优先级控制（精选9篇）
优先级控制 篇1
摘要：针对体现用户高权限优越性的应用系统, 提出了基于用户优先级的并发控制策略。该策略是在2PL-HP协议的基础上加入用户优先级的影响因素, 可以根据系统需求灵活控制用户优先级在并发控制上的影响效果, 提出改进方法以减少并发事务的重启来提高系统性能。
关键词：并发控制,2PL-HP,用户优先级
1 相关概念
1.1 2PL-HP
传统的基于锁的悲观并发控制机制两阶段锁 (2PL) 协议, 也是现在SQL SERVER默认使用的协议, 它是保证可串行化的一种基本的锁协议, 2PL-HP (2PL-high Priority) 是2PL协议的改进版, 采用偏向于高优先级事务的冲突解决方法。如果一个事务请求某个数据对象上的锁, 而这个数据对象已经被一个或者多个低优先级事务锁住, 则持有锁的事务被夭折。协议的优点是能够避免优先级反转与死锁问题, 但可能导致无效的重启, 即一个事务由于与一个较高优先级的事务冲突而重启, 但是这个较高优先级的事务随后因为数据冲突或错失截止期也被夭折。
1.2 优先级继承
这个概念是为了解决优先级反转的问题而产生的:当高优先级的任务请求一个被低优先级占用的共享资源时, 这个高优先级如果要执行就先必须等低优先级的任务释放这个资源, 如果在这个过渡时期中, 其它一些中等优先权的任务在也申请资源, 则会发生中优先权任务先于高优先权任务抢占资源, 于是正在释放资源的低优先级任务将暂时继承高优先级的权限直到资源被释放。
2 基于用户优先级的并发控制策略
2.1 基本思想
算法的基本思想是在以事务优先级的基础上增加事务使用者的用户权限, 从而达到权限高优先的事务成功率越高的目的, 另外为了减少并发过程中事务的不必要重启系统和系统资源的浪费, 事务优先级与用户优先级之间差值通过一定的算法来计算得出阈值t, 只有当综合优先级较低的事务的已响应时间大于阈值t时进行优先级继承, 从而让当前事务执行完成后再执行高优先级的事务。
2.2 相关定义
假设系统中每个事务都保持数据库的一致性, 则对于事务集合{T1, T2, …, Tn}的任何串行执行也都保持数据库的一致性。
定义1:定义一个事务预处理单元, 简称Pt。它是一个三元组Pt (T, UserPriority, F (t) ) , 其中三元组的含义如下:
·T为当前使用的事务。
·UserPriority为使用事务的用户权限, 为了方便, 可以将定义域设置为[0, 10], 10为最高权限。由使用者在应用程序提交事务时由系统提供。
·F (t) 为阈值t的计算公式。可以根据系统需求来设置各种计算公式, 从而灵活适应用户权限分布不同的各种系统。
定义2:对于任意执行中的事务T还有如下属性:N (T) 为事务访问的数据对象数;Priority (T) 为事务的优先级;s (T) 为事务的开始时间;d (T) 为事务的截止期;E (T) 为事务提交后的执行时间;已响应时间为从事务开始时间到当前的时间;最大剩余响应时间为事务能确保在截止期内完成事务的最大时间。具体如图1所示。
定义3:F (t) 公式从大类上分为2种:一类是事务优先级以及用户优先级都发生积极作用, 即请求的事务的两个优先级都高于当前执行的事务时, 使用的计算公式定义为阈值的积极计算方法 (Function Positive) , 简写成FP (t) ;另一种是事务优先级以及用户优先级产生互斥作用, 即请求事务和执行事务分别有一种优先级高, 使用的计算公式定义为阈值的消极计算方法 (Function Negative) , 简写成FN (t) 。
具体的公式可以根据系统权限的需求来进行设置, 只要确保公式满足条件就是优先级的综合差值与阈值t成正比。
常用的公式比如:
undefined
∈ (- (d (T) -s (T) -E (T) ) , d (T) -s (T) -E (T) )
T为申请事务, T’为运行中事务。当t<=0时就意味着申请事务的优先级的综合差值小于运行中事务优先级的综合差值。此公式可以同时满足FP (t) 和FN (t) , X, Y是常数。公式可以根据X, Y的设置来决定事务优先级与用户优先级对阈值t的影响效果。
2.3 算法描述
当一个事务T提交时, 首先检查所请求的所有数据d有没有被占用, 如果需要的数据没有被占用则执行事务T。
如果发现某个数据dn被事务T’占用着, 则进行判断,
当Priority (T’) <= Priority (T) :
根据UserPriority (T’) <= UserPriority (T) 或者UserPriority (T’) > UserPriority (T) 来分别选择相应FP (t) 或FN (t) 算法算出阈值t, 当已响应时间>t时事务T’继承T的事务优先级, T’继续执行, T阻塞;当已响应时间
当Priority (T’) > Priority (T) :
UserPriority (T’) >= UserPriority (T) 时, T’继续执行, T阻塞。
UserPriority (T’) < UserPriority (T) 时, 选择FN (t) 算法算出阈值t, 当已响应时间>t时事务T’继承T的用户权限优先级, T’继续执行, T阻塞。当已响应时间
整个流程的伪代码如下:
3 性能评估
3.1 实验模型
应用程序模拟一个用户参与事务进程, 对于每个用户, 程序先通过随机数分配一个用户优先级保证并发操作下的用户优先级各不相同从而来进行实验, 然后分别从并发用户总数, 用户权限个数, 单个事务运行时间, 限定总运行时间和确定优先级继承的阈值等各个参数的设置, 来实验得出各级别下事务的完成率以及事务重启率;并将程序模拟策略运行的结果与正常SQL运行下的结果进行比较。
3.2 实验结果
实验的性能测试结果分别如图2和图3所示。图2描述了在一定时间内用户权限的个数为10时, 模拟大量并发用户进行操作后各用户级别的事务完成率;2PL标准则是在相同情况下去只除去用户权限级别对事务的影响后再运行的结果。图3描述了在一定时间内用户权限的个数为3时进行的多次实验, 根据设置阈值t来得出事务的重启率。通过实验表明, 基于用户优先级的并发控制策略能有效保证高用户优先级的事务完成率, 并且在减少事务重起率上也有明显的效果。
实验中也有不足的地方, 由于实验是程序模拟协议执行, 在如何判别事务优先级的高低方面并没有更好的办法, 所以实验中都是使用固定的数值来表示当前存储过程的事务权限级来模拟并发, 势必与真实情况稍有不同。
4 结语
在针对为了设置用户使用权限来提高事务提交成功率的信息化系统中, 基于用户优先级的并发控制策略能够较好的满足系统的需求, 此外该策略还可以通过设计公式的方式灵活控制事务优先级的继承, 从而满足用户权限不同的各种系统的需求。当然从实验中看出还有地方有些不足, 如果要在实际环境中应用, 这些不足还是需要去进一步去细化及完善。
参考文献
[1]胡侃, 刘云生.基于截止期的可推测实时数据库事务并发控制[J].计算机工程与应用, 2007, 43 (34) :3-6.
[2]Saeed Bahrami, Mohamadreza Shahrokhzadeh, Seyyed Mohsen Mirhoseini.An improved2PL-HP based concurrency control algorithm in real time database[J].International Journal of the Physical Sciences, 2011, 6 (7) :1677-1684.
优先级控制 篇2
优先级风险低，收益率也低 。劣后级风险高，收益率也可能较高。
如果一个产品出现亏损，那么会先亏劣后级的资金，只有全不的劣后级资金都亏损了，然后才是优先级资金受损。
如果一个产品出现盈利，并且盈利很大，那么在分配给优先级当初协议约定的较低收益率时，剩下的所有益都归劣后级所有。
那么，什么样的客户适合投资信托产品呢?
