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中國(guó)安防展覽網(wǎng) 視點(diǎn)跟蹤】 2018年3月24-25日，由江西
智能交通論壇組委會(huì)主辦的“江西智能交通論壇(第四期)”在江西省南昌市舉辦。同濟(jì)大學(xué)教授、博士生導(dǎo)師，全國(guó)城市道路交通文明暢通提升行動(dòng)計(jì)劃專(zhuān)家組專(zhuān)家李克平做了“關(guān)于城市公共交通優(yōu)先及其信號(hào)優(yōu)先控制”的主題演講。本文為演講視頻整理，未經(jīng)演講者本人審核。
李克平：各位領(lǐng)導(dǎo)、各位交通領(lǐng)域的同仁，大家早！非常高興來(lái)參加這個(gè)會(huì)議，感謝毛處給我這個(gè)機(jī)會(huì)來(lái)分享一些近幾年的研究成果，提出我們的一些想法。今天，我的演講題目是：關(guān)于城市公共交通優(yōu)先及其信號(hào)優(yōu)先控制。
一、關(guān)于城市與公交
說(shuō)到城市公共交通，離不開(kāi)城市發(fā)展的背景，我們知道中國(guó)的城鎮(zhèn)化發(fā)展，近30年來(lái)或者說(shuō)改革開(kāi)放以后發(fā)展非?？臁１热?，2000年中國(guó)的城鎮(zhèn)化率是36.2%，到2016年底已經(jīng)達(dá)到了57.4%，預(yù)計(jì)2020年會(huì)達(dá)到60%。在城鎮(zhèn)化快速發(fā)展的背景下，也是經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的階段，家庭擁有小汽車(chē)呈爆發(fā)式的增長(zhǎng)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，1985年，我國(guó)小汽車(chē)保有量321萬(wàn)輛，現(xiàn)在超過(guò)300萬(wàn)的城市都有好幾個(gè)了，2017年全國(guó)的汽車(chē)保有量已經(jīng)突破了2.17億輛。
我們知道小汽車(chē)進(jìn)入家庭、進(jìn)入城市以后，給交通帶來(lái)方方面面的問(wèn)題，其中一個(gè)非常重要的、非常主要的，也是一個(gè)反復(fù)討論的非常頭痛的問(wèn)題——交通擁堵。這里有一個(gè)高德統(tǒng)計(jì)的各個(gè)城市擁堵指數(shù)的排名，從這個(gè)數(shù)據(jù)可以體現(xiàn)出交通擁堵已成為各個(gè)大中小城市的通病。這幾張照片也體現(xiàn)了大城市擁堵的情況，機(jī)動(dòng)車(chē)擁堵的問(wèn)題，除了擁堵，還有交通事故、廢氣排放等等，造成了一系列不良的影響。
二、關(guān)于公交優(yōu)先
這個(gè)時(shí)候，城市管理者、行業(yè)專(zhuān)家、企業(yè)、百姓都在想，如何應(yīng)對(duì)城市交通擁堵的問(wèn)題？根據(jù)世界上一些社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平較為發(fā)達(dá)國(guó)家的經(jīng)驗(yàn)，大力發(fā)展城市公交是解決城市道路交通擁堵問(wèn)題的出路。我非常贊同這個(gè)觀(guān)點(diǎn)，這里有幾張照片，大家一看就知道為什么要發(fā)展公共交通，要是都開(kāi)著小汽車(chē)上路的話(huà)，所占用的道路資源跟采用自行車(chē)、公交、軌道交通等，是完全不一樣的。
