曹 怡 陳悅新

(河海大學(xué)土木與交通學(xué)院，江蘇 南京 210098)

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考慮非公交車輛延誤的多交叉口公交優(yōu)先研究★

曹 怡 陳悅新

(河海大學(xué)土木與交通學(xué)院，江蘇 南京 210098)

基于單交叉口的絕對公交優(yōu)先控制信號(hào)模型，研究了多交叉口的公交優(yōu)先策略，提出一種考慮乘客總延誤的綠燈時(shí)間延長的公交優(yōu)先控制方案，并通過實(shí)例證明，該方案提高了公交運(yùn)行效率。

公交優(yōu)先，綠燈時(shí)間，乘客總延誤，多交叉口

0 引言

社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展導(dǎo)致我國汽車保有量持續(xù)增加，給城市交通系統(tǒng)帶來了一系列的影響，其中交通擁堵問題已日趨嚴(yán)重，產(chǎn)生了嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失[1]。為了緩解擁堵現(xiàn)狀，發(fā)展大運(yùn)量、道路占用資源少、通行效率高的公共交通成為解決擁堵問題的有效措施，公共交通優(yōu)先成為主要的控制手段[2]。

公交優(yōu)先包括時(shí)間優(yōu)先和空間優(yōu)先?？臻g優(yōu)先主要包括設(shè)置公交專用道等，但這對于公交車交通量和道路條件具有一定的要求，并不適用于所有道路。因此研究未設(shè)置公交專用道時(shí)的公交優(yōu)先信號(hào)控制策略具有更廣泛的應(yīng)用性。主動(dòng)優(yōu)先的策略主要包括綠燈時(shí)間延長、紅燈提前結(jié)束和相位插入。

目前，公交優(yōu)先控制策略的關(guān)注點(diǎn)局限于公交車延誤，一些學(xué)者提出的絕對公交優(yōu)先信號(hào)控制在一定程度上利于公交車快速通過交叉口，但是給社會(huì)車輛帶來了一定的延誤[3]，影響了交叉口的整體通過能力和服務(wù)水平。社會(huì)車與公交車的運(yùn)力等存在差異，從車輛角度出發(fā)計(jì)算的延誤顯然是不合適的。目前多集中于單個(gè)交叉口的公交優(yōu)先信號(hào)研究，對于多個(gè)交叉口間協(xié)調(diào)控制考慮較少?；诖耍Ｐ驮谝匀司诱`為目標(biāo)的基礎(chǔ)上考慮多個(gè)交叉口的乘客總延誤作為目標(biāo)函數(shù)[4]。

因此選擇區(qū)域內(nèi)的多個(gè)交叉口作為研究對象，以綠信比和飽和度作為約束條件，以公交車和社會(huì)車的乘客總延誤最小為目標(biāo)函數(shù)，采用綠燈延長的控制策略，并通過實(shí)地調(diào)查與無公交優(yōu)先策略相比較，檢驗(yàn)方案的合理性。

1 模型建立

多交叉口協(xié)調(diào)控制公交優(yōu)先控制模型中，要使公交車運(yùn)行和社會(huì)車運(yùn)行在各個(gè)交叉口的延誤之和最小。但公交車與社會(huì)車在運(yùn)力、道路資源占用、運(yùn)行速度上具有較為明顯的差異，因此在計(jì)算延誤時(shí)需要分別計(jì)算后再求和。

1.1 確定目標(biāo)函數(shù)

交叉口處交通復(fù)雜，未設(shè)置公交專用進(jìn)口道時(shí)社會(huì)車和公交車混合行駛，具有同樣的通行需求。如果只考慮公交車的優(yōu)先通過，會(huì)使社會(huì)車的運(yùn)行受到較大的影響，產(chǎn)生較大的延誤，不利于提升交叉口整體的通行能力和服務(wù)水平。因此在構(gòu)建目標(biāo)函數(shù)時(shí)應(yīng)綜合考慮社會(huì)車和公交車的差異，以多個(gè)交叉口的乘客總延誤最小作為控制條件，建立目標(biāo)函數(shù)如下：

(1)

其中，DI(G,P)為在給定綠燈時(shí)間G和信號(hào)配時(shí)方案P下在交叉口處乘客的總延誤；xijk，λijk分別為在第k個(gè)交叉口處第i個(gè)周期的第j個(gè)相位時(shí)的飽和度和綠信比；I為周期總數(shù)；J為相位總數(shù)；K為交叉口總數(shù)。

1.2 延誤計(jì)算

1)社會(huì)車在交叉口處的延誤。

基于Webster延誤計(jì)算公式，第i個(gè)周期的第j個(gè)相位的社會(huì)車平均延誤計(jì)算公式如下所示：

(2)

基于1.1中目標(biāo)函數(shù)的考慮因素，確定社會(huì)車在某個(gè)交叉口的人均延誤計(jì)算公式為：

(3)

2)公交車在交叉口處的延誤。

基于Webster延誤計(jì)算公式，第i個(gè)周期的第j個(gè)相位的公交車平均延誤計(jì)算公式如下所示：

(4)

公交車在交叉口處的總延誤：

(5)

