陳艷艷，趙 晉，賴見輝，熊 杰，黃林軍

(1. 北京工業(yè)大學(xué) 城市交通學(xué)院，北京 100124; 2. 武漢市交通經(jīng)濟(jì)技術(shù)信息中心，湖北 武漢 430000)

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京通快速公交專用道時(shí)段設(shè)置優(yōu)化研究

陳艷艷1，趙 晉1，賴見輝1，熊 杰1，黃林軍2

(1. 北京工業(yè)大學(xué) 城市交通學(xué)院，北京 100124; 2. 武漢市交通經(jīng)濟(jì)技術(shù)信息中心，湖北 武漢 430000)

從海量公交IC卡(Integrated Circuit Card)數(shù)據(jù)客流特征分析出發(fā)，發(fā)現(xiàn)了京通快速公交專用道設(shè)置時(shí)段并沒有充分滿足公交客流高峰需求的現(xiàn)狀。在此基礎(chǔ)上提出總行程時(shí)間指標(biāo)，并對(duì)京通快速通道進(jìn)行現(xiàn)狀評(píng)價(jià)，同時(shí)對(duì)延長(zhǎng)公交專用道設(shè)置時(shí)段之后的方案進(jìn)行仿真模擬評(píng)價(jià)。研究表明：隨著公交專用道時(shí)間的延長(zhǎng)，整體客流通行效率提高，最佳延長(zhǎng)時(shí)間為1 h。最后根據(jù)研究結(jié)果提出公交專用道時(shí)段設(shè)置時(shí)的注意原則與方法。

交通運(yùn)輸工程；城市交通;時(shí)段設(shè)置;運(yùn)送效率;公交專用道;優(yōu)化方案

0 引 言

公共交通作為一種“綠色”的交通工具已得到我國(guó)各大、中城市的重視，優(yōu)先發(fā)展公共交通已成為普遍的共識(shí)[1]。設(shè)置公共交通專用道是改善公交運(yùn)行狀況的有效途徑,具有投資省、見效快等特點(diǎn), 比較適合我國(guó)現(xiàn)階段的國(guó)情,可作為大城市從速度較慢的常規(guī)公交向快速軌道交通過渡的重要形式[2]。

現(xiàn)階段國(guó)內(nèi)有不少對(duì)公交專用道設(shè)置的研究，史春華等[2]對(duì)公交專用道的設(shè)置方式、形式、尺寸以及?？空镜脑O(shè)計(jì)和交叉口處專用道的處理方法等進(jìn)行了討論；劉衍希[3]通過研究快速路公交專用道設(shè)置路段的通行能力來衡量公交專用道設(shè)置后的道路資源利用情況，并采用實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)與微觀仿真技術(shù)相結(jié)合的方法對(duì)公交專用道設(shè)置后的車輛交織、合流、分流等運(yùn)行特性進(jìn)行細(xì)致的模擬分析；要甲[4]認(rèn)為公交專用道設(shè)置方案的分析與優(yōu)化，涉及到交通網(wǎng)絡(luò)環(huán)境和交通管理措施等多方面因素，因此他將交通網(wǎng)絡(luò)降級(jí)和拼車條件考慮到公交專用道的優(yōu)化與評(píng)價(jià)問題中。以上研究多側(cè)重于公交專用道硬件設(shè)施設(shè)置條件以及設(shè)置影響評(píng)價(jià)，對(duì)公交專用道設(shè)置時(shí)段的研究較少，而時(shí)段的設(shè)置同樣是公交專用道設(shè)置過程中需要考慮的主要問題之一。

