蘇少雄

(福建易華路信息技術有限公司,廈門 361026)

0 引言

巴士公共交通為低能耗、更環(huán)保的交通方式,比普通小汽車出行方式占用更少的道路空間.在中國大部分的城市地區(qū),使用公共汽車出行的人群占比在整體上比使用其他出行方式的人群要少,但少部分地區(qū)例外,如北京中心城區(qū)的公交綠色出行比例超過60%[1].而在廈門市,在公眾出行服務方面,“十四五”時期全市出行總量預期將增加至1 470萬人次/d,2025年綠色出行占全方式71.2%、公交占機動化分擔率51.8%,基本達到國家《綠色出行創(chuàng)建行動方案》制定的目標[3].

截止2020年底,廈門市人均小汽車保有量為0.35,遠高于全國水平0.16[4].過高的人均汽車保有量是廈門市道路交通擁堵的主要原因之一,尤其在道路條件受限的地方,公交汽車?？空竞蜕鐣囕v共同占用1個進口道,當社會車輛占比過高、公共出行分擔率較低時,二者間往往會出現(xiàn)嚴重的相互干擾,信號交叉口進出口范圍內(nèi)的此種干擾現(xiàn)象更為明顯.因此各種公交車輛的專用車道配置問題逐步得到了關注.宋現(xiàn)敏等[5-6]以人均出行最短時間以及運載乘客總數(shù)量最大化為目標建立最優(yōu)模型,結(jié)果表明,當社會車輛與公交車輛占比呈現(xiàn)特定占比時,公交優(yōu)先策略具有最佳效益.在設置條件方面,王漫等[7-8]統(tǒng)計了公交車流量、社會機動車流量、公交車比例等參數(shù)值大小,建立了相應的機動車與公交車交織運行的速度模型,并以車輛出行總時間最短為目標建立優(yōu)化模型,計算并改進了公交專用道的設置條件.

雖然公交專用道在減少社會車輛對公交車輛的干擾、提高公交車運行質(zhì)量和服務水平等方面取得一定成效,但依然存在道路條件不足而導致車輛之間相互干擾的情況.在中國大部分城市交叉口進口道區(qū)域,公交?？空境Ｅc社會車輛共用同一車道,發(fā)生沖突和車流干擾的風險通常都會增加[9-10].Zhao等[11]使用經(jīng)過驗證的仿真模型來研究進口道的直線式公交?？空緦C動車的干擾影響,發(fā)現(xiàn)公交車輛進出站時,社會車輛平均速度下降,公交車輛和社會車輛流量的大小對進口道通行能力都有顯著影響.劉鵬等[12]分析了公交車輛在進站、?？亢统稣具^程中的延誤情況,建立了道路機動車輛之間的干擾程度評估模型.部分研究者為解決進口道的排隊延誤擁堵問題,優(yōu)化設計了公交停靠站的選址和位置,幫助建立有序的交通流,李力[13]探討了在車流密度過大時的公交站點選址優(yōu)化方法.馬信輝[14]選取延誤參數(shù),建模并探討公交?？空镜脑O置類型、站點的幾何參數(shù)優(yōu)化依據(jù)等,為?？空镜倪x址和改善提供了參考.

綜上,為緩解進口道的公交停靠站周邊擁堵和車輛干擾問題,大多數(shù)學者從社會車輛、公交車輛間以及非機動車等多種車流交織的角度出發(fā),研究交通沖突、影響延誤和交通風險等行為,結(jié)合?？空军c的選址問題,總結(jié)了以下內(nèi)容:關于公交車輛和其他類型車的運行特性及屬性參數(shù);關于停靠站周邊的延誤和交通運行水平改進方法;關于站點的優(yōu)化措施等.然而,關于社會車輛和公交車輛的干擾影響調(diào)查相比較車輛沖突調(diào)查更少.本文選取了進口道的公交?？空緸檠芯繉ο?研究該直線式站點的設計參數(shù)、交通流特性與車流干擾的關系,以降低車流間的干擾程度作為模型優(yōu)化的目標,提出相應?？空镜膬?yōu)化方法.

