張笑彬，鄭長江，鄭樹康

（河海大學(xué)1.土木與交通學(xué)院，江蘇南京210098；2.物聯(lián)網(wǎng)學(xué)院，江蘇常州213022）

城市道路中車輛的延誤可以分為2部分：路段延誤和交叉口延誤。其中交叉口延誤要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于路段延誤。在城市道路交叉口設(shè)置公交預(yù)信號能有效的減少交叉口延誤，從而實現(xiàn)公交優(yōu)先，達(dá)到緩解道路擁堵的目的。公交預(yù)信號策略在英國，德國等國家已經(jīng)應(yīng)用很多年［1］。國內(nèi)外學(xué)者對預(yù)信號［2-5］也進(jìn)行了很多研究，但基本沒有涉及到在交叉口預(yù)信號條件下公交?？空九c人行橫道協(xié)調(diào)設(shè)計方面。

在設(shè)置公交預(yù)信號的條件下，公交?？空镜倪x址與設(shè)計將直接影響到道路通行能力和服務(wù)水平。當(dāng)?？空驹O(shè)置于交叉口時，若相關(guān)行人過街設(shè)施設(shè)計不合理，將對交通運行安全產(chǎn)生不利影響。為保證公交預(yù)信號的有效實施，確保乘客的安全和便捷，有必要對交叉口預(yù)信號條件下公交?？空九c人行橫道進(jìn)行協(xié)調(diào)設(shè)計。

公交專用道的布設(shè)方法按位置的不同可以分為2種：路邊型和路中型?；谔岣吖卉囋诼范紊系耐〞承院徒徊婵趯崿F(xiàn)預(yù)信號的控制的考慮，路中型公交專用道被認(rèn)為是最優(yōu)的方案。對于設(shè)置公交預(yù)信號的交叉口，其公交車流量必然比較大，公交比例一般大于0.2，單向3車道以上［4］。所以，達(dá)到了布設(shè)公交專用道的條件。研究都是以道路布設(shè)路中型公交專用道為前提，站臺都設(shè)在中央分隔帶上，與社會車輛順向行駛，公交車輛左側(cè)開門。

1 公交停靠站

1.1 公交?？空疚恢?/h3>

一般信號交叉口條件下，公交站臺不能緊鄰主信號停車線，要退后一段距離L，這個距離的長度與發(fā)車頻率、信號周期等有關(guān)。但是在交叉口預(yù)信號條件下，原本公交候駛區(qū)長度LH至少需要40 m［6］，同時為了保證公交車輛正常行駛進(jìn)入預(yù)置車道區(qū)域，同時滿足公交車換道空間要求，公交站臺應(yīng)適當(dāng)遠(yuǎn)離預(yù)信號一段距離LJ，一般最小為15 m。所以L至少為55 m。

站臺設(shè)置可以與交叉口的渠化一體化設(shè)計，常見的是公交站臺與左轉(zhuǎn)拓寬相結(jié)合（圖1），圖中從左向右為正向，從右向左為反向）正向?？空驹O(shè)置在左轉(zhuǎn)拓寬區(qū)域內(nèi)，反向?？空驹O(shè)置在拓寬之前，相互借用?？靠臻g，相當(dāng)于形成了兩個港灣式?？空尽?/p>

圖1 ?？空九c左轉(zhuǎn)拓寬一體化設(shè)計Fig.1 Integrated design of bus stops and lane widening

1.2 公交?？空拘问?/h3>

根據(jù)?？空驹O(shè)置位置預(yù)信號進(jìn)口道的關(guān)系，介紹3種預(yù)信號交叉口?？空镜牟贾眯问健?/p>

1）a1?？空痉謩e布置在預(yù)信號進(jìn)口道，相當(dāng)于?？空径荚O(shè)置在了交叉口進(jìn)口處。這種情況下，部分公交車可以利用信號的紅燈時間完成?？浚G燈信號時間內(nèi)到達(dá)的公交車由于靠站導(dǎo)致部分綠燈時間不能充分利用，甚至無法通過交叉口。