1 京通快速基本特征

1.1 京通快速路概況

京通快速是連接北京市與通州區(qū)的城區(qū)快速路。西起朝陽區(qū)大望橋，東至通州區(qū)北苑橋，全長(zhǎng)14 km，限速80～100 km/h。該路按城市快速路標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)，為全立交、全封閉、收費(fèi)式快速路，并配有國(guó)內(nèi)先進(jìn)水平的交通工程系統(tǒng)。京通快速向東與通燕高速相通，是一條連接通州/燕郊區(qū)域與北京市東部城區(qū)的主要通道。道路規(guī)劃紅線寬95～100 m，設(shè)計(jì)車速80～100 km/h，主路為3上3下，半幅寬度一般為12～16 m，外側(cè)為緊急停車帶。其中四惠橋橋區(qū)范圍主路為4上4下，無緊急停車帶。京通快速輔路分別設(shè)置在主路南北兩側(cè)，設(shè)計(jì)車速40 km/h。主路中央分隔帶位置設(shè)為輕軌線。

京通快速公交專用車道布設(shè)形式為路中式，使用時(shí)間為進(jìn)城方向7:00—9:00，出城方向17:00—20:00。其中，進(jìn)城方向起點(diǎn)在八里橋收費(fèi)站，終點(diǎn)在大望橋，全長(zhǎng)近11 km；出城方向起點(diǎn)在四惠橋由西向東第2個(gè)出口匝道，終點(diǎn)在雙會(huì)橋西，全長(zhǎng)8.8 km。在公交專用車道終點(diǎn)下游，公交車輛采取自由并線方式運(yùn)行，進(jìn)城方向交織并線距離為750 m(到大望橋出口)，出城方向交織并線距離為1 200 m(到八里橋匝道出口)，公交專用車道區(qū)間內(nèi)不設(shè)公交車站[5-6]。

1.2 公交客流特征

經(jīng)由京通快速進(jìn)入北京市區(qū)的公交線路共有28條，具體線路為：312、322、647、649、667、668、669、728、801、804、805、806、807、808、809、810、811、812、813、814、815、815快、816、817、818、818快、930、938?？土鞯墙盗繑?shù)據(jù)如圖1。

圖1 平均每日公交客流量Fig. 1 Average daily bus passenger flow

由圖1可見，工作日每日客流登降量保持在35～40萬人次，占全北京市公交客流4%左右，出行目的大多為通勤，也存在部分其他出行目的的乘客。公交專用道的設(shè)置最主要保障客流應(yīng)為通勤乘客，提高通勤乘客公交出行比例可以更好地緩減由于每日潮汐交通造成的交通擁堵。

1.3 車流量特征

京通快速全長(zhǎng)14 km，進(jìn)京方向存在5處較大車流量入口(八里橋收費(fèi)站、遠(yuǎn)通橋、四惠橋、官莊入口、高碑店入口)，5處較大匝道出口(遠(yuǎn)通橋出口、四惠橋出口、近遠(yuǎn)通橋匝道出口、高碑店橋出口、近大望橋出口)。對(duì)某工作日車流量出入口進(jìn)行視頻調(diào)查后得到7:00—10:00京通快速的交通量，如表1。

表1 3個(gè)時(shí)段車流量

限速80 km/h的快速路單車道設(shè)計(jì)通行能力為1 800 pcu/h，由表1可見，3 h的社會(huì)車輛車道道路服務(wù)水平均超過了1(7:00—9:00期間一條車道為公交專用道)，只能達(dá)到四級(jí)服務(wù)水平，9:00—10:00道路服務(wù)水平最差。早高峰7:00—10:00這3 h京通快速上交通狀況一直處于過飽和狀態(tài)，車輛行駛自由度小，速度受前車制約性強(qiáng)，變化很大，車速忽高忽低，穩(wěn)定性較差[7]。

采用每小時(shí)抽取200輛小汽車樣本，50輛公交車的調(diào)查方法對(duì)3 h內(nèi)的小汽車，公交車車速及平均載客數(shù)進(jìn)行調(diào)查后得到數(shù)據(jù)如表2，7：00—9:00各參數(shù)較為接近，9:00—10:00點(diǎn)撤銷公交專用道之后公交車與其他社會(huì)車輛組成混合交通流，公交車車速下降37.5%，小汽車車速提高23%。