信托相关法规规定，信托产品的投资人为“委托人”，应当是符合下列条件之一，能够识别、判断和承担信托计划相应风险的合格投资者：
第一，认购信托单位的最低金额不少于100万元人民币的个人投资者或机构投资者;
第二，个人或家庭金融资产总计在其认购时超过100万元人民币，且能提供相关财产证明的个人投资者;
第三，个人收入在最近三年内每年收入超过20万元人民币或者夫妻双方合计收入在最近三年内每年收入超过30万元人民币，且能提供相关收入证明的个人投资者。
加入信托计划的合格投资者中，单笔认购资金不满300万元的个人投资者不超过50人，机构投资者和单笔认购资金300万元以上的个人投资者数量不受限制。
也就是说，信托产品仅限流动资产高于100万以上的投资人，且由于受到50个自然人限制，许多信托产品因发行规模较大而选择仅向单笔投资额300万元以上的个人客户发行，因此只有资产量较大的个人客户才能独立参与信托产品的投资。
为了让更多投资者能够参与信托产品，银行往往通过独立认购信托产品然后再包装成银行理财产品，这样既排除了相关法律障碍，又能使一些资金量较小的客户受益。不过，这就是通常所说的“银信合作业务”，但由于多了银行渠道的参与，这类银行理财产品的收益率往往会低于直接认购信托产品的收益率，这一点应引起注意。
虽然股市火爆，但信托产品的发行热度依然不减。来自普益财富的数据显示，共有43家信托公司成立了650款集合信托产品，成立数量环比增加146款，增幅28.97%，共募集资金645.24亿元(不包括未公布募集规模的产品)，环比上涨38.2%。在成立的650款产品中，公布募集规模的产品有529款，占比为81.38%，环比回落2.55个百分点，平均每款信托产品募集规模为1.22亿元，环比上涨10.91%。
在A股强势上涨的助推下，证券投资类信托产品成立数量环比依然大涨，成为信托市场的明星产品。从资金运用领域看，5月投资于证券投资领域的产品282款，环比增加88款，占比增加4.89个百分点;投资于基础设施领域的产品107款，环比增加19款，占比减小1个百分点;投资于房地产领域的产品63款，环比减少25款，占比上涨2.15个百分点;投资于金融领域的产品37款，环比减少5款，占比减少0.66个百分点;投资于工商企业领域的产品37款，环比减少4款，占比下降2.44个百分点;投资于其他领域的产品124款，环比增加13款，占比下降2.95个百分点。
成立规模方面，房地产领域产品平均成立规模为1.19亿元，环比下降3.9%;基础设施领域产品平均成立规模为0.93亿元，环比上升33.86%;证券投资领域产品平均成立规模为0.92亿元，环比上升5.7%;工商企业领域产品平均成立规模为0.91亿元，环比下降19.35%;金融领域产品平均成立规模为0.83亿元，环比下降34.28%;其他领域产品平均成立规模为2.41亿元，环比上升36.08%。
分析人士表示，证券类信托产品的发行和成立情况与股市的走势相关性极强。只要牛市延续，目前信托领域中证券类信托产品的市场“明星”地位仍会维持。但同时，由于A股经历前期快速上涨，信托资金开始谨慎观望，短期内的发行或成立情况将经历一定波动。
基于业务优先级带宽控制的实现 篇3
现有的互联网所提供的是尽力而为的服务,在这种服务模型下,所有的业务被一视同仁地竞争网络资源。但今年来发展起来的一些新的应用(如远程教学、远程会议等多媒体语音视频应用,组播应用)对互联网络提出了全新的服务要求。要求网络应能根据用户的要求分配和调度资源,如能够预留带宽、能够限定网络时延等。正是在这种环境下引入了网络Qo S的概念。为了解决以提高网络服务质量的问题,很多专门机构,如因特网工程任务组IETF(Internet Engineering Task Force)等都在研究Qo S标准。
带宽控制是实现网络Qo S的必要手段之一。带宽控制,就是对经过网络接口的数据流进行有效的控制,区分各种应用类型的数据流,什么流允许通过,什么流不允许通过,允许通过的流可以按照什么样的速率通过,对延迟有什么样的要求。
带宽控制中关键一点就是区分不同的应用,为不同的应用分配不同的带宽,从而保证某些应用具有较高的带宽优先级。应用的区分可以是基于不同的用户,也可以是基于不同的服务(如WWW、Email),也可以是基于不同的传输协议等,需要根据用户具体的需求来考虑。
2 用户需求
本案中的用户是某数据中心,需要在每天不同的时间段将大量的数据通过专用的光纤广域网从甲地传输到乙地。按照需求,其需要传输数据的最大峰值可达到每秒400Mbit左右,而从甲地到乙地的网络传输链路只能承载155Mbit的数据流量,这样,带宽资源成为了数据传输的瓶颈。
在此情况下,应利用有限的带宽资源,优先保证紧急或重要任务的需求,以最优的方式完成传输任务。所以,应根据需求将任务数据划分成不同的优先级:
优先级为1的任务数据需要独占带宽;
优先级为2的任务数据需要有较高的优先级;
优先级为3的任务具有一般的优先级。
在传输数据的过程中,如何区分哪些数据包属于哪个优先级,并依此实现不同级别的带宽控制成为了本项目需要解决的核心问题。
3 技术难点
目前,带宽控制的常用方法是通过交换机/路由器等网络设备的配置实现控制。带宽控制的对象通常基于用户、应用服务、发送端口、接收端口、源地址、目的地址等方面,而不是基于单个传输任务。
由于一个传输任务可能包含多个连接数,每个连接具有不同的发送和接收端口。在网络数据流中,是很难区分哪些数据是哪个任务的。所以,传统的带宽控制方式难以实现基于任务的带宽控制。
4 解决途径
在本案中,采用基于Linux的流量控制技术和IP包头的TOS字段过滤技术实现带宽控制。
4.1 Linux的流量控制原理
Linux内核中通过三个模块来实现流量控制:过滤器、分类、数据包的排队规则。通过下图可以看到,数据包到达网络接口后,首先经过过滤器,过滤器检查数据包中的相关信息,根据数据包中的标记将数据包归入相应的分类中,然后根据分类中的排队规则将数据包排入队列。数据包在队列中等待,直到被调度选中并发送为止。Linux内核依据每个分类的带宽属性,通过控制队列中每个数据包的发送速率,达到控制流量的目的。如图1所示。
4.1.1 过滤器(Filter)
过滤器的主要功能就是依据数据包中的某些属性来区分数据包。例如IP地址、端口号等。Linux带宽控制中常用的过滤器有fwmark(防火墙标识)过滤器、U32过滤器、route过滤器、RSVP过滤器等。Fwmark分类器通过识别防火墙标识进行分类;U32过滤器则允许依据任何包头标志来分类;Route过滤器根据数据包将被哪条路由进行分类。
4.1.2 分类(Class)
经过滤器过滤后的数据进入分类中。分类是具有某种属性的数据包的集合,例如所有带有SYN、ACK标示的数据包属于同一分类,所有WWW服务的数据包属于同一分类等。分类具有带宽、可否互借带宽、所属队列的队列规则等属性。一个网卡上有一个主干类,下面可以由多个分类,每个分类下可以有分多个子类。
4.1.3 队列规则(Queuing Disciplines)
队列规则管理归入该类的数据以什么规则排队。常用的排队算法有FIFO(先进先出)、RED(随机早期探测)、SFQ(随机公平队列)、Token Bucket(令牌桶)。默认的队列规则是FIFO。
4.2 Linux的TC实用工具集
Linux出于安全和稳定考虑,对程序运行在用户空间和内核空间是严格区分的。而用于流量控制的主要部件是在内核中实现的,应用程序又通常工作于用户空间,为了解决这个问题,Linux系统提供了TC(Traffic Control)流量控制实用工具集,方便用户在用户空间实现满足要求的流量控制方案。
本方案正是利用TC实用工具集提供的接口,实现对流出网卡数据的带宽控制。