1 數(shù)據(jù)收集與分析

1.1 調(diào)查站點類型

公交停靠站根據(jù)其在交叉口的位置可分為上游?？空?Near-side busstops)、下游?？空?Far-side busstops)和基本路段停靠站(Middle-block busstops)[15].本文選定的研究對象均為上游?？空?上游?？空镜?種最常見的公交車站設置方式如圖1所示,箭頭為車輛的前行方向:1)在類型Ⅰ站點中,公交車輛?？吭诜菣C動車道上,非機動車道與機動車道由地面標線進行隔離,公共汽車跨越地面實線進行停靠; 2)在類型Ⅱ站點中,公交車輛?？吭诜菣C動車道上,非機動車道與機動車道通過隔離帶進行物理分隔.當公交車輛停靠時,類型Ⅱ的車流之間干擾現(xiàn)象比Ⅰ更嚴重; 3)在類型Ⅲ站點中,公交車輛?？吭跈C動車道上,非機動車道與機動車道通過隔離帶進行物理分隔,停靠站位于隔離帶上; 4)在類型Ⅳ站點中,非機動車道與機動車道通過隔離帶進行物理分隔,?？空疚挥诟綦x帶上.該站點屬于港灣式?？空?公交車輛停靠時位于港灣內(nèi)的地帶,不占用外部機動車道.

圖1 常見公交?？空绢愋?(a)類型Ⅰ (b)類型Ⅱ (c)類型Ⅲ (d)類型Ⅳ

本項研究中,選取類型Ⅲ的?？空军c為研究對象并收集數(shù)據(jù).調(diào)查時間選取于2021-11—12周三、周四早晚高峰,時段分別取08:00—09:30、17:00—18:30,選取廈門市3個沿著進口道設置的直線式停靠站.調(diào)查排除了惡劣天氣下的數(shù)據(jù),所有站點均為單個泊位.采集的數(shù)據(jù)包含車道寬度、機動車流量、車輛速度、公交車站距離交叉口位置等參數(shù).公交車輛和社會車輛的干擾狀態(tài)分為3類:第1類為公交車輛由左側(cè)車道駛?cè)胪？空军c,受右側(cè)機動車道的社會車輛干擾;第2類為進入不可變道的區(qū)域前,公交車輛?？繒r占用機動車道干擾后方社會車輛的變道;第3類為公交車輛加速離站時,與外側(cè)繞行的社會車輛相互干擾.

1.2 數(shù)據(jù)關聯(lián)分析

將車道寬度、?？空九c交叉口距離、車輛速度差異、交通量與3類車輛干擾情況利用回歸分析法進行分析.

1.2.1 車道寬度與車流干擾關系

車道寬度與車流的干擾情況之間存在著部分相關關系,如圖2所示.對2個影響因素展開多項式回歸分析,3類干擾情況和車道寬度之間的變化關系顯著:伴隨著車道寬度的上升均表現(xiàn)為先降低再升高.對于第1類干擾,車道寬度在3.75 m時下降到最小,對于第2類、第3類干擾情況,在車道寬度為4.0 m時,均達到相應的最小數(shù)值.

圖2 干擾情況與車道寬度關系

1.2.2 ?？空揪嘟徊婵陂L度與車流干擾關系

?？空揪嘟徊婵陂L度與車流干擾關系如圖3所示.隨著公交?？空九c交叉口距離的增加,3類干擾情況均表現(xiàn)為先降低再升高,且3類干擾均在距離交叉口約100 m左右最低.

圖3 干擾情況與?？空揪嘟徊婵陂L度關系

圖5 干擾情況與交通量關系

1.2.3 車輛速度差異與車流干擾關系

展開二階多項回歸分析,3類干擾的增長速度差異較大,其中第1類干擾與第3類干擾情況隨著車速差異的增加而上升,且速度差異小于3 m/s時,第1類干擾的增長速度最快;速度差異高于該數(shù)值時,第1、3類干擾增長情況較為平緩.第2類干擾隨著車速差異的增加先呈現(xiàn)微弱的降低隨后增加的趨勢,當速度差異為3.5 m/s時達到最低值.

1.2.4 干擾程度與交通流量的關系

展開二階多項回歸分析,所求解的3類干擾情況均呈現(xiàn)出隨交通流量增加而增多的趨勢.第1類干擾情況的增速拐點是500 pcu/h的交通量,到達該拐點之前的增速均較快;隨后干擾情況變得平穩(wěn).隨著交通量增加,第2、3類干擾的情況也呈現(xiàn)平緩增速.