表2 3個(gè)時(shí)段參數(shù)值

2 客流數(shù)據(jù)分析

2.1 分析過程

主要使用公交IC卡使用頻次(卡號(hào)每日出現(xiàn)兩次，一次在高峰時(shí)段)至少8次，公交出行OD(每日公共交通出行鏈起訖點(diǎn)相同)至少8 d相同兩個(gè)指標(biāo)對(duì)連續(xù)15個(gè)工作日的公交客流數(shù)據(jù)進(jìn)行特征挖掘，旨在尋找最需要保障的通勤公交客流。最終得到的每日公交乘客出行時(shí)間分布，如圖2、圖3。

圖3 研究時(shí)段內(nèi)平均客流時(shí)間分布Fig. 3 Time distribution of average passenger from 4 a.m. to 12 a.m.

由圖2、圖3可見，公交客流集中在早高峰6:00—9:00點(diǎn)以及晚高峰17:00—20:00兩個(gè)3 h時(shí)段內(nèi)；早高峰6:00—10:00進(jìn)京方向道路服務(wù)水平只能達(dá)到四級(jí)飽和流服務(wù)水平，此時(shí)段內(nèi)的交通狀況已很難保證車輛的運(yùn)行需求，晚高峰17:00—20:00進(jìn)京方向服務(wù)水平則可以達(dá)到三級(jí)以上服務(wù)水平。因此選取4:00—12:00時(shí)段對(duì)客流數(shù)據(jù)做進(jìn)一步分析，旨在探尋7:00—9:00的2 h公交專用道的設(shè)置是否已經(jīng)滿足了公交高峰客流的需求[8]。

2.2 分析結(jié)果

對(duì)公交客流數(shù)據(jù)進(jìn)一步分析后發(fā)現(xiàn)，圖3中早高峰6:00—9:00的3 h公交客流高峰為乘客上車高峰，并非到達(dá)京通快速通道的高峰時(shí)段。據(jù)統(tǒng)計(jì)，公交車平均需要耗時(shí)46 min 53 s才可以到達(dá)通道，說明通道上的公交客流早高峰大約集中在6:46—9：46之間，現(xiàn)狀設(shè)置的7:00—9:00的公交專用道并沒有有效地覆蓋通道上的公交客流最高峰，而是否9:00—10:00點(diǎn)撤銷公交專用道之后通道同樣可以滿足公交客流的運(yùn)送效率，后續(xù)研究對(duì)總行程時(shí)間進(jìn)行了一系列研究分析。

3 評(píng)價(jià)方法

3.1 指標(biāo)選取

選取指標(biāo)為通道上單車道某一時(shí)段內(nèi)可以通過客流的總行程時(shí)間，總行程時(shí)間由總客流量與平均車速相乘得到，單位為h。社會(huì)車輛的客流量利用車流量得到，計(jì)算參數(shù)包括公交車車流量、標(biāo)準(zhǔn)化社會(huì)車車流量、公交車平均載客人數(shù)、社會(huì)車輛平均載客系數(shù)、通道長(zhǎng)度、公交車平均車速、社會(huì)車輛平均車速、通道上車道數(shù)。

3.2 方法建立

由公交車車流量、公交車平均載客人數(shù)、公交車平均車速、通道長(zhǎng)度、通道上車道數(shù)5個(gè)指標(biāo)，可以得到公交車的單車道總行程時(shí)間TG為公交客流量與公交平均車速乘積：

(1)

式中：TG為公交車運(yùn)送客流總行程時(shí)間，h；N為通道上車道數(shù)，條；L為通道長(zhǎng)度，km；Qg為公交車數(shù)，輛；Sg為公交平均車速，km/h；Pg為公交車平均載客人數(shù)，人。

由標(biāo)準(zhǔn)化社會(huì)車車流量、社會(huì)車輛平均載客系數(shù)、社會(huì)車輛平均車速、通道長(zhǎng)度、通道上車道數(shù)5個(gè)指標(biāo)可以得到社會(huì)車輛的單車道行程時(shí)間TS為社會(huì)車輛客流量與社會(huì)車輛平均車速乘積：

