1. BRT公交優(yōu)先控制原理
圖 1 BRT公交信號(hào)優(yōu)先控制原理圖
2. BRT 信號(hào)優(yōu)先控制系統(tǒng)
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(chē)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(chē)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(chē)檢測(cè)模塊、車(chē)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
3.公交車(chē)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(chē)輛的檢測(cè)和定位。RFID 車(chē)輛檢測(cè)器安裝在交叉口附近，檢測(cè)公交車(chē)輛。當(dāng)公交車(chē)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(chē)輛，同時(shí)將公交車(chē)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(chē)輛數(shù)，綜合考慮社會(huì)車(chē)輛的排隊(duì)、其他車(chē)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(chē)輛在交叉口的信號(hào)優(yōu)先，同時(shí)也兼顧了社會(huì)車(chē)輛。
RFID 公交車(chē)輛檢測(cè)器通常由車(chē)載電子標(biāo)簽(也叫車(chē)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(chē)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(chē)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。
BRT 交通信號(hào)優(yōu)先控制方案，在 BRT 公交車(chē)上安裝有源的電子標(biāo)簽，標(biāo)簽貼放在車(chē)輛外部車(chē)頭擋風(fēng)玻璃的右上角位置，設(shè)備放在車(chē)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
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(duì)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(cè)公交車(chē)輛的達(dá)到信息。包括公交車(chē)輛到達(dá)時(shí)間、方向等信息。檢測(cè)交叉口的公交車(chē)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(chē)輛進(jìn)行實(shí)時(shí)定位，方便公交車(chē)輛的監(jiān)測(cè)和調(diào)度。
5、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
4、車(chē)流量檢測(cè)模塊
為檢測(cè)車(chē)流量和車(chē)輛占有線圈時(shí)間等數(shù)據(jù)，需在路口埋設(shè)檢測(cè)器，使用杰瑞集中協(xié)調(diào)式信號(hào)控制機(jī)進(jìn)行流量檢測(cè)與分析。BRT集中協(xié)調(diào)式信號(hào)控制機(jī)默認(rèn)配置一個(gè)車(chē)輛檢測(cè)模塊，用于北、南、西、東四個(gè)方向的車(chē)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(chē)輛檢測(cè)器接口，也可與杰瑞提供的檢測(cè)器直接通過(guò)網(wǎng)線聯(lián)接接口。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(chē)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(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(chē)輛的有無(wú)，然后 CPU 對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算后得出車(chē)流量、平均速度、時(shí)間占有率、平均車(chē)長(zhǎng)、平均車(chē)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。
5、公交信號(hào)優(yōu)先計(jì)算模塊
BRT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(chē) FRID 檢測(cè)器和車(chē)道線圈檢測(cè)器提供的車(chē)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。
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BRT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。
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(chē)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。
BRT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(chē)輛到達(dá)交叉口(指的是到達(dá)車(chē)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(chē)輛通過(guò)交叉口時(shí)，為使優(yōu)先公交車(chē)輛不停車(chē)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(chē)輛等待綠燈信號(hào)的紅燈時(shí)間。當(dāng)公交車(chē)輛到達(dá)交叉口時(shí)，公交車(chē)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(chē)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(chē)輛到達(dá)交叉口時(shí)，公交車(chē)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(chē)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(chē)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(chē)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(chē)輛通行方向的相位綠燈，從而使公交車(chē)輛以綠燈信號(hào)順利通過(guò)交叉口。
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