4.3 TOS字段过滤技术
IP头中的TOS字段(即服务类型字段)原来是在RFC 971中定义的,不过它的使用从来没有统一过,在公共网络几乎没有意义,许多企业内部用它来指定各种服务类别或者区分专用广域网链路中通讯的优先级。TOS字段一共8位,在IP包头中的位置如图2所示。
TC中所使用的U32分类器可以识别任意包头的数据包分类,因此可以考虑通过U32建立识别TOS字段的分类模式。
5 具体方案
本方案利用了Linux提供的的流量控制工具TC(Traffic Control),并结合TOS字段的过滤技术,解决了基于传输任务的流量控制问题。下面是方案中的具体实现步骤:
5.1 建立主干类、分类、叶子类
首先需要建立一个主干类。主干类拥有全部的带宽。
在TC中相应的实现是:
5.2 为叶子类建立队列,选择队列规则
本方案中,选用SFQ(随机公平队列)作为叶子类的队列规则。原因是,经过过滤器的过滤,在叶子类队列中排队的数据包,是优先级和预期速率相同的任务数据,没有传输速率方面的其它差异,应公平对待,而不是某个连接独占带宽。
SFQ可以实现高度的公平,此外,它需要的计算量很小,所占用的CPU和内存都很少。在TC中相应的实现是:
#tc class add dev eth0 parent 1:111 handle 1111:0 sfq perturb 5
5.3 利用过滤器建立叶子类与数据包的映射
假设某个任务对应的服务类型标识为0x20,在TC中,通过以下命令可以设置数据包与分类的映射关系:
表示将所有TOS标识为0x20的数据包归入标识为1:111的叶子类中。
#tc filter add dev eth1 parent 20:0 protocol ip prio 100 u32 match 00200000/00ff0000 at 0 flowid 1:111TOS0x201:111
5.4 标志传输任务数据包的TOS字段
在传输任务之前,设置每个任务IP数据包中的TOS字段标识,以TOS的高位字段来区分每个任务的优先级,以TOS的低位字段来设置每个任务的带宽。
在程序中设置TOS位是通过setsockopt系统调用:
rc=setsockopt(newsock,IPPROTO_IP,IP_TOS,&new_tos,sizeof(new_tos));
5.5 在带宽分配发生变化时,重新设置类和队列
在带宽分配发生变化时,需要清除已有的类和队列,重新建立类和队列。TC
在TC中的实现是:
删除原来的队列
#tc qdisc del dev eth0 root>null 2&>1
6 验证与结论
6.1 使用软件与平台
Linux Fedora 5内核版本2.6.15
6.2 前提条件
目前的数据流出的网络接口为eth0。
用TCP传输文件,客户端向服务器端发送一个较大文件(文件大小为70,266,880字节)。此任务的优先级为2,分配其带宽为0.8Mbps。
TC中单位定义:mbps(Megabytes per second)=MB即兆字节/秒
6.3 目标
进行带宽控制之前,文件传输速率大约为3Mbps。
对其进行带宽控制之后,预期速率为所分配的带宽,即0.8Mbps。
6.4 程序中的特殊设置
6.5 TC命令
6.6 带宽控制的效果
带宽控制以后,传输速率为0.74Mbps(0.0921MB*8)
带宽控制后,TC中队列和类的设置
6.7 结论
上述的实验结果表明,对于优先级为2的任务,实验前的传输速度为3Mbps,实验后达到了预期的传输速率0.74Mbps。所以,通过此方法可以实现基于任务优先级的带宽控制。
7 结束语
本文通过分析企业的实际需求,结合实例说明如何利用TC和TOS过滤技术实现基于业务优先级的带宽控制。本文提供了具体的实施步骤和验证结论,对于需要构建基于带宽管理系统的企事业单位具有参考意义。
摘要：传统的带宽控制的对象通常是基于用户、应用服务、端口、地址等,而不是基于业务优先级。由于网络数据流中难以区分哪个数据包属于哪个任务,因此也难以实现基于业务优先级的带宽控制。该方案利用了Linux的流量控制技术和IP包头的TOS字段过滤技术,实现了基于业务优先级的带宽控制,为企业的此类需求提供了具体可行的解决方案。
关键词：带宽控制,服务类型,业务优先级
参考文献
[1]郑伟发,杨创新.基于Netfilter/Iptables和TC的带宽管理设计与实现.华南金融电脑,2009(4).
[2]高杰,沈军.基于下一代流量控制机制TCNG的带宽管理实现[J].微机算机信息,2006(4x).
优先级控制 篇4
甘源介绍说，调剂的本质是争取在第一志愿之外的复试机会，讲“复试调剂两手准备”就是说在入围复试可能性或者参加了复试但录取结果并不明朗前，给自己增加最终被录取的保险系数，其中最关键的判断标准是初试成绩和复试排名。
一般分为以下几种情况：一是排名靠前，初试成绩比较理想的考生，可以以复试为主，调剂重点关注校内调剂机会和重点优质院校的机会，不要分心太多;二是刚刚入围复试，排名在边缘的考生，复试和调剂基本各占一半，其中调剂以信息获取为主;三是根据往年分数线判断，入围复试机会较小的，一定要全力准备调剂，包括985、211院校在内，每年都有很多不错的调剂机会。
那么，什么样的考生更容易取得复试调剂机会?甘源分析说，从考生条件上看，初试成绩高，这是最重要的指标，如果考了370、380以上的高分，因为复试发挥不理想被淘汰，再去争取一个优质的机会，可能性更大;再有，学科背景好，来自211、985院校，或者本科阶段就有参与科研创新的经历，发表过学术论文，更容易在茫茫调剂中脱颖而出;最后，是报考的第一志愿好，尤其报考的是34所自主招生院校，因为调剂目标院系知道，34所在自主命题专业课科目上考察得较深，批卷也更严格，考生的得分含金量往往更高，更容易被信任，加之34所自主招生院校出分数线更早，复试也更早，考生更容易打一个时间差。
甘源说，调剂最核心的策略是不盲目撒网，划出调剂目标的优先级，做到有重点有针对性，
而圈定优先级的实质是知晓调剂机会更可能出自于哪里，从院校的角度来说，西部院校、科研院所、综合大学里的非强势学科机会更多，例如广西大学、广西师范大学、云南大学，甚至作为34所之一的兰州大学，自身条件不错，但因为地处西部，所以有不少调剂名额，再如400余所科研院所，很多因为信息不对称，也可能有缺额。
从专业角度来说，一般第一年招生的专业机会更多，而从学硕调剂到相近专业的专硕也是个很通行的做法，史学、哲学、教育学、农学及理学中一部分等传统冷门学科，因为关注度不高也有调剂机会。
此外，面对调剂的心态也很重要，一般降档调剂，例如一区调二区，名牌调非名牌，如果眼睛还盯着985、211院校的热门专业第一志愿报考，根本没有缺额，即便分数再高，也没有调剂可能。
“为什么强调要重点突出，因为不是取得了调剂机会就代表被录取，再多学校邀请你去复试，也是要在复试考场上见真招的。如果网撒得太开，往往没有时间精力来准备复试，最后还是会落选。是否调剂，调剂什么样的目标，取决于考生要什么，或者说对未来的.读研生涯和毕业就业层次的期望程度，如果实在没有特别好的调剂机会，勉为其难，就建议考生要么再战一次，或者直接就业。”甘源表示。
关于调剂，甘源给考生四点建议：第一，调剂关键是打信息战，所以必须得熟知调剂的条件、程序，“磨刀不误砍柴工”，考生需要花专门的时间精力来做系统化了解;
第二，要快!不要等到复试被淘汰或者调剂系统开放了才开始考虑调剂的事情，那个时候优质的调剂机会早被瓜分掉了，在知晓初试成绩后，就可以比照往年的分数线来圈定调剂目标，开始主动联系;
第三，要确定最科学的调剂步骤，如果能校内调剂，一定优先把握这样的机会，校内调剂不行，再重点攻跨校调剂，跨校调剂的同时，要联络自己本科母校的调剂作为兜底，总之，重点突出，步步为营;第四，不要害怕“拒绝”，内心要强大。