(2)

式中：TS為社會(huì)車輛單車道運(yùn)送客流總行程時(shí)間，h；N為通道上車道數(shù)，條；L為通道長(zhǎng)度，km；Qs為標(biāo)準(zhǔn)化社會(huì)車輛，pcu；Ss為社會(huì)車輛平均車速，km/h；Ps為社會(huì)車輛平均載客人數(shù)，人。

最終通道上的運(yùn)送客流總行程時(shí)間T為

T=TS+TG

(3)

式中：T為通道上單車道運(yùn)送效率，h。

4 評(píng)價(jià)結(jié)果

利用上述方法對(duì)3個(gè)時(shí)段的運(yùn)送效率進(jìn)行計(jì)算，各參數(shù)如表3。

表3 3個(gè)時(shí)段計(jì)算用參數(shù)值

計(jì)算得：

7:00—8:00通道客流總行程時(shí)間T7=2 909 h，社會(huì)車輛客流總行程時(shí)間Ts7=1 017 h；

8:00—9:00通道客流總行程時(shí)間T8=3 212 h，社會(huì)車輛客流總行程時(shí)間Ts8=1 146 h；

9:00—10:00點(diǎn)通道客流總行程時(shí)間T9=3 351 h，社會(huì)車輛客流總行程時(shí)間Ts9=1 366 h。

由計(jì)算結(jié)果得知，7:00—8:00通道客流總行程時(shí)間最小，為2 909 h，8:00—9:00次之為3 212 h，9：00—10:00通道客流總行程時(shí)間最高，為3 351 h。公交專用道在9:00—10:00撤銷之后總行程時(shí)間相比于8:00—9:00增加了4%，社會(huì)車輛客流總行程時(shí)間增加了19%，公交車客流量降低40%，公交車平均行程時(shí)間增加12.6 min。

由此得知，9:00—10:00撤銷公交專用道之后通道全體客流和社會(huì)車輛客流行程時(shí)間都有所增加，公交車客流行程時(shí)間雖然減少但公交車平均車輛行程時(shí)間增加了12.6 min，實(shí)質(zhì)上撤銷公交專用道之后對(duì)道路使用者均產(chǎn)生了負(fù)面影響。因此后續(xù)利用VISSIM仿真軟件對(duì)延長(zhǎng)公交專用道的假設(shè)方案進(jìn)行仿真評(píng)價(jià)。

5 專用道仿真方案

5.1 方案及仿真參數(shù)

仿真路段選取雙會(huì)橋至大望橋段，包括八里橋收費(fèi)站、遠(yuǎn)通橋、四惠橋、高碑店、官莊5個(gè)較大的車輛入口，遠(yuǎn)通橋，四惠橋等5個(gè)車輛出口，仿真路段如圖4。由前面實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)得知，公交車在設(shè)置公交專用道時(shí)段內(nèi)達(dá)到的公交車運(yùn)行狀態(tài)較為相近，后續(xù)仿真中僅對(duì)出現(xiàn)不同的地方進(jìn)行仿真。方案1至方案4分別仿真的為公交專用道延長(zhǎng)15、30、45、60 min4種情形，4種情形均保證通過車流量為9:00—10:00現(xiàn)狀車流量。

圖4 仿真路段Fig. 4 Simulation road

5.1.1 方案1

公交專用道延長(zhǎng)15 min，在此15 min內(nèi)道路狀況有所改變，公交車運(yùn)行狀況達(dá)到設(shè)置公交專用道時(shí)的相似參數(shù)，社會(huì)車輛參數(shù)值采用仿真得到。因此方案1僅對(duì)15 min社會(huì)車輛運(yùn)行狀況仿真，仿真道路設(shè)置成兩車道，仿真過程中利用的出入口交通量及組成如表4。小汽車仿真期望車速設(shè)置為25 km/h，由實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)得知9:00—10:00單車道平均每分鐘通過32 pcu，因此后續(xù)45 min僅能通過4 320 pcu，全部車輛通過需要延長(zhǎng)5 min。

