基于射频识别技术（RFID）的城市公共交通专用信号控制理论研究

　　目前,乘坐公交车是我国城市居民主要采用的短途出行方式之一,在城市路网密度不断增加和道路拥堵日渐严重的背景下,城市道路公共交通运行管理普遍出现了通行效率低下等问题。 近年来,射频识别技术(RFID)的发展成熟,使车载物联网技术得到了广泛的推广运用。 因此,运用成熟的射频识别(RFID)设备技术和先进的交通信号控制理论,开发运用独立、高效、精准的城市道路公交专用交通信号控制策略和方法,将全面提升城市道路公交出行通行效率,最大限度的满足城市居民公交车方式的出行需求。

        一、基于射频识别技术(RFID)的城市公共交通专用信号控制理论研究

　　基于射频识别技术(RFID)的城市公共交通专用信号控制策略的研究思路是将先进的射频识别技术(RFID)设备与先进的交通信号控制理论进行科学合理的有机融合,同时要将城市道路交通管理的各种方法和措施进行系统运用。总体来讲,射频识别是实现城市道路公共交通高效运行的技术核心,主动式控制理论是实现公共交通专用信号控制的实质内涵,城市交通管理的方法措施是先进技术和理论得到实践的载体。 以上三个方面相互联系的内在线索是系统的路网交通特性参数和以交通起讫点(OD)出行特征、利用神经元算法等为代表的交通流数学模型,这种思路本质上就是对技术、理论、和实践的综合集成。

　　(一)利用射频识别技术(RFID)实现路网公共交通特性参数的准确采集

　　城市路网公共交通信号控制前提是对交通流特性参数进行有效准确的采集。 射频识别技术(RFID)在路网交通流参数采集系统的运用,是基于射频无线电波实现对道路公交车辆进行有效自动识别的工作原理来实现的。 射频识别技术(RFID)相比视频识别技术主要有三个明显优势:一是识别速度快、精度高,可以完全实现路网公交车辆信息唯一性的确定; 二是不容易受到天气、光照等外部条件干扰,对路网公交车交通流信息可以实现全天候实时采集;三是设备稳定性高,采集系统简单耐用不易损坏,这对提升路网公共交通信号控制精确性、降低日常维护成本显得尤为重要。

　　(二)运用主动控制理念实现路网公共交通信号控制理论的创新

　　基于主动式控制理念的路网公共交通信号控制理论的实质有四个环节:一是利用射频识别技术(RFID)采集路网公共交通车辆交通流参数;二是在城市公共交通路网范围内的交叉口设置专用的公交相位;三是利用先进的信号控制算法和成熟实用的数学模型,将采集的公共交通车辆交通特性参数和交叉口专用信号相位参数深度融合并和系统仿真预测;四是在公共交通专用信号控制策略运用过程中对运行效果进行反馈评价和优化升级。 四个环节从逻辑上形成一个完整的闭合回路,是实现预期最佳控制效果的关键所在。

　　(三)发挥城市道路交通行政管理措施的作用效果

　　实现城市道路公共交通专用信号控制需要充分发挥相关行业的职能与作用,采取以问题为导向的解决思路和策略,将城市道路公共交通专用信号控制目标的实现分为三个方面:一是解决公共交通专用信号控制道路空间制约的问题,这需要城市道路规划部门和公安交通管理部门根据实际情况进行操作; 二是解决公共交通专用信号控制前提下的路网行车秩序,这需要公安交通管理部门和城市公交运输企业根据公交出行交通特性建立新的公交车辆行车秩序;三是解决路网公共交通专用信号控制未来发展的问题,这需要国家政策宏观指导与物联网技术的进一步发展。

　　二、实践与应用

　　按照基于射频识别技术(RFID)的城市公共交通专用信号控制理论研究思路和技术路线,应当重点从以下三个方面进行布局思考。

　　(一)射频识别(RFID)检测设备的系统设定与调试安装

　　首先,要对射频识别(RFID)检测设备进行全面的系统设定,满足能够充分采集各种动态数据的要求,包括交叉口信号周期统计数据、交叉口信号机系统数据、ETA检测数据、公交实时运行位置数据、接入车载GPS定位数据、公交车发车时刻动态数据、交通信号控制系统动态数据,实时路网运行状态数据等,以上数据的采集是实现公共交通专用信号控制的基础; 其次,要在城市路网及交叉口无缝隙全覆盖安装调试射频识别采集器,这是实现射频识别采集的硬件支持。

　　(二)城市路网交叉口公共交通专用信号车道和通行规则设定

　　基于射频识别技术(RFID)的城市公共交通专用信号控制理论所提出的公交专用车道设置,不同于目前常见的城市主干线公交专用车道,也不同于一些城市BRT快速公共专用车道,它是公交车进入交叉口前临时借用60米右转车道,通过右转交通信号控制实现城市公共交通专用信号控制策略。

　　(1)如图2所示,当公交车由西向东进入路网交叉口前60米处,射频识别采集设备迅速采集感知公交车运行状态,将采集的公交车运行交通特性参数同步传输至交通信号控制中心,同时发送公共交通专用信号控制需求,由于公交车运行线路具有确定性,公交车对交叉口道路资源的占用需要也能精确计算,信号控制中心根据公交车发送的请求进行信号周期自适应配时,将计算出的东西方向公交专用绿灯信号配时方案和南北方向红灯信号配时方案反馈至路口交通信号控制机。

