(湖南省交通規(guī)劃勘察設(shè)計院有限公司, 湖南 長沙 410200)

0 引言

實施交通需求管理政策，推動“公交優(yōu)先”，引導(dǎo)人們選擇高承載率的公共交通工具，是目前所倡導(dǎo)的熱點政策之一。公交專用道是從空間的角度給予公交車輛不同程度的“路權(quán)優(yōu)先”，實現(xiàn)公交服務(wù)水平的提高。公交專用道分為中央式公交專用道和路側(cè)式公交專用道2種形式。由于路側(cè)式公交專用道實施方便易行，且利于減少公交車輛出入干擾，方便乘客候車、登乘，城市道路網(wǎng)多選擇路側(cè)式公交專用道形式。

本文根據(jù)路側(cè)式公交專用道設(shè)置特點，總結(jié)了影響信號交叉口通行能力的因素，通過設(shè)計VISSIM仿真方案定量分析了各影響因素對信號交叉口通行能力的影響程度，得到設(shè)置路側(cè)式公交專用道的信號交叉口通行能力的折減系數(shù)模型，從而為公交專用道在城市道路中的布置提供理論支持。

1 信號交叉口通行能力影響因素分析

1.1 理論模型

我國《城市道路設(shè)計規(guī)范》定義交叉口進(jìn)口道的通行能力等于各車道通行能力之和。其中，一條直行車道的通行能力CS的計算公式為：

(1)

式中：Tc為信號周期；t綠為直行綠燈時間；t損為一個周期內(nèi)綠燈損失時間，一般取2.3 s；ti為前、后2輛車通過停車線的平均間隔時間，一般取2.5 s；φ為折減系數(shù)，一般取為0.9。

本文以上述模型作為通行能力基礎(chǔ)模型，并進(jìn)行了如下的假設(shè)：

1) 對設(shè)有左轉(zhuǎn)專用信號燈的交叉口而言，左轉(zhuǎn)車道的計算模型與直行車道的計算模型是相同的，且其中的t損、ti的取值相等。

2) 右轉(zhuǎn)車道的計算模型為C右=β右CS，其中β右為右轉(zhuǎn)車輛與直行車輛的比值；直右車道的通行能力計算模型為C右=CS。

1.2 影響因素分析

本文根據(jù)路側(cè)式公交專用道設(shè)置特點，提出了綠信比、分流比、公交專用道截止線距停車線距離、左轉(zhuǎn)公交車輛數(shù)等4個通行能力影響因素。

1) 綠信比。

在信號交叉口通行能力理論模型中，信號周期和有效綠燈時間都對通行能力有影響，而綠信比能綜合體現(xiàn)這兩者對通行能力的影響,交叉口某方向進(jìn)口道對應(yīng)的總綠信比決定了該方向車流的有效通過時間長短。

2) 分流比。

交叉口的交通分流比反映了不同流向的車輛交通量分布，本文研究的分流比是指交叉口直行流量與左轉(zhuǎn)流量之間的比率。當(dāng)直行流向的交通量較大時，左轉(zhuǎn)車輛可利用的直行交通可插間隙變小，從而影響左轉(zhuǎn)車道通行能力；當(dāng)左轉(zhuǎn)流向的交通量較大時，將會有較多的換道交織行為，從而影響直行車道的通行能力。

3) 公交專用道截止線距停車線距離。

對于設(shè)有公交專用道的道路，在交叉口無公交專用進(jìn)口道的情況下，公交車輛在交叉口處需要離開專用道并入普通機(jī)動車道。如果專用道截止線距停車線的距離比交叉口的排隊長度短，則在短時間內(nèi)不能為從專用道并入普通機(jī)動車道的公交車輛提供合適的車流間隙，導(dǎo)致交叉口交織嚴(yán)重，從而降低了通行能力。

4) 左轉(zhuǎn)公交車輛數(shù)。

對于路側(cè)式公交專用道而言，從公交專用道駛出的左轉(zhuǎn)公交需要從最外側(cè)車道換道進(jìn)入最內(nèi)側(cè)的左轉(zhuǎn)專用道，它對交叉口的交織情況也會有影響,見圖1。

圖1 設(shè)置公交專用道的交叉口示意圖

2 仿真案例分析

從理論模型可以看出，綠信比與通行能力呈線性關(guān)系，折減系數(shù)φ的值一般取為0.9，隨著路側(cè)式公交專用道的設(shè)置，該折減系數(shù)不能反映公交專用道對信號交叉口通行能力的影響。隨著分流比、專用道截止處距停車線距離和左轉(zhuǎn)公交車輛數(shù)取值的不同，交叉口處的交織嚴(yán)重程度也是不同的，折減系數(shù)φ也隨之變化。本文利用VISSIM軟件定量分析分流比、專用道截止線距停車線距離和左轉(zhuǎn)公交車輛數(shù)與信號交叉口通行能力、折減系數(shù)的關(guān)系，提出通行能力修正模型。

2.1 仿真方案設(shè)計

本文利用VISSIM軟件搭建了路段仿真平臺。仿真平臺為進(jìn)、出口道雙向6車道的十字交叉口，車道寬度為3.5 m，最外側(cè)的機(jī)動車道為公交專用車道。

針對影響因素設(shè)計了全組合仿真方案，表1為各影響因素在仿真方案中的不同取值。通過利用VISSIM平臺改變影響因素的取值，可以模擬多種不同交通情況，然后通過不斷加載路網(wǎng)入口流量，獲得在多種交通情況下的通行能力值。

表1 影響因素在仿真方案中的取值分流比專用道截止線距停車線距離/m左轉(zhuǎn)公交數(shù)/輛1.5,2.25,3,3.75,4.5,5.25,6,6.75,7.5,8.25,9,9.75,10.5125,150,175,200,225,2500,10,20,30,40,50,60,70

