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公交优先的预信号：实施的基本准则
摘要
与汽车相比，公共交通（例如公共汽车）可以使用更少的空间来承载更多的人。因此，通过增加城市网络中乘公交车的人口比例，我们可以提高城市交通系统的效率，最终使其更具可持续性。不幸的是，公交车与小汽车的混行会经常造成交通拥堵。一种常用的解决方案是设置公交专用道。然而，当公交车流量较低时，穿过交叉口的专用车道可以减少来自这些位置的排放流量，并导致车辆延误，车辆排队以及与拥堵相关的所有外部性增加。这反过来又会降低运输网络的整体效率。因此，解决方案是停止主信号上游的专用通道，去除交叉口处的公交优先。在本文中，我们提倡在信号交叉口上游使用预信号继续提供公交优先，同时最大限度地减少对汽车交通的干扰。预信号可以允许公共汽车在信号交叉口的上游跳过汽车队列，同时允许汽车在没有公共汽车时利用主信号的全部容量。在本文中，我们提供了如何在信号交叉口实现预信号的实用指南。通过使用先前关于预信号的研究的最新分析和实证结果，提供了关于如何操作预信号的想法。与混合使用车道或专用公交车道相比，通过使用预信号减少了系统范围（公共汽车和汽车）人的延迟时间也被量化。通过这样做，还定义了预信号的应用领域。然后，该信息可用于确定应在实际城市网络中实施预信号的位置和时间，并量化它们对系统的益处。
介绍
可持续城市交通网络的一个关键组成部分是公共交通。可靠和快速的公共交 通（例如公共汽车）可以使现存的城市道路空间更有效地使人们在较少利用空间的同时被利用，因此有助于缓解城市地区的汽车拥堵。然而，在城市环境中公交车的运营往往会受到与汽车相互关系的阻碍。在混合使用的车道中行驶时，如果公共汽车被列入汽车队列，公共汽车的运营可能变得缓慢且不可靠。此外，经常停车并进出公交车站的公交车可能会妨碍汽车的运营。结果，汽 车和公共汽车模式的运行效率降低，两者的容量都可以降低，这种现象在交 通经济学文献中也被称为交叉容量常用的解决方案是仅为城市网络内的总线（即专用总线通道）专用空间， 以便优先考虑该模式。早在1975年就已经研究过这种解决方案（Levine等。1975).专用公交车道的通用实施方案与其他策略（例如较长的停车间距和具 有水平通道的车站）相结合被称为快速公交（BRT）系统。对BRT系统的分析 通常只关注总线操作本身（例如Witwatersrand等。2015;伊达尔戈和穆 诺兹2014).最近才对使用公交车道的道路通行能力进行了理论分析（Cassis 等。2009).这些车道可以允许公共汽车绕过车辆排队，以减少他们的旅行时 间并提高他们的可靠性。另一方面，这种策略远离汽车，这取决于公交车频 率和汽车需求，可能导致汽车排队增加。因此，这些车道对建立可持续交通 系统的有效性可能有很大差异。
当公交车流量很高时，专用公交车道也可以通过减少两种模式之间经历的冲突车道变换操纵的次数而使车辆受益。这意味着来自公交车道（由于公交车道的高利用率）和车道的排放流量将相对较高。如果这些专用公交车道遇到瓶颈，系统的总排放流量甚至可能会增加（Menendez和Daganzo）2007).
然而，当公交车流量非常低时，即使车道中增加的流量也可能无法弥补公交车道的利用不足。在这种情况下，穿过瓶颈的公交车道会增加额外的车辆延误，并且由于瓶颈容量减少，可以形成更长的车辆排队。较长的队列也会增加队列溢出到其他交叉口的风险，从而进一步减少网络上的排放流量。
对于低公交车流量，通过在公交车和汽车之间更有效地分配空间，城市交通系统可以变得更加可持续。为此，已经在链路和交叉口提出了公交车道的动态使用。上
提出了信号化干道，间歇性公交车道（Viegas和Lu2001, 2004).间歇性公交车道允许汽车在没有公共汽车时使用公路上的所有车道。在公共汽车到达之前， 汽车被限制不能进入公交车道，这会在到达的公交车前动态创造空地。因此， 公共汽车可以行驶在动脉的长度而不会遇到汽车排队。但是，由于公共汽车 只在必要时才获得优先权，所以当没有公共汽车时，汽车可以充分利用公路 空间。提出了一个类似的想法，即具有间歇性优先权的公交车道，其中接近 公交车道的车辆被迫改变车道，并由Eichler和Daganzo在理论上进行了分析（2006).Guler和Cassis（2012）理论上确定动态共享通道的边界将增加系 统的总容量。间歇性公交车道在葡萄牙里斯本进行了现场测试（Viegas等人。2007），在澳大利亚墨尔本（Carrie等。2007).这些实验发现，使用间歇性 公交车道可以减少公交车延误的范围。特别关注交叉点，由Wu和Hounsell首先提出使用预信号，这是主信号上游的附加信号。1998).目标是增加交叉口的排放流量，同时仍然提供公交优先权。本文为前置信号提供了三种不同的操作策略，并根据与两者相关的延迟对其中两种进行了理论评估。第三种情况，其中前置信号动态响应总线的到达以提供进一步的优先级，未经分析评估。还进行了其他限制性假设，例如完全饱和的主信号周期，以及总线到达预信号位置的不断到达。Guler和Menendez放松了这些限制性假设（2014a, b);此外，还提出了一种更有效的运行策略（其中预信号在最近可能的时间之前在主信号之前变为绿色）。他们分析了主信号饱和时预信号遇到的汽车和公共汽车延误（ Guler 和Menendez2014a），当主信号过饱和时（Guler和Menendez2014b).还提出了一种有效的预信号策略，可以根据交通需求开启和关闭（He ET AL。2015).
