基于车路协同的公交专用道交通管理设施设置

陈 伟

(重庆市市政设计研究院有限公司，重庆 400020)

一、引言

智能车路协同系统是采用先进的无线通信和新一代互联网等技术，全方位实施车车、车路动态实时信息交互，并在全时空动态交通信息采集与融合的基础上开展车辆主动安全控制和道路协同管理，充分实现人、车、路的有效协同，保证交通安全，提高通行效率，从而形成安全、高效和环保的道路交通系统[1]。

为深入贯彻落实科学发展观，加快转变城市交通发展方式，突出城市公共交通的便捷性，将公共交通发展放在城市交通发展的首要位置，着力提升城市公共交通服务水平。2012年国务院办公厅发布的《国务院关于城市优先发展公共交通的指导意见》(国发〔2012〕64号)中指出，要提升公共交通设施和装备水平，提高公共交通的便利性和舒适性，切实保障公共交通路权优先[2]。

落实公共交通优先发展政策绝不仅是简单开通一条“公交专用道”能解决的问题。随着社会的不断发展，结合未来交通的发展趋势，如何保障公共交通路权优先将面临许多挑战。本文拟基于智能车路协同系统，论述如何建设适应未来交通发展的智能化公交专用道系统。

二、 公交专用道交通管理设施现状

在国内，许多城市都发布了“公交优先”的相关政策和通知，即通过保障公共交通路权优先，大力发展公共交通，提高公共交通的服务水平及出行效率，以此吸引市民选择公共交通出行，进而提高公共交通出行方式的分担率，间接减少私家车出行，从而构建和谐的人、车、路的交通环境。

近几年，不少城市施划公交专用道，并配套采用一些交通管理设施，如隔离护栏、公交专用信号灯相位等。然而在现状公交专用道运营中，长期存在私家车占用公交专用道的现象，导致公交专用道无法发挥应有的作用。

为充分发挥公交专用道的建设成效，进一步优化现有公交专用道，使之更加系统化、连续化，切实保障公交路权优先，相关管理部门非常重视公交专用道的违章检测、信息发布、信号优先等系统建设，但现状公交专用道信息化建设与实际需求仍然存在较大差距。

(一)违章检测方面

违章检测设备的主要功能是自动检测、抓拍占用公交专用道的违章社会车辆。目前，部分公交专用道路段电子警察检测设备覆盖率较低，主要安装在路口及公交专用道起点位置，导致社会车辆经常躲避电子警察后见空就钻、随意变道，不仅影响公交车辆的正常行驶，还存在极大的安全隐患。

(二)信号控制方面

现状许多公交专用道路段信号灯都是采用单点配时，没有干线绿波设计。针对部分信号控制机配时调整需要现场手动操作，大部分路口红绿灯只能按照预先方案设定“机械运动”，无法根据流量变化进行自适应控制，更无法针对不同种类车辆的到达动态调整，为公共汽车及救护车等特种车辆提供信号优先。

(三)信息发布方面

目前，部分城市仍然采用的是分时段使用公交专用道，并非全时段禁止社会车辆通行公交专用道。由于部分公交专用道路段缺乏动态信息发布设施，使得外地驾驶员不能有效了解公交专用道是否开启，以及交通事故、临时疏导等动态信息，间接增加公交专用道宣传、纠违、应急疏导的难度。

三、车路协同在公交专用道上的应用经验借鉴

(一)广东深圳[3]

2019年10月28日，全国首次批量应用车路协同技术实施公交优先的案例在深圳落地。“国际会展中心快速智慧公交接驳工程·车路协同适时 Smart BRT”项目作为国内首条批量应用 LTE-V2X 车路协同技术，实现智慧公交通行控制的示范道路。

项目采用LTE-V2X车路协同通信新技术、新策略，当公交车到达信号灯路口遇到红灯时，红色信号灯时间会缩短；当感应到公交车在较短时间可抵达路口时，绿灯时间也会适度延长，以此来保证智慧公交优先通过。

项目全长7公里，设计时速是 40千米/时，保障15～20分钟到达国际会展中心，途经11个十字交叉红绿灯。设计过程中充分考虑周边社区居民的过街需求，避免智慧公交系统对居民造成太大的干扰。结合居民的出行环境，设置4个过街岛，供行人过马路，并在相应地方设计红外线感应的红绿灯。

项目形成以车、路、人三位一体的智慧网联应用场景。充分挖掘道路时空资源，构建智慧公交平台系统，通过路侧道路前端交通采集设备，利用OBU，通过4G专网，将交通信息实时传输给后台，平台处理信息后，将获取的公交调度、道路拥堵、道路突发状况报警等信息反馈给车载智能终端显示屏。实时提醒驾驶人员，有效提高车辆的通行效率，并高效保障车辆及司乘人员的出行安全。

该项目通过车路协同技术，会展期间实现了公交专用道高峰路权专用、15分钟可达、无缝衔接的一站式高品质接驳，实现点对点服务，高效接驳地铁客流，有效疏解会展高峰客流压力。专用公交线路利用V2X车载高精度车路协同OBU，可以与道路路侧RSU实现实时通信，路侧车路协同设备可以实时感知专用公交车的车辆速度、位置、驾驶状态等数据，并与交通信号控制红绿灯实时联动，最终实现真正意义上的公交优先通行。

