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多公交车请求冲突下交叉口公交优先协调控制策略与模型研究

一、引言

1.1研究背景

随着城市化进程的快速推进，城市人口数量不断攀升，居民的出行需求也日益增长，与此同时，汽车保有量呈现出爆发式的增长态势。据相关数据显示，我国多个大城市的汽车保有量已经突破千万大关，且仍保持着较高的增长率。然而，城市道路基础设施的建设速度却难以跟上交通需求的增长步伐，这就导致了城市交通拥堵问题日益严重。交通拥堵不仅会导致居民出行时间大幅增加，降低出行效率，还会使车辆在低速行驶和怠速状态下消耗更多的能源，造成能源的浪费。此外，交通拥堵还会使汽车尾气排放量急剧增加，对城市空气质量造成严重影响，危害居民的身体健康。据统计，在交通拥堵严重的城市，居民的平均通勤时间相比以往增加了30%-50%，因交通拥堵导致的经济损失每年高达数百亿元。

在这样的背景下，发展公共交通被视为缓解城市交通拥堵、减少环境污染、提高城市交通效率的重要举措。公交作为城市公共交通的重要组成部分，具有载客量大、能源消耗低、占地面积小等优势。通过实施公交优先发展战略，可以吸引更多居民选择公交出行，从而有效减少私人小汽车的使用，降低道路交通流量，缓解交通拥堵状况。例如，在一些公交优先发展成效显著的城市，公交出行分担率提高了20%-30%，道路交通拥堵状况得到了明显改善。

公交优先在城市交通发展中具有至关重要的地位和作用。它不仅是缓解交通拥堵的关键手段，还能有效提升公共交通在城市交通体系中的竞争力。然而，在实际的公交运营过程中，尤其是在交叉口处，常常会出现多公交车请求冲突的情况。当多辆公交车同时请求优先通行时，若缺乏合理的协调控制机制，不仅会导致公交车之间的相互干扰，延误公交车的运行时间，降低公交服务的可靠性和准时性，还会对社会车辆的正常通行产生不利影响，进一步加剧交叉口的交通拥堵。因此，研究多公交车请求冲突的交叉口公交优先协调控制方法具有重要的现实意义。

1.2研究目的和意义

本研究旨在通过深入分析多公交车请求冲突的交叉口公交优先协调控制问题，构建科学合理的控制模型和策略，以实现以下目标：一是降低公交在交叉口的延误时间，提高公交车辆的运行效率和准点率，增强公交服务的可靠性和吸引力；二是优化交叉口的交通流运行，提高交叉口的通行能力，减少社会车辆的延误，实现公交与社会车辆的协调通行，提升整个交叉口的交通运行效率；三是建立公平、高效的公交优先协调控制机制，在保障公交优先的同时，尽量减少对社会车辆的影响，实现交通资源的合理分配。

本研究对于城市交通发展具有重要的理论和实践意义。在理论方面，通过对多公交车请求冲突的交叉口公交优先协调控制问题的研究，可以丰富和完善公交优先控制理论体系，为解决城市交通拥堵问题提供新的思路和方法。同时，本研究还可以促进交通工程、运筹学、控制理论等多学科的交叉融合，推动相关学科的发展。在实践方面，本研究成果可以为城市交通管理部门制定科学合理的公交优先政策和交通控制策略提供理论依据和技术支持，有助于提高城市交通管理的水平和效率。通过优化交叉口的公交优先协调控制，可以提高公交服务质量，吸引更多居民选择公交出行，从而有效缓解城市交通拥堵，减少环境污染，促进城市的可持续发展。此外，本研究成果还可以为城市公交运营企业优化公交调度和运营管理提供参考，有助于降低运营成本，提高运营效益。

1.3国内外研究现状

国外在公交优先控制策略和模型方面开展了大量的研究工作，取得了一系列的研究成果。在公交信号优先控制策略方面，提出了绿灯延长、红灯早断、相位插入等多种控制策略，并对这些策略的适用条件和效果进行了深入研究。在公交优先控制模型方面，建立了基于线性规划、整数规划、动态规划等方法的数学模型，用于优化公交信号优先控制方案。此外，国外还注重将智能交通技术应用于公交优先控制中，通过实时采集公交车辆和交通流信息，实现公交优先控制的智能化和自适应化。

然而，国外的研究成果在解决多公交请求冲突问题方面仍存在一些不足之处。一方面，现有的研究大多是针对单条公交线路或少数几条公交线路的公交优先控制，对于多公交线路同时请求优先通行时的冲突解决方法研究较少。另一方面，国外的研究成果往往是基于国外的交通环境和交通管理体制提出的，在应用于我国城市交通时，需要进行一定的调整和改进。

国内在公交优先控制领域也进行了广泛的研究，取得了一定的研究成果。在公交优先控制策略方面，结合我国城市交通的特点，提出了一些适合我国国情的公交优先控制策略，如公交专用道设置、公交信号优先与绿波协调控制相结合等。在公交优先控制模型方面，建立了基于遗传算法、模拟退火算法、粒子群优化算法等智能算法的公交优先控制模型，提高了公交优先控制方案的优化效率和效果。此外，国内还开展了一些关于多公交请求冲突解决方法的研究，提出了基于优先级排序、模糊控制