張范磊 付晶燕 趙靖

摘 要：本文對交叉口處設(shè)置公交專用道的可行性進(jìn)行分析。首先對信號(hào)控制建立多目標(biāo)優(yōu)化配時(shí)模型，在優(yōu)化配時(shí)的基礎(chǔ)上使用vissim仿真軟件輸出不同類型車輛的延誤數(shù)據(jù)，對不同流量水平和轉(zhuǎn)向比例下設(shè)置交叉口公交專用道的可行性進(jìn)行分析。選取交叉口進(jìn)口總流量以及轉(zhuǎn)向比例作為主要影響因素，通過對比分析發(fā)現(xiàn)在進(jìn)口道總流量1600pcu/h時(shí)交叉口公交專用道具有較好的適用性，同時(shí)相比常規(guī)交叉口渠化對于不同的轉(zhuǎn)向比具有更好的魯棒性。

關(guān)鍵詞：交叉口公交專用道;多目標(biāo)優(yōu)化;仿真分析;信號(hào)優(yōu)化模型

中圖分類號(hào)：U491? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1006—7973（2021）12-0148-03

隨著城市規(guī)劃部門近年來越來越提倡公交出行，發(fā)展好公交出行方式的便捷性、舒適性以及準(zhǔn)時(shí)性成為了吸引道路交通流的關(guān)鍵所在。

在對交叉口通行效率的提升上，趙靖等考慮交通的波動(dòng)性，建立信號(hào)控制魯棒優(yōu)化方法顯著改善交叉口運(yùn)行效率;趙靖等以交叉口總延誤最小為目標(biāo)，建立排陣式交叉口最佳周期理論模型，以較小的周期時(shí)長提高了交叉口運(yùn)行效率。任義凡等針對過飽和交叉口采用多目標(biāo)優(yōu)化模型，以減少車輛延誤額排隊(duì)為目標(biāo)求解了優(yōu)化的配時(shí)方案。

在對公交專用道問題的研究上，趙靖等通過分析各種實(shí)測飽和車頭時(shí)距，提出有、無公交專用進(jìn)口道情況下的社會(huì)車輛、公交車輛和車道組的通行能力計(jì)算模型;宋現(xiàn)敏等提出了一種新型動(dòng)態(tài)公交專用道來提高公交的運(yùn)行效率;史遠(yuǎn)等基于路阻模型對公交專用道進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)置;陳保斌等以廈門為例使用vissim仿真軟件對公交專用道的運(yùn)行效益進(jìn)行仿真分析。

為滿足以上條件，本文提出一種節(jié)點(diǎn)式公交專用道的設(shè)置方式，在提高公交運(yùn)行質(zhì)量的同時(shí)盡可能減少對社會(huì)車輛的影響。首先使用多目標(biāo)優(yōu)化配時(shí)模型對交叉口進(jìn)行最優(yōu)配時(shí)，考慮了不同流量水平以及不同轉(zhuǎn)向比例對節(jié)點(diǎn)式公交專用道設(shè)置的影響，使用vissim仿真軟件對延誤結(jié)果進(jìn)行輸出，對比分析不同工況下節(jié)點(diǎn)式公交專用道的適用性，定量確定了節(jié)點(diǎn)式公交專用道的適用場景，可以為不能做全線公交專用道的斷點(diǎn)式公交專用道提供一定的依據(jù)。

1節(jié)點(diǎn)式公交專用道幾何特征

節(jié)點(diǎn)式公交專用道設(shè)置如上圖1所示，公交專用道設(shè)置在交叉口前距離停車線100米的距離。對于一些常規(guī)交叉口來說，如果交通量比較大或者信號(hào)相位設(shè)置不合理會(huì)對公交車產(chǎn)生比較大的影響，比如交叉口處排隊(duì)時(shí)間太長甚至需要二次排隊(duì)。通過設(shè)置該段公交專用道能夠讓公交在該距離下路段上避開與社會(huì)車輛的混行以及較長的排隊(duì)情況。

2多目標(biāo)優(yōu)化配時(shí)模型

2.1模型建立目標(biāo)函數(shù)

在優(yōu)化配時(shí)過程中主要保證對社會(huì)車輛的影響盡可能小，因建立的多目標(biāo)優(yōu)化模型以社會(huì)車輛的通行效率最大和車輛在交叉口的滯留時(shí)間最小為目標(biāo)，如式（1）所示：

（1）

式中分別表示交叉口四個(gè)進(jìn)口道，分別表示左、直、右三個(gè)流向，為目標(biāo)函數(shù)，為交叉口通行效率，為進(jìn)口方向車輛平均延誤。

