王　西

(吉林省社會科學(xué)院經(jīng)濟研究所，長春　130033)

公交優(yōu)先策略下城市交通交叉口信號配時方法研究

王西

(吉林省社會科學(xué)院經(jīng)濟研究所，長春130033)

摘要：隨著經(jīng)濟和社會的發(fā)展進步，我國城市化進程步伐加快，城市交通需求與土地資源供給之間的矛盾日益突出，交通擁堵問題嚴重影響人們的生活.公交優(yōu)先是緩解城市交通擁堵的主要策略之一.本文以長春市以某交叉口為例進行了實證分析，得出改進后的交叉口公交優(yōu)先信號配時方案，仿真結(jié)果表明，基于公交優(yōu)先交叉口的信號配時方法是緩解交通擁堵問題的有效途徑之一.

關(guān)鍵詞：城市交通；公交優(yōu)先；信號配時；相位設(shè)計

0引言

隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展和人民生活水平的提升，城鎮(zhèn)化顯著標(biāo)志之一就是機動車數(shù)量激增.在我國，城市汽車的總保有量從2003年的2400萬輛增加至2014年的近1.6億輛，機動車保有量增長速度遠遠大于城市人口數(shù)量的上升速率，主要表現(xiàn)為城市人均機動車保有量迅速增加.城市發(fā)展中土地空間供應(yīng)有限的嚴峻形勢與城市居住人口密度不斷增大帶來的交通道路需求快速增加，已成為難以調(diào)和的矛盾.為了改善交通方面的車輛堵塞問題，我們需要在交通運輸工具和交通管理方面入手，緩解城市發(fā)展中面臨的交通瓶頸問題.公共交通擁有的低成本、低人均道路面積、高效率、低污染等優(yōu)勢，可以大大緩解道路供應(yīng)不足與大量汽車需求的不平衡狀況，降低城市中的車輛堵塞，從而使相對有限的道路得到更有效的利用.

1公交優(yōu)先與信號配時

我國現(xiàn)有的城市交通交叉口信號配時方案主要考慮的是車輛本身，具體說就是公交車與其他各種車輛具有同樣的通過權(quán)利，一般不會以改變和破壞信號協(xié)調(diào)為前提.因此，現(xiàn)在一般交叉口的信號配時方案是基于最小總延時周期確定時間長度，然后根據(jù)相位車輛的流量比進行綠信比的劃分.信號配時的設(shè)計階段首要步驟是相位設(shè)計.交叉路口的一個車流或者多個車流在一個周期中獲得通過路口的權(quán)利叫做信號相位，信號系統(tǒng)擁有多少相位信號取決于在一個周期內(nèi)有幾個信號相位[1].交叉角、交叉口、車道的寬度以及交叉口布局等構(gòu)成了城市交通交叉口的構(gòu)造，交叉口的相位設(shè)計主要受交叉口的結(jié)構(gòu)分布、直行車流人流量、交通流量等的影響.

與社會乘用車輛相比，尤其在通過城市道路交叉口時，公共交通運營具有載客多高效率的特點.目前不同城市或同一城市內(nèi)不同道路交叉口的結(jié)構(gòu)差異較大，車流量的大小和通行車輛的類型也各有不同，因此傳統(tǒng)的四相位信號控制已經(jīng)無法滿足大部分交叉口的交通需求，可根據(jù)交叉口面臨的交通需求和特點在四相位信號控制的基礎(chǔ)上對信號相位進行改進[2].

公交優(yōu)先信號配時可以有效減少公交車的交通延誤，減少運行時間，提高運行效率；同時公交優(yōu)先信號配時方案允許在交叉口的公交車站減少公交車數(shù)量，以保證行駛穩(wěn)定性，提高行駛的安全性.公共交通的方便性和快捷性，不僅使城市交通擁堵現(xiàn)象得到了一定的緩解，而且城市道路服務(wù)水平和通行能力也得到了改善.方案的有效實施將引導(dǎo)乘客更自覺地選擇公交出行，從而使公交車和其他社會車輛在城市交通結(jié)構(gòu)分配中更加合理.不僅如此，公共交通對環(huán)境保護和節(jié)約土地面積、建設(shè)能源節(jié)約型城市也有積極意義，符合可持續(xù)發(fā)展的政策.

2交叉路口信號配時方案改進前后對比分析

本文以長春市人民大街與自由大路交叉口為例.該路口是非常典型的兩主干道相交的規(guī)則的十字形交叉口，根據(jù)該交叉口機動車、非機動車在早7∶30—8∶30，午11∶30—12∶00兩個時段的實際交通流量數(shù)據(jù)，對交叉口信號配時方案改進前后進行對比分析.

2.1　考慮車輛延誤的一般性交叉口信號配時

交通信號定時控制方法是基于給定的歷史數(shù)據(jù)時間記錄，采用適當(dāng)?shù)男盘柨刂茀?shù)優(yōu)化方法計算出每個流量，然后集中作用于該交叉口信號的管理數(shù)據(jù)，從而調(diào)節(jié)交通流量[3].定時控制穩(wěn)定可靠，易于交叉口信號協(xié)調(diào)相鄰的改變，適用于交通量變化有規(guī)律可循且交通量大(甚至接近飽和)的路口.

信號周期時長的計算式為：

(1)

一般C的取值范圍在80s~180s之間.

L是交叉路口的計算中的信號總損失時間,依據(jù)下式算出：

(2)

式中：Ls為啟動損失時間，需要親自測量；I為綠燈間隔時間，s；A為黃燈時長,可定為3s；k為一個相位周期內(nèi)綠燈間隔數(shù)目.

Y為流量比總和，按式(3)計算.