(二)湖南长沙[4]

长沙智能网联汽车开放测试道路包括全国首条开放道路智慧公交示范线、100公里智慧高速和100平方公里城市开放道路，率先部署了车路协同基础设施，并实现国内首批自动驾驶出租车载客运行和首批自动驾驶环卫车辆公开道路运行。

2020年7月，福特汽车(中国)有限公司在长沙智能网联汽车开放测试道路测试车路协同功能，湘江智能为测试提供长沙市区的道路智能基础设施和区域智慧交通云控平台，由此实现“车(车辆终端)—路(基础设施)—云(云控平台)”的实时双向通信。

配备了C-V2X的福特车辆在长沙智能网联汽车开放测试道路测试车路协同功能，车路协同功能将与福特“SYNC+”智行信息娱乐系统的智慧导航功能深度集成，以图像和声音的形式提示车主前方的红绿灯状态和倒数计时、限速和危险路段、临时施工等信息。此外，车路协同功能还可结合算法、红绿灯信息和其他道路基础设施信息，给车主提供最优行驶速度建议，可直接通过路口，减少等待红灯时间；依据前方红绿灯的状态和剩余时间，结合自身车速、位置等信息作出判断，在车机屏幕推送红灯预警信息，避免闯红灯风险。

四、智能化公交专用道系统建设

未来城市将朝着高度智慧化的方向发展，强调利用未来科技推动城市治理服务转型，实现城市高效能、包容性和可持续发展，打造四个城市(4C)，即全息感知城市(Perception City)、在线推演城市(Deduction City)、闭环管控城市(Managing City)和全程服务城市(Serving City)，建设成为一个可感知、可运营、可管控、可服务的城市[5]。

目前，新基建领域互联网、汽车、设计与建设等企业，从无人驾驶、车路协同、智慧城市等多个角度布局，不断提升基础设施的感知能力、信息分析能力、全面服务能力。智能化公交专用道的建设将是未来实现公共交通优先发展战略的一个重要影响因素，也是未来公共交通发展的一个必然趋势。

(一)智能公交专用道管理平台

目前城市飞速发展，交通拥堵问题日益严重，为有效缓解城市交通拥堵，需要大力发展公共交通，实现公交优先。在此背景下，公交专用道应运而生。但如何高效管理公交专用道，提高运营服务水平却是相关单位的一大难题。通过建设智能公交专用道管理平台，可以极大地提高公交运行效率及其服务水平。通过实时采集、传输和分析数据，相关单位可以实时了解道路拥堵状况、各个时段的客流情况，以及各个路段公交专用道的监控情况等信息，后台分析和整合前端采集系统传输回来的数据后，反馈给执法部门、车载显示屏、智能公交站台等设施，为后期相关部门执法和运营企业合理调度公交线路，以及市民实时了解公交线路运行信息等情况奠定理论基础。

智能公交专用道管理平台包括电子警察监控系统、信号优先控制系统、信息发布系统和智能公交站台管理系统4个子系统。电子警察监控系统为用户提供一个客观观测公交专用道的使用情况，是否存在违规占用现象，为后续相关部门执法提供依据；信号优先控制系统是通过前端采集系统对公交车位置的采集反馈，到达路口时利用路口绿灯时间延长、红灯时间缩短等手段实现公交优先的一种辅助系统；信息发布系统是为道路交通参与者实时提供相关信息，为营造安全、便捷的交通环境奠定基础；智能公交站台管理系统是让用户实时了解站台客流情况，为出行者提供全方面准确的信息和便捷服务。

(二) 电子警察监控系统

1.系统概述

随着技术的发展，高清电子警察技术已趋于成熟，可以将车辆视频检测、违章判断、图片抓拍、车牌识别、数据存储、在线存储等功能集成于一体化抓拍单元中，提升了整个系统的集成度，提高系统使用的稳定性及性价比。因此，多个城市将其应用在公交专用道的建设中，并取得了积极的效果。公交专用道电子警察监控系统按照安装位置的不同，可以分为安装在路段上的固定式电子警察和安装在公交车辆上的车载电子警察两类。

2.系统构成

系统总体构成。公交专用道电子警察系统包含固定式电子警察系统、违停抓拍系统和车载式电子警察系统。通过运营商网络将电子警察系统前端采集的数据传送至后台应用系统。

固定式电子警察系统。固定式高清电子警察系统由前端子系统、网络传输子系统和后端管理子系统三大部分组成[6]272，自动抓拍、传输和处理社会车辆在规定时间内违规占用公交专用道的交通违法行为。

违停抓拍系统。违停抓拍系统由前端子系统、网络传输子系统和后端管理子系统三大部分组成[6]272，自动抓拍、传输和处理社会车辆违规停靠公交专用道与妨碍公共交通正常行驶的交通违章行为。违停抓拍系统的前端子系统负责完成前端数据的采集、分析、处理、存储和上传。