其實(shí)，從國(guó)家層面來(lái)說(shuō)，公交優(yōu)先差不多在10年前，我們國(guó)家領(lǐng)導(dǎo)層到專(zhuān)家層面都已經(jīng)取得了一定的共識(shí)，也提出了一系列的政策指導(dǎo)意見(jiàn)等等。比如《國(guó)務(wù)院關(guān)于城市優(yōu)先公共交通發(fā)展的指導(dǎo)意見(jiàn)》，提出了要保障公共交通的路權(quán)優(yōu)先，同時(shí)要增加公交優(yōu)先車(chē)道，擴(kuò)大信號(hào)優(yōu)先的范圍，要逐漸形成公共交通優(yōu)先通行的網(wǎng)絡(luò)；交通運(yùn)輸部在《城市公共交通“十三五”發(fā)展綱要》里也提出了全面推進(jìn)公交都市的建設(shè)，深化城市公交行業(yè)體制的改革，全面提升公交服務(wù)的品質(zhì)。
那么，公交優(yōu)先現(xiàn)在已經(jīng)逐漸成為全社會(huì)從上到下的一個(gè)共識(shí)，但問(wèn)題是我們?nèi)绾螌?shí)現(xiàn)？怎么樣做得更好？
城市公交優(yōu)先是一個(gè)綜合性的命題，體現(xiàn)在各個(gè)不同的方面，如修建地鐵、輕軌、擴(kuò)建公交線(xiàn)網(wǎng)、提高公交車(chē)輛的技術(shù)水平、改善服務(wù)等等，這還只是一些局部，其他還有政策、經(jīng)濟(jì)、投資等等。要實(shí)現(xiàn)公交優(yōu)先這個(gè)目標(biāo)，必須要有政策資金的支持，需要有效的管理體系，同時(shí)也需要技術(shù)的創(chuàng)新，今天要討論得更多的就是在技術(shù)創(chuàng)新層面，我們應(yīng)該做些什么，我們能做些什么。在這個(gè)過(guò)程當(dāng)中，我們可以借鑒發(fā)達(dá)國(guó)家的一些經(jīng)驗(yàn)，因?yàn)榇蠹胰?guó)外旅行，到歐洲、日本或者是英國(guó)、美國(guó)，我們談公交，經(jīng)常也談到巴西BRT的模式，對(duì)于這些做得比我們國(guó)家要好的地方，可以拿來(lái)借鑒。
關(guān)于城市公交優(yōu)先的一個(gè)及其重要，同時(shí)又是及其困難的問(wèn)題是對(duì)地面公交車(chē)輛運(yùn)行的路權(quán)優(yōu)先和通行信號(hào)優(yōu)先。我國(guó)一些大城市紛紛進(jìn)行了有益的嘗試，比如北京BRT，上海中量公交、廣州BRT、蘇州有軌電車(chē)等等，都做了一些嘗試，取得了一些經(jīng)驗(yàn)，也獲得了一些成果。但是總體來(lái)說(shuō)還是缺乏一個(gè)頂層設(shè)計(jì)，沒(méi)有統(tǒng)一的規(guī)范，缺乏被廣泛認(rèn)可的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，能實(shí)現(xiàn)的優(yōu)先比較單一粗放。
關(guān)于城市公共交通的信號(hào)優(yōu)先，根據(jù)我們的觀(guān)察和分析，存在一些具體問(wèn)題。首先是缺乏公交專(zhuān)用信號(hào)燈。在這里我想說(shuō)一個(gè)*公交建設(shè)比較好國(guó)家中，我們更應(yīng)該借鑒具有一定可比性的歐洲和日本，美國(guó)在公交優(yōu)先不太理想，相對(duì)歐洲和日本來(lái)說(shuō)，更強(qiáng)調(diào)公交發(fā)展。在歐洲，可以看到道路上的公交車(chē)輛是有專(zhuān)用信號(hào)的，為什么要有專(zhuān)用信號(hào)？有了公交專(zhuān)用信號(hào)，就可以對(duì)公交進(jìn)行區(qū)別化的優(yōu)先控制，會(huì)帶來(lái)很大的靈活性；還有沒(méi)有專(zhuān)用信號(hào)燈，相位設(shè)置和配時(shí)不夠靈活多樣，現(xiàn)在的所謂公交優(yōu)先大多數(shù)實(shí)現(xiàn)的都是公交車(chē)發(fā)出請(qǐng)求以后，信號(hào)系統(tǒng)給它延長(zhǎng)若干秒的綠燈時(shí)間，也就*而已，靈活性不夠，那么效果也會(huì)比較有限。
