1　引言

日趨嚴重的交通擁堵?tīng)顩r已成為制約城市發(fā)展的世界性難題。根據2015年6月發(fā)布的《北京市道路交通運行分析報告》[1]，北京市區工作日高峰時(shí)段月平均交通指數達到7.2，同比增長(cháng)24.1%。緩解道路擁堵問(wèn)題已成為城市良性發(fā)展的關(guān)鍵性問(wèn)題。公交車(chē)輛因其大載客率的特點(diǎn)決定了其出行高效性的優(yōu)勢，《國務(wù)院關(guān)于城市優(yōu)先發(fā)展公共交通的指導意見(jiàn)》[2]強調了優(yōu)先發(fā)展公共交通是緩解交通擁堵的必然要求。

2015年5月1日北京市首次編制的地方標準《公交專(zhuān)用車(chē)道設置規范》[3]予以實(shí)施，其中規定：如果一條道路60%的路段滿(mǎn)足規劃條件應全線(xiàn)施劃公交專(zhuān)用道。而據上海市交通委員會(huì )發(fā)布信息顯示[4]，2015年底上?！笆濉逼陂g300公里公交專(zhuān)用道建設任務(wù)全部完成。公交專(zhuān)用道的設置對提高公共交通的運行效率起到了重要作用，但從現有公交專(zhuān)用道的使用情況來(lái)看，公交車(chē)雖占用較大道路資源卻并未達到預計的服務(wù)水平，其原因主要在于公交車(chē)輛車(chē)隊式運行引起的停站和交叉口延誤增大。統計數據表明，即便在公交優(yōu)先線(xiàn)路上，若該線(xiàn)路的信號控制策略中未考慮公交優(yōu)先，那公共交通的運行效率的提升也很有限 [5]。

公交優(yōu)先信號控制研究已從之前的單點(diǎn)優(yōu)先逐步發(fā)展為如今的干線(xiàn)優(yōu)先和網(wǎng)絡(luò )優(yōu)先，其中，干線(xiàn)優(yōu)先具有實(shí)施方便、效果突出等特點(diǎn)，在公交專(zhuān)用道連續性得到提升的前提下，進(jìn)一步研究干線(xiàn)優(yōu)先控制方法將具有更強的實(shí)際應用價(jià)值。

2　國內外研究現狀及發(fā)展動(dòng)態(tài)分析

公交信號優(yōu)先控制得到了國內外研究人員的廣泛關(guān)注，并做出了許多扎實(shí)的工作，結合專(zhuān)用道公交優(yōu)先干線(xiàn)協(xié)調控制方法研究的關(guān)鍵問(wèn)題及發(fā)展趨勢，本文將從公交駐站時(shí)間預測、公交信號優(yōu)先干線(xiàn)協(xié)調控制及其子區動(dòng)態(tài)劃分、公交信號優(yōu)先干線(xiàn)協(xié)調控制、間歇式公交專(zhuān)用道等四個(gè)方面，對國內外研究現狀加以綜述和分析。

2.1　公交駐站時(shí)間預測方法

公交車(chē)輛駐站時(shí)間的波動(dòng)變化將直接影響到公交車(chē)輛的路段時(shí)空軌跡分布，在路阻函數、建模仿真、評價(jià)線(xiàn)網(wǎng)、公交信號優(yōu)先控制等領(lǐng)域的研究中有重要作用，據此國內外學(xué)者對公交駐站時(shí)間預測及其相關(guān)問(wèn)題進(jìn)行了深入研究，主要包括以下四個(gè)方面：

（1）影響公交駐站時(shí)間的因素分析。較典型的有：文獻[6]中，R Rajbhandari等人從駕駛者、乘客的屬性和習慣等方面出發(fā)，對公交駐站時(shí)間和其相關(guān)因素的非線(xiàn)性關(guān)系進(jìn)行了研究；文獻[7]中，羅霞根據乘客上、下車(chē)動(dòng)作與駐站時(shí)間構建模型，研究乘客行為與駐站時(shí)間的關(guān)系[7]；Jaiswal從公交車(chē)輛類(lèi)型、收費方式以及上下車(chē)乘客等因素出發(fā)，建立了BRT駐站時(shí)間評估模型[8]等。

