李續(xù)揚(yáng)，羅培卿，韓瑜睿，王長(zhǎng)城

（蘭州交通大學(xué) 交通運(yùn)輸學(xué)院，甘肅 蘭州730070）

快速公交簡(jiǎn)稱BRT（Bus Rapid Transit），是一種較大運(yùn)量的新型公共交通系統(tǒng)，介于常規(guī)公交與軌道交通之間的公共交通方式。BRT車輛在道路上享有專用路權(quán)，在車站設(shè)有水平上下站臺(tái)和售檢票系統(tǒng)，所以，其最大的通行瓶頸在交叉口。為了使BRT在交叉口處能快速通過(guò)，且對(duì)交叉口整體交通影響最小，研究將主要介紹BRT主動(dòng)優(yōu)先技術(shù)。

主動(dòng)優(yōu)先取決于BRT車輛的具體位置信息，當(dāng)BRT車輛被設(shè)置的檢測(cè)器檢測(cè)到時(shí)才執(zhí)行?？紤]到BRT車輛的到達(dá)率和社會(huì)車輛的到達(dá)率，對(duì)主動(dòng)優(yōu)先的信號(hào)設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化。主動(dòng)優(yōu)先策略包括延長(zhǎng)綠燈時(shí)間、提前結(jié)束紅燈時(shí)間、跳躍相位、插入公交相位以及倒轉(zhuǎn)相位等方法。在主動(dòng)優(yōu)先策略中，延長(zhǎng)綠燈時(shí)間和提前結(jié)束紅燈時(shí)間兩種方法較為常用。

案例分析主要對(duì)交叉口實(shí)施綠燈延長(zhǎng)和紅燈早斷與現(xiàn)狀進(jìn)行VISSIM仿真，然后分析不同優(yōu)先策略下的交叉口運(yùn)營(yíng)評(píng)價(jià)指標(biāo)的優(yōu)劣，下面主要對(duì)綠燈延長(zhǎng)和紅燈早斷進(jìn)行研究。

1 交叉口BRT主動(dòng)優(yōu)先系統(tǒng)分析

1.1 綠燈延長(zhǎng)

假設(shè)如下:交叉口入口BRT車輛檢測(cè)器距離交叉口停車線Lm，BRT車輛通過(guò)此路段的速度為Vm／s，則BRT車輛需要L／Vs到達(dá)交叉口。當(dāng)交叉口入口檢測(cè)器檢測(cè)到BRT車輛時(shí)，前進(jìn)方向信號(hào)燈為綠燈，并且該方向剩余的綠燈時(shí)間為gs。則:

1）當(dāng)g≥L／V時(shí)，BRT車輛順利通過(guò)此交叉口；

2）當(dāng)g＜L／V時(shí)，判斷是否延長(zhǎng)此信號(hào)周期內(nèi)該相位的綠燈時(shí)間，并給出最大綠燈延長(zhǎng)時(shí)間為Δgs；

3）當(dāng)g＋Δg≥L／V時(shí)，此信號(hào)周期內(nèi)的綠燈延長(zhǎng)時(shí)間為L(zhǎng)／V－gs，BRT車輛順利通過(guò)交叉口，否則監(jiān)控中心直接給駕駛員發(fā)出停車等候信號(hào)。

1.2 紅燈早斷

假設(shè)如下:當(dāng)BRT車輛到達(dá)交叉口入口檢測(cè)器處時(shí)，前進(jìn)方向信號(hào)燈為紅燈，并且該方向剩余的紅燈時(shí)間為rs。則:

1）當(dāng)r≤L／V時(shí)，BRT車輛順利通過(guò)該路口；

2）當(dāng)r＞L／V時(shí)，判斷是否提前結(jié)束此相位的紅燈時(shí)間，并給出最大紅燈早斷時(shí)間為Δrs；

3）當(dāng)r－Δr≤L／V時(shí)，該信號(hào)周期提前結(jié)束紅燈時(shí)間為r－L／Vs，BRT車輛順利通過(guò)交叉口，否則監(jiān)控中心直接給駕駛員發(fā)出停車等候信號(hào)。

通過(guò)紅燈早斷和綠燈延遲等手段調(diào)整交叉口信號(hào)相位，可以為絕大部分的BTR車輛提供優(yōu)先通行條件，同時(shí)，與絕對(duì)優(yōu)先控制策略對(duì)比，可減少橫向車流的影響。