三、公交專(zhuān)用信號(hào)燈的形式及涵義
公交信號(hào)燈設(shè)置的主要目標(biāo)是提升公交出行的安全性、可靠性、快捷性和舒適性。在對(duì)我們國(guó)家現(xiàn)狀的了解以及對(duì)其他國(guó)家公交信號(hào)優(yōu)先考察的基礎(chǔ)上，我們前兩年跟安徽省的交警總隊(duì)，還有企業(yè)進(jìn)行合作，編制了《安徽省公交專(zhuān)用信號(hào)燈及其交優(yōu)先控制規(guī)范》。目前《規(guī)范》正在進(jìn)行行政審查，據(jù)近了解，馬上要走完后的流程了，在這里先給大家分享一下。
《規(guī)范》共有10章節(jié)，還有5個(gè)附錄，因?yàn)閮?nèi)容也比較多，我在這里只能拿出幾個(gè)比較關(guān)鍵的、重要的內(nèi)容給大家分享。其中一個(gè)重要的就是公交專(zhuān)用信號(hào)燈的形式，我們是第二個(gè)提出來(lái)的，個(gè)提出信號(hào)燈形式的是上海，上海城建院編制的有軌電車(chē)設(shè)施的標(biāo)準(zhǔn)中包含了專(zhuān)用信號(hào)燈的內(nèi)容，我們稍微改動(dòng)了一下，可以說(shuō)是第二個(gè)國(guó)內(nèi)的地方標(biāo)準(zhǔn)。這樣的一個(gè)信號(hào)，黑底白色的圖案給公交車(chē)輛提示，是可以通行，還是表示要變換燈色了，是準(zhǔn)許向左還是向右通行，或者是一個(gè)讓行標(biāo)志，要看著交通的情況謹(jǐn)慎通過(guò)，另外還有一些輔助的信號(hào)。
上面兩張照片上，是德國(guó)路上的實(shí)景，用于有軌電車(chē)的信號(hào)燈，燈上顯示一個(gè)橫杠就表示車(chē)輛不許通行，下面直桿表示允許通行。在歐洲的干道上用得很多，不知道大家是否有注意，在歐洲旅行的時(shí)候，可以去觀(guān)察這樣一些交通設(shè)施。如果大家沒(méi)有注意到這個(gè)信號(hào)的話(huà)，那么專(zhuān)用信號(hào)燈的目的就實(shí)現(xiàn)了，目的就是不要讓除了公交駕駛員以外的其他交通參與者去關(guān)注到這個(gè)信號(hào)。
四、公交優(yōu)先信號(hào)控制的方法
說(shuō)到公交優(yōu)先，在理論研究層面，經(jīng)常說(shuō)的公交優(yōu)先有幾種方法，包括被動(dòng)優(yōu)先、主動(dòng)優(yōu)先、實(shí)時(shí)優(yōu)先。我們也有不少碩士生、博士生研究這個(gè)課題，在研究過(guò)程中，我始終覺(jué)得公交優(yōu)先的方法用這三種來(lái)區(qū)分，被動(dòng)優(yōu)先、主動(dòng)優(yōu)先和實(shí)時(shí)優(yōu)先難以區(qū)分公交優(yōu)先措施精細(xì)化的程度或者是實(shí)現(xiàn)的難度，或者說(shuō)技術(shù)含量難以區(qū)分開(kāi)來(lái)。為什么？被動(dòng)優(yōu)先就是不需要任何的設(shè)施，或者是實(shí)時(shí)的設(shè)施。實(shí)時(shí)優(yōu)先和主動(dòng)優(yōu)先的界限比較模糊，剩下就要考慮帶有信號(hào)實(shí)時(shí)感應(yīng)反應(yīng)功能的，就只落在主動(dòng)優(yōu)先這一個(gè)區(qū)間里面。但是，大量公交優(yōu)先的方法、手段和技術(shù)都落在這一塊，在很多層面上說(shuō)不清楚，所以導(dǎo)致現(xiàn)在國(guó)內(nèi)一些城市說(shuō)做了公交信號(hào)優(yōu)先，似乎問(wèn)題就解決了，但其實(shí)不然，做了，做到什么程度？是不是還應(yīng)該更往前走一步，要分幾步走，里面的技術(shù)分幾個(gè)層次？所以介于這種考慮，我們對(duì)公交優(yōu)先的方法提出了6個(gè)不同的等級(jí)。