2）?？空径疾辉O(shè)置在預(yù)信號進(jìn)口道，即站臺都設(shè)置在交叉口出口處，站臺的設(shè)置位置與普通交叉口的設(shè)計基本相同，但是要注意的一點是，交叉口進(jìn)口道設(shè)置了預(yù)信號，在高峰時間內(nèi)公交車數(shù)量較多，對于直行公交車流量較大時，在一次通行時間內(nèi)會有大量的公交車同時進(jìn)入停靠站，由于站臺容量的限制，車輛排隊會蔓延至交叉口內(nèi)部，這樣會影響到相交道路車輛和行人的通行。此時?？空揪嚯x交叉口的距離L需要適當(dāng)增加。

3）a3 某一?？空驹O(shè)置預(yù)信號進(jìn)口道，此時相當(dāng)于本向站臺設(shè)置在進(jìn)口道，對向站臺設(shè)置在出口道。這里的?？空拘问娇赡軙?種：① 雙側(cè)?？空荆?］，這種站臺形式可以使上下行的乘客在同一個站臺換乘，大大減少了乘客的換乘距離，但由于需要雙側(cè)停靠，要求斷面車道數(shù)較多；② 尾尾相接式單側(cè)?？空?，但這種情況可能不會出現(xiàn)，因為雙側(cè)站臺可以提高車站設(shè)施的利用率，比建設(shè)兩個站臺節(jié)省部分用地，減少車站建設(shè)工程量。所以優(yōu)先考慮雙側(cè)站臺，但是有時為了防止站臺過于擁擠，在中央分隔帶較窄的情況下可以考慮建設(shè)尾尾相接式單側(cè)站臺。

2 人行橫道設(shè)置

2.1 人行橫道位置

人行橫道位置的選擇主要考慮的是乘客進(jìn)出公交站臺便捷性和安全性，便捷性主要體現(xiàn)在乘客的繞行距離上。本節(jié)主要研究交叉口預(yù)信號一側(cè)設(shè)有公交?？空镜那闆r。即上節(jié)內(nèi)容中提到的a1、a3兩種?？空拘问?。

對于a1這種?？空拘问?，只在本向設(shè)有站臺的情況，交叉口處的人行橫道設(shè)置與普通交叉口一致。但是為縮短乘客的繞行距離，可以考慮在Ⅰ，Ⅱ位置設(shè)置人行橫道（如圖2），圖中LZ為?？空鹃L度，LJ為Ⅱ處人行橫道與?？空鹃g距。

人行橫道設(shè)置在Ⅰ處，方便反向乘客快速進(jìn)出站臺，同時下車乘客可以繞到站臺公交車邊過街，行人視覺條件較好，有利于安全；通常情況下不應(yīng)將人行橫道設(shè)置在預(yù)信號停車線處，并且應(yīng)安裝保護(hù)欄阻止行人在此過街。但考慮到公交乘客上下站臺的要求，可以通過實行信號控制，來保證行人一次性過街［6］。Ⅱ處應(yīng)該為預(yù)信號停車線的位置，原因如下：如果人行橫道不設(shè)置在預(yù)信號停車線處，此時社會車輛的通行會受到行人過街信號，預(yù)信號，主信號三者的影響。如果該線路的信號沒有很好的協(xié)調(diào)控制，車輛通行不連續(xù)，有些相位的車輛將會停起3次，社會車輛延誤增加。當(dāng)人行橫道設(shè)置在預(yù)信號停車線后，乘客進(jìn)出站臺只需要在公交專用道區(qū)域多加觀察，通過判斷公交車的距離、速度來決定是否通行。由于公交車剛從站臺啟動，車速較慢，對于行人過街影響較小，同時因為公交車體積較大，行駛線路固定，行人觀察較為方便，有利于行人安全過街；此處人行橫道的設(shè)置對公交車進(jìn)入公交候駛區(qū)沒有什么影響。