车载式电子警察系统。车载式电子警察系统具有监控位置机动、隐蔽等优势，安装在车辆前端，安装位置不固定，可以解决固定式抓拍系统监控位置固定的问题。车载式电子警察系统主要由前端采集设备、4G网络传输和后端中心管理系统构成[6]272。其前端采集设备既可以作为独立系统运行，也可配合4G网络和后端中心管理系统实现联网运行。

3.布设原则

固定式电子警察。由于固定式电子警察建设维护成本较高，可覆盖范围有限，为有效防止社会车辆违章占用公交专用道，本着可持续发展的原则，可设置于交通违法现象突出、对公共汽车运行影响较大的路段。如公交专用道沿线连续开口处、路段右进右出处、交叉口进出口处和立交出入口处。

违停抓拍。由于一处违停抓拍点位可覆盖长度约150米，公交专用道全线设置违停抓拍建设成本较高。为有效防止社会车辆违章占用公交专用道，影响公共汽车的正常运行，扰乱交通秩序，可设置于违法现象突出、交通拥堵严重路段，如学校路段、桥梁隧道段或交通瓶颈路段等。

车载式电子警察。为增大公交专用道沿线电子警察的覆盖率及随机性，车载式电子警察安装于公交车或警车前挡风玻璃处，可作为固定式电子警察的有效补充，对抓拍重点路段占用公交专用道行驶的交通违章行为具有重要意义。

(三)信号优先控制系统

信号优先控制系统是基于车路协同技术，实现公共汽车与交通信号控制机、中心信号控制系统的信息实时交互。通过前端路侧采集设备获取公共汽车在道路行驶过程中的行车速度、位置及行驶轨迹，并将该信息反馈给中心控制系统，为形成交通信号优先控制方案提供数据支撑。该系统主要由车载系统、路侧系统和中心控制系统三部分组成[7]121。

1.单点信号优先控制策略

单点信号优先控制策略主要是面向特种车辆实现单点信号优先控制，包括延长绿灯、早断相位、重置相序、插入相位、跨越相位等方法[7]122。当公共汽车达到路口范围时，路侧信息采集系统将信息传输给路口信号控制机和中心控制系统，根据公共汽车优先申请信号、信号控制方案、信号放行状态、相位饱和度等参数综合决定是否给予优先响应。

2.干线信号优先控制策略

干线信号优先控制采用车速引导和信号控制参数组合协同优化的方法，在最大化减小对周边交叉口的交通影响前提下，提高公交专用道路线内交叉口的整体通行效率[8]。当装有车载单元的公共汽车驶向信号交叉口上游一定距离范围内时，根据车辆位置，路侧单元发送交叉口排队信息及信号灯实时状态数据，向车辆推荐依据一定速度范围行驶，并结合道路交通运行情况、信号控制方案、信号放行状态等参数优化调整信号配时方案，使车辆能够不停车连续通过多个信号交叉口，以此提高车辆经过交叉口的经济性和舒适性，提升道路交通的运行效率和服务水平。

(四)信息发布系统

公交专用道信息发布系统主要采用LED屏动态发布公交专用道的相关信息，如公交专用道的启用时间、突发事件、交通管制等信息。公交专用道信息发布系统主要由信息发布屏、通信系统和发布系统三部分组成。

1.信息发布屏

通常采用LED显示屏，采用密闭式单元箱体结构，内嵌管理及通信模块，以支持系统远程控制。

2.通信系统

负责后台系统与外场信息发布屏间的数据和信令交换。该系统数据传输量需求较小，可与外场电子警察、违停抓拍、信号控制等设备共用通信网络。

3.发布系统

发布系统一般部署在交通指挥中心，构成包括数据库服务器、通信服务器信息数据库、信息生成计算机、发布控制计算机及有关软件系统。主要实现对信息发布屏的管理、维护，以及发布信息的编排、查询、监控、记录等。

(五)智能公交站台管理系统

公交站台作为城市公共交通系统承担客流集散的组成部分，对公共交通服务有着很大的影响[9]。如何实现站台乘客与车内乘客、司机、控制调度中心等相关人员的信息交互，让站台乘客实时了解各路公交车到站及车内拥挤程度信息；司机实时了解站台乘客、车内乘客的上下车需求，以做出下一个站点是否停靠的决定。公交站台交互系统的实现将杜绝公共汽车不必要的停车，实现公交系统智能运行，从而提高公共汽车的运行效率及乘客的出行体验，并进一步降低公共汽车的油耗与磨损[10]。

五、结语

公共交通作为城市客运系统的重要组成部分，大力发展公共交通将是未来交通发展的主流[11]。设置公交专用道是大力推进“公交优先”策略的重要举措之一，如何切实提升公共交通服务水平、提升公共交通出行分担率仍面临许多挑战。本文主要从公交专用道现状交通管理设施问题出发，借鉴深圳应用车路协同技术的案例经验，结合未来交通发展趋势，基于车路协同，从电子警察监控系统、信号优先控制系统、信息发布系统和智能公交站台管理系统四个方面，叙述未来智能公交专用道将如何设置交通管理设施，为后续建设智能化公交专用道系统、进一步提高公交系统运营服务水平奠定理论基础。