一种基于重量感知的干线交叉口货车优先通行的方法

芦翔 孙彬 陈伟

摘 要：重型货车制动刹车时，在车重以及其他作用力下对道路进口处产生车辙等对道路产生损害的现象，增加了公路维护成本，减少了道路使用年限。

关键词：货运;优先通行;大气污染;路面损坏

中图分类号：U495 文献标识码：A

0 前言

我国正处于城市化和机动化快速发展时期，同时运输业也占有重要的比重，尤其是陆路运输中，货车在道路上也是作为一种主流运输方式。重型货车由于其动力性差和体积大，在面对交通信号灯的变化时，重型货车需要更长的时间和距离来加速、减速，这样不仅会给其本身造成行车延误，而且也会给其他车辆带来额外延误。重型货车在交叉口一次减速停车、加速启动要比其他车辆消耗更多的燃油，同时发动机尾气排放也会增多，加重了温室效应、大气污染。重型货车制动刹车时，在车重以及其他作用力下对道路进口处产生车辙等对道路产生损害的现象，增加了公路维护成本，减少了道路使用年限。

1 概述

1.1 研究的目的及意义

目的：用一种基于重量感知的干线公路交叉口货车优先控制方法，通过车辆不停车称重系统（WIM）来获取货车重量、速度等信息，识别其是否达到优先通行的重量要求，对达到重量要求的重型货车进行车速引导和信号配时的协同控制，来达到重型货车不停车或少停车的目的。

意义：通过这项研究，在交叉口各进口道上游合理布置动态称重传感器，对货车进行有效的优先控制，能够避免重型货车停车，对燃料消耗、污染排放和路面损坏等方面都会带来好处。

1.2 国内外技术水平现状

国外研究现状，美国、德国等国家对货车通行管理与控制的研究较早。美国纽约市政府的文献显示，纽约的大货车管理已经有80多年历史了。纽约市政府在详细的调查研究基础上，为大货车制定了一套专用线路——Truck Route。美国Miovision 公司在底特律则建立了延长交通信号的相位时长来防止货运卡车不必要的停车的货运信号优先系统。德国Toll Collect公司利用卫星定位和无线连入技术的一套货车电子不停车收费系统，该套系统也被在荷兰、英国、瑞士、新西兰等国运用。但是关于交叉口货车优先的控制研究很少。国内研究现状，我国关于国省干线信号交叉口货车优先的研究起步较晚，目前相关论文研究尚不够丰富，丁建梅等在2010年以城市货运干道车型构成、机动性能差异以及不同饱和度条件下的车流延误，得出适合货运干道的交通信号控制方法。白子建等在2011年提出客货分离是当前缓减道路拥挤，减少货车行车延误的有效措施。崔文霖等在2014年通过VISSIM仿真软件对路段车速、货车比例、流量、车道数和延误五个指标分析，得出当货运交通量比例超过20%时，需要对货运交通采取相应的分离措施。但是国内对货车优先研究局限于传统的定时控制方法和专用车道的开辟，只是提出单一时间上或空间上的货车优先理论。基于智慧公路的突飞猛进发展，满足车路协同的货车优先理论亟待提出。

2 减少交叉口停车次数的车速引导方法

2.1 研究背景

对于机动车数目急剧增加，交叉口的拥堵现象尤其严重。通过研究发现，红（绿）灯末尾到达交叉口的车辆可以通过合理降低（提高）车速来避免在交叉口停车。针对以上现象，本章提出一种车速引导方法，通过在交叉口上游设置路侧引导屏实时提示车辆的合理行驶车速，引导驾驶员合理选择车速，尽量避开红灯，提高车辆绿灯时间内的通行效率。减少停车次数，降低交通延误，使车辆平顺的通过交叉口。

2.2 研究内容

通过车速引导，使驾驶员在交叉口处尽量避开红灯，减少车辆在交叉口的不必要停车（本应红灯结束前到达的车辆按照车速引导屏指示合理降低车速，使得在到达交叉口时绿灯开始;本应绿灯结束到达交叉口的车辆依据引导屏指示合理提高车速，使得车辆在绿灯结束前通过交叉口），从而提高车辆在绿灯时间的通行效率，减少停车延误。从而降低车辆的油耗、排放，保护环境。