（2）基于回歸分析的公交駐站時(shí)間預測。較典型的有：Adamski采用準點(diǎn)率、車(chē)上乘客數和公交車(chē)頭時(shí)距等要素作為關(guān)鍵要素，建立了駐站時(shí)間同上述因素間的多重線(xiàn)性回歸模型[9]；楊兆升等在回歸分析的基礎上使用加權最小二乘估計用來(lái)減少異常數據，得出駐站時(shí)間估計和公交車(chē)頭時(shí)距之間的回歸模型[10]；Rashidi提出在多元線(xiàn)性回歸模型的基礎上，采用基因表達程序的方法去仿真評估公交車(chē)輛的駐站時(shí)間[11]；文獻[12]采用支持向量機中的ε-SVR 回歸模型，基于歷史數據對路段運行時(shí)間和停站時(shí)間的關(guān)系進(jìn)行擬合，得出公交駐站時(shí)間的預測模型等。

（3）基于公交車(chē)輛?？窟^(guò)程的駐站時(shí)間預測。文獻[13]通過(guò)對影響公交車(chē)駐站時(shí)間各因素的詳細分析，建立了基于站點(diǎn)?？垦诱`的車(chē)輛駐站時(shí)間預測模型；文獻[14]通過(guò)分析乘客上下車(chē)過(guò)程、多車(chē)門(mén)客流分配情況以及駐站時(shí)間三部分之間的關(guān)系，建立了相應的公交車(chē)駐站時(shí)間預測模型；文獻[15]考慮了在單?？坎次缓投嗤？坎次坏牟煌闆r下公交車(chē)輛的站外等待、減速進(jìn)站、站內?？亢图铀匐x站情況，并通過(guò)分別對其建立預測模型進(jìn)而得到了公交駐站總時(shí)間預測模型等。

（4）基于人工智能的駐站時(shí)間預測。Xin利用公交車(chē)輛的GPS所獲取的歷史和實(shí)時(shí)信息，建立了基于K近鄰算法的公交車(chē)站駐站時(shí)間預測模型[16]。文獻[17]建立了基于BP和RBF的公交駐站時(shí)間預測模型，并利用貝葉斯網(wǎng)絡(luò )驗證預測結果同實(shí)際數據間相符度；文獻[18]在A(yíng)NN駐站時(shí)間預測模型中引入車(chē)頭時(shí)距；Meng等提出了在非單線(xiàn)路狀況下的考慮多因素綜合影響作用下的公交駐站時(shí)間概率估計[19]等。其他公交駐站時(shí)間預測模型相關(guān)研究中所采用的技術(shù)方法與上述研究思想基本類(lèi)似。

綜上，現有的公交駐站時(shí)間預測模型研究成果較為豐富，在提升公交運營(yíng)、運行水平等方面也起到了一定的作用，但仍存在以下問(wèn)題：

（1）公交駐站時(shí)間預測方法研究中，應考慮到不同時(shí)段乘客出行及公交運行特征對公交駐站時(shí)間的影響；

（2）重疊線(xiàn)路其他班次公交到達可能會(huì )對所預測班次公交產(chǎn)生乘客分流，間接導致所預測班次公交駐站時(shí)間發(fā)生較大變化；

（3）基于回歸分析的公交駐站時(shí)間預測是其中重要方法之一，但由于公交駐站時(shí)間的強隨機性，僅靠單一的回歸模型難以描述公交駐站時(shí)間與其主要影響因素間的關(guān)系，應考慮建立回歸模型庫，并隨著(zhù)觀(guān)測數據的更新使庫內回歸模型持續優(yōu)化。