BRT信号优先系统控制与设计 篇5
目前,我国的许多城市虽然采用了BRT,但是很多城市没有BRT信号优先控制系统, BRT车辆在信号交叉口延误很大,从而导致BRT系统快速、高效、准确的特点没有很好的体现。本文主要针对此种情况,提出BRT信号优先,充分体现BRT的优越性。
1 BRT信号系统的控制策略
公交信号优先控制策略大体分为3类:被动优先、主动优先和实时优先。
1) 被动优先:
根据交叉口历史交通流数据,预先进行公交优先信号配时。
2) 主动优先:
通过监测公交车采取延长、提前、增加或减少相位的信号调整方法来适应公交车,主动优先又可分为无条件优先和有条件优先。
3) 实时优先:
实时是最新发展起来的公交优先信号控制理念。它通过GPS等装置估计系统现状,考虑网络上所有的社会车辆和公交车流量、公交车上乘客数和公交车运行状况(是否晚点),基于实时信息的公交交叉口信号优化策略。该策略在减少公交车延误和缩短公交乘客出行时间的同时,将对其余交通方式的影响降为最低。
2 BRT信号优先的控制方案
BRT信号优先的实现主要有以下几种方法:绿灯延长、绿灯提前、相位插入及跳跃相位等。
绿灯延长(Green Extension),即延长相位绿灯时间。当公交车辆到达交叉口时,若该相位的绿灯信号即将结束,这时采用延长该相位的绿灯时间,以使公交车辆有足够的时间通过交叉口,如图1所示。公交车辆通过交叉口后,控制系统将恢复原有的信号配时。
绿灯提前(Early Green/ Red Truncation),即缩短车辆等待绿灯信号的红灯时间,当公交车辆到达交叉口时,公交车辆通行方向所在的相位处于红灯状态,这时通过缩短交叉口当前相位的绿灯执行时间,使公交车辆到达交叉口时,可以以绿灯信号顺利通过交叉口。如图2所示在这种控制策略下,在周期长度不变的情况下,可以在后续执行相位相序方案中对前一相位进行绿灯补偿。
相位插入(Phase Insertion),即在正常的相位相序中为公交车辆增加一个特定的相位。当公交车辆到达交叉口时,公交车辆通行方向为红灯信号,且交叉口当前相位的下一个执行相位仍不允许公交车辆通过,这时要为公交车辆提供信号优先,必须在当前相位和下一相位之间插入一个公交专用相位,如图3所示。
跳跃相位(Phase Skipping),即忽略某一相位的绿灯信号。当公交车辆到达交叉口时,公交车辆通行方向为红灯信号,且交叉口当前相位的执行绿灯时间即将结束,而下一个执行相位仍不是公交车辆通行方向的相位,只有等到该相位执行完毕后,才能允许公交车辆通过。由于交叉口下一个执行相位等待通行的社会车辆较少,在权衡效益的基础上,跳过该下一个执行相位,直接执行公交车辆通行方向的相位绿灯。从而使公交车辆以绿灯信号顺利通过交叉口,如图4所示。
3 BRT信号优先的控制方式
1) 本地优先控制方式: 路口信号机不与系统相连,在接收到公交申请信息后,根据自身的优先程序执行优先控制。决策由路口信号机执行,不具备与交管中心通信的能力。
2) 系统监视下本地优先: 路口信号机与现有系统相连,但在本地控制模式下运行。信号机接收公交申请信息,并根据自身的优先程序执行优先控制。决策由路口信号机执行,交管中心具备远程监控能力。
3) 系统优先: 路口信号机与现有系统相连,但在本地控制模式下运行。信号机接收公交申请信息,并实时请求系统准许后,根据自身的优先程序执行优先控制。决策由交管中心执行。
4 BRT信号优先控制设计
在BRT信号优先控制的路口将采用信号优先系统路口控制单元来配合优先控制,而信号优先系统路口控制单元(RSU:Rate-Sensor Unit)的功能实现包括下列4种模块:晚点车辆信息接受模块、车辆抵达时间预测模块、控制策略选择模块、控制策略执行模块,如图5所示。
4.1 晚点车辆信息接受模块
本方案的优先指标为BRT的准点状态,考虑是否决定要让BRT优先通行。
在一个实测的临近路口,BRT准点定义为BRT于特定停靠站处的实际抵达时间与应到达时间,维持在固定误差范围内的执行程度,而通过预测实际抵达停靠站时间与时刻表应到达时间比较之下,可以得知BRT是否延误与延误的时间多寡,而此延误时间的多寡于控制模式的计算式中将赋予其权重,在通过路口时经过模式运算后,决定是否给予其优先通行权。
系统通过抓拍车辆信息、号牌识别、公交车辆库比对、公交车辆排班表比对,确认晚点公交车辆信息,并将确定给予其优先通行权的信号传输给晚点车辆信息接受模块,信号优先系统路口控制单元(RSU)处于预启动状态。
4.2 车辆抵达时间预测模块
BRT信号优先控制的前提之一就是晚点公交车辆在临近路口时,其抵达预设检测区时可将预测BRT公交车抵达路口时间等数据传给信号优先系统路口控制单元(RSU:Rate-Sensor Unit),让信号机可针对预测的时间,动态调整绿灯延长或红灯缩短,使BRT在绿灯相位中顺利通过路口。
为了使信号机能准确地在BRT到达路口停止线时,判断是否执行优先控制策略,第i辆BRT必须通过车辆检测器检测出站口检测线圈提供的信息来预测由停靠站行驶至停止线的时间(t1)。站点设置位置不同,车辆抵达时间预测就不同,图6、图7是站点设置在街廓中与路口近端的情况。
4.3 控制策略选择模块
在通过BRT信号优先控制路口前,系统将针对BRT预定到达信号周期的时点,选择不同的控制策略。采取的优先控制策略如图8所示。
1) 在BRT抵达停止线前,延长干道绿灯时间(相位延长优先策略)。
2) 提供干道BRT早开的绿灯相位(切断红灯优先策略)。
在可预测BRT抵达停靠站及路口停止线的情况下,抵达周期的时点可用来决定所使用的优先策略,在执行优先信号调整的过程中,须遵守下列限制:
1) 不可因为提供BRT优先信号通行而略过相位控制中其他的相位。
2) 每一通行相位一旦启动,则必须维持其最小绿灯加上清道时间的执行。
一旦优先策略启动的时点确立,更可针对即将抵达的BRT给予其优先通行,将系统所预测BRT即将抵达的时点与优先策略启动的时点作比较,便可决定采取何种优先策略,若BRT在延长绿灯优先策略启动的时点前抵达路口,则毋需改变信号配时,BRT即可由原本的干道绿灯相位通过路口,而若BRT抵达路口的时点是在延长绿灯优先策略,则将采取延长绿灯优先策略直到BRT通过路口停止线为止;若延误的BRT抵达路口停止线时点是在切断红灯优先策略启动时点后,则采取切断红灯优先策略。
4.4 控制策略执行模块
当系统选择优先控制策略之后,在路口信号机给予BRT优先通行的服务时,同时考虑到维持路口的信号协调控制的需求,如图9所示。
RSU通过80 m外线圈检测BRT车辆,由车辆通过线圈,则强制认为该车辆为BRT车辆,开始对车辆到达路口停车线时间进行计算并且预测车辆是否晚点,晚点判断:实际到达时间—应到时间(始发时间+行程时间)大于>延迟系数(在N min内不算晚点),若为晚点车辆则发送信号至信号机,由信号机来完成公交优先功能,若为准点或早点车辆则不发送信号。RSU设备公交优先控制流程如图10所示。
5 结束语
本文给出了一种快速公交线路信号优先系统设计方案,结合现在北京BRT信号优先的项目课题,该方案在路口能够较好的实现BRT信号优先,为其它城市BRT信号优先的实施提供借鉴。
摘要：BRT信号优先是解决城市BRT车辆在交叉口延误的有效方式。探讨从BRT信号控制系统的控制策略、公交信号优先的控制方案及BRT信号优先的控制方式入手实现BRT信号优先。设计BRT信号优先模块的构架及BRT信号优先的逻辑架构,最终实现BRT信号优先。
关键词：BRT,信号优先,相位
参考文献
[1]高昆,张海.城市交通中的公交优先策略[J].交通运输系统工程与信息,2006,6(2):23-26.