1控制Ⅰ級(jí)
個(gè)等級(jí)就相應(yīng)于剛才說(shuō)的被動(dòng)優(yōu)先，所謂被動(dòng)優(yōu)先，就是考慮公交路權(quán)和運(yùn)行管理措施，但無(wú)公交優(yōu)先請(qǐng)求生成系統(tǒng)，可在考慮或不考慮公交運(yùn)行上下游關(guān)聯(lián)性的情況下試試公交優(yōu)先信號(hào)控制。比如增加公交專(zhuān)用道、公交行駛空間、公交轉(zhuǎn)彎半徑等等道路設(shè)施。我的理解公交被動(dòng)優(yōu)先，比如說(shuō)有公交方向的信號(hào)，給它綠信比時(shí)間長(zhǎng)一點(diǎn)，這本身也是對(duì)公交提供一定的優(yōu)先，但這是靜態(tài)的，被動(dòng)的。這是種情況，我們認(rèn)為這是一個(gè)公交優(yōu)先的起步階段，這是步實(shí)現(xiàn)公交優(yōu)先的方法。
2控制Ⅱ級(jí)
更高一級(jí)的公交優(yōu)先，要考慮公交路權(quán)以及運(yùn)行管理措施前要加入公交優(yōu)先請(qǐng)求機(jī)制，這個(gè)時(shí)候要有公交優(yōu)先的請(qǐng)求機(jī)制，公交在到達(dá)交叉口之前一段時(shí)間，要提出一個(gè)公交優(yōu)先請(qǐng)求，然后要考慮公交運(yùn)行的上下游關(guān)系。也就是說(shuō)公交在這一個(gè)路口的優(yōu)先要跟下游信號(hào)要關(guān)聯(lián)起來(lái)，而不能說(shuō)是只考慮這個(gè)路口的優(yōu)先，而跟下游的路口沒(méi)有一點(diǎn)關(guān)聯(lián)關(guān)系。我們經(jīng)過(guò)一定的考察和分析得出這樣一個(gè)結(jié)論，有時(shí)候上游路口得到了優(yōu)先，但在下游路口沒(méi)有協(xié)調(diào)的話(huà)，公交優(yōu)先效益會(huì)被大大的削弱，甚至是完全抵消。所以，我們這里要求如果下一步要考慮公交優(yōu)先，一定要考慮上下游路口的關(guān)聯(lián)關(guān)系。那么，這個(gè)時(shí)候相序保持不變，在相序保持不變的情況下，以控制時(shí)間精度(小于5s)采取固定步長(zhǎng)綠燈延長(zhǎng)控制策略。目前國(guó)內(nèi)實(shí)現(xiàn)的一些公交優(yōu)先，大概就是有公交請(qǐng)求了，給它一定的綠燈延時(shí)，延時(shí)大概是5秒左右且是一次性的。但是，5秒延長(zhǎng)或者是3秒延長(zhǎng)或者是8秒延長(zhǎng)，那公交車(chē)過(guò)去了沒(méi)過(guò)去呢？系統(tǒng)并不知道。
3控制Ⅲ級(jí)
再更進(jìn)一步，除了公交要提出請(qǐng)求機(jī)制，還要設(shè)置一個(gè)檢出機(jī)制，就是公交到了，實(shí)現(xiàn)公交優(yōu)先了，綠燈時(shí)間延長(zhǎng)了，但是公交車(chē)載延長(zhǎng)綠燈的時(shí)間里是否通過(guò)了交叉口，系統(tǒng)要知道，就需要一個(gè)檢測(cè)，即檢出機(jī)制。同時(shí)，還要考慮公交運(yùn)行上下游的關(guān)聯(lián)關(guān)系，在多優(yōu)先請(qǐng)求競(jìng)爭(zhēng)下，以控制時(shí)間精度(小于5s)實(shí)施綠燈動(dòng)態(tài)延長(zhǎng)，紅燈早斷及相位跳躍控制策略，同時(shí)有大紅燈時(shí)長(zhǎng)監(jiān)控機(jī)制。也就是說(shuō)，在公交優(yōu)先措施實(shí)施的過(guò)程當(dāng)中，給這個(gè)公交延長(zhǎng)綠燈時(shí)間，這也就意味著在別的方向會(huì)延長(zhǎng)紅燈時(shí)間，這個(gè)紅燈時(shí)間是要加以監(jiān)控的。所以實(shí)現(xiàn)了檢出機(jī)制的動(dòng)態(tài)時(shí)長(zhǎng)、綠燈延長(zhǎng)時(shí)間以及相位的跳躍，也就是相位有一定的靈活性且有大的紅燈時(shí)長(zhǎng)監(jiān)控機(jī)制，我們認(rèn)為這個(gè)公交優(yōu)先實(shí)現(xiàn)了更高一級(jí)的水準(zhǔn)。
