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(hào)順利通過(guò)交叉口。