BRT交通信号优先控制方案

　　1.参考依据

　　本方案参考了以下规范：

　　GAT 527-2005 城市道路交通信号控制方式适用规范

　　GAT 509-2004 城市交通信号控制系统术语

　　交通信号控制指南——德国现行规范

　　GB 25280-2010 道路交通信号控制机

　　信号控制机说明书

　　2.公交优先控制原理

　　图 1 公交信号优先控制原理图

　　3.BRT信号优先控制系统方案

　　快速公交系统(Bus Rapid Transit)简称BRT，是一种介于快速轨道交通(Rapid Rail Transit，简称RRT)与常规公交(Normal Bus Transit，简称NBT)之间的新型公共客运系统，是一种大运量交通方式，通常也被人称作“地面上的地铁系统”。它是利用现代化公交技术配合智能交通和运营管理，开辟公交专用道路和建造新式公交车站，实现轨道交通运营服务，达到轻轨服务水准的一种独特的城市客运系统。

　　公交车辆定位与信号优先是BRT系统的关键部分。BRT信号控制系统由公交车检测模块、车流量检测模块、通讯模块、信号控制机处理模块及信号灯输出模块等组成。BRT信号控制系统结构如图 2所示。

　　图 2 BRT公交优先控制系统结构图

　　公交车检测模块

　　本方案采用RFID(射频)检测系统进行公交车辆的检测和定位。RFID车辆检测器安装在交叉口附近，检测公交车辆。当公交车辆接近道路交叉口时，安装在路侧的RFID 读写器将读取电子标签信息，识别公交车辆，同时将公交车辆抵达道路交叉口的信号和时间信息传至信号控制器，信号控制器根据到达交叉口的公交车辆数，综合考虑社会车辆的排队、其他车道的饱和度等信息，判断信号灯配时，对当前放行相位的绿灯时间进行延长或者早断，从而实现公交车辆在交叉口的信号优先，同时也兼顾了社会车辆。

　　RFID公交车辆检测器通常由车载电子标签(也叫车载移动单元)和路侧读写器(也叫固定单元)组成。电子标签由天线和RFID芯片组成，每个芯片都含有唯一的识别码，用来表示电子标签所附着的公交车辆。读写器用来读写电子标签中的信息，读写器通过网络和其他计算机或系统通讯，完成对电子标签的信息获取以及数据管理。通过交叉口附近的路侧读写器，实现了对公交车辆的区分和检测，于是信号控制器就可以在此基础上进行公交优先的智能控制。

　　在BRT公交车上安装有源的电子标签，标签贴放在车辆外部车头挡风玻璃的右上角位置，设备放在车头的顶部。

　　读写器需要从信号机取电，读写器通过信号线实现与路口信号机的通信。识别装置的安装位置依据通行方向上交叉口最大能延长的绿灯时间长度来确定，且一经确定，识别装置的位置就很难再修改，一般应用于交通流量比较稳定的交通干线上。读写器的施工不用破路面，但从读写器安装位置到路口路需要在绿化带上施工。到路口后，借助路口信号灯的管线实现读写器与信号机的相连。

　　表 1读写器的安装规范

　　表 2电子标签的安装规范

　　3.1.1主要功能

　　检测公交车辆的达到信息。包括公交车辆到达时间、方向等信息。

　　检测交叉口的公交车辆的数目。每个电子标签具有唯一的编码，标签采用“主动式”发送信息，处于一直发送状态。

　　读写器读到的电子标签信息存储在缓冲区内，通过“主动式”或者“被动式”将信息上传给PC机或者控制器。

　　可以和GPRS配合使用，对公交车辆进行实时定位，方便公交车辆的监测和调度。

　　3.1.2主要技术参数

　　读写器

　　工作频率：2.4GHz-2.5GHz;

　　工作方式：与PC机、控制器的通信采用的是被动式;

　　通讯接口：RS232、RS485、韦根26/34/66;

　　水平面波瓣宽度：75°

　　垂直面波瓣宽度：55°

　　RS485、RS232通讯速率可以设置(9600、14400、19200、28800、38400、57600(建议使用)、115200);

　　具有多标签识别功能：采用了防冲撞技术，标签的识别间隔时间是可以根据需要调整的;

　　增益：0~31dBi可调;

　　读取距离：读写器的自身读取距离与增益成正相关性，增益增大，对应的读取距离也增大，总的读取距离是读写器的读取距离与电子标签的识别距离之和。

　　内部采用多缓存技术(可以同时读取512个标签的缓冲能力);

　　读取标签类型：符合特定的标签通讯协议;

　　外形尺寸：320mm×200mm×100mm ;

　　3个指示灯：(电源灯：只要接通电源常亮;工作正常灯：每隔1秒闪烁1次;标签指示：读到标签发亮);

　　重量：2.5kg;

　　电子标签

　　工作频率：2.4GHz-2.5GHz;

　　工作方式：主动式;

　　发射功率：小于1mW;

　　读取方式：只读性;

　　读取距离：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;

　　静态工作电流：<10uA;

　　最大工作电流：<15mA;

　　工作电压：3V;

　　冲撞能力：具有很强的防冲撞能力，能够同时读取卡的数量>200张;

　　尺寸：54mm×86mm×4.5mm

　　车流量检测模块

　　为检测车流量和车辆占有线圈时间等数据，需在路口埋设检测器，使用仁微集中协调式信号控制机进行流量检测与分析。仁微集中协调式信号控制机默认配置一个车辆检测模块，用于北、南、西、东四个方向的车流量检测。检测模块可用于与其它任何以干触点或OC晶体管作为输出的车辆检测器接口，也可与仁微提供的检测器直接通过网线联接接口。