[2]王飞,关可,薛亮,等.BRT信号系统中的射频识别技术应用[J].城市智能交通,2008(6):127-129.
[3]邹智军.交通走廊公交优先信号算法研究[J].同济大学学报,2008(10):1368-1377.
[4]关伟,申金升,葛芳.公交优先的信号策略研究[J].系统工程学报,2001,16(3):176-179.
[5]陈光勤.基于车头时距的快速公交信号优先[J].交通与计算机,2005(3):11-15.
[6]曹成海,裴玉龙.城市交叉口公交信号优先模式探讨[J].农业装备与车辆工程,2006(10):23-27.
[7]季彦婕,邓卫.交叉口公交优先技术研究现状及发展综述[J].交通运输系统工程与信息,2004,4(1):30-33.
优先级控制 篇6
城市交叉口是交通的瓶颈, 车流的延误主要发生在交叉口信号阻滞。利用交通信号控制方法减少公交车在交叉口产生的延误, 保证公交运行的快捷、准点, 为居民出行提供更大的便利。因此公交信号优先手段是实现“公交优先”战略的重要技术手段之一。公交信号优先控制是一种对公交车辆的利益优先考虑的信号配时技术, 依据检测到的公交车辆和社会车辆的信息, 通过信号配时技术优先公交车辆在交叉口通行权, 达到的公交优先的目的[1]。
介于以上背景, 本文主要研究常规公交信号优先控制算法, 主要包括单相常规公交优先信号控制算法和多相常规优先信号控制算法, 研究成果为城市交通信号控制系统设计提供理论依据。
1常规公交系统公交信号优先控制系统
公交优先信号控制系统由公交信息采集模块、公交信息传输模块、公交信息储存及处理模块、公交信号优先服务模块、交叉口运行效率评价模块五个部分组成[2], 如图1。
1.1 公交信息采集模块
公交信息采集利用安装在信号交叉口和公交车上的检测器对公交车流数据进行采集, 从而获得公交车的速度、位置等信息;主要根据公交信息检测需求, 在不同位置布设公交检测器, 本模块是公交信号优化控制系统的基础模块, 直接关系到公交信息的获取方式及相关的公交信号优先算法。
1.2 公交信息传输模块
公交信息传输通过通信链路将其采集到的公交车数据传输至信号机或者控制中心;是联系公交信息检测器及控制机或控制中心的中间链路。本模块根据公交检测器的类型选择不同公交信息传输方式并根据公交信号优先控制方式选择公交信息传输路径, 最后将检测器采集到的数据信息传输到信号机或者控制中心。
1.3 公交信息存储及处理模块
本模块对上传的公交信息进行筛选、存储, 并根据上传数据提取出所需的信息, 如车速、位置等, 为公交信号优先系统的控制算法提供支持, 从而将控制算法得到的优化结果传输至信号机中。
1.4 公交信号优先服务模块
本模块主要是指信号机获得控制中心或信号机自身的处理器所处理的信息后, 通过信号机显示公交信号优先结果以给公交车提供优先服务。
1.5 交叉口运行效率评价模块
由于公交信号的优先, 打乱了该交叉口的信号配时, 因此该模块分析公交信号优先服务对整个交叉口的运行效率及服务水平造成的影响, 从而使得公交车的优先不会造成交叉口服务水平下降。
2 单相常规公交优先信号控制算法
单相常规公交优先信号控制即只有一个相位有公交车的公交信号优先控制方式。这种情况下, 公交车流量较小, 优先级别较高, 但是不可忽视公交车信号优先对社会车辆造成的影响, 要实现在不造成其它相位车辆发生拥堵情况下, 尽量减小公交车的延误并使其通过交叉口[3]。
2.1 公交车红灯期间到达优先算法
公交车在红灯期间内到达检测器说明目前显示绿灯相位不是公交相位, 那么在非公交相位的检测时刻就要对公交车的优先方式进行选择[4]。具体控制算法如下:
1) 安装在公交专用道上的检测器每检测到一辆公交车, 就根据时间预测模型预测这辆公交车到达交叉口停车线的时刻, 并把这些预测数据存放在公交车到达数据库中。
2) 在非公交相位, 通过检测器获取公交车的到达时间数据, 判断在上一周期公交相位绿灯结束时刻与本周期当前相位压缩绿灯时间结束时刻之间是否已经有公交车停车等待要通过交叉口。如果已经有公交车停车等待, 则在当前相位压缩绿灯终止时刻提前启亮下一相位绿灯;否则, 继续下一过程。
3) 判断在当前相位的压缩绿灯时间和基础绿灯时间内是否有公交到达交叉口停车线。若有公交车到达停车线, 则要压缩当前相位绿灯相位时间, 并以当前相位的压缩绿灯时间为最小值, 选取最早到达停车线的公交车的到达时刻作为当前相位的绿灯终止时刻;否则, 等到当前相位基础绿灯时间结束后再启亮公交相位。
其具体控制流程如图2所示。
2.2 公交车绿灯期间到达优先算法
公交车在相位绿灯时间内到达检测器说明当前显示绿灯相位是公交相位, 那么在公交相位的检测时刻就对公交车的优先方式进行选择[5]。具体控制算法如下:
1) 安装在公交专用道上的检测器每检测到一辆公交车, 就根据时间预测模型预测这辆公交车到达交叉口停车线的时刻, 并把这些时间数据存放在该方向的检测数据库中。
2) 在公交相位的检测时刻, 根据检测器检测到的公交车的到达情况, 并依据上一周期公交相位的优先状态和各相位的显示绿灯时间等数据, 计算本周期公交相位的最大绿灯时长。
3) 根据检测器在公交相位检测到的数据, 判断当前相位到达的所有公交车中是否有一些公交车在在临界绿灯时间和最大绿灯时间之间到达交叉口停车线。若有公交车到达停车线, 那么就继续当前相位, 且选择满足条件的时刻中最大值作为该相位的终止时刻。如果没有公交车到达停车线, 则根据上一周期公交相位优先状态确定本周期各相位绿灯时间的执行, 并对非公交相位进行补偿。
其具体控制流程如图3所示。
3 多相常规公交优先信号控制算法
多相常规公交优先信号控制是指多个相位均有公交车到达, 需要权衡多相位公交优先权的控制方式。与单相常规公交优先信号控制相比, 这种情况下公交车流量较大, 优先级别较低。须考虑各个相位公交车的到达情况, 同时还要保证非公交相位不发生交通拥堵。当多个相位都有公交车到达的情况下, 采用就近原则的控制方式, 即当前相位到达的公交车优先级别最高, 非当前相位的公交车的优先级别按本周期后续各相位显示顺序逐次递减, 离当前相位越近, 越优级别越高。多相常规公交优先信号控制中公交车辆的延长和压缩范围相对较小, 各个公交相位相互限制[6]。
假设在t0时刻控制中心接到检测器发来的i相位的公交优先申请, 首先判断在t0时刻i相位显示绿灯还是红灯。
若此时i相位正显示绿灯, 那么就对i相位进行绿灯延长处理, 使该公交车在最大绿灯时间内通过交叉口, 绿灯延长的极限为最大绿灯时间。同时, 查看其它相位是否有公交优先申请, 若其它相位也有公交优先申请, 使得i相位绿灯时间正在被压缩, 则根椐就近原则, 跳出压缩模块, 先对i相位进行绿灯延长处理, 并保留其他相位的公交优先申请。
若此时i相位正显示红灯, 则判断该公交车到达交叉口停车线的时刻t1在i相位的灯色。若该公交车到达交叉口停车线的时刻t1交叉口显示绿灯, 则该公交车可以直接通过交叉口;若t1时刻i相位显示红灯, 则首先查看其他相位是否正在进行绿灯延长处理, 若有某一相位正在绿灯延长, 那么需要等待其相位绿灯延长处理完之后, 再考虑i相位的公交优先申请。接着再判断下一显示绿灯相位是否为i相位, 如果是i相位, 就对当前相位进行绿灯压缩处理;如果不是i相位, 则对当前相位进行绿灯压缩处理后, 仍然保留优先申请, 继续判断。