2.2　專(zhuān)用道公交信號優(yōu)先控制干線(xiàn)協(xié)調子區動(dòng)態(tài)劃分

為確保道路交通信號協(xié)調控制效果，國內外眾多學(xué)者對基于社會(huì )車(chē)輛交通流的干線(xiàn)協(xié)調控制子區劃分領(lǐng)域做出了諸多研究，取得了顯著(zhù)的成果。Yagoda等從路段流量、長(cháng)度等要素入手，結合交叉口間的關(guān)聯(lián)性，采用了兩者的比值權重來(lái)衡量交叉口間的關(guān)聯(lián)程度[20]；Moore以流量比為交叉口的特征屬性，應用聚類(lèi)方法建立交通子區劃分方法，該方法能同時(shí)考慮所有信號交叉口間的關(guān)聯(lián)程度[21]；Chang綜合考慮路段交通流狀態(tài)與車(chē)隊行駛離散性影響，給出了相鄰交叉口關(guān)聯(lián)指數的計算公式，據此實(shí)現相鄰交叉口之間的分合[22]；Lin等通過(guò)對車(chē)隊完整通過(guò)率和車(chē)隊長(cháng)度的關(guān)系入手，研究分析相鄰交叉口之間的協(xié)調控制關(guān)系，在不同的交通需求下實(shí)現了臨近交叉口的動(dòng)態(tài)分區[23]；李瑞敏等將交叉口的固有屬性同交叉口的流量分布構造特性相結合，根據相關(guān)因素建立了基于模糊推理的協(xié)調系數模型[24]；盧凱等通過(guò)對相鄰路口的關(guān)聯(lián)度建模，設計了最佳子區的選取流程，實(shí)現了協(xié)調控制子區的動(dòng)態(tài)劃分[25]；馬萬(wàn)經(jīng)等通過(guò)對比分析相鄰路口的信號相位、排隊、車(chē)道數等因素對交叉口關(guān)聯(lián)度的不同作用，進(jìn)而得出相應的計算模型[26]；趙勝川等采用最大閾值模型實(shí)現了帶寬最大化，克服了干線(xiàn)分區協(xié)調控制的端點(diǎn)閾值過(guò)于主觀(guān)的弊端，得以主動(dòng)干線(xiàn)分區等[27]。

總之，在對該問(wèn)題的研究中，如何確定路口間關(guān)聯(lián)度或協(xié)調系數是其核心目標。相對于社會(huì )車(chē)流而言，專(zhuān)用道公交運行由于受公交駐站、公交運營(yíng)調度、交叉口信號控制等因素影響，其運行特征、控制目標等均發(fā)生了較大變化，因此傳統的針對社會(huì )車(chē)流而設置的干線(xiàn)協(xié)調子區劃分規則難以直接應用于專(zhuān)用道公交信號優(yōu)先的干線(xiàn)協(xié)調控制子區劃分中，需要針對這一問(wèn)題進(jìn)行專(zhuān)門(mén)研究。楊希銳在其博士論文中對這一問(wèn)題進(jìn)行了初步研究，分析了公交優(yōu)先下制約控制子區劃分的影響因素，推導了公交車(chē)輛延誤及公交路徑的關(guān)聯(lián)度模型，提出了公交優(yōu)先下控制子區的劃分流程[28]。鑒于目前公交信號優(yōu)先領(lǐng)域中關(guān)于干線(xiàn)協(xié)調控制的研究多是基于社會(huì )車(chē)流干線(xiàn)協(xié)調控制的情況，公交信號優(yōu)先控制干線(xiàn)協(xié)調往往無(wú)獨立子區，專(zhuān)門(mén)針對專(zhuān)用道公交信號優(yōu)先干線(xiàn)協(xié)調控制子區劃分方面相關(guān)研究成果還很少，還未能形成系統的理論方法和應用。

2.3　公交信號優(yōu)先干線(xiàn)協(xié)調控制方法

隨著(zhù)公交信號優(yōu)先控制技術(shù)方法的發(fā)展和應用，公交信號優(yōu)先干線(xiàn)協(xié)調控制越來(lái)越受到國內外研究人員的重視，并取得了一系列研究成果。結合近年來(lái)的研究可以將公交信號優(yōu)先的干線(xiàn)協(xié)調控制方法分為三類(lèi)：一是考慮社會(huì )車(chē)輛干線(xiàn)協(xié)調綠波帶寬約束；二是考慮社會(huì )車(chē)輛和公交車(chē)輛的綜合控制；三是社會(huì )車(chē)輛協(xié)調控制條件下考慮公交車(chē)輛權重。具體如下：