2.2約束條件

（1）根據(jù)Webster延誤計(jì)算公式，每一相位車均延誤滿足等式（2）：

（2）

式中為周期時(shí)長，為流向的綠信比，為進(jìn)口流向的流量比，為進(jìn)口流向的流量，為進(jìn)口流向的飽和度。

（2）交叉口通行效率滿足等式（3）。

（3）

其中為進(jìn)口流向的飽和流率（pcu/h）。

（3）周期時(shí)長的約束，周期時(shí)長應(yīng)保證在最小周期時(shí)長和最大周期時(shí)長范圍內(nèi)。

（4）

式中為最小綠燈時(shí)間，為最大綠燈時(shí)間。

（4）各相位綠燈時(shí)長的約束，各流向綠燈時(shí)長在最大綠燈時(shí)間和周期時(shí)長之間。

（5）

式中為最小綠燈時(shí)間，為進(jìn)口流向的綠燈時(shí)間。

（5）交叉口飽和度約束。

（6）

3基于vissim仿真的節(jié)點(diǎn)專用道多工況分析

本文以金海路平莊公路交叉口為例進(jìn)行分析，根據(jù)不同的流量數(shù)據(jù)和轉(zhuǎn)向比例數(shù)據(jù)，按照多目標(biāo)優(yōu)化配時(shí)模型計(jì)算給出相應(yīng)的最優(yōu)配時(shí)方案。

3.1等轉(zhuǎn)向比例下不同流量數(shù)值分析

首先在等轉(zhuǎn)向比的情況下改變主線金海路流量，控制支路平莊公路流量不變（現(xiàn)狀流量）?？刂葡嗤D(zhuǎn)向比條件下將流量分為以下6個(gè)等級(jí)，如下表所示。

3.1.1優(yōu)化配時(shí)方案

當(dāng)主線分別在6種流量水平下，根據(jù)模型計(jì)算最優(yōu)配時(shí)方案輸出如下表所示配時(shí)方案。

3.1.2專用道適用性分析

對上述6種流量水平進(jìn)行建模分析，以社會(huì)車輛和公交車輛的平均延誤作為指標(biāo)，計(jì)算結(jié)果如下圖所示。由圖2可知，隨著流量水平增加，不論是公交車還是社會(huì)車輛延誤都有不同程度的增加。當(dāng)流量大于1600pcu/h時(shí)未設(shè)置公交專用道的社會(huì)車輛延誤分別提升了17%和23%，而設(shè)置了交叉口公交專用道的社會(huì)車輛延誤提升了20%和36%，當(dāng)流量大于1600pcu/h的水平時(shí)設(shè)置公交專用道會(huì)對社會(huì)車輛產(chǎn)生比較大的影響，如圖3所示。對于公交車而言，當(dāng)流量在1400pcu/h以下時(shí)是否設(shè)置交叉口公交專用道對公交運(yùn)行提升有限，當(dāng)流量達(dá)到1600pcu/h時(shí)設(shè)置交叉口公交專用道對公交車的運(yùn)行效率有大幅度提升（如圖2），并且此時(shí)設(shè)置公交專用道對社會(huì)車輛的影響也比較小。當(dāng)流量大于1800pcu/h時(shí)公交專用道對提升公交運(yùn)行效率的作用就逐漸減少甚至?xí)艽蟪潭壬媳炔辉O(shè)置專用道延誤更大。綜上所述，在左、直、右轉(zhuǎn)向比為20：70：10的情況下，當(dāng)流量小于1400pcu/h考慮到道路建設(shè)成本不建議設(shè)置公交專用道，當(dāng)流量達(dá)到1600pcu/h時(shí)建設(shè)交叉口公交專用道能大幅提升公交車的運(yùn)行效率，但是當(dāng)流量大于1800pcu/h會(huì)對社會(huì)車輛產(chǎn)生較大影響同時(shí)公交車的運(yùn)行效率也會(huì)大幅下降，因此在該流量水平下不建議設(shè)置交叉口公交專用道。

3.2等流量情況下不同轉(zhuǎn)向比值分析

除了交叉口流量對交叉口專用道的設(shè)置影響相對較大以外，主路在交叉口的轉(zhuǎn)向比例對交叉口是否設(shè)置公交專用道的運(yùn)行也有很大的影響。通過圖4可知當(dāng)主路流量在1600pcu/h時(shí)，是否設(shè)置公交專用道對公交車的運(yùn)行有較大的影響，因此在該部分選取主路流量為1600pcu/h的流量值來做不同流量比的數(shù)值分析。

