,2

(1.安徽三聯(lián)學(xué)院交通工程學(xué)院，安徽 合肥230601) (2.國(guó)家車輛駕駛安全工程技術(shù)研究中心，安徽 合肥230011)

公交優(yōu)先作為能夠緩解城市城市交通擁堵的重要手段，大量的研究學(xué)者對(duì)公交優(yōu)先技術(shù)進(jìn)行了諸多研究，鄧瑞萍建立了綠燈延長(zhǎng)和紅燈縮短控制策略下的影響延誤模型，針對(duì)公交車的不同發(fā)車頻率分析其優(yōu)先控制前后的車輛延誤變化[1]；別一鳴等提出以各相位飽和度為約束，交叉口不發(fā)生擁堵情況下的單點(diǎn)主、被動(dòng)有限優(yōu)先的相關(guān)策略[2]；張鵬等考慮交叉口的信號(hào)配時(shí)和公交站臺(tái)因素，提出公交優(yōu)先車速引導(dǎo)方案，實(shí)現(xiàn)公交車不停車通過交叉口[3]；張秀俠等采用系統(tǒng)比較及層次分析方法，從總體發(fā)展水平、基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、公交服務(wù)水平、政策扶持四個(gè)角度構(gòu)建了公交優(yōu)先績(jī)效評(píng)價(jià)的指標(biāo)體系[4]；劉昱崗等以車輛延誤和停車率最小為目標(biāo)建立多目標(biāo)規(guī)劃配時(shí)模型，基于公交優(yōu)先進(jìn)行相位設(shè)計(jì)對(duì)傳統(tǒng)配時(shí)方案改善[5]；崔笑川等以交叉口人均延誤最小為目標(biāo)，考慮公交專用道影響因素，利用延誤偏差優(yōu)度指數(shù)建立信號(hào)配時(shí)優(yōu)化模型[6]；葛曉燕在保證公交優(yōu)先的同時(shí)考慮了環(huán)境因素，分別以降低燃油消耗和車輛尾氣排放為目標(biāo)進(jìn)行信號(hào)配時(shí)優(yōu)化[7]；郭海鋒等以公交車平均等待時(shí)間最小為目標(biāo)構(gòu)建函數(shù)，減少非執(zhí)行相位增加的延誤，提高執(zhí)行相位公交的優(yōu)先通行率[8]；朱曉寧等建立了多路公交優(yōu)先交叉口配時(shí)優(yōu)化的雙層規(guī)劃模型，均衡非優(yōu)先相位的損失，降低交叉口及下游公交站臺(tái)的乘客延誤[9]。上述研究中，主要是在信號(hào)控制交叉口公交優(yōu)先主要集中在有公交路權(quán)優(yōu)先情況下，對(duì)公交在通過交叉口時(shí)進(jìn)行時(shí)間方面的優(yōu)先研究，而對(duì)于公交專用道的設(shè)置與否，及公交空間優(yōu)先方面的效益研究較少。

文章在韋伯斯特信號(hào)配時(shí)公式的基礎(chǔ)上，將人均延誤作為交叉口效益評(píng)價(jià)指標(biāo)，針對(duì)信號(hào)控制交叉口，分別建立了無公交專用進(jìn)口道和有公交專用進(jìn)口道兩種情況下的交叉口人均延誤模型，并對(duì)兩種情況的人均延誤進(jìn)行對(duì)比分析，在此基礎(chǔ)上制定交叉口公交專用進(jìn)口道的設(shè)置策略，為交通管理者進(jìn)行公交專用道的設(shè)置與否提供決策依據(jù)。

1.交叉口公交優(yōu)先專用進(jìn)口道設(shè)置條件

城市道路中，交叉口大多是固定信號(hào)控制十字形式，公交優(yōu)先也主要應(yīng)用于此類交叉口中，具有很強(qiáng)的代表性，因此在研究過程中，研究對(duì)象是十字形交叉口，信號(hào)配時(shí)方案為固定信號(hào)周期與相位，公交車線路直線通過交叉口，公交車的通行權(quán)與交叉口直行車輛的相位配時(shí)相同，公交優(yōu)先專用進(jìn)口道為路中形式。

假設(shè)交叉口進(jìn)口道現(xiàn)狀直行車道數(shù)為N，有空間條件來設(shè)置公交專用進(jìn)口道，總車輛數(shù)為q，各直行車道的車輛到達(dá)類型隨機(jī)，即各車道車輛數(shù)與車型比例相同，則各直行車道的車均延誤也相同，結(jié)合《城市道路設(shè)計(jì)規(guī)范(037CJJ-2012)》與《公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)(JTGB01-2014)》中的中的車型比例劃分，交叉口進(jìn)口道進(jìn)口道各車型的比例、當(dāng)量換算系數(shù)、平均載客人數(shù)見表1。

表1 各車型比例、當(dāng)量換算系數(shù)、平均載客人數(shù)

2 交叉口人均延誤模型

2.1 無公交專用進(jìn)口道人均延誤模型

在2010年發(fā)行的美國(guó)通行能力手冊(cè)中，對(duì)于現(xiàn)有交叉口，其進(jìn)口道各車道的車均延誤由兩部分組成，分別是均勻延誤和隨機(jī)延誤，均勻延誤是指進(jìn)口道車輛均勻到達(dá)所產(chǎn)生的均勻延誤，隨機(jī)延誤是指進(jìn)口道車輛隨機(jī)到達(dá)并引起超飽和周期所產(chǎn)生的延誤。當(dāng)交叉口進(jìn)口道無公交專用道時(shí)，根據(jù)前面假設(shè)，各直行車道的車輛到達(dá)類型隨機(jī)，即各車道車輛數(shù)與車型比例相同，則各直行車道的車均延誤也相同，車均延誤如下：

d0=d01+d02

(1)

式中：d0為交叉口進(jìn)口道無公交專用道時(shí)各車道車均信控延誤，s/pcu；d01為交叉口進(jìn)口道無公交專用道時(shí)的均勻延誤，s/pcu；d02為交叉口進(jìn)口道無公交專用道時(shí)的隨機(jī)附加延誤，s/pcu。

(2)

(3)

式中：為周期時(shí)長(zhǎng)，s；λ為所計(jì)算車道的綠信比；x為所計(jì)算方向的飽和度；CAP為常規(guī)相位下所計(jì)算方向的通行能力，pcu/h；T為分析時(shí)段的持續(xù)時(shí)長(zhǎng)，h，取0.25h；e為單個(gè)交叉口信號(hào)控制類型校正系數(shù)，定時(shí)信號(hào)取e=0.5；x0為交叉口進(jìn)口道無公交專用道時(shí)的飽和度。

2.2 有公交專用進(jìn)口道人均延誤模型

對(duì)于設(shè)置了公交專用道的交叉口，需對(duì)公交專用車道和社會(huì)車輛車道的車均延誤分別進(jìn)行建模計(jì)算，最終要按各自的交通量比例和載客數(shù)加權(quán)得出整個(gè)進(jìn)口道的人均延誤。

(1)社會(huì)車輛車均延誤為：

ds=ds1+ds2

(4)

式中：ds為交叉口進(jìn)口道有公交專用道時(shí)社會