（1）考慮社會(huì )車(chē)輛干線(xiàn)協(xié)調綠波帶寬約束。較典型的有：Balke等從影響度最小出發(fā)提出了一種基于線(xiàn)控的優(yōu)化方法，從系統綠波的角度為主線(xiàn)公交提供優(yōu)先[29]；Vasudevan等人在系統綠波的基礎上引入了最優(yōu)信號配時(shí)概念，進(jìn)而構建出一個(gè)多層線(xiàn)性控制系統[30]；王殿海等在原有的信號配時(shí)基礎上引入了綠波帶的上下限作為協(xié)調相位的約束，在保證原有社會(huì )車(chē)輛所屬協(xié)調控制相位綠波帶的前提下采取了綠燈延長(cháng)或紅燈早斷的方式為公交車(chē)輛提供優(yōu)先信號[31]；文獻[32]等在前人工作的基礎上采用了干線(xiàn)協(xié)調和公交優(yōu)先雙層優(yōu)化的方法，體現公交優(yōu)先信號的主動(dòng)性，并根據其約束來(lái)調整相應優(yōu)先方案。

（2）考慮社會(huì )車(chē)輛和公交車(chē)輛的綜合控制。較典型的有：鄒難等以干線(xiàn)人均總延誤最小為目標，將社會(huì )車(chē)輛綠波帶同公交車(chē)輛綠波帶統籌管理，協(xié)調兩者間的需求，通過(guò)綜合控制的方法降低人均總延誤 [33]；李鳳等在建立了傳統綠波帶同公交車(chē)輛綠波帶的優(yōu)選模型，凸顯了公交優(yōu)先協(xié)調控制的主動(dòng)性[34]；文獻[35]考慮社會(huì )車(chē)輛和公交車(chē)輛行駛車(chē)速的隨機特性，設計了線(xiàn)控系統運行綜合評價(jià)指標，將信息熵理論同眾多策略一并搭建出線(xiàn)控模型。

（3）社會(huì )車(chē)輛協(xié)調控制條件下考慮公交車(chē)輛權重。較典型的有：Shen等通過(guò)設定公交車(chē)輛優(yōu)先權重并結合相應的優(yōu)化策略實(shí)現干線(xiàn)協(xié)調情況下的公交優(yōu)先[36]；文獻[37]借助于實(shí)時(shí)信息采集系統，對路口的集散信息分析處理，通過(guò)對公交權重和車(chē)均延誤綜合分析得出自適應公交優(yōu)先動(dòng)態(tài)模型；劉小明等考慮過(guò)飽和交通狀態(tài)下的公交優(yōu)先需求，設計了動(dòng)態(tài)相位組合方法，針對路口過(guò)飽和狀態(tài)下對公交車(chē)輛加權處理得到關(guān)鍵信號控制參數的方法[38]；文獻[39]通過(guò)引入公交權重和多約束條件建立了公交優(yōu)先的主動(dòng)和被動(dòng)協(xié)調控制模型，實(shí)現了多目標優(yōu)化。

值得強調的是，王正武等人利用分層遞階控制技術(shù)建立干線(xiàn)協(xié)調控制模型[40]，從公交信號優(yōu)先與干線(xiàn)綠波控制中尋找協(xié)調平衡，其控制思想從一定意義上真正體現了公交信號優(yōu)先控制在不同交叉口之間的協(xié)調問(wèn)題。

總體而言，國內外學(xué)者在公交信號優(yōu)先干線(xiàn)協(xié)調控制方法研究方面已做出了許多扎實(shí)的工作，有助于解決社會(huì )車(chē)流干線(xiàn)協(xié)調與公交優(yōu)先綜合應用問(wèn)題，對于公交信號優(yōu)先的應用范圍、控制效果都具有重要作用。但就目前研究情況而言，仍存在以下問(wèn)題：

（1）現有方法多是建立在社會(huì )車(chē)流干線(xiàn)協(xié)調控制基礎之上，如在何種情況下適合獨立進(jìn)行公交信號優(yōu)先干線(xiàn)協(xié)調控制、如何設計真正滿(mǎn)足不同交叉口間協(xié)調需求的公交信號優(yōu)先干線(xiàn)協(xié)調控制算法等問(wèn)題仍需深入研究；

（2）現有方法多是基于社會(huì )車(chē)流干線(xiàn)協(xié)調子區進(jìn)行公交信號優(yōu)先控制，較少考慮公交優(yōu)先干線(xiàn)協(xié)調子區與社會(huì )車(chē)流干線(xiàn)協(xié)調子區不同關(guān)系下如何進(jìn)行協(xié)同控制的問(wèn)題。