表4 京通快速9：00—10：00各出入口車流量

5.1.2 方案2

公交專用道延長(zhǎng)30 min，類似于方案1，方案2僅對(duì)30 min社會(huì)車輛運(yùn)行狀況仿真，小汽車仿真期望車速設(shè)置為25 km/h，由實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)得知9:00—10:00單車道平均每分鐘通過32 pcu，因此后續(xù)30 min僅能通過2 880 pcu，全部車輛通過需要延長(zhǎng)10 min。

5.1.3 方案3

公交專用道延長(zhǎng)45 min，類似于方案1，方案3僅對(duì)45 min社會(huì)車輛運(yùn)行狀況仿真，小汽車仿真期望車速設(shè)置為25 km/h，由實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)得知9:00—10:00單車道平均每分鐘通過32 pcu，因此后續(xù)15 min僅能通過1 440 pcu，全部車輛通過需要延長(zhǎng)15 min。

5.1.4 方案4

公交專用道延長(zhǎng)60 min，方案4對(duì)60 min社會(huì)車輛運(yùn)行狀況仿真，小汽車仿真期望車速設(shè)置為25 km/h，通過社會(huì)車輛車流量為3 960 pcu，全部車輛通過需要延長(zhǎng)19 min。

5.2 方案評(píng)價(jià)

4個(gè)方案計(jì)算應(yīng)用參數(shù)如表5。

表5 4個(gè)方案的計(jì)算參數(shù)

計(jì)算可得：

1)方案1：社會(huì)車流量在延長(zhǎng)的5 min中通過470.5 pcu，增加社會(huì)車輛行程時(shí)間111.2 h，通道客流總行程時(shí)間T1=3 238 h，社會(huì)車輛客流總行程時(shí)間Ts1=1 434 h，客流總行程時(shí)間減少3.4%，社會(huì)車輛客流總行程時(shí)間增加5%；

2)方案2：社會(huì)車流量在延長(zhǎng)的10 min中通過920.5 pcu，增加社會(huì)車輛行程時(shí)間217.6 h，通道客流總行程時(shí)間T2=3 140 h，社會(huì)車輛客流總行程時(shí)間Ts2=1 530 h，客流總行程時(shí)間減少6.3%，社會(huì)車輛客流總行程時(shí)間增加12%；

3)方案3：社會(huì)車流量在延長(zhǎng)的15 min中通過1 370.5 pcu，增加社會(huì)車輛行程時(shí)間323.9 h，通道客流總行程時(shí)間T3=3 035 h，社會(huì)車輛客流總行程時(shí)間Ts3=1 627 h，客流總行程時(shí)間減少10.4%，社會(huì)車輛客流總行程時(shí)間增加19%；

4)方案4：社會(huì)車流量在延長(zhǎng)的19 min中通過1 820.5 pcu，增加社會(huì)車輛行程時(shí)間430.3 h，通道客流總行程時(shí)間T4=2 970 h，社會(huì)車輛客流總行程時(shí)間Ts4=1 730 h，客流總行程時(shí)間減少12.8%，社會(huì)車輛客流總行程時(shí)間增加26%。

5.3 仿真結(jié)果分析

仿真結(jié)果顯示，公交車客流總行程時(shí)間隨著專用道時(shí)間的延長(zhǎng)減少，社會(huì)車輛客流量總行程時(shí)間隨著專用道時(shí)間的延長(zhǎng)增加，綜合社會(huì)車輛、公交車客流量以及平均車速來看，總體而言通道整體客流總行程時(shí)間減少，通道整體通行效率提高。因此，若想最大程度的保障通道整體的通行效率需要延長(zhǎng)1 h公交專用道。4個(gè)方案總行程時(shí)間、社會(huì)車輛客流行程時(shí)間、公交車行程時(shí)間如圖5。