其具体控制流程如图4所示。
多相常规公交优先信号控制实际上包括两层, 第一层为常规公交优先信号控制总体流程, 如图4所示。在每次循环后, 根据流程图中的每个判别状态, 进入相应的处理模块 (包括绿灯延长模块和绿灯压缩模块) 。第二层是第一层的子流程, 包括绿灯延长模块控制流程和绿灯压缩模块控制流程。
绿灯压缩模块控制流程, 运用在当前相位没有公交车到达, 而其它相位有公交车到达的情况下。是指对当前显示绿灯相位进行绿灯时间压缩的处理过程, 控制方法是缩短当前相位的绿灯时间, 提前启亮下一相位绿灯。
绿灯延长模块控制, 是对当前相位的显示绿灯时间进行优化的过程, 它是运用在当前显示绿灯相位有公交车到达的情况下。在绿灯延长模块中, 首先判断公交车到达停车线的时刻在本相位是否仍然显示绿灯, 若仍是绿灯, 则该公交车直接通过交叉口;若显示红灯, 则需要以最大绿灯时间为限制, 接受公交优先申请, 延长该相位的绿灯时间, 使该公交车可在本周期内通过交叉口。最大绿灯时间必须小于本相位的内置最大绿灯时间, 若大于, 则设本相位的内置最大绿灯时间为该周期本相位的最大绿灯时间。
4 结论
随着城市化进程的不断深入, 我国汽车保有量逐年增加, 城市交通问题越来越严重。而城市公共交通在城市交通受益人数最多, 同大多数城市居民生产、生活等活动密切相关, 在城市交通中占有重要的地位与作用。因此, 大力发展城市公共交通, 是解决城市交通问题、提高城市生活质量、促进城市可持续发展的最有效途径之一, 本文针对于常规公交系统的信号优先问题, 在前人研究的基础上进一步深化了单相常规公交信号优先和多相常规公交信号优先的研究, 使信号优先的控制模型的准确性更高, 研究成果将为城市公交优先控制提供新思路。
参考文献
[1]杨晓光, 林瑜, 杭明升.信号控制交叉口公共汽车优先信号确定方法研究.中国公路学报, 2001;14增刊:101—105
[2]高昆, 张海.城市交通中的公交优先策略.交通运输系统工程与信息, 2006;6 (2) :23—26
[3]阴炳成, 杨晓光.交叉口单点公共汽车交通优先控制方法研究.公路交通科技, 2005;22 (12) :124—126
[4]马万经, 杨晓光.单点公交优先感应控制策略效益分析与仿真验证.系统仿真学报, 2008;20 (12) :3309—3313
[5]张宇.基于延误的单个交叉口公交优先信号控制方法研究.长春:吉林大学交通学院, 2008
优先级控制 篇7
为了对城市道路交通运行进行合理性的疏导与控制, 除传统的定时信号控制方式, 感应信号控制在国内的应用也越来越多。但是经典的感应控制只是遵循车来即延时的控制策略, 在交通构成比较复杂的情况下灵活性不够, 参数确定方式过于经验化, 很难适应动态交通流状况[1]。
为了有效提高感应信号控制的适用性, 提高其使用效率, 一些学者对感应控制进行了优化设计。翟润平等就对延时策略进行了改进, 通过计算绿灯有效利用率来确定是否切换相位, 提高了绿灯的有效利用率, 但是增加了一个控制参数和控制的复杂度;王殿海等提出了一种可变单位绿灯延时的时间模型, 考虑到了城市路段车流到达规律和驾驶员心理特性, 与传统的固定单位绿灯延时相比有所改进, 但是在降低车辆的平均延误上效果并不明显;邵锦锦等提出了一种动态相序的多相位感应控制算法, 根据各个路口的排队长度和平均等待时间来给出优先级, 通过判断优先级的方式来灵活变换相位, 但是对于优先级的判断标准没有明确说明, 并不具有普遍性[2]。
本文在上述研究的基础上, 引入通行优先权的概念, 通过车辆排队长度和车辆延误的计算, 对于不同方向的交通需求进行分析与研究, 进行相位优化调整, 提高感应控制运行效率。
1优化感应控制指标
为了更大程度地发挥感应控制的优越性, 现引入一个通行需求的判别指标, 用于对交通需求进行简单的量化和优先级调整, 来实现感应控制优化的目的。
1.1车道排队长度的计算
排队长度是评价交叉口通行能力和服务质量的重要指标之一, 交叉口进口道停车线前的排队长度对于控制方案的选择、拥堵状况的评价都有着重要的作用[3]。 在讨论排队长度时, 一般以排队车辆数作为衡量标准及主要的研究对象。对于排队长度的计算, 选用SIG-NAL94模型, 假定红灯时段到达服从均匀分布, 无初始序列, 结合感应控制多适用于交通欠饱和状态, 暂不考虑上一周期未消散序列:
式中:QN为队列中的车辆数;qN为到达速率;R为红灯时间。
1.2车辆延误的计算
车辆延误是车辆受阻情况的描述, 一方面与进口道车流到达率以及饱和流率有关, 另一方面与交叉口信号配时参数有关, 主要包括正常相位延误和随机延误组成。图1给出了车辆延误组成图, 其受阻程度直接影响了交叉口服务水平。
欠饱和状态下正常相位延误如图2所示。图2中, 假设进口道车辆到达流率为q, 交叉口信号周期为C, 饱和流率为S, 绿灯相位时间为G, 欠饱和状况下, 到达车流率q小于通行能力N, 周期来车数小于绿灯最大放行车辆数SG, 以及车队消散时间 τ 小于绿灯时间G。
正常相位延误d可直接由图所示车辆受阻图中延误三角型的面积来求取, 一个周期内受阻车辆数为m, 周期车辆延误d是m辆车受阻延误时间的总和, 即:
所以车辆正常相位延误可以表达为:
由此可见相位延误与红灯时间R的平方成正比[4]。
假定交通流到达服从泊松分布, 根据韦伯斯特随机延误公式:
车辆延误组成由随机延误和正常相位延误组成, 所以:
1.3通行优先权
为了表征通行需求, 定义通行优先权为红灯相位期间车道内车辆排队长度和车辆延时之积, 权值越高, 表明交通需求度越大, 即:
式中:Q为车道内排队长度;D为车辆延误。计算所有的车道P, 找出P最大值, 则该车道所属相位就是最急需通行的车道。
2通行优先的感应控制模型
经典的感应信号控制遵循以下原则:车来即延时, 即当上游车辆到来时, 下游路口尽量给绿灯, 以便减少车辆在停车线前的停车次数, 减少车辆交通延误, 保证干道的交通流畅。感应式信号控制的基本框图如图3所示。
基于通行优先的感应控制优化设计, 在微处理器部分, 引入通行优先权的计算, 通过算法的调整来获取交通需求的比较和优化, 及时进行相位切换。
在经典感应控制的基础上, 现对初始绿灯时间采用时间可变的方式, 即初始绿灯时间满足排队长度能够在饱和流量下完全消散的要求[5]。红灯最大等待时间首先对当前绿灯通行时间及红灯等待时间进行判断, 如果绿灯通行时间超过最大通行时间或者红灯等待时间超过最大允许等待时间, 则进行相位切换。
通行优先的感应控制基本流程如图4所示, 主干道、次干道绿灯情况下, 依据上述方法对通行优先权进行判定。然后对于限定的最大绿灯时间进行判定, 如果达到了预设的最大绿灯时间, 则自动切换至下一相位[6]。该方法可以解决停车线远端的检测器被故障车辆一直占用的情况, 当故障车辆停车位置处于远端检测器位置, 会影响感应控制的判定, 通行优先的感应控制可以通过优先权的判定算法, 来进行相位的及时切换, 有效解决这一问题, 避免绿灯通行时间的浪费[7]。
3实例分析
为了对优化方案进行验证, 借助微观仿真软件VIS-SIM中感应控制编程 (Vehicle Actuated Programming, VAP) 来对仿真方案进行设计和分析, 仿真实验交叉口的布局方式如图5所示。