4控制Ⅵ級(jí)
再更進(jìn)一步，我們除了有請(qǐng)求機(jī)制、檢出機(jī)制，還要實(shí)現(xiàn)一個(gè)多步的檢入、檢出機(jī)制，同時(shí)考慮公交運(yùn)行的上下游關(guān)聯(lián)性，并結(jié)合到車(chē)率分布來(lái)確定交叉口的控制策略集及約束邊界。也就是我可以給公交優(yōu)先，但是公交優(yōu)先的邊際在哪里？是不是要給公交信號(hào)優(yōu)先一定的約束？這是矛盾的多個(gè)方面，既有公交，社會(huì)車(chē)輛，還有行人等等，那么我考慮公交優(yōu)先的時(shí)候，同時(shí)還要考慮控制策略集及約束邊界，要實(shí)現(xiàn)了多請(qǐng)求競(jìng)爭(zhēng)機(jī)制下，以控制時(shí)間精度(小于5s)實(shí)施綠燈動(dòng)態(tài)延長(zhǎng)，紅燈早斷相序調(diào)整及相位跳躍控制策略，同時(shí)有大紅燈事件監(jiān)控機(jī)制，并考慮綠燈時(shí)間的補(bǔ)償機(jī)制。即給公交優(yōu)先了，也就是另外一個(gè)方向綠燈時(shí)間減少了，減少的綠燈時(shí)間同時(shí)會(huì)減少另外方向的通行能力，這個(gè)通行能力需要在非公交優(yōu)先的期間進(jìn)行補(bǔ)償。
5控制Ⅴ級(jí)
第五級(jí)公交優(yōu)先的策略，除了上面考慮的因素以外，還要在多優(yōu)先請(qǐng)求及動(dòng)態(tài)排序的機(jī)制下，以到車(chē)率分布確定的約束邊界為基礎(chǔ)，建立大綠燈、大紅燈以及周期的彈性約束。前面提到的約束，不能說(shuō)是無(wú)限制的給公交優(yōu)先。比如說(shuō)某個(gè)方向行人的等待時(shí)間也許已經(jīng)超長(zhǎng)了，即使這個(gè)時(shí)候公交來(lái)了，也要優(yōu)先處理行人過(guò)街，而不是公交優(yōu)先。這個(gè)邊界是必須的，但是要確定邊界條件，這個(gè)邊界是剛性的嗎？我們覺(jué)得不是，這個(gè)邊界其實(shí)是彈性的，這就要求更大的靈活性。你要實(shí)現(xiàn)一個(gè)彈性邊界條件下的公交優(yōu)先，這個(gè)彈性有多大？條件是什么？這就需要更細(xì)致的進(jìn)行分析和處理。
6控制Ⅳ級(jí)
第六級(jí)的信號(hào)控制可以說(shuō)是比較理想的情況，要實(shí)現(xiàn)一個(gè)公交優(yōu)先，要達(dá)到這個(gè)公交優(yōu)先的水平，就可以點(diǎn)贊了。這個(gè)層級(jí)不僅要考慮公交優(yōu)先路權(quán)及運(yùn)行管理措施及公交優(yōu)先請(qǐng)求多步檢入、檢出機(jī)制，同時(shí)考慮公交運(yùn)行的關(guān)聯(lián)關(guān)系，以及與社會(huì)車(chē)輛實(shí)際協(xié)調(diào)的關(guān)系。在這個(gè)基礎(chǔ)上，考慮大紅燈、大綠燈還有行人過(guò)街的約束條件，以控制時(shí)間精度達(dá)到秒級(jí)，實(shí)施動(dòng)態(tài)的綠燈延長(zhǎng)、紅燈早段、相序調(diào)整、相位跳躍和相位插入控制策略，同時(shí)有大紅燈時(shí)間監(jiān)控的機(jī)制，并考慮在本周期及下一周期進(jìn)行補(bǔ)償。這樣的公交優(yōu)先才是我們應(yīng)該追求的，比較的目標(biāo)，也許后面還可以利用大數(shù)據(jù)、人工智能技術(shù)，把公交優(yōu)先做到更高的境界。這有待于我們?cè)偃ミM(jìn)行研究。