另一个提议的处理方法是队列跳线，用于允许公共汽车在信号交叉口使用右转弯道以绕过车辆排队（Bowline和Fitzpatrick）1997).其他工作也考虑了将队列跳线与传输信号优先级相结合（Chou ET AL。2006;Victrola等人。2013).这些研究得出结论，使用队列跳线与过境信号优先级相结合可以提高5 至15 km / h之间的公交车速度。
在现实世界中只有少数几个地方已经实现了预信号。这些地点包括伦敦， 英国（伦敦交通局）2005），瑞士苏黎世至少发现了一种实施方案。在伦敦， 伦敦交通局（2005）提供有关如何评估和设计预信号的指南。本文定性地讨 论了在评估预信号的可行性，设计和实施时要考虑的不同方面。然而，除了 关于距信号前位置的交叉点的距离的一般建议之外，本文档中未提供定量评 估工具。对于预信号中遇到的汽车和公共汽车延误的唯一已知经验评估被发 现苏黎世前信号（Guler和Menendez2013).该评估还用于验证Guler和Menendez 中提出的理论分析（2014a, b).
本文的目的是提供有关前置信号操作的全面视图，并传达它们为创造更可持续的城市环境带来的好处。本文介绍了如何以及何时在城市网络中实施预信号的基本指南。这些指南是使用Guler 和Menendez 提供的配方开发的（2014a, b).然而，这里的重点放在结果上，以便为从业者提供评估预信号可行性的工具。此外，我们还为前置信号的设计，实施和评估提供了基本指导。部分2 描述了预信号的操作。部分3 讨论了预信号可以改善饱和和过饱和交叉口系统的条件，并量化其优势。部分4 提供了以最有益于系统的方式操作预信号的策略。最后，Sect。5 为预信号的实现提供了一些建议和最终评论。
预信号的操作
当有两个或多个通道以与总线相同的方向接近交叉路口时，可以使用预信号， 并且一个专用于仅用于总线。这条专用公交车道在交叉路口上游一定距离处 停止。在该位置，仅为车道设置附加信号（预信号），以便仍然在主信号处 提供一些总线优先级（参见图3）。1).除了公共汽车到达时，预信号允许汽 车使用所有车道从主信号放电。那时，汽车在前置信号（如果它还不是红色） 时接收到红色，允许公共汽车在汽车前面操纵而不会遇到任何冲突。由于总 线到达专用车道中的预信号位置，这也允许总线跳过前置信号上游的车队列。请注意，当引入预信号时，主信号的信号设置保持不变。由于主信号的信号 设置没有被修改，只有方向就可以了放置预置信号以确定在实施预置信号时由于总线的存在可能引起的附加延迟。其他业务流的操作应保持不变。预信号的唯一目的是提供总线优先级，因此 它具有与主信号相同的周期长度，以及其所有其他信号设置。确定红色持续 时间和偏移以促进总线优先级。苏黎世前信号（Guler和Menendez2013).该评估还用于验证Guler和Menendez 中提出的理论分析（2014a, b).