根据该交叉口的情况, 东西方向为主干道, 南北方向为次干道。感应信号控制为4相位, 主干道通行相位初始绿灯时间20 s, 单位绿灯延长时间6 s, 绿灯极限延长时间60 s;次干道通行相位初始绿灯时间为15 s, 单位绿灯延长时间6 s, 绿灯极限延长时间30 s。
本文选取平均通行时间作为评价指标, 在仿真过程中生成.rsz文件和.vlz文件, 设定仿真时间3 600 s, 选取600~3 600 s之间的数据进行评价分析。设定不同交通流饱和程度下, 对于不同状况下的路口控制情况进行实验, 得到东西方向的平均行程时间和平均延误结果见表1, 仿真曲线对比如图6, 图7所示。
由仿真结果可以看出, 在不同的饱和度情况下, 优化感应控制的效果要优于经典感应控制。随着交通流量的增大, 优化感应控制的适应性明显要强于经典感应信号控制, 平均行程时间和平均延误水平增幅较小, 在提升交叉口通行能力和服务质量方面能够起到一定的作用。
4结论
经典感应控制算法相序固定, 配时参数不够灵活, 通过引入通行优先级的判定, 来及时动态调整相位变化, 合理规划了绿灯通行时间, 提高感应控制的利用率。 仿真结果表明, 优化后的结果相比经典感应控制算法, 能够有效降低车辆的平均延误, 适应动态的交通流状况。
摘要：感应控制适用于一些交通流量较小, 随机波动性较大的路口。在经典感应控制的基础上, 引入一个通行优先权的概念, 利用检测器进行数据采集, 对于车辆的排队长度和车辆延误进行计算, 通过权值计算来确定各个交通方向的交通需求, 最后设置优先级来进行交通信号相位的顺序控制。该方法可以有效提高经典感应信号控制的效率, 并在仿真实验结果中得到证实。
关键词：感应控制,优先权,交通需求,效率
参考文献
[1]ZHANG Guo-hui, WANG Yin-hai.Optimizing minimum and maximum green time settings for traffic actuated control at isolated intersections[J].Transportation on Intelligent Transportation Systems, 2011, 12 (1) :164-173.
[2]邵锦锦, 陈锋, 孙欣欣.多相位感应控制配时方案的优化设计[J].计算机系统应用, 2011, 20 (1) :48-51.
[3]周湘贞, 李鑫.一种交通调度平台大规模拥堵优化调控算法[J].科技通报, 2013, 29 (2) :126-138.
[4]高云峰, 胡华.有倒计时的信号控制交叉口的绿灯间隔时间[J].公路交通科技, 2013, 30 (2) :99-103.
[5]胡大伟, 吴中, 方青, 等.交叉口单点感应信号控制优化设计[J].交通科技与经济, 2009, 11 (2) :97-100.
[6]孙旭飞.一种基于单点交通信号控制的新颖感应控制方法[J].福建广播电视大学学报, 2011 (6) :92-96.
优先级控制 篇8
期刊印刷版学术论文发表周期较长, 为缩短学术论文发表周期, 提高学术成果的传播和利用价值, 争取科研成果的首发权, 本刊加入“中国知网 (http://www.cnki.net) ”和“万方数据 (http://www.wanfangdata.com.cn/) ”的学术期刊优先数字出版平台, 将对已录用的论文先于印刷版在“中国知网”、“万方数据”出版。
由于优先数字出版的论文未经编辑加工和校对, 不免存在错字、漏字、病句甚至逻辑错误, 如果您在阅读时发现错误, 请及时联系编辑部, 本刊非常期待您的指正, 感谢您对本刊的支持!
若有不同意优先数字出版的作者, 请投稿时特别说明。
优先级控制 篇9
随着我国公共交通系统的发展,快速公交系统(bus rapid transit,BRT)作为一种新型的大容量载运工具受到了多个城市的关注。BRT线路建设已在多个城市展开,相应的BRT优先控制方法也随之诞生。在实施放射式线路规划的今天,这种问题并不是很明显,但随着BRT的网络化发展,必将遇到在交叉口处2个BRT车辆优先选择的问题,且根据理论计算和调查分析可知,交叉口延误所占比例要远远大于路段延误,提高公交BRT车辆在交叉口处的通行能力,是实施公交优先,提高快速公交服务水平的重要保障[1]。因此考虑公交优先的交叉口信号配时的研究是公交优先技术的关键环节。若不能解决公交车辆通过交叉口时的延误问题,则无法明显降低公交运营中的延误。基于此背景,本文研究了单个交叉口相交BRT车辆的优先协调控制方法,研究开发适合我国国情的公交信号优先系统,以指导实践。
1 模型思路
车辆的延误是以车辆上的乘客及等候公交车辆的乘客的延误为依据,提高交叉口公交服务的针对性和有效性为目标。BRT车辆的延误体现为允许该BRT车辆通行后,所引起的其他车辆的延误。如果放行该出口的车辆,所引起的整体延误为最小,并且满足“阈值规则”,则以整体最优的原则放行BRT车辆,从而改善公交企业的服务质量,增强公交运输对居民的吸引力。根据乘客数量和BRT车辆发生延误量来判断BRT车辆应获得的权重在减少公交车延误和缩短乘客出行时间的同时,对其余交通方式的影响较少。
阈值(Y1)是指2个方向的车辆延误的一个界定差值。阈值规则是指:当延误的差值小于阈值时按照原控制方案进行配时控制,当延误的差值大于阈值时则调整优先控制方案,进行信号调整。
该模型主要由控制逻辑组成:车辆检测、行程时间预测、延误计算、优先触发机制、策略优先、优先控制方案、信号调整等。
2 假设条件
每一种信号控制逻辑都是在一定的条件下才能发挥其性能特点,根据模型的特点,本文对基于乘客延误的优先控制信号算法进行如下假设:在检测系统方面,在交叉口上游设置BRT车辆的检测器,以提前告知系统公交车辆的到达,并在下游停车线设置检测器,当BRT车辆离开交叉口时,系统及时切断优先信号,恢复到正常的交通信号控制状态。并且在信号调整过程中,主要用主动优先的调整方式:绿灯时间延长,绿灯时间压缩,分割并插入相位。对其他社会车辆的交通流检测,由先进的交通信号控制系统提供。在车辆上安装传感器,车辆可以通过移动通信技术可靠地向数据接收、存储设备报告其位置、速度等信息。同时要求公交站点尽量设置在交叉口出口端,并且每辆BRT车辆的到站时间被准确记录,上下客人数也能准确记录[2,3,4]。
3 优先控制方法
3.1 BRT优先控制原理
首先对在控制过程中所需要的一些变量进行分析。如图1所示,A、B 2车所在车道的路段检测器到交叉口停车线检测器的距离分别为L1、L2,m。
1) A、B 2车所在车道的路段检测器到交叉口下游停车线检测器的距离为LA、LB,m。
2) A、B 2车的行驶速度分别为v1、v2,m/s。
3) A车上的乘客Na1和下游等待A车的乘客Na ,B车上的乘客Nb1和下游等待B车的乘客Nb,人。
在进行优先控制时,系统用Ds来判断是采取低级别控制还是高级别控制。
1) Ds的计算。如图2所示:A、B 2车的时间差满足一个临界状态:当A车越过A方向下游停车线时,B车刚好到达B方向上游停车线。由临界条件知:
式中:Ta=La/v1, Tb=L2/v2。若Ds小于Gmin(最小绿灯时间),则此时Ds=Gmin。