为了实现这一目的，首先，在信号交叉口上游的路侧设置引导屏（LED）;在距离引导屏合理位置的路面上设置车速引导起始标线;其次，通过控制器获得前方交叉口信号灯配时，根据道路上的最大、最小车速给出交叉口允许的最大、最小车速。接着，根据引导屏与交叉口停车线之间的距离、信号灯的配时时间及交叉口允许的最大、最小车速，可以计算出在一个信号周期内车辆尽可能避开红灯减少停车的合理行驶车速。最后，将计算出的合理车速通过路侧引导屏实时发布，来引导车辆行驶。当信号灯的配时发生改变时，控制器可以及时学习到新的信号周期，并依据新的信号周期重新计算得出新的合理车速，保证引导屏实时提供合理车速，保证时效性。

3 干线公路交叉口货车优先控制的方法

3.1 研究内容

在信号交叉口上游直行车道处合理位置布置车辆不停车称重系统（WIM），用来获取货车重量、速度等信息;在距交叉口停车线合理位置处依次设置引导屏（LED）、车速引导起始标线、车辆不停车称重系统（WIM）;其次，通过控制器完成识别货车是否达到优先通行的重量要求，如果其满足优先要求，將该货车加入优先队列并依据重量确立优先级别;控制柜获得前方交叉口信号灯配时和最长、最短绿灯时长，以及根据货车重量给出货车允许引导的最大、最小合理车速。接着，根据引导屏与交叉口停车线之间的距离、信号灯的配时时间及该型号货车允许的最大、最小合理车速，可以计算出在一个信号周期内结合信号配时协调控制，较高优先级别的货车尽可能避开红灯、减少停车的合理行驶车速。最后，将计算出的合理车速通过路侧引导屏实时发布，来引导车辆行驶。

4 总结与展望

4.1 总结

我们认为基于重量感知的干线路交叉口货车优先通行的方法是非常有必要的，重型货车由于其动力性差和体积大，在面对交通信号灯的变化时，重型货车需要更长的时间和距离来加速、减速，这样不仅会给其本身造成行车延误，而且也会给其他车辆带来额外延误。避免重型货车停车，对燃料消耗、污染排放和路面损坏等方面都会带来好处。重型货车在交叉口一次减速停车、加速启动要比其他车辆消耗更多的燃油，同时发动机尾气排放也会增多，加重了温室效应、大气污染。重型货车制动刹车时，在车重以及其他作用力下对道路进口处产生车辙等对道路产生损害的现象，增加了公路维护成本，减少了道路使用年限。因此，解决货车在交叉口的优先通行方案是达成控制货车不停车通过的重要手段。

4.2 后续工作展望

本文通过对重型货车车辆研究了交叉口货车优先通行的方法，但是由于货车优先通行是一个较新的概念，可以借鉴的理论和研究成果较少，还有一些问题尚待研究：

本文所研究的货车优先通行并未研究城市道路中的交叉口问题，包括对于干路上的其他车辆的通行总体规划未做出研究，还需今后对于如何协调道路上的其他车辆进行研究讨论。货车优先通行是一个利于货车在道路上行驶的一种方法，但是本文并未考虑是否可以实施，以及实施的成本和资源是否让该项目利大于弊。

综上所述，货车优先通行技术范围广泛，本文有许多的问题未能进行深入的讨论和研究，唯有在未来的研究中努力工作，以弥补缺憾。由于研究实践较短及作者理论水平有限，文章中定会存在着许多不足和缺陷，敬请各位老师、读者批评指正。

参考文献：

[1]官阳.纽约城市货车通行的智慧管理[J].汽车与安全，2017，23（04）：82-86.

[2]王磊.货车电子不停车收费系统研究与设计[D].长安大学，2016.

[3]丁建梅，王常虹.城市货运干道信号优化控制及其评价方法[J].中国公路学报，2010，23（01）：86-92.

[4]刘玉民，刘文江，白子建.道路客货分离交通功能实现技术研究[J].交通建设与管理，2011，48（11）：84-85.

[5]崔文霖，雷强.城市货运交通对交通速度和延误的影响分析[J].西部交通科技，2014，9（10）：91-96.