2.4　間歇式公交專(zhuān)用道

為取得公交優(yōu)先效率和道路資源利用率的雙效提高，Viegas和Lu提出了間歇式公交專(zhuān)用道（Intermittent Bus Lane，IBL）系統[41]。該系統設計思想提出后，得到了該領(lǐng)域學(xué)者的廣泛關(guān)注，并針對其中的問(wèn)題進(jìn)行了擴展性研究，主要包括以下幾方面：

（1）間歇式公交專(zhuān)用道通行能力分析。較典型的有：Daganzo等利用集散波理論分析發(fā)現，社會(huì )車(chē)流飽和度、公交發(fā)車(chē)頻率等是影響間歇式公交專(zhuān)用道作用效益的關(guān)鍵因素[42]；文獻[43]對間歇式公交專(zhuān)用道的通行能力借助于移動(dòng)瓶頸理論進(jìn)行了研究，推算出相應的計算公式；文獻[44]利用交通波驗證分析間歇式專(zhuān)用道的相關(guān)影響因素，并據此考慮公交減速進(jìn)站、加速離站等過(guò)程。

（2）間歇式公交專(zhuān)用道仿真與實(shí)施。較典型的有：H.B.Zhu利用元胞自動(dòng)機模型來(lái)模擬傳統專(zhuān)用道和間歇式專(zhuān)用道的控制策略并對比分析[45]；文獻[46]選取了交通流相關(guān)特性作為研究指標，采用元胞自動(dòng)機的模型對傳統專(zhuān)用道和間歇式專(zhuān)用道進(jìn)行分析用以確定最佳專(zhuān)用道方式；Vladimir Zyryanov用微觀(guān)交通流模型仿真驗證了間歇式公交專(zhuān)用道的優(yōu)點(diǎn)[47]；墨爾本設置了間歇式公交專(zhuān)用道的示范性工程，從運營(yíng)效果來(lái)看，間歇式公交專(zhuān)用道能在提高公交車(chē)輛運營(yíng)效率的同時(shí)降低對社會(huì )車(chē)輛的影響[48]。

（3）間歇式公交專(zhuān)用道關(guān)聯(lián)控制。較典型的有：Viegas和Lu提出并構建了間歇式公交專(zhuān)用道設計思想，并從社會(huì )車(chē)輛、公交車(chē)輛的特性入手分析了單交叉口和區域信號控制[49][50]；Daganzo等為干線(xiàn)公交協(xié)調控制中配以間歇式公交專(zhuān)用道提供算法策略[42]；S.Ilgin Guler提出了一種類(lèi)似間歇式公交專(zhuān)用道的提前信號控制策略，在干線(xiàn)信號等上下游安裝輔助信號燈來(lái)控制公交車(chē)的運行方式[51]；文獻[52]將公交行程時(shí)間同專(zhuān)用道清空時(shí)間建模分析，據此設計了間歇式專(zhuān)用道的信號控制策略；文獻[53]設計的信號控制策略意圖控制間歇式公交專(zhuān)用道入口的開(kāi)放時(shí)段來(lái)控制公交專(zhuān)用道的空間利用率。

綜上，間歇式公交專(zhuān)用道能夠實(shí)現公交優(yōu)先和道路空間高效利用的雙贏(yíng)，進(jìn)而在一定程度上緩解城市交通擁堵問(wèn)題。與此同時(shí)，在對間歇式公交專(zhuān)用道作用下交通流特性分析的基礎上，如何將間歇式公交專(zhuān)用道設置與公交優(yōu)先信號控制相結合也越來(lái)越受到人們的關(guān)注，因此，在下一步推廣間歇式公交專(zhuān)用道的工作過(guò)程中，既要注重公交優(yōu)先的實(shí)施效果，還要注意以下幾個(gè)問(wèn)題：

（1）間歇式公交專(zhuān)用道設置的前提是不能對專(zhuān)用道公交運行產(chǎn)生影響，需要在考慮公交站點(diǎn)位置、公交駐站時(shí)間、信號配時(shí)等因素影響的基礎上，探究不同交通流量下公交專(zhuān)用道間歇式控制時(shí)段、區段與路段上游公交到達屬性、公交間距及速度等參量之間的定性、定量關(guān)系；