2 車流干擾模型

2.1 干擾模型構(gòu)建

以車道寬度、公交停靠站與交叉口的距離、公交車輛與社會車輛速度差異、交通流量為自變量,以第1類干擾情況、第2類干擾情況、第3類干擾情況為目標函數(shù),建立兩種車流間的干擾預測模型,見式(1).

y=a1f1(x1)+a2f2(x2)+a3f3(x3)+a4f(x4)

(1)

式中,x1為相鄰車道寬度(m);x2為相鄰車道的交通量(pcu/h);x3為車速差異(m/s);x4為公交停靠站距交叉口距離(m);f1,f2,f3,f4為相應影響因素的干擾函數(shù);a1,a2,a3,a4為對應相關系數(shù);y為所預測的干擾發(fā)生數(shù)值.選取調(diào)研數(shù)據(jù)中多組數(shù)據(jù)作為預測數(shù)據(jù),得到3類車流的干擾情況如下.

第1類干擾模型根據(jù)式(1),用A表示相關系數(shù),見式(2):

A=[a1,a2,a3,a4]

(2)

經(jīng)過回歸分析,得到第1類干擾的影響函數(shù)后,使用Matlab軟件分析得到研究自變量和干擾情況的相關系數(shù)值,以第1類干擾為例,回歸分析計算可得A的求解結(jié)果,最終得到公交車輛?？空军c時的第1類干擾模型如式(3)所示:

(3)

公交車輛停靠時的第2、3類干擾模型如式(4)、(5)所示.

(4)

(5)

2.2 驗證模型

選取調(diào)查中除了用于建模以外的其他時段數(shù)據(jù),用于模型驗證見表1.

表1 公交?？空窘煌ǜ蓴_數(shù)值計算結(jié)果

在干擾情況的計算和分析結(jié)果中可能存在一定主觀因素導致的誤差,例如第1類誤差較其余2類的數(shù)值更大,但考慮到所有誤差值均低于20%,該模型結(jié)果可用于預測交通干擾的數(shù)值.

2.3 預測模型分析

使用python工具將數(shù)據(jù)導入并建立可視化模型,其中定義干擾發(fā)生次數(shù)的x區(qū)間為公交?？空揪嘟徊婵诰嚯x;定義y區(qū)間為車道寬度;定義交通量為模型輸入變量.考慮到灰度預測法可以處理不確定量或小樣本量的系統(tǒng),使用該方法得到車輛干擾的預測模型,可視化結(jié)果見圖6.

圖6 停靠站干擾預測模型

經(jīng)1.2的計算分析結(jié)果可得,在與干擾程度相關的幾個變量中,干擾程度最低時的交通量與速度差異分別是200 pcu/h和3.5 m/s,分別作為對應影響參數(shù)的取值.干擾程度最低時的公交?？空揪嘟徊婵诰嚯x與車道寬度分別是100 m、4 m.結(jié)合圖6數(shù)據(jù)的干擾次數(shù)為58,可認為滿足了進口道停靠站的安全需求.

考慮到在實際條件中存在無法滿足寬度需求等情況,該模型具有的優(yōu)勢在于數(shù)據(jù)呈現(xiàn)出的模型可調(diào)整空間較為充足,可以根據(jù)?？空緝?yōu)化目標和進口道實際條件進行移動,選取其他次級優(yōu)化方案.

2.4 停靠站延誤分析

公交車輛位于進口道的?？空緯r,占用該車道上直線式站點的整個泊車位,導致對相鄰的車道運行產(chǎn)生較大干擾.?？垦诱`和多因素有較強的關聯(lián),當模型中的4個變量取干擾程度最低的對應數(shù)值時,停靠站的可靠程度最高,且相應的車均延誤最低.

3 ?？空军c干擾程度分析

3.1 車流干擾等級劃分

本文對研究范圍內(nèi)公交?？空军c的車流干擾次數(shù)分析其累計百分頻率,確定不同累計百分率對應的數(shù)值.引入公交停靠站周邊的車流干擾程度可分為無干擾(A)、穩(wěn)定(B)、臨界穩(wěn)定(C)、中等干擾(D)、嚴重干擾(E)該5個級別.統(tǒng)計發(fā)生干擾的總次數(shù)及累計頻率曲線圖,劃分干擾等級如表2所示.

