快速公交系統(tǒng)作為一種新型的客運模式，以其工程投資少、建設周期短、環(huán)境污染小、運輸效率高等優(yōu)點而被認為是解決城市交通擁堵問題的有效方式之一，并在世界范圍內得到成功地推廣和應用。在世界諸多城市建設快速公交系統(tǒng)的大力影響和我國相關政策的有力推動下，國內交通界和各大城市開始把快速公交系統(tǒng)推到了緩解城市交通壓力的前臺，今后5年內，國內將有10座以上的城市建成快速公交系統(tǒng)，預計其總長度將達到300～500公里，日客流量達到200～400萬人次。本文依托由中國土木工程學會城市公共交通學會主持的建設部2006年科學技術項目：《巴士快速交通技術運營研究》(06-K4-38)，對快速公交信號優(yōu)先控制技術進行了重點研究，首先分析了國內外有關公交信號優(yōu)先控制的策略，隨后對公交信號優(yōu)先系統(tǒng)的控制目標和模式進行了研究，并在此基礎上提出了基于RFID技術的快速公交信號優(yōu)先控制系統(tǒng)的設計原理，該方案可明顯減少快速公交車輛通過道路交叉口的時間，有效提高快速公交系統(tǒng)的運管水平和服務質量。

    一、 公交信號優(yōu)先控制概述

對于公共交通系統(tǒng)而言，造成車輛運營工作延誤的原因主要有兩種：站臺延誤和交叉口延誤。站臺延誤可通過站臺設計優(yōu)化、車輛乘降優(yōu)化來減小；交叉口延誤一般采用交叉口公交車輛信號優(yōu)先來解決。在道路交叉口，公交信號優(yōu)先可為公交車輛（公共汽車、客運車輛、有軌電車等）提供便捷的優(yōu)先通行服務，由此降低公交車輛的行程時間和排隊等候綠燈放行的時問，從而提高其準點率和服務水平。公交信號優(yōu)先不僅要提升公交車輛交通的運行效益，而且要盡量降低對其它車輛行人交通等產生的負面影響。目前，國內外有關公交信號優(yōu)先控制的策略主要有[4]：

(1)實時控制

系統(tǒng)依靠獲取的不斷變化的信息進行決策控制，系統(tǒng)要求具有車輛位置、路口交通流狀態(tài)等信息的采集手段，以及在此基礎上合理的控制邏輯，有較好的適應性與有效性。

(2)固定配時控制

系統(tǒng)依照給定區(qū)域內的常規(guī)情況來進行信號控制，不需要經常性地進行信息采集與更新，系統(tǒng)按照預設的方案進行控制而不是時刻變化的交通信息。系統(tǒng)考慮的條件通常是分時段的路口交通流量情況以及公交車輛通過路口的需求；

(3)運營計劃控制

優(yōu)先決策是依據(jù)公交車輛的運行計劃執(zhí)行的，信號控制與運營計劃結合的方式有多種，如參照靜態(tài)運營計劃或動態(tài)運營計劃，需要信號控制系統(tǒng)與公交運營企業(yè)建立可靠的通信手段保證計劃的及時傳輸；與實時控制的主要區(qū)別在于系統(tǒng)可以不關心具體的車輛位置，僅靠運營計劃制定路口的相位控制方案。

(4)車輛間隔控制

以公交車輛通過路口的時間間隔為控制參考指標，防止串車現(xiàn)象的發(fā)生，在客運低峰期可以提高運輸效率，比較適合交通狀況良好、公交運輸需求不高的情況，具有一定的公交運營管理的作用。

二、 公交信號優(yōu)先控制需求

1. 公交信號優(yōu)先控制目標

“公交優(yōu)先”的概念包括兩方面的含義，即對公共交通在通行“空間”和“時間”上給予優(yōu)先。所謂“空間優(yōu)先”是通過設立公交專用道來實現(xiàn)；所謂“時間優(yōu)先”則體現(xiàn)在為公交車提供優(yōu)先通行信號?？焖俟辉谕两ㄊ┕r設計了公交專用道，在“空間”上已保證公交車輛的優(yōu)先，因此，優(yōu)先信號最佳控制是提高快速公交系統(tǒng)運營效率的有效措施?？焖俟卉嚨妮d客量顯然遠大于社會車輛和一般公交車輛，是效率化的運輸方式，因此，快速公交車通過道路交叉口時理應享有更大的通行權。