本文的目的是提供有关前置信号操作的全面视图，并传达它们为创造更可持续的城市环境带来的好处。本文介绍了如何以及何时在城市网络中实施预信号的基本指南。这些指南是使用Guler 和Menendez 提供的配方开发的
（2014a, b).然而，这里的重点放在结果上，以便为从业者提供评估预信号可行性的工具。此外，我们还为前置信号的设计，实施和评估提供了基本指导。
部分2 描述了预信号的操作。部分3 讨论了预信号可以改善饱和和过饱和交叉口系统的条件，并量化其优势。部分4 提供了以最有益于系统的方式操作预信号的策略。最后，Sect。5 为预信号的实现提供了一些建议和最终评论。
预信号的操作
当有两个或多个通道以与总线相同的方向接近交叉路口时，可以使用预信号， 并且一个专用于仅用于总线。这条专用公交车道在交叉路口上游一定距离处 停止。在该位置，仅为车道设置附加信号（预信号），以便仍然在主信号处 提供一些总线优先级（参见图3）。1).除了公共汽车到达时，预信号允许汽 车使用所有车道从主信号放电。那时，汽车在前置信号（如果它还不是红色） 时接收到红色，允许公共汽车在汽车前面操纵而不会遇到任何冲突。由于总 线到达专用车道中的预信号位置，这也允许总线跳过前置信号上游的车队列。请注意，当引入预信号时，主信号的信号设置保持不变。由于主信号的信号 设置没有被修改，只有方向就可以了。
信号的操作如Guler和Menendez所述（2014a），并在图中总结。2.该图显示了汽车（绿色或红色）的每个信号的相位以及汽车排队的位置，作为不存在公共汽车的循环的阴影区域。该图中未显示黄色相。可以插入红色相位之前的黄色相位，以便在主信号和预信号处进行安全测量，如同常规信号所做的那样。请注意，总线不受前置信号控制，每当总线到达时，无论两个信号中的任何一个信号的相位如何，前置信号都会变为红色。这允许公共汽车进入混合车道而不会遇到来自汽车的冲突运动。一旦总线通过预信号位置， 如果在没有总线到达的情况下它将是绿色的话，预信号可以变为绿色。此操作提供最小的组合总线和汽车延迟，并且稍后将证明是合理的。
前信号和主信号都是红色的，因此没有汽车在主信号处排队。在此阶段到达的公共汽车可以跳过整个汽车队列并移动到主信号的停止线。
预信号在主信号之前变为绿色，使得主信号的容量不受预信号的存在的影响。前置信号中的绿色尽可能晚地开始，以确保在该阶段期间到达的总线在主信号处遇到最小可能的队列。该总线仅跳转保留在预信号的小队列。
如果不存在预信号，主信号将变为绿色。在该阶段期间到达的总线可能会或可能不会在主信号处遇到小的队列。
基于预信号和主信号之间的汽车的自由流动行进时间，预信号在主信号之前变为红色。这确保了当两个信号都是红色时，汽车队列仅存在于预信号的上游。现在假设前置信号的红色持续时间与上述不同。如果预信号处的红色时间较短，则意味着每个周期在主信号处形成较长的队列。这不会增加主信号的容量，而是在相位期间到达的总线，如图2所示。2b会排在更多的汽车后面，导致更大的平均巴士延误。这种类型的操作不会使汽车受益，因为它们会同时从主信号中排出。但是，运营策略会更少对公共汽车有效。
现在想象一下相反，前置信号的红色比上面描述的要长。在这种情况下， 主信号的容量将减小，因为与主信号相比，汽车使用比预信号少一个通道进行放电。在这种情况下，汽车会遇到额外的延误。但是，由于相位的持续时间如图1所示，因此总线将受益于此操作。2a将被延长（即，总线在主信号上不会遇到更长时间的车队列）。然而，对该策略的进一步研究表明，总线延迟的减少不足以弥补汽车延误的增加（与混合车道相比）。
因此，最佳的预信号操作策略是图1中所示的策略。2.有了它，对于不存在总线的循环，汽车延迟与前置信号不存在时的汽车延迟完全相同，即使停止次数一些汽车增加了。
由于rps 取决于需求率，因此可以通过使用历史数据预先确定，或者通过使用环路检测器测量到达率来动态确定。而且，在实际实现中，预信号预先变为红色
通过自由流动行程时间（d 得到红色主信号，其中v 是自由流动速度）。
这可以被认为是简单的单向协调。在s = s0的情况下，预信号仍然会在a之前变为绿色 d绿色主信号，但rps 将等于r女士。因此，在预信号排队的第一辆车将在它变为绿色时到达主信号，并且不需要再次停止。因此，不会形成汽车的二级队列主要信号。预信号将在红色主信号之前再次变为红色 d 。
vf
请注意，上面的描述假定瞬时加速和减速，没有琥珀色光。然而，通过改 变主信号处的绿色开始与预信号之间的偏移，可以容易地解决由于加速和由 于琥珀色灯引起的时间损失。然后，该偏移将等于加速车辆在前信号和主信号之间的行进时间而不是自由流动行进时间。这将是预信号操作的唯一修改。
如果在汽车有绿色预信号时公共汽车到达，则预先信号需要在一段时间内为车辆变为红色red。这个持续时间需要足够允许公共汽车进入预信号下游的适当车道。这个持续时间通常约为5秒，但是，它可能高达10秒，就像在苏黎世前信号中观察到的那样。
预信号应用的好处和领域
本节介绍了与混合使用通道相比使用预信号所获得的延迟节省，以及与专用于专用总线的通道相比。请注意，混合使用通道不提供任何总线优先级，而专用通道用于总线使用仅提供高级别的总线优先级。还提供了预信号可以提供最低系统范围（汽车和公共汽车）总人数小时延迟的界限。这些结果使用Guler和Men
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