圖2 人行橫道設(shè)置位置選擇Fig.2 Position choice of crosswalks

預(yù)信號停車線可能是錯位式的［5］，Ⅱ處的人行橫道也應(yīng)該相應(yīng)的設(shè)計成斜線式，緊靠公交專用道的普通車道停車線后退一定距離（如圖3），這樣的設(shè)計可以有效的解決行人安全視距問題［8］，當(dāng)乘客進(jìn)入?？空镜倪^程中，在經(jīng)過公交專用道前可以更早的觀察到公交車的狀態(tài)，公交車司機的視距也相應(yīng)增加，可以很清楚觀察到行人通行情況。

圖3 公交專用道相鄰車道公交車安全視距圖示Fig.3 Safety sight distance in the adjacent lane of the bus lane

對于a3這種?？空拘问剑捎陔p向站臺都在預(yù)信號這側(cè)，所以行人和乘客的聚集情況更加明顯，為了保證乘客能夠快捷，迅速的進(jìn)出站臺可以通過加寬人行橫道以及適當(dāng)位置設(shè)置過街橫道以達(dá)到減少乘客繞行距離和迅速輸送上下車乘客的目的。

2.2 行人過街信號設(shè)計

Ⅰ處人行橫道信號配時需要與上游行人過街信號相協(xié)調(diào)。很多文獻(xiàn)研究認(rèn)為Ⅰ處行人過街信號與上游行人過街信號配時一致即可，但考慮到兩個過街橫道相距有一定距離LD，為使車輛能過連續(xù)通過兩個人行橫道，對上述兩個信號配時進(jìn)行調(diào)整，圖4顯示的是調(diào)整后兩信號配時之間的關(guān)系。為確保周期的穩(wěn)定性，信號周期應(yīng)該相等，可通過車輛檢策器提供的信息來確定周期［9］。圖3中的rp，r1分別為交叉口處行人信號和Ⅱ處行人信號紅燈時長，gp，g1分別為交叉口處行人信號和Ⅱ處行人信號綠燈時長，C為周期時長，t為兩信號綠時差。因此

式中：vc為車輛通過上游人行橫道停車線的平均速度；LD兩信號停車線間距。

對于Ⅱ處的人行橫道，行人過街信號應(yīng)與預(yù)信號配時相互協(xié)調(diào)，圖5中的rm，r2分別為預(yù)信號和Ⅱ處行人信號紅燈時長；gm，g2分別為預(yù)信號和Ⅱ處行人信號綠燈時長。由圖5可以看出：預(yù)信號紅燈與Ⅱ處行人信號綠燈是同時的，只是Ⅱ處行人信號紅燈比預(yù)信號綠燈啟亮?xí)r間要早，這主要是考慮到預(yù)信號綠燈啟亮?xí)r，社會車輛能迅速啟動進(jìn)入候駛區(qū)，不會受到行人信號綠燈末期行人通行的干擾。

圖4 交叉口處行人信號和Ⅰ處行人信號之間的關(guān)系Fig.4 Coordination between pedestrian signals Ⅰand intersection pedestrian signals

圖5 預(yù)信號與Ⅱ處行人過街信號之間的關(guān)系Fig.5 Coordination between pre-signals and pedestrian signals Ⅱ

3 協(xié)調(diào)設(shè)計

3.1 協(xié)調(diào)模型設(shè)計

在預(yù)信號交叉口條件下，?？空九c人行橫道協(xié)調(diào)設(shè)計模型如下：

該模型有2個優(yōu)化目標(biāo)，即公交車平均延誤最小和行人平均繞行距離最短。式中Db為公交車延誤；F為行人平均繞行距離；nA，nB，nC，nD分別為四個行人聚集點乘車人數(shù)；np為不乘車過街人數(shù)；FA，F(xiàn)B，F(xiàn)C，F(xiàn)D分別為行人聚集點乘客繞行距離；Fp為過街行人繞行距離；nr為乘客總數(shù)；Fr乘客繞行總距離。

在預(yù)信號交叉口的條件下，公交車的平均延誤主要受信號控制的影響。行人平均繞行距離主要與?？空疚恢?，人行橫道位置有關(guān)。所以可以根據(jù)式（2）進(jìn)行協(xié)調(diào)設(shè)計。