　　图3 检测模块在信号机4U控制插箱中的位置

　　检测器布设位置为距离停车线1—60米左右，如图4所示。

　　图4 交叉口检测布设图

　　线圈检测器与信号控制机配套使用，不需要第三方设备或软件转换。

　　3.2.1主要功能

　　交通信息采集、处理功能：交通信息采集是检测器的基本功能，检测器通过检测线圈感应量的变化判断车辆的有无，然后CPU对数据进行计算后得出车流量、平均速度、时间占有率、平均车长、平均车间距等交通数据。检测器的灵敏度可人工设置。

　　数据存储功能:检测器可存储计算后得到的数据。如果通信中断，一旦恢复，可由通信端口上传历史数据到便携电脑或控制中心，保持数据完整。

　　故障检测功能:检测器具备对线圈断路和短路故障的检测。在发现故障时，检测器能上传故障信息。所存储的信息能在检测器或与检测器相连的外部设备(该设备可检索并显示储存信息)上显示、查阅。以代码或文本形式记录下故障类型与细节L;故障发生的时间与日期、故障清除的时间与日期可以通过维护工具和中心系统查询。

　　3.2.2主要技术参数

　　环境漂移自动补偿，可自动跟踪环境变化，实现动态平衡

　　抗干扰能力强，可在强电场环境下工作

　　具有8级灵敏度调节，车辆可靠检测灵敏度0.1%至0.9% (门限/基值)

　　自动灵敏度提升，并且能自动跟踪传感器工作环境缓变，能自动适应传感器硬件条件突变及传感器工作环境突变

　　能避免线圈间干扰

　　线圈感应指示灯、通讯指示灯

　　具有完整的自检功能，清晰地指示故障现象，一旦故障消失，自动恢复工作

　　检测多车道车辆，最大32车道

　　检测器具有加电自动复位和人工复位两种功能

　　硬件看门狗，保证长时间稳定工作

　　检测响应时间为15ms ，电感自协调范围50uH~1000uH，从而使得馈线长度范围为5m~500m

　　全天候室外工作，能够长期承受恶劣环境条件，车辆误检率<±2%;占有率检测精度：≥95%;测速范围 0～150km，车速检测误差≤5%(20～120km/h);

　　MTBF：50000小时

　　输入电压：DC 5V ±10 %

　　输入功率：1 W

　　输入电流：0.2 A

　　工作温度：-20 ~ +70 ℃

　　贮存温度：-40 ~ +85 ℃

　　相对湿度：< 95 %无冷凝

　　外形尺寸：L*W*H 200×110×45(mm)

　　公交信号优先计算模块

　　公交信号优先计算模块是BRT信号优先控制算法的实现部分。包括预处理模块和智能决策模块。该模块的输入信息为公交车FRID检测器和车道线圈检测器提供的车辆信息，输出是信号优先控制决策：是否调整(相位跳跃、提前结束或延长等)当前相位时间及调整幅度。

　　图 5信号机公交优先控制模块

　　智能决策模块的功能是：基于预处理模块的输出，通过交通需求强度模糊推理技术，结合公交优先控制策略，计算绿灯时间是否调整(提前、延时或相位跳跃)，并决定调整值。

　　图 6智能决策模块

　　交通需求强度模糊控制器的功能是完成交通状况的模糊判断推理过程，即根据检测到的交通流参数，来确定各个相位或各个车道所对应的交通需求强度，进而完成一个模糊分类器的功能。绿灯调整模糊推理系统的任务是比较当前绿灯通行相位和下一候选通行相位，给出一个绿灯调整(延时/提前/相位跳跃等)决策和调整时间。

　　公交优先控制主要采用如下策略(如图 7所示)：绿灯时间延长策略、绿灯时间提前策略和相位跳跃策略。

　　图 7 公交优先信号控制策略

　　绿灯时间延长策略

　　该策略通过延长优先相位的绿灯时间来实现公交优先。当公交车辆到达交叉口(指的是到达车辆检测器并且被检测到)、但是该相位仍为绿灯信号且剩余的绿灯时间不足以让公交车辆通过交叉口时，为使优先公交车辆不停车等待而通过交叉口，就需要延长本相位的绿灯时间。

　　绿灯时间提前策略

　　即缩短车辆等待绿灯信号的红灯时间。当公交车辆到达交叉口时，公交车辆通行方向所在的相位处于红灯状态，这时通过缩短交叉口当前相位的绿灯执行时间，使公交车辆到达交叉口时，可以以绿灯信号顺利通过交叉口。在这种控制策略下，在周期长度不变的情况下，可以在后续执行相位相序方案中对前一相位进行绿灯补偿。

　　相位跳跃策略

　　即忽略某一相位的绿灯信号。当公交车辆到达交叉口时，公交车辆通行方向的为红灯信号，且交叉口当前相位的执行绿灯时间即将结束，而下一个执行相位仍不是公交车辆通行方向的相位，只有等到该相位执行完毕后，才能允许公交车辆通过。由于交叉口下一个执行相位等待通行的社会车辆较少，在权衡效益的基础上，跳过该下一个执行相位，直接执行公交车辆通行方向的相位绿灯，从而使公交车辆以绿灯信号顺利通过交叉口。