2.2 仿真分析

1) 分流比。

本文利用SPSS對分流比與通行能力、折減系數(shù)的函數(shù)關(guān)系進(jìn)行擬合。通過多組數(shù)據(jù)分析，發(fā)現(xiàn)分流比與通行能力擬合成Inverse型曲線效果最優(yōu)，分流比與折減系數(shù)擬合成Power型曲線效果最優(yōu)，分別見圖2、圖3。

從圖2、圖3可以看出，分流比與折減系數(shù)的變化趨勢和分流比與通行能力的變化趨勢不一樣。這是由于分流比對理論模型中的直行綠燈時間有影響，依據(jù)信號配時的基本原理，綠燈時間與該相位的流量比成正比，因此在理論模型中，直行綠燈時間與分流比之間的關(guān)系為：

(2)

(3)

式中：t直為直行綠燈時間；t左為左轉(zhuǎn)綠燈時間；s直為直行車道數(shù)；s左為左轉(zhuǎn)車道數(shù)；q直為直行流量；q左為左轉(zhuǎn)流量；x為分流比；t總為總綠燈時間。

因此在理論模型中，分流比與通行能力擬合是Inverse型函數(shù)關(guān)系。將理論模型與折減系數(shù)相乘后，由于折減系數(shù)中x的冪次很小，可以認(rèn)為分流比與通行能力仍然符合Inverse型函數(shù)關(guān)系。因此，分流比與折減系數(shù)的Power型函數(shù)關(guān)系是合理的。

圖2 分流比與通行能力的關(guān)系

圖3 分流比與折減系數(shù)的關(guān)系

2) 專用道截止線距停車線距離。

本文利用SPSS軟件對公交專用道截止線距停車線距離與通行能力、折減系數(shù)的函數(shù)關(guān)系進(jìn)行擬合。通過對多組數(shù)據(jù)的分析，截止距離與通行能力也擬合成S型曲線效果最優(yōu)，截止距離與折減系數(shù)擬合成S型曲線效果最優(yōu)，分別見圖4、圖5。

從圖中可以看出，當(dāng)截止線與停車線間的距離從150 m增加到200 m時，折減系數(shù)有較大的提高；當(dāng)截止線與停車線間的距離達(dá)到200 m以上時，折減系數(shù)的增長趨勢趨于平緩。

圖4 專用道截止線距停車線距離與通行能力的關(guān)系

圖5 專用道截止線距停車線距離與折減系數(shù)的關(guān)系

3) 左轉(zhuǎn)公交車輛數(shù)。

本文利用SPSS軟件對左轉(zhuǎn)公交車輛數(shù)與通行能力、折減系數(shù)的函數(shù)關(guān)系進(jìn)行擬合。通過對多組數(shù)據(jù)的分析，左轉(zhuǎn)公交車輛數(shù)與通行能力擬合成二次函數(shù)曲線效果最優(yōu)，左轉(zhuǎn)公交車輛數(shù)與折減系數(shù)也擬合成二次函數(shù)曲線的效果最優(yōu)，分別見圖6、圖7。

圖6 左轉(zhuǎn)公交車輛數(shù)與通行能力的關(guān)系

從圖中可以看出，隨著左轉(zhuǎn)公交車輛數(shù)的增加，折減系數(shù)有所減少。當(dāng)左轉(zhuǎn)公交車輛數(shù)從0變化到40時，折減系數(shù)變化較為平緩，當(dāng)左轉(zhuǎn)公交車輛數(shù)繼續(xù)增大時，折減系數(shù)有了較明顯的減少。由此可知，左轉(zhuǎn)公交數(shù)量越多，其對通行能力的影

圖7 左轉(zhuǎn)公交車輛數(shù)與折減系數(shù)的關(guān)系

響越大。

2.3 通行能力模型修正標(biāo)定

通過分別分析3個影響因素與折減系數(shù)的函數(shù)關(guān)系，最終確定折減系數(shù)的函數(shù)表達(dá)式為：

(4)

利用VISSIM全組合仿真方案，獲得在多種交通情況下的折減系數(shù)，然后利用SPSS對多組數(shù)據(jù)進(jìn)行多元回歸擬合，從而確定出上述公式中的各參數(shù)取值。因此，主干道設(shè)置公交專用道的通行能力折減系數(shù)模型為：

0.000 2x3+0.997)

(5)

2.4 模型的驗證

為了對模型進(jìn)行有效性分析，本文采用了4個誤差評價指標(biāo)，分別為平均相對誤差(MeRE)、最大相對誤差(MaRE)、平均絕對誤差(MeAE)和最大絕對誤差(MaAE)。

分別計算改進(jìn)前模型、改進(jìn)后模型的以上4個指標(biāo)，各誤差評價指標(biāo)的具體值如表2所示。從表2可以看出，改進(jìn)后模型的計算結(jié)果與仿真結(jié)果的誤差更小。

表2 模型誤差指標(biāo)表類別MeRE/%MaRE/%MeAEMaAE模型改進(jìn)前9.621.6194.8484.7模型改進(jìn)后4.613.897.3302.1

3 結(jié)論

本文基于信號交叉口通行能力理論計算模型，總結(jié)分析了路側(cè)式公交專用道對信號交叉口通行能力的影響因素，根據(jù)大量仿真樣本得到了基于分流比、公交專用道截止線距停車線距離、左轉(zhuǎn)公交車輛數(shù)等影響因素的折減系數(shù)修正模型,為城市道路設(shè)置路側(cè)式公交專用道提供理論支持，對公交專用道在主干道的建設(shè)具有現(xiàn)實意義。