為研究轉(zhuǎn)向比對設(shè)置交叉口專用道的影響，在該部分的數(shù)值分析以5%為間隔將轉(zhuǎn)向比從20%逐步增加。由圖4可知隨著轉(zhuǎn)向比例的逐步增加，社會(huì)車輛的延誤也隨之增大，當(dāng)左轉(zhuǎn)比例達(dá)到45%-55%之間時(shí)設(shè)置交叉口專用道的車輛延誤比常規(guī)交叉更大。對于公交車來說，不同轉(zhuǎn)向比例下設(shè)置公交專用道的公交延誤普遍小于常規(guī)交叉口的公交專用道。當(dāng)左轉(zhuǎn)車比例達(dá)到45%時(shí)設(shè)置交叉口專用道的公交延誤僅比常規(guī)交叉口的公交延誤少3s，考慮到社會(huì)車輛的延誤增加較多，此時(shí)設(shè)置公交專用道效果不佳。當(dāng)左轉(zhuǎn)車比例增加到50%甚至更高的比例，常規(guī)交叉口的公交延誤會(huì)有大幅度增加，而對于設(shè)置交叉口公交專用道來說，更加極端的轉(zhuǎn)向比下仍能夠有較好的魯棒性。綜上所述，當(dāng)主路流量達(dá)到1600pcu/h時(shí)設(shè)置交叉口公交專用道相較于常規(guī)交叉口能夠更好地適應(yīng)不同轉(zhuǎn)向比的情況。

4結(jié)論

本文以多目標(biāo)優(yōu)化配時(shí)模型作為配時(shí)依據(jù)，在最優(yōu)配時(shí)的基礎(chǔ)上對所提出的節(jié)點(diǎn)式公交專用道進(jìn)行分析并得出以下結(jié)論：

（1）在最優(yōu)的配時(shí)方案下，當(dāng)進(jìn)口道總流量達(dá)到1600pcu/h時(shí)設(shè)置公交專用道的效果最明顯，當(dāng)流量小于1400pcu/h時(shí)公交運(yùn)營效率提升效果不明顯，同時(shí)該流量下節(jié)點(diǎn)式公交專用道的設(shè)置對社會(huì)車輛幾乎沒有影響。當(dāng)流量大于1800pcu/h設(shè)置節(jié)點(diǎn)式公交專用道會(huì)給社會(huì)車輛帶來很大的影響進(jìn)而會(huì)導(dǎo)致公交在交叉口上游運(yùn)行不暢，因此在該流量水平下不建議設(shè)置公交專用道。

（2）在1600pcu/h的流量水平下，改變左轉(zhuǎn)車的比例，交叉口的總體延誤會(huì)逐漸變高，但是對于公交車的運(yùn)營效率來說，節(jié)點(diǎn)式公交專用道在不同轉(zhuǎn)向比下相比常規(guī)交叉口有更好的魯棒性。

參考文獻(xiàn)：

[1] 趙靖，楊曉光，白玉，勞云騰.公交專用進(jìn)口道對信號(hào)控制交叉口通行能力的影響[J].城市交通，2008（05）：74-79.

[2] 田關(guān)云， 羅瑨. 公交專用道精細(xì)化設(shè)計(jì)及微觀仿真研究[C]，2019年中國城市交通規(guī)劃年會(huì). 0.

[3] 趙靖，陳凱佳，周溪召.出口道左轉(zhuǎn)交叉口信號(hào)控制魯棒優(yōu)化方法.中國公路學(xué)報(bào)，2020，33（7）：145-155.

[4] 史遠(yuǎn)，安帥，富迪.基于路阻模型的公交專用道的優(yōu)化設(shè)置[J].汽車實(shí)用技術(shù)，2019（23）：84-85+90.

[5] 趙靖，鄭喆，韓印.排陣式交叉口延誤及最佳周期模型.中國公路學(xué)報(bào)，2019，32（3）：135-144.

[6] 宋現(xiàn)敏，張明業(yè)，李振建，王鑫，張亞南.動(dòng)態(tài)公交專用道的設(shè)置及其仿真分析評價(jià)[J].吉林大學(xué)學(xué)報(bào)（工學(xué)版），2020，50（05）：1677-1686.

[7] 白玉，薛昆，楊曉光.公交專用車道效益評價(jià)方法探討[J].公路交通科技，2004（01）：102-105.

[8] 李娟，劉安陽.公交專用道的設(shè)置方式對信號(hào)控制交叉口通行能力影響[J].交通運(yùn)輸工程與信息學(xué)報(bào)，2016，14（04）：10-17+29.

基金項(xiàng)目：上海市自然科學(xué)基金項(xiàng)目（20ZR1439300）;上海市軟科學(xué)重點(diǎn)項(xiàng)目（21692105100）。