（2）間歇式公交專(zhuān)用道控制區段、時(shí)段會(huì )對關(guān)聯(lián)路口信號控制周期、綠信比產(chǎn)生的影響，需要考慮如何構建間歇式公交專(zhuān)用道控制區段、時(shí)段影響下的信號控制配時(shí)模型；

（3）間歇式公交專(zhuān)用道控制區段、時(shí)段與干線(xiàn)協(xié)調控制策略之間存在相互作用關(guān)系，為提升間歇式公交專(zhuān)用道和公交信號優(yōu)先實(shí)施效益，需要就專(zhuān)用道公交優(yōu)先干線(xiàn)協(xié)調與間歇式公交專(zhuān)用道協(xié)同控制方法展開(kāi)研究。

3　總結及展望

綜上所述，專(zhuān)用道公交優(yōu)先干線(xiàn)協(xié)調及其相關(guān)問(wèn)題已得到了研究人員的廣泛關(guān)注，并已取得了大量的研究成果，但仍有諸多核心問(wèn)題亟待得到進(jìn)一步解決?；谏鲜龅目偨Y分析，后續工作可針對以下內容展開(kāi)研究：首先對公交干線(xiàn)協(xié)調子區動(dòng)態(tài)劃分方法等基礎工作展開(kāi)研究；繼而考慮未實(shí)施公交車(chē)速引導和實(shí)施公交車(chē)速引導兩種情況，對應社會(huì )車(chē)流干線(xiàn)協(xié)調與公交優(yōu)先干線(xiàn)協(xié)調子區間獨立、包含、交叉三種形態(tài)，綜合利用分布式協(xié)同控制、分層遞階控制、多學(xué)科優(yōu)化設計等技術(shù)方法構建相應的專(zhuān)用道公交優(yōu)先干線(xiàn)協(xié)調控制模型；在此基礎上，考慮公交專(zhuān)用道路資源利用率，應用移動(dòng)瓶頸、集散波、車(chē)道流量均衡模型等理論方法，分析間歇式公交專(zhuān)用道控制區段、時(shí)段與相關(guān)交通參量、公交車(chē)車(chē)速引導策略、上下游交叉口信號配時(shí)之間的相互作用關(guān)系，設計三種形態(tài)下專(zhuān)用道公交優(yōu)先干線(xiàn)協(xié)調與間歇式公交車(chē)道協(xié)同控制方法；最終，應用軟件在環(huán)仿真，驗證分區及控制方法的有效性。上述內容的研究成果可為解決公交信號優(yōu)先干線(xiàn)協(xié)調控制難題提供新的方法和途徑，在城市交通控制實(shí)踐中具有重要的應用前景，同時(shí)對城市交通控制理論與方法的進(jìn)一步發(fā)展具有極大的推動(dòng)作用。

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基金項目：“十二五”國家科技支撐計劃項目——動(dòng)靜態(tài)一體化城市交通智能聯(lián)網(wǎng)聯(lián)控技術(shù)集成及示范（2014BAG03B01）

作者簡(jiǎn)介

張驍（1991-），男，河北邢臺人，碩士研究生，現就讀于北方工業(yè)大學(xué)，研究方向為交通信號控制。

張靈（1982-），男，云南建水人，碩士，現就職于昆明市交警支隊科信處，研究方向為交通組織和信號控制。

李正熙（1955-），男，黑龍江人，教授，博士，學(xué)科帶頭人（正高），現就職于北方工業(yè)大學(xué)，研究方向為智能系統。

劉小明（1974-），男，河北唐山人，教授，博士，系主任（正高），現就職于北方工業(yè)大學(xué)，研究方向為智能交通控制。

尚春琳（1989-），男，山東日照人，碩士研究生，現就讀于北方工業(yè)大學(xué)，研究方向為公交優(yōu)先控制。

常賡（1973-），男，云南昆明人，碩士，現就職于昆明市交警支隊科信處，研究方向為信息系統集成開(kāi)發(fā)。

摘自《自動(dòng)化博覽》2016年10月刊