表2 干擾等級劃分

3.2 干擾評價及預測

根據(jù)站點干擾程度回歸模型和干擾等級劃分情況.

以實際站點為例進行模型檢驗,選取市區(qū)內(nèi)符合研究條件的直線式?？空军c進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計與調(diào)查,站點位置特征及車流行駛特性調(diào)查結(jié)果見表3.

表3 站點調(diào)查情況

表4 實例公交停靠站干擾次數(shù)模型預測

表5 實例中山公園改進后干擾次數(shù)預測

綜合站點的干擾情況分析,所選取的公交?？空究偢蓴_次數(shù)分別為138、196、264.根據(jù)車流干擾等級的劃分,華盛路口處于穩(wěn)定狀態(tài),高林居住區(qū)站處于臨界穩(wěn)定狀態(tài),中山公園處于中等干擾狀態(tài).

從實例分析的公交?？空窘煌_突率計算結(jié)果可知:中山公園站的第1、3類干擾占總體比例較高.結(jié)合實際道路情況、位置特征及車流行駛特性進行分析,該站點處于交叉口上游路段,道路斷面為3幅路,臨時拆除中央隔離帶.路面機動車道寬度較窄,機動車與公交車輛行駛中容易相互干擾,甚至和對向車流發(fā)生沖突.部分機動車輛行駛速度較快時,加劇了第3類干擾情況的出現(xiàn).綜合上述情況提出對中山公園站的改善建議:①適當拓寬機動車道寬度,將 3.25 m拓寬為3.75 m;②適當增加公交停靠站距離交叉口停車線的長度,將50 m增加到80 m;③對機動車速度進行標志控制,不得高于30 m/s.中山公園?？空靖纳坪笸ㄟ^模型檢測,干擾程度有明顯的下降,干擾等級由中等干擾變?yōu)榕R界穩(wěn)定,則說明以上停靠站點改進建議能夠提高公交?？空局苓叺慕煌ǚ€(wěn)定性.

3.3 站點優(yōu)化措施

理想條件下的道路情況允許公交車輛和社會車輛共同行駛且互不干擾,充足的道路空間便于公交?？空军c優(yōu)化,且有利于降低車流間的干擾程度.對于車道寬度的優(yōu)化,通常從壓縮道路綠化帶的著手,必要時會占用道路邊緣的人行道.

當下的站點服務水平不滿足公交系統(tǒng)中車輛的安全和高效運行要求時,若站點周邊的道路條件極為有限,導致不能實現(xiàn)港灣式?？空军c或其他形式的寬度改造,那么則需進一步結(jié)合該站點的位置布局、原公交路線運行效率、延誤情況等因素進行評價,依據(jù)評價結(jié)果對該地區(qū)進行較大規(guī)模的路段重建措施,或選擇將站點遷移至不嚴重影響原公交路線效率的、且存在改建空間的路段.

若當下站點周邊道路的改造空間充分,允許大范圍地修建和改造時,結(jié)合車流運行的穩(wěn)定性分析,可將模型變量調(diào)整至干擾最低時對應的數(shù)值.

4 結(jié)論

1)伴隨著車道寬度和公交?？空九c交叉口距離的增加,研究對象的3類干擾程度均表現(xiàn)為先減少后增大,且給出相應建議值:沿進口道設置的直線式單泊位公交?？空揪嚯x交叉口的長度為80～110 m;車道寬度為3.5～3.75 m.

2)當公交車輛和社會車輛的整體交通量增加、車輛速度差異增加時,研究對象的3類干擾程度表現(xiàn)出連續(xù)增加的趨勢,且給出相應建議值:公交車輛與社會車輛速度差異低于3 m/s,保障車道寬度維持在3.75～4 m,保障車輛閃避時有足夠的行車空間和減少干擾,保障進口道的順利通行避免擁堵發(fā)生.視距條件符合要求時,可以在交叉口增設減速標志等.

基于上述結(jié)論,在優(yōu)化城市交叉口進口道上分布的公交停靠站時,基于站點周邊道路和交通環(huán)境的綜合考慮,可利用本文的車流干擾模型進行改造條件評估,在保持站點改造過程中不會影響?？空具\營和車輛行駛順暢的同時,可節(jié)約改建成本,有利于城市公共交通發(fā)展.