1.3 信號(hào)相位方案確定

當(dāng)有公交車在信號(hào)相位的綠燈時(shí)間結(jié)束時(shí)到達(dá)交叉口，若要保證公交車可以不停車地通過，需要在原有信號(hào)相位方案上對綠燈時(shí)間進(jìn)行一定程度的延長。以周期長度不變?yōu)榍疤?，延長綠燈時(shí)間后各相位的綠燈時(shí)間計(jì)算公式如下：

(6)

其中，a為需要延長綠燈時(shí)間的相位；L為在無公交優(yōu)先信號(hào)控制時(shí)原信號(hào)配時(shí)方案中的損失時(shí)間；gj為無公交優(yōu)先信號(hào)控制時(shí)相位j的綠燈時(shí)間；tge為保證公交優(yōu)先通行的綠燈延長時(shí)間。

用上述公式計(jì)算出各相位的綠燈時(shí)間后，在原有相位方案的基礎(chǔ)上得到進(jìn)行公交優(yōu)先控制后的綠燈延長相位方案。

2 方案檢驗(yàn)

為了檢驗(yàn)綠燈延長后的公交優(yōu)先相位方案的效果，選擇南京市北京西路段上的三個(gè)交叉口作為研究區(qū)域進(jìn)行調(diào)查(如圖1所示)。

令北京西路與西康路的交叉口為交叉口1，北京西路與玉泉路、莫干路的交叉口為交叉口2，北京西路與寧海路的交叉口為交叉口3。

經(jīng)過調(diào)查后得到各交叉口的相位方案如表1所示。

表1 各交叉口相位方案

各交叉口進(jìn)口道的車道類型如表2所示。

表2 各交叉口進(jìn)口道車道類型

所選研究區(qū)域的晚高峰時(shí)期，自東向西的車流組成主流向，因此調(diào)查各交叉口東進(jìn)口道的小時(shí)流量如表3所示。

表3 東進(jìn)口道的小時(shí)流量

根據(jù)以上調(diào)查資料，結(jié)合上文中的綠燈延長時(shí)間的計(jì)算方法，計(jì)算優(yōu)化方案的綠燈延長時(shí)間，得到優(yōu)化后的信號(hào)配時(shí)方案，并與原方案的綠燈時(shí)間進(jìn)行對比(見表4)。

表4 原方案與優(yōu)化方案綠燈時(shí)間 s

經(jīng)檢驗(yàn)，優(yōu)化方案的周期時(shí)長與原方案周期時(shí)長相同，且優(yōu)化方案有效地降低了公交車與社會(huì)車在多個(gè)交叉口產(chǎn)生的乘客總延誤，提高了公交車的通行效率。

3 結(jié)語

本文在現(xiàn)有公交優(yōu)先控制策略和延誤計(jì)算的基礎(chǔ)上，考慮公交車連續(xù)通過多個(gè)交叉口時(shí)的信號(hào)優(yōu)先方案設(shè)計(jì)，并以社會(huì)車與公交車的人均總延誤之和作為目標(biāo)函數(shù)，在延誤計(jì)算中將社會(huì)車與公交車分開計(jì)算以更好地考慮到二者之間的差異，基于此得到的信號(hào)優(yōu)先方案不僅有利于大運(yùn)量的公交車在交叉口的通行，也減少了公交優(yōu)先對于社會(huì)車的不利影響。在實(shí)地調(diào)查所得資料的基礎(chǔ)上根據(jù)提出的模型和計(jì)算公式進(jìn)行現(xiàn)有配時(shí)方案的調(diào)整，經(jīng)過檢驗(yàn)，優(yōu)化方案有效地減少了公交車與社會(huì)車在交叉口處產(chǎn)生的人均總延誤，提高了交叉口的整體服務(wù)水平。

[1] 陸化普.城市交通現(xiàn)代化管理[M].北京：人民交通出版社，1998.

[2] 馬萬經(jīng)，楊曉光.公交優(yōu)先控制策略研究綜述[J].城市交通，2010，8(6)：70.

[3] Salter R J，Shahi J.Prediction of effects of bus-priority schemes by using computer simulation techniques[J].Transportation Research Record，1979(718)：1-5.

[4] 張衛(wèi)華.公交優(yōu)先的信號(hào)交叉口配時(shí)優(yōu)化方法[J].交通運(yùn)輸工程學(xué)報(bào)，2004，4(3)：49-53.

Transit priority strategies for multiple intersection considering delays of general vehicles★

Cao Yi Chen Yuexin

(CollegeofCivilandTransportationEngineering,HohaiUniversity,Nanjing210098,China)

Based on the absolute public transit priority control signal model of single intersection, this paper researched the public transit priority strategy of multi intersection, proposed a public transit priority control scheme of green time extension considering total passenger delay, and through examples proved, the scheme improved the efficiency of public transit operation.

public transit priority, green time, total passenger delay, multi intersection

1009-6825(2016)24-0006-02

2016-06-13★：江蘇省普通高校專業(yè)學(xué)位研究生創(chuàng)新計(jì)劃項(xiàng)目“基于運(yùn)行時(shí)刻表的公交優(yōu)先信號(hào)控制優(yōu)化方法研究”

曹 怡(1995- )，女，在讀本科生； 陳悅新(1992- )，女，在讀碩士

TU984.191

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