2) d的计算。d为2车到达入口停车线的时间差的绝对值:
BRT优先控制流程见图3。
(1) d>Ds时的单线BRT优先控制。对于BRT这类优先级别相对较高的公交车,检测器检
测到有BRT到达,就要发送优先申请,对到达的BRT车辆优先进行处理,使其尽快通过交叉口。这与现有的BRT车辆在交叉口的信号控制方法相同,在此不再赘述。
(2) d<Ds时的相交BRT优先控制。检测器实时发送2入口的BRT车辆和社会车辆的到达情况,并且系统计算各入口的延误值Yi,然后系统进行响应控制。这种响应控制是在2相位的情况下实施。在此,2路BRT车辆分别为A车和B车,假设系统计算出A车先到达停车线,优先情况分为以下2种:
①A车到达停车线时,该方向的相位显示绿灯。若YA大于YB,则有: 当ΔY=|YA-YB|的值大于阈值Y1,则系统对此时的绿灯相位进行切割,插入一个优先B车通行的绿灯相位,待B车驶出交叉口并且满足最小绿灯时间后,系统及时跳转相位,调整为原来的绿灯相位来优先A车通行;当ΔY=|YA-YB|的值小于系统阈值Y1 ,则原来的绿灯相位不变,通过延长绿灯时间来优先A车通行,待A车驶出交叉口并且满足最小绿灯时间后,系统及时跳转相位,优先B车通行。若系统进行延误计算YA小于YB,则此时不用进行相位的转换,保持该相位绿灯不变或者延长其绿灯时间优先A车通行,待检测到A车通过下游停车线时,及时跳转相位优先B车通行。如果YA小于YB,则直接优先A车通行,之后再跳转相位让B车通行。
②A车到达停车线时,该方向的相位显示红灯。系统进行延误计算YA大于YB,则让B车优先通行。若YA小于YB时如下:当ΔY=|YA-YB|的值小于阈值Y1, 则此时不用进行相位的转换,保持该相位红灯不变或者延长其B方向的绿灯时间,优先B车通行,待检测到B车通过下游停车线时,及时跳转相位优先A车通行;当ΔY=|YA-YB|的值大于阈值Y1,则系统对此时B方向的绿灯相位进行切割,插入一个优先A车通行的绿灯相位,待A车驶出交叉口并且满足最小绿灯时间后,系统及时跳转相位,调整为原来的绿灯相位来优先B车通行[6]。具体的实施情况如表1。
表中: YA为让A车先通过所引起的系统总延误;ΔY为A、B车辆所引起的总延误之差,即ΔY=|YA-YB|;Y1为延误之差分界的一个阈值,由此判断优先哪一方向的车辆,该值由需要的服务水平和经验确定。
此处仅列出交叉口中只有2个入口有BRT车辆的情况,当4个入口同时汇集BRT车辆时,则需要用该方向的关键BRT作为考虑的是对象,关键车辆是指最迟进入交叉口的BRT车辆。用关键车辆作为延误计算的主体进行延误比较,从而作出优先策略。
3.2 参数分析
1) 插入相位t的计算。
插入的相位至少要满足最小绿灯时间,以满足清空需求,并且注意保证行人的过街安全。
式中:Gmin 为最小绿灯时间;Go为单位延长绿灯时间。
2) 系统总延误Yi的计算。
Yi指优先放行i方向的BRT车辆而引起系统的总延误。
影响系统延误的因素有很多,本文主要考虑组成系统总延误的2个主要因素:BRT乘客延误X1和社会车辆乘客的延误X2(包括普通公交)。
式中:X1 为BRT乘客的总延误,包括车上的乘客和在下游的停靠站上等待这辆车的乘客。X2 为交叉口社会车辆的总延误。 X3为在延长绿灯相位或插入绿灯相位的时间内相交线路上所到达的车辆的延误,w1、w2则为2个量所占的权重,k为小客车的平均载客量,人/pcu。
X1、X2的计算如下:
式中:q1、q2为车站等车乘客的到达率和停车线处车辆到达率;t1为上一辆公交车离开到下一辆公交车到达的时间间隔;t2 为从红灯开始时到该方向的信号相位变换时的时间长;Ni1为i方向的BRT车辆上的乘客;ti1为该BRT车辆的停车等待时间。
通过压缩或者是切割相位,插入绿灯相位Gmin,在这种情况下插入时间为最小绿灯时间Gmin,则有:
4 案例分析
以西安朱宏路贾什字的一个交通量调查数据为依托,结合现有的BRT运行情况进行模拟计算,有关参数如表2、3所列。
本例所选取的交叉口及其相关数据见图4:
结合BRT车辆的运营速度,可得出在下游有多少个停靠站有乘客等待该辆BRT车辆。
站间距Lz =1 000 m,发车间隔Tf = 120 s,BRT平峰时速:vp = 24 km/h 则有:
因为150 s > 120 s,所以在下游停靠站中,只有相邻的公交车站有乘客等待该辆公交车。
注:参照《交通信号设计参考手册(美)》可得B车所属相位最小绿灯时间为16 s,A车为14 s,单位延长绿灯时间为4 s[7]。参照《交通工程学》上的公交线路通行能力计算分析可算得等待的乘客数:
BRT速度为20 km/h,社会车辆车速为30 km/h、到达率为1 200 pcu/h,w1、w2分别为0.6、0.4,A、B车上的乘客量分别为 60、125,k取1.5。
当d<Ds时,选择其中一种情况:A车先到达交叉口,其所属相位显示绿灯,但是系统经过运算得出YA>YB,且YA-YB>Y1 ,这时系统对该红灯相位进行切割或者压缩,插入一个优先的绿灯相位,优先B车通行。在B车通过下游停车线且该相位满足最小绿灯时间后,系统跳转相位优先A车通行。
由所给数据并结合参数的计算方法可得:
对 YA,A车通过交叉口时间:ta = 9 s
X1a=1 206 人·s X2a=60 pcu·s X3a=3 pcu·s
对YB,B车通行所引起的延误时间为:tb =18 s
X1b=1 188 人·s X2b=6 pcu·s X3b=0 pcu·s
可得系统总延误:YA=764、YB=716、ΔY=48人·s、ΔY>Y1=20 人·s,则可知虽然相位显示是A车的所属相位A车引起的延误大,且A、 B的延误之差大于临界阈值,所以应优先B车通行。
在此处,交通量为一个时段内的流量,BRT车辆的时速也是采取平均车速的形式进行计算,而在实际的应用中,车速和流量是需要实时检测后来进行模型的计算的,本例用平均的流量和车速来对模型做一个可行性分析。
5 结 论
本文从相交线路的BRT车辆在交叉口相遇的情况中选取2种进行研究。并得出相交BRT车辆在平面交叉口的公交优先信号控制的技术方法,即综合考虑放行车辆后,对社会车辆和BRT乘客(包括等车乘客)的影响,用综合延误之差与服务水平之阈值进行比较,从而进行优先控制。并用综合调查数据进行拟合计算。但由于在交叉口,2 BRT车辆的优先通行选择是一个较新的概念,可借鉴的成熟的理论和研究成果较少,还有一些问题尚待进一步研究。相交快速公交(BRT)优先信号控制技术范围广泛。
参考文献
[1]刘红红,王鑫钥,杨兆升.城市公共交通优先的信号控制策略[J].公路交通科技,2004,21(5):121-124.
[2]孙文涛,王春生,马文钰,等.基于公交信号优先的算法研究[J].铁道运输与经济,2008,30(12):50-52.
[3]Brilon W,Laubert W.Priority for public transit inGermany[J].Journal of Advanced Transportation,1994,28(3):313-340.
[4]李郝楠.单个交叉口公交优先信号控制方法研究[D].长春:吉林大学,2008.
[5]陈光勤.快速公交车辆平面交叉口信号优先实现方法[J].同济大学学报:自然科学版,2006,34(1):41-46.