這是一張表，歸納了剛剛說(shuō)的這些因素，來(lái)對(duì)應(yīng)說(shuō)是實(shí)現(xiàn)了哪一個(gè)公交優(yōu)先的程度。因?yàn)閮?nèi)容比較多，我只說(shuō)明一個(gè)，就是關(guān)于單步請(qǐng)求或者多步請(qǐng)求。
公交如果提出請(qǐng)求，那么它有一個(gè)時(shí)距分析，但是因?yàn)樗倪\(yùn)行是波動(dòng)，有可能按照綠線(xiàn)行駛，也有可能按照紅線(xiàn)行駛，這個(gè)在停車(chē)線(xiàn)前面的時(shí)間窗是很大的。但是要是有了第二步檢測(cè)，它的時(shí)間窗會(huì)縮短，也就是信號(hào)預(yù)測(cè)會(huì)更加，要是再有第三個(gè)請(qǐng)求，那么時(shí)間窗會(huì)變得更小，就可以達(dá)到更的信號(hào)優(yōu)先控制，后公交的車(chē)輛按藍(lán)線(xiàn)的軌跡駛出交叉口。只有從信號(hào)控制的系統(tǒng)一步步知道公交請(qǐng)求的位置，公交運(yùn)行的時(shí)距關(guān)系以及信號(hào)系統(tǒng)內(nèi)部要處理的多個(gè)請(qǐng)求，的控制才能實(shí)現(xiàn)良好的效果。
五、案例分析
這里有一個(gè)視頻，是公交車(chē)輛得到了公交優(yōu)先的一個(gè)信號(hào)，在它剛剛離開(kāi)停車(chē)線(xiàn)一秒鐘左右，公交優(yōu)先的綠燈就斷了，社會(huì)車(chē)輛的綠燈就啟亮，只有進(jìn)行如此的信號(hào)控制，公交優(yōu)先才能同時(shí)處理多個(gè)公交請(qǐng)求。這是一個(gè)案例，我不多做解釋?zhuān)且粋€(gè)非常重要的需求，沒(méi)有這樣一個(gè)公交優(yōu)先的話(huà)，在空間非常擁擠的情況下無(wú)法實(shí)現(xiàn)車(chē)輛運(yùn)行。
剛才說(shuō)的是一些點(diǎn)上的，技術(shù)層面的問(wèn)題。這里還有一個(gè)案例，就是瑞士巴塞爾火車(chē)站。
火車(chē)站前廣場(chǎng)是一個(gè)區(qū)域的交通流管理控制，包括有軌電車(chē)、小汽車(chē)，行人等等交通需求，這樣一個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行了細(xì)致的規(guī)劃、分析，采用了前面說(shuō)的種種公交優(yōu)先的手段，然后采用仿真的方法進(jìn)行測(cè)試、優(yōu)化、驗(yàn)證，然后實(shí)施，才能取得一個(gè)比較好的效果，而不是盲目的，按圖設(shè)計(jì)以后直接落地，要進(jìn)行測(cè)試和優(yōu)化以后，才能真正實(shí)施。
六、結(jié)束語(yǔ)
就此結(jié)束今天的分享報(bào)告，后幾句話(huà)：，優(yōu)先發(fā)展城市公共交通是解決城市交通擁堵等城市病的正確道路。第二，除了政策保障、資金支持以外，公交優(yōu)先控制技術(shù)的發(fā)展是一個(gè)核心內(nèi)容。第三，我國(guó)城市公交信號(hào)控制的技術(shù)還處于初步階段，國(guó)外的經(jīng)驗(yàn)值得我們學(xué)習(xí)和借鑒，希望業(yè)內(nèi)專(zhuān)家學(xué)者和企業(yè)共同努力，快速提高我們的研究、開(kāi)發(fā)和應(yīng)用領(lǐng)域的水平，謝謝大家！
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