(3)

式中：n為一個信號相位周期內(nèi)的相位個數(shù)；yn，yn′為第n個相位的流量比；q為進口道車流量,pcu/h；S為進口車道飽和流量,pcu/h.

如果Y值大于0.9，那么就必須重新進行設(shè)計.綠信比與通過該相位時車流量最大的車道基本成正比,即:

(4)

根據(jù)式(4)計算結(jié)果確定最終配時方案.

2.2　公交優(yōu)先配時優(yōu)化策略

采用主動優(yōu)先策略常用三種方法：綠燈延長、紅燈早斷和相位插入.

綠燈延長是一種常用于公交優(yōu)先策略，其工作原理是先確定申請的優(yōu)先級公交車到達時間和停止線之間的時間差，然后確定時間差的大小和剩余綠燈時間.如果小于常值，根據(jù)公交優(yōu)先申請來延長時間以便調(diào)整綠色顯示對應(yīng)時間的相位；如果超過授予擴展時間，則信號的配時計劃不變；紅燈早斷是提前切斷紅燈信號，同時打開綠燈信號，公交前一個相位的最小綠燈時間是實施紅燈早斷方案的關(guān)鍵參數(shù)，需要確保公交車線路車輛的相位可在最小綠燈時間內(nèi)疏散完成，以避免二次停車；相位插入是指在正常信號相位的交叉口，當(dāng)公交車到達時紅燈時間較長且在下一階段仍然無法通過，就需要通過插入特定相位，允許公交車的相位插入到當(dāng)前相位和下一相位之間優(yōu)先通過.

2.3　交叉口信號配時的改進方案

信號配時指標(biāo)的優(yōu)化一般在相位確定之后，在設(shè)計公交專用道的基礎(chǔ)上經(jīng)計算確定最佳方案，使交叉路口車輛通行更加順暢，提高通行效率.實例說明交叉口公交優(yōu)先的信號配時設(shè)計采用上文提出的基于公交優(yōu)先的信號配時模型為：

(5)

實用信號周期也可用實際交通量和通行能力與飽和限度乘積的比值確定.在交叉口的信號配時方案計算中，計算周期時長有兩種方法，分別為最佳周期時長的計算和使用周期時長的計算.選擇哪種計算方法可以根據(jù)具體情況而定[4-5].

在實際計算和設(shè)計時通常兩種方法都使用，然后取計算結(jié)果的中間數(shù)值，當(dāng)然C還是要符合最初的要求 80s≤C≤180s.但是，在計算人民大街與自由大路交叉口時，因缺少通行能力實測數(shù)據(jù)，以及在周期時長不確定的情況下無法確定綠信比之和，因此得出實用信號周期較長.根據(jù)長周期的取值規(guī)則，最終結(jié)果為154s，其中，第一相位東西直行綠燈時間為47s，第二相位東西左轉(zhuǎn)綠燈時間為28s，第三相位南北直行綠燈時間為47s，第四相位南北左轉(zhuǎn)綠燈時間為24s.

3優(yōu)化結(jié)果分析

本文使用VISSIM軟件來實現(xiàn)交通仿真，并給出基于仿真的關(guān)于社會車輛的延誤和公交車輛的延誤對比評價結(jié)果.表1是未采取公交優(yōu)先信號配時的延誤；表2是實施公交優(yōu)先優(yōu)化后社會車輛和公交車輛的延誤.

表1 普通交叉口延誤狀況　(s)

表2 優(yōu)化后交叉口延誤情況　(s)

從表1和表2可以看出，采用新方案后總延誤相比原方案更小，但是車均延誤幾乎沒有變化.交叉口實施公交優(yōu)先后，自由大路東西進口道公交延誤明顯減小，雖然社會車輛延誤有小幅度增加，但是公交優(yōu)先的基本目的已經(jīng)實現(xiàn)，從而使自由大路方向的公交延誤減小.由于人民大街設(shè)有公交專用道，所以公交優(yōu)先的信號優(yōu)化方案對人民大街方向的影響并不大.

4結(jié)語

交通信號的配時設(shè)計是交通渠化設(shè)計中的重要環(huán)節(jié).本文在已有理論研究的基礎(chǔ)上，針對某省會城市交通交叉口進行了相位配時計算，并運用VISSIM仿真對優(yōu)化前后的方案進行對比分析.由于本文交叉口選取較少，不足以代表所有路口的情況，今后將進一步研究多個城市交叉口信號配時問題，找出演進規(guī)律，在合理設(shè)置相序和配時的同時，為相關(guān)職能部門制定、完善和提高信號交叉口通行效率及安全性的有效措施提供參考.

參考文獻

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聲明

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本刊編輯部

Research on the Method of Signal Timing of Urban Traffic Intersection under the Bus Priority Strategy

WANG Xi

(InstituteofEconomicResearch，JilinAcademyofSocialSciences，Changchun，China130033)

Abstract：With the development of economy and society,the urbanization process of China is speeding up,the contradiction between urban traffic demand and land resources supply is becoming increasingly prominent,the traffic jam problem seriously affects people’s life.Bus priority is one of the main strategies to ease urban traffic congestion.Taking Changchun city as an example,this paper makes an empirical analysis,and obtains the improvement of bus priority signal timing scheme.The simulation results show that the method of signal timing based on bus priority intersection is one of the effective ways to alleviate traffic congestion.

Keywords:urban traffic；bus priority；signal timing；phase design

中圖分類號：U 491

文獻標(biāo)志碼：A

文章編號：2095-8919(2015)06-0022-04

作者簡介：王西(1977~)，女，吉林省長春市人，助理研究員.

收稿日期：2015-05-12.