信號優(yōu)先系統(tǒng)并不僅要考慮公交車輛通過路口的需求，還要保證路口交通的正常秩序。因此，在兼顧以上兩種因素的基礎上，制定了以下的優(yōu)先控制目標：

(1)實現(xiàn)公交車輛識別，進行有針對性車輛的路口優(yōu)先；
    (2)制定完整的信號優(yōu)先方案，可以滿足不同情況下的公交優(yōu)先需求；
    (3)選擇合適的優(yōu)先策略提高車輛路口通過率；
    (4)實現(xiàn)車輛運營計劃與交通信號的協(xié)調控制。

2. 公交信號優(yōu)先控制方式

根據(jù)國內外信號優(yōu)先系統(tǒng)的實施經驗，針對交通基礎設施情況及交通流量實際情況，在進行公交信號優(yōu)先系統(tǒng)設計時，可采用以下技術路線[4]：

(1)信號優(yōu)先控制模式

信號優(yōu)先系統(tǒng)應當具備多種模式工作的能力，主要應具備的幾種模式為：

系統(tǒng)控制下優(yōu)先

這是信號優(yōu)先系統(tǒng)的最終目標，但由于這種方式需要大量的分析、交通調查等準備工作，并且在實施過程中要進行不斷地調整，才能達到預期的效果，因此在項目建設期間該種方式的實現(xiàn)往往會滯后其他系統(tǒng)正式運營；

系統(tǒng)監(jiān)視下的本地優(yōu)先

在系統(tǒng)控制優(yōu)先未能實現(xiàn)的情況下，依靠此方式實現(xiàn)路口的優(yōu)先控制，為異常情況下人為介入信號控制提供支持。

本地控制下優(yōu)先

作為系統(tǒng)緊急情況下控制方案，例如在通信鏈路故障時，路口仍能夠行使信號優(yōu)先的控制職能。

(2)信號優(yōu)先控制策略

采用實時控制與運營計劃控制相結合的方式，采用運營計劃控制的思想確定沿線各路口的信號周期與相位次序。利用車輛識別系統(tǒng)對即將通過路口的車輛進行檢測，從而實現(xiàn)主動的實時優(yōu)先申請，并在此基礎上進行優(yōu)先決策。
在信號控制策略方面采用實時控制與運營計劃控制相結合的方式：

在充分考慮線路車輛調度計劃以及社會交通流量的前提下，確定不同時段的配時方案。

在車輛達到路口時使用實時控制策略，在獲得車輛的位置、速度信息基礎上（主要是位置信息），實行信號優(yōu)先分配。

車輛檢測/識別是主動優(yōu)先的必要組成部分，只有實現(xiàn)了精確的車輛檢測/識別才能有效地進行信號優(yōu)先分配。由于線路運營需要準確及時地監(jiān)控車輛位置信息，因此，公交車輛進出站臺、場站時都有必要進行準確地檢測/識別。

(3)信號控制方法

 以擴展優(yōu)先、調用優(yōu)先為主要信號控制方式，因插入專用相位以及相位次序交換方法容易與人們的習慣相矛盾導致在使用中可能出現(xiàn)交通混亂現(xiàn)象而較少使用。

三、 基于RFID技術的快速公交信號優(yōu)先控制系統(tǒng)

隨著微波射頻識別（RFID）技術的發(fā)展和成熟，將其應用于快速公交車輛檢測/識別將大大提高對車輛的管理和運營效率。該方法由2.4G/5.8G有源電子標簽和基站式讀寫器組成，該頻段設備通信具有良好的方向性，通過調節(jié)路側讀寫器的輸出功率及天線的方向，可以獲得不同的直線通信距離[5]。

閱讀器通過發(fā)射天線發(fā)送一定頻率的射頻信號，當標簽進入發(fā)射天線工作區(qū)域時將車輛ID信息通過標簽內置天線發(fā)送出去；系統(tǒng)接收天線接收到從標簽發(fā)送來的載波信號，經天線調節(jié)器傳送到閱讀器，閱讀器對接收到的信號進行解調和解碼，然后送到后臺主系統(tǒng)進行相關處理；后臺主系統(tǒng)根據(jù)邏輯運算判斷該標簽的合法性，針對不同的設定做出相應的處理和控制，發(fā)出指令信號控制執(zhí)行機構動作。