由圖5可知，早高峰客流量大，道路運(yùn)行狀態(tài)較差，持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，9:00—10:00仍處于公交通勤高峰，此時(shí)延長(zhǎng)1 h專用道可充分保障公交通勤效率，同時(shí)并不會(huì)造成道路資源浪費(fèi)，極大地保障了通道整體通行效率，是對(duì)道路資源和客流需求的最好匹配。

6 結(jié) 語

對(duì)京通快速上公交通勤乘客現(xiàn)狀實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行研究，得出了京通快速公交專用道時(shí)段未能最大程度的滿足公交通勤客流高峰的現(xiàn)狀。在此基礎(chǔ)上，綜合其他參數(shù)提出了計(jì)算不同客流行程時(shí)間的方法，并利用該方法計(jì)算7:00—10:00的3 h指標(biāo)值，發(fā)現(xiàn)撤銷專用道之后對(duì)通道整體運(yùn)送效率產(chǎn)生了較大影響。因此提出了延長(zhǎng)公交專用道時(shí)段的假想，并利用VISSIM軟件對(duì)延長(zhǎng)15、30、45、60 min4個(gè)方案進(jìn)行仿真。發(fā)現(xiàn)隨著公交專用道時(shí)間的延長(zhǎng)，整體客流通行效率提高，提出延長(zhǎng)1 h的最終方案。通過這些研究，總結(jié)了設(shè)置公交專用道時(shí)段需要考慮的注意事項(xiàng)：①城市外圍組團(tuán)進(jìn)京通道上的小汽車及公交客流高峰時(shí)段與市區(qū)的客流高峰時(shí)段并不重合；②設(shè)置公交專用道時(shí)間應(yīng)最大程度保障公交客流高峰時(shí)段；③在優(yōu)先保證公交高峰客流的基礎(chǔ)上應(yīng)兼顧社會(huì)車輛的高峰出行需求，使設(shè)置時(shí)段對(duì)社會(huì)車輛的影響在可接受范圍內(nèi)，以達(dá)到對(duì)道路資源的最合理利用。

論文來源于北京工業(yè)大學(xué)城市交通學(xué)院--香港理工大學(xué)土木與建筑工程系開放研究課題《基于精細(xì)化人群分類的公交路徑選擇模型研究》，感謝開放課題組的老師和同學(xué)對(duì)論文的支持。

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(責(zé)任編輯：譚緒凱)

Optimization of Time Setting of Jingtong Expressway Bus Lanes

CHEN Yanyan1, ZHAO Jin1, LAI Jianhui1, XIONG Jie1, HUANG Linjun2

(1. College of Metropolitan Transportation, Beijing University of Technology, Beijing 100124, P. R. China; 2. Wuhan Communications E & T Information Center, Wuhan 430000, Hubei, P. R. China)

Based on the characteristics of passenger flow in mass public transportation IC card (Integrated Circuit Card) data analysis, the current situation that the time setting of Jingtong expressway bus lanes did not fully meet the peak demand of bus passenger flow was discovered. According to this, the total travel time index was proposed and the Jingtong expressway traffic situation was evaluated. Meanwhile, the scheme with the extension of bus lane setting time was simulated and evaluated. The research shows that: with the time increase of bus lane, the overall passenger traffic efficiency is increased, and the best time for extension is 1 hour. Finally, according to the research results, several principles and methods for bus lane time setting are put forward.

traffic and transportation engineering; urban traffic; time setting; transportation efficiency; bus lane; optimization scheme

10.3969/j.issn.1674-0696.2017.07.15

2016-06-07；

2016-09-29

交通運(yùn)輸部建設(shè)科技項(xiàng)目(2015318J37130)

陳艷艷(1970—)，女，河南鄭州人，教授，博士生導(dǎo)師，主要從事交通規(guī)劃、智能交通方面的研究。E-mail:cdyan@bjut.edu.cn。

U491.1+7

A

1674-0696(2017)07-090-06