重点通道多级紧急优先控制设计研究

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0 引言

紧急优先特殊车辆包括急救车、消防车、执勤警车、时争抢修车、工程抢险车等正在执行特殊紧急任务的车辆[1]，在紧急任务行动中起着关键性的作用，紧急车辆通过重点通道的速度快慢决定任务成功率的高低，因此，使特殊车辆以最快速安全通过重点通道成为本文研究重点。

从紧急优先的控制目的来看，其主要以保障特殊车辆紧急优先相位快速安全通行，达到不减速通过，且最大限度减少对非优先方向车辆的停等时间，保障非优先方向车辆信使通畅。

1 一般紧急优先的控制方式

最早的优先控制是1967年在洛杉矶所做的公交信号优先控制实验。在现实巨大需求和美好预期的驱动下，公交信号优先控制理论逐渐吸引了交通控制领域、公共交通领域乃至交通设计和交通安全领域众多研究者的注意。早期公交信号优先控制研究倾向于将公交信号优先(bus signal priority)与强制信号优先(priority and preemption)归结为同一类问题[2]。而重点通道的紧急优先控制应采取强制信号优先，强制信号优先的定义为“交通信号从正常状态切换到特殊状态，以满足紧急救援车辆、轨道交通等的通行，即需要中止正常的信号运行来提供特殊信号服务”。这两个定义从本质上体现了优先级思想：一般公交车辆的优先级大于普通社会车辆，紧急车辆(紧急救援车辆、轨道交通等)的优先级最高[3]。

2 多级紧急优先的控制方式

传统的重点通道紧急优先多采用人工干预方式，使用遥控器或开关控制，信号时长多为固定时长，无法灵活更改优先方向车辆通行时间，导致车队无法顺利放行，单车驶出重点通道后优先方向空放严重。在部分重点通道采用线圈检测的方式检测车辆是否压占，从而给出优先信号，此种方式由于线圈的检测灵敏度不够导致检测不充分，无法触发优先相位，或是重点通道车辆进入误触线圈检测器启动优先信号，导致紧急优先的触发需要人工干预，因此失去了紧急优先系统安装的意义。

针对现有传统紧急优先控制，多级紧急优先控制通过多检测区域，多级检测的方式，区分车辆进出方向，降低检测器误触发紧急优先信号控制概率，可最大限度保证检测的准确性。

2.1 多级紧急优先控制检测设备介绍

多级紧急优先控制检测设备外形主要由3个SENSOR传感器+遮阳罩+外壳（上盖+下盖）+安装支架三部分组成，如图1所示，主要特点如下：

（1）采用吊装支架，方便安装于横向立杆、龙门架等。内部中空，接线可以放在吊装支架的内部，有效保护接线端子。

（2）整个外壳采用镀锌钢材料，有效防止长时间户外风雨的腐蚀。

（3）采用前向、正向、后向顺序的3目视频传感器，并且可把3个视频无缝拼接融合成一个大场景视频，有效监测车辆运行的全过程。

2.2 检测区介绍

多级紧急优先控制采用大场景图像采集技术，可以全面获取场景内车辆运行信息，因此在紧急优先控制系统中可通过两种检测区进行判定。

预测检测区是对车辆优先的预先判断，该检测区域作用如下：

（1）识别车辆行驶方向及号牌，判断该车辆是否为紧急车辆，是否需要触发紧急优先信号，如车辆从重点通道外部向内部行驶或紧急车辆，则不触发紧急优先控制信号；

（2）检测车辆速度，通过对车辆速度的检测，计算出车辆到达停止线的预计时间，在预检测区内合理切换信号灯态，非优先方向切换为黄灯，当优先车辆到达感应检测区时可刚好绿灯通行；

（3）判断车辆数量从而预测绿灯通行时间，例如检测器检测到区域内有5辆车，则可以预测20秒的绿灯通过时间，保证车队顺利通行。

感应检测区是对当前停止线前的车辆实时进行感应控制，该检测区域作用如下：

（1）当预检测区检测到紧急车辆，但感应检测区有非紧急车辆时，切换信号灯态放行非紧急车辆，为紧急车辆清空通行道路；

（2）检测紧急车辆是否顺利通过感应检测区，如未顺利通过且紧急优先信号已经触发，则触发警报通知，通知中心人为进行状况查看，判断是否紧急优先路口出现路口死锁或交通事故，如图2所示。

图2 多级紧急优先控制流程图

2.3 多级紧急优先控制触发情景

情景一未检测到车辆申请优先控制：两个检测区域内均无优先车辆通行，信号机运行TOD固定信号配时方案；

情景二检测到一辆车申请优先控制：当预检测区域内检测到优先车辆通行时，按照预检测计算的触发时间，关闭所有车道绿灯，全部灯态切换顺序为绿闪-黄灯-全红-紧急优先相位绿灯；

情景三检测到车队或排队的优先车辆通行：预检测区检测排队长度，信号机根据排队长度预测紧急优先相位所需绿灯时长，车辆按照预检测计算的触发时间，关闭所有车道绿灯，全部灯态切换顺序为绿闪-黄灯-全红-紧急优先相位绿灯（根据排队长度智能调整），执行紧急优先。

3 多级紧急优先的应用

3.1 建设目的

机场车站等国内外各界人士往来的重要交通枢纽，保障紧急车辆顺畅出行成为了改善交通、维护稳定安全的重要目标。本次选取机场重点通道作为测试点，项目希望结合视频检测器图像分析技术及信号控制手段，合理智能的分配信号时长，在不锁定相位（即尽量不干扰社会车辆正常通行）的情况下，确保紧急车辆顺利通过。

3.2 路口现状

试点路口全天车流量较小，东北方向为航站楼连接线，北向作为机场紧急车辆特勤出口。北、东北方向进口由同一信号灯组控制，左转车辆主要去往高速方向，直行车辆去往机场管辖生活区域方向。南方向车辆左转进入机场工作区域或右转去往机场高速。现状渠化如图3所示。

图3 试点路口现状渠化图

3.3 信号控制目的及策略

控制目的：紧急车辆进入该路口等待时，由多级紧急优先检测器进行检测，确认车辆具有紧急优先控制需求时，触发信号机紧急优先功能，在保证行人过街安全条件下，自动切换到紧急优先相位，使紧急车辆快速通过，减少车辆停等时间。

控制策略：采用紧急优先控制模式，当多级紧急优先检测器检测到检测区域内北向的紧急车辆时，触发信号给信号控制机，在现有相位的基础上执行紧急相位，紧急相位切换为绿灯，其余相位切换为红灯。

4 总结

本案例中在试点路口应用的紧急优先控制，对比以往工作人员手动拦截车辆，保障紧急车辆通行的方式，极大的提高了特殊车辆的通行效率，紧急车辆通过交叉口的时间得到大大降低，减少了紧急车辆对社会车辆的影响，降低了其余方向车辆延误时间，保障了重要路段重点路口的通行安全。