1. 信號優(yōu)先控制原理

信號優(yōu)先控制系統(tǒng)是指交通信號系統(tǒng)對BRT車輛在“時間”上給予的優(yōu)先，它主要體現(xiàn)在：當BRT車輛行駛到十字路口附近時，交通信號系統(tǒng)識別到車輛并判斷車輛的運行方向，為公共汽車提供優(yōu)先通行信號。

信號優(yōu)先系統(tǒng)主要包含有源電子標簽和基站式讀寫器。有源電子標簽可通過無線通訊方式來與基站式讀寫器信息交互，提供車輛位置、方向等信息，基站式讀寫器通過對該信息的處理和優(yōu)化，向信號控制機發(fā)出請求優(yōu)先信號，并由信號控制機對信號燈相位進行控制，以實現(xiàn)對公交車輛的信號優(yōu)先，其原理如圖3-1所示。

圖 3- 1  信號優(yōu)先控制原理圖
2. 信號優(yōu)先控制方案設計

基于RFID的快速公交信號優(yōu)先控制系統(tǒng)由主要由4部分構成，其結構如圖3-2所示。

 圖 3- 2  基于RFID的信號優(yōu)先控制系統(tǒng)結構

 (1) 車載單元：射頻卡（RF標簽）；采用2.4G/5.8G頻段，安裝在每輛 BRT車輛前方車頂，識別距離為2—200米可調，識別速度在200 公里／小時，可同時識別200張卡，ID全球唯一，使用壽命可以達到5年（有源），且不易損壞；

(2) 路邊單元：讀寫器的定向天線是室外板狀定向天線，具有增益高、前后輻射比大、三維尺寸小、結構緊湊等優(yōu)點，是一種高質量的室外通信天線；

(3) 信號控制系統(tǒng)：中心信號控制機（內置嵌入式優(yōu)先處理模塊）為信號優(yōu)先請求的處理部分；系統(tǒng)采用嵌入式的請求處理模塊，通過條件判斷是否給予優(yōu)先通行的權力，對路口信號控制機發(fā)出指令，用以控制信號燈相位；BRT信號優(yōu)先控制流程見圖3-3。

(4) 通信設備：可選以太網方式進行車輛定位信息的傳輸，也可以選用無線形式，如GPRS、CDMA和WLAN等。

圖 3- 3  快速公交信號優(yōu)先控制流程

3. 信號優(yōu)先控制系統(tǒng)的應用

圖 3- 4  基于RFID的快速公交信號優(yōu)先控制應用框架

基于RFID的快速公交信號優(yōu)先控制功能框架如圖3-4所示。它對交通管理的應用如下所述：

當車輛到達交叉口，RFID讀卡器讀到標簽，獲取車輛信息；通過與智能調度系統(tǒng)交互獲取車輛實時調度狀態(tài)，包括是否晚點、是否快車調度以及滿載率等，根據(jù)車輛實時狀態(tài)，生成請求；之后信號優(yōu)先系統(tǒng)向交通管理部門提出優(yōu)先申請，交管部門系統(tǒng)在原有的計劃信息，實時調度信息的基礎上，對請求進行處理，最后給出優(yōu)先結果；在車輛離開定位區(qū)域之后，信號控制系統(tǒng)進入信號狀態(tài)恢復狀態(tài)，直到信號狀態(tài)恢復，完成信號優(yōu)先調度過程。

四、 結論及建議

1、公交信號優(yōu)先系統(tǒng)在具體實施的時候，將會有到多方面的實際問題，因此在設計和實施時需要注意以下問題：

根據(jù)地區(qū)的具體實際制訂公交信號優(yōu)先方案， 要符合地區(qū)的交通需求與特點；

建立起以交管部門為主導，公交部門為輔助的信號優(yōu)先實施小組，在保證交通正常秩序的情況下實施信號優(yōu)先；

建立起完善的高素質實施和維護隊伍，便于系統(tǒng)的安全運營；

綜合考慮經濟因素，避免多余和重復投資。

2、基于RFID技術的快速公交信號優(yōu)先控制方案克服了傳統(tǒng)車輛檢測器的應用不足，降低了公交車輛的延誤，能夠有效提高快速公交系統(tǒng)的運管水平和服務質量。