3.2 模型計算

根據(jù)前面幾節(jié)的分析，對于a1?？空拘问健Ｈ诵袡M道設(shè)置如上圖2所示，對乘客繞行距離進(jìn)行計算，結(jié)果如表1。

表1 不同人行橫道情況下乘客繞行距離（a1）Tab.1 Comparisons of passenger detour distance for different position choices of crosswalks（a1）

由表1可以看出，在Ⅰ處設(shè)置人行橫道使得行人集聚點A處乘客的進(jìn)出站臺的繞行距離減少了2L，繞行距離減少明顯，對交通通行影響較??；Ⅱ處設(shè)置使得行人集聚點C處乘客的進(jìn)出站臺的繞行距離減少了2(L-LJ)，預(yù)信號條件下此處設(shè)置行人過街橫道有其自身的優(yōu)勢。Ⅰ、Ⅱ處人行橫道同時設(shè)置不會改變B、D點的乘客繞行距離。綜上，在這種?？空镜那闆r下，推薦Ⅰ、Ⅱ處人行橫道同時設(shè)置，交叉口整體也較為美觀。

對于a3?？空拘问剑p向站臺在設(shè)置在同一位置時，形成一個雙側(cè)站臺，雖然這時乘客的乘車方向不同，但是乘客進(jìn)入的是同一個站臺，所以這種情況下人行橫道的設(shè)置與上述a1時情況基本一致；當(dāng)雙向站臺不設(shè)置在同一位置，形成尾尾相接式單側(cè)站臺，由于乘客乘車方向的不同，使得乘客選擇進(jìn)入的站臺也就不同。

當(dāng)反向?？空驹O(shè)置在正向停靠站左側(cè)時（如圖6）。人行橫道可以選擇直接設(shè)置在反向站臺處，方便反向乘客快速進(jìn)出站臺，還可以選擇直接設(shè)置在正向站臺處，方便正向乘客快速進(jìn)出站臺。在不同位置設(shè)置人行橫道情況下，對行人繞行距離進(jìn)行計算，結(jié)果如表2。

圖6 尾尾相接式?？空綟ig.6 Tail to tail stops

表2 尾尾相接式站臺不同人行橫道情況下乘客繞行距離（a3）Tab.2 Comparisons of passenger detour distance for different position choices of crosswalks（a3）

由表2可知，在Ⅰ，Ⅲ處設(shè)置人行橫道的區(qū)別在于行人集聚點A乘客繞行距離的減少。Ⅰ處設(shè)置人行橫道方便反向乘客的快速、便捷的進(jìn)出站臺，同時減少了雙向乘客的繞行距離。Ⅲ處設(shè)置人行橫道只方便了本向乘客到站后快速出站的要求，沒有減少乘客的繞行距離。所以當(dāng)行人集聚點A處聚集效應(yīng)明顯時，很有必要在Ⅰ處設(shè)置行人過街橫道；Ⅱ處設(shè)置人行橫道可以有效減少集聚點C處雙向乘客的繞行距離，同時由于其設(shè)置位置的優(yōu)勢，對正向車流沒有影響。所以Ⅱ處設(shè)置人行橫道非常合適。綜上所述，在這種?？空镜那闆r下，推薦Ⅰ，Ⅱ處人行橫道同時設(shè)置；反向?？空驹O(shè)置在正向?？空居覀?cè)，一般不會出現(xiàn)這種?？空镜脑O(shè)計，這里不做討論。

4 結(jié)語

對預(yù)信號交叉口條件下公交?？空九c人行橫道協(xié)調(diào)進(jìn)行了系統(tǒng)的研究，同時提出了比較全面的協(xié)調(diào)設(shè)計方案，研究結(jié)果有利于發(fā)揮預(yù)信號控制的優(yōu)勢，保證乘客進(jìn)出公交?？空镜陌踩憬莺凸卉嚨耐ㄐ行?。

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