　　(2)如图3所示,当公交车由西向东直行进入交叉口,东西方向正好进入直行红灯信号、南北方向即将进入直行绿灯信号的情况下,射频识别设备与路口信号控制机进行协调配合,根据信号控制中心发送的东西方向右转弯车道绿灯交通信号配时方案,公交车借用右转弯车道直行。 此时南北方向直行信号相位采取绿灯迟启的信号配时方案,为公共交通专用信号控制提供时间优先权。一般中型交叉口绿灯信号迟启时间为6秒,大型交叉口绿灯信号迟启时间9秒。考虑到南北方向直行车辆起步延误时间,这段时间间隔完全满足由西向东公交车优先通过交叉口。 由此可见,在交叉口道路资源有限的情况下,通过不足10秒的相位时间差,就可以实现由西向东的公共交通专用信号控制目的。

　　(3)如图4所示,当公交车由西向东直行进入交叉口,东西方向已经进入直行红灯信号周期末、南北方向即将进入直行绿灯信号的情况下,射频识别设备与路口信号控制机进行协调配合,根据信号控制中心发送的东西方向右转弯车道绿灯交通信号配时方案,公交车继续借用右转弯车道直行。 此时南北方向直行绿灯信号相位采取绿灯早断的信号配时方案,同样为公共交通专用信号控制提供时间优先权。一般中型交叉口绿灯信号早断时间为5秒,大型交叉口绿灯信号早断时间8利。考虑到南北方向直行车辆停车延误时间,这段时间间隔完全满足由西向东公交车优先通过交叉口。 由此可见,在交叉口道路资源有限的情况下,通过不足10秒的相位时间差也可以实现由西向东的公共交通专用信号控制目的。

　　(4)如图5所示,当公交车由西向东进入交叉口,向交通信号控制中心提出了左转弯信号相位需求,此时如果东西方向即将进入红灯信号周期,射频识别设备与路口信号控制机进行协调配合,根据信号控制中心发送的东西方向右转弯车道绿灯交通信号配时方案,公交车继续借用右转弯车道,在进入交叉口后左转弯,南北方向直行绿灯信号相位采取绿灯延时的信号配时方案;如果东西方向即将进入绿灯信号周期,公交车继续借用右转弯车道,在进入交叉口后左转弯,南北方向直行红灯信号相位采取红灯延时的信号配时方案。 一般中型交叉口绿灯信号早断时间为7秒,大型交叉口绿灯信号早断时间10秒。 考虑到南北方向车辆起步停车延误时间,通过10秒左右的相位时间差也可实现由西向北的公共交通专用信号控制目的。

　　(三)实现主动式城市道路干线交通信号协同控制目标

　　传统的城市干线道路交通流检测点在空间上呈离散型分布,所以实际采集的公共交通特性参数与真实的公交出行需求存在不对称关系,尤其是干线交通拥堵状况下,当公交车辆排队长度超过上游检测断面时,这一差异将被进一步放大。 究其原因,一是非拥堵状况下的信号控制优化技术并不适用于拥堵状况; 二是城市道路拥堵成因的复杂性和交通流的不稳定性,导致了交通信号控制方案和策略不符合实际情况。 因此运用主动控制的理念,在城市主干线实现公共交通专用信号双向绿波带的控制效果最终实现区域路网内公共交通专用信号区域绿波带的控制目标。

　　三、发展趋势与启示

　　(一)基于射频识别技术(RFID)的城市道路公共交通专用信号控制理论的定位

　　从发展的视角展望未来,随着汽车物联网信息技术的拓展融合,射频识别技术(RFID)在城市道路公共交通领域将会有巨大的发展空间。 目前在我国二、三线城市大力发展地铁的背景下,由于城市道路资源极其有限,曾在各大城市全面推广的BRT快速公交必将成为介于道路普通公交与地铁之间的短暂过渡。随着射频识别技术在城市公共交通领域的发展运用,BRT快速公交将不能适应城市公共交通系统的发展需求,终将会被淘汰。因此基于射频识别技术的城市公共交通专用信号控制对未来城市道路公交出行具有广阔的发展前景和实践价值。

　　(二)射频识别技术(RFID)在城市道路公共交通领域发展的启示

　　按照国家十三五发展规划目标,智慧交通建设作为智慧城市建设的重要内容将在全国得到普及和发展,而城市公共交通专用信号控制实质上是智慧公交内涵中重要的一部分,因此公安交通管理部门、城市道路规划部门、城市公交运输企业应当将视野和眼光着眼于智慧交通的发展未来,在提升城市道路公交出行效率和缓解道路资源占用率高的前提下,为实现更加便捷、高效、人性化的目标,开发运用更多的城市公共交通运行管理的精细化功能。

　　四、结语

　　科学合理的道路交通信号控制系统和方案,能够有效发挥城市道路公共交通系统潜在的能力,这对于缓解城市交通拥堵、提高整个道路系统的安全性和运输效率具有重要意义。因此,改进和创新道路交通信号控制技术已成为解决我

　　国城市道路交通问题的重要思路和措施。 国务院颁布的《国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006-2020年)》中明确指出了开发城市智能交通管理系统为优先发展主题,希望通过该研究能够为解决城市道路公交出行提供一种创新的思路,能够有效地提升城市路网公交出行效率。

作者：李亚军

编辑：广汉