2 綠燈延長(zhǎng)和紅燈早斷延誤模型分析

2.1 綠燈延長(zhǎng)策略延誤模型分析

當(dāng)檢測(cè)器檢測(cè)到BRT車輛到達(dá)時(shí)，交叉口相位A為綠燈，并且綠燈剩余時(shí)間不能保證BRT車輛通過(guò)交叉口，則可以將綠燈時(shí)間延長(zhǎng)Δt。同時(shí)，為滿足信號(hào)周期穩(wěn)定，需要延長(zhǎng)交叉口相位B的紅燈時(shí)間，即壓縮相位B的綠燈時(shí)間。相位調(diào)整如圖1，C為周期時(shí)長(zhǎng)，Δt為優(yōu)先時(shí)間。綠燈時(shí)間調(diào)整后，綠燈延長(zhǎng)相位車輛延誤變化如圖2所示，陰影部分即為優(yōu)先相位減少的延誤。圖2中g(shù)1為有效綠燈時(shí)間，r1為有效紅燈時(shí)間。

設(shè)周期內(nèi)優(yōu)先相位綠燈延長(zhǎng)策略下車輛延誤減少量為Δdg，計(jì)算式如下

圖1 綠燈延長(zhǎng)配時(shí)調(diào)整關(guān)系

圖2 綠燈延長(zhǎng)相位車輛延誤變化

式中:Δdg為一個(gè)周期內(nèi)優(yōu)先相位車輛延誤減少量；qb為一個(gè)周期內(nèi)優(yōu)先相位的進(jìn)口道到達(dá)率；sb為一個(gè)周期內(nèi)優(yōu)先相位的飽和流率。

綠燈時(shí)間調(diào)整后，非綠燈延長(zhǎng)相位車輛延誤變化如圖3所示，陰影部分即為非優(yōu)先相位增加的延誤。

圖3 非綠燈延長(zhǎng)相位車輛延誤變化

設(shè)周期內(nèi)非綠燈延長(zhǎng)相位車輛延誤增加量為Δdij，計(jì)算方法如下

式中:i為第i相位，共有n個(gè)相位；j為第j進(jìn)口道；Δti為第i相位綠燈調(diào)整時(shí)間；qij為第i相位第j條進(jìn)口道車輛到達(dá)率；sij為第i相位第j條進(jìn)口道飽和流率；ri為第i相位有效紅燈時(shí)長(zhǎng)。

2.2 紅燈早斷策略延誤模型分析

當(dāng)交叉口檢測(cè)器檢測(cè)到有BRT車輛到達(dá)時(shí)，交叉口相位A為紅燈，同時(shí)交叉口相位B的綠燈時(shí)間滿足最短綠燈時(shí)間要求。為減少BRT車輛在交叉口的等待時(shí)間，使BRT車輛快速通過(guò)，可以提前結(jié)束交叉口相位A的紅燈時(shí)間，相位調(diào)整圖如圖4所示。

圖4 紅燈早斷配時(shí)調(diào)整關(guān)系

紅燈時(shí)間調(diào)整后，紅燈早斷相位車車輛延誤三角形變化圖如圖5所示，陰影部分即為優(yōu)先相位減少的延誤。

圖5 紅燈早斷相位車輛延誤變化

假設(shè)信號(hào)周期內(nèi)優(yōu)先相位綠燈延長(zhǎng)策略下的車輛延誤減少量為Δdr，計(jì)算式如下

式中:Δdr為一個(gè)周期內(nèi)優(yōu)先相位的車輛延誤減少量；

紅燈時(shí)間調(diào)整后，非紅燈早斷相位車輛延誤變化如圖6所示，陰影部分即為非優(yōu)先相位增加的延誤。

圖6 非紅燈早斷相位車輛延誤變化

設(shè)周期內(nèi)非紅燈早斷相位車輛延誤增加量為Δdij，計(jì)算方法如下

式（4）中符號(hào)含義與式（2）中相同。

3 案例分析及基于VISSIM的BRT主動(dòng)優(yōu)先仿真

3.1 案例介紹

本文利用VISSIM仿真軟件，以蘭州市BRT1號(hào)線的費(fèi)家營(yíng)十字站交叉口為研究和仿真對(duì)象，通過(guò)設(shè)置不同環(huán)境來(lái)研究不同的信號(hào)優(yōu)先控制策略下，BRT車輛對(duì)交叉口車流運(yùn)行的影響。

費(fèi)家營(yíng)十字站位于蘭州市BRT1號(hào)線桃海市場(chǎng)站和安寧區(qū)政府站之間。費(fèi)家營(yíng)十字站所在的交叉口是一個(gè)典型的十字交叉口，由主干道安寧西路和次干道萬(wàn)新路相交而成。

費(fèi)家營(yíng)十字交叉口幾何條件示意圖如圖7所示，其信號(hào)配時(shí)方案如圖8所示，表1位該交叉口交通量。

3.2 建立VISSIM仿真模型

首先在VISSIM軟件中根據(jù)交叉口幾何構(gòu)造圖建立交叉口，設(shè)置道路及交叉口的平均構(gòu)造和幾何尺寸，建立路段以及路段連接器，輸入交通流量、交通運(yùn)行的參數(shù)、公交運(yùn)行、車輛構(gòu)成、期望速度、路徑分配優(yōu)先原則等信息。

圖7 費(fèi)家營(yíng)十字交叉口幾何構(gòu)造示意圖

圖8 費(fèi)家營(yíng)十字交叉口信號(hào)配時(shí)方案

表1 費(fèi)家營(yíng)十字交叉口交通量

VISSIM仿真軟件中輸入定時(shí)配時(shí)控制參數(shù)，設(shè)置信號(hào)燈，仿真運(yùn)行效果如圖9所示（仿真三維效果圖）。

圖9 仿真三維運(yùn)行效果

3.3 仿真結(jié)果分析

由于VISSIM仿真軟件具有不穩(wěn)定性和隨機(jī)性，所以只有一次仿真的結(jié)果不能真實(shí)準(zhǔn)確地反映實(shí)際情況，需要多次獨(dú)立仿真。每一次仿真穩(wěn)定的運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)度可根據(jù)需要自己設(shè)定，而且應(yīng)當(dāng)舍棄VISSIM軟件仿真時(shí)前后一段時(shí)間內(nèi)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，當(dāng)作仿真軟件運(yùn)行的初始化時(shí)間，等VISSIM仿真狀態(tài)逐漸穩(wěn)定后，選取中間較為準(zhǔn)確時(shí)段作為系統(tǒng)評(píng)價(jià)時(shí)間。將費(fèi)家營(yíng)十字交叉口現(xiàn)狀固定配時(shí)仿真結(jié)果與基于BRT主動(dòng)優(yōu)先的仿真結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，其結(jié)果如圖10所示。

圖10 現(xiàn)狀固定配時(shí)仿真和BRT主動(dòng)優(yōu)先仿真的延誤對(duì)比

上述結(jié)果表明，BRT主動(dòng)優(yōu)先下的交叉口車均延誤、人均延誤、BRT車均延誤、BRT人均延誤都比現(xiàn)狀固定配時(shí)下的延誤有明顯的減少。

4 結(jié)束語(yǔ)

基于對(duì)BRT優(yōu)先通行控制方法的研究成果，結(jié)合蘭州市BRT1號(hào)線和費(fèi)家營(yíng)十字交叉口的實(shí)際調(diào)查，通過(guò)交通仿真軟件VISSIM對(duì)現(xiàn)狀進(jìn)行仿真，進(jìn)一步得到交叉口的各項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)，包括延誤、排隊(duì)長(zhǎng)度以及行程時(shí)間等。同時(shí)在現(xiàn)狀基礎(chǔ)上，通過(guò)設(shè)置不同的BRT信號(hào)優(yōu)先方式，其中包括綠燈延長(zhǎng)和紅燈早斷，來(lái)分析交叉口交通運(yùn)行評(píng)價(jià)指標(biāo)的變化情況。仿真結(jié)果表明，BRT主動(dòng)優(yōu)先下的交叉口車均延誤、人均延誤、BRT車均延誤、BRT人均延誤都比現(xiàn)狀固定配時(shí)下的延誤有明顯的減少。

［1］ 徐康明，蔡鍵臣，孫魯明，等.快速公交系統(tǒng)規(guī)劃與設(shè)計(jì)［M］.北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2010:20－25.

［2］ 李斯海，何立敏，歐陽(yáng)永金，等.廈門(mén)快速公交BRT建設(shè)實(shí)踐［M］.北京:人民交通出版社，2010:10－15.

［3］ 雍安娜，朱海笑，馬欣.基于VISSIM仿真的交叉口信號(hào)控制優(yōu)化方法研究［J］.交通科技與經(jīng)濟(jì)，2015:17（1）:73－77.

［4］ 曹潔，李旋，侯亮，等.交叉口BRT實(shí)時(shí)優(yōu)先通行控制方法研究［J］.控制工程，2012，19（6）:1003－1010.

［5］ 楊遠(yuǎn)舟，毛保華，陳紹完，等.快速公交信號(hào)優(yōu)先對(duì)交通流影響仿真［J］.深圳大學(xué)學(xué)報(bào):理工版，2013，30（1）:91－97.

［6］ 陳建宗.快速公交信號(hào)交叉口優(yōu)先通行技術(shù)研究［D］.西安:長(zhǎng)安大學(xué)，2008:10－20.

［7］ 張建鵬.快速公交（BRT）對(duì)信號(hào)控制交叉口影響仿真研究［D］.北京:北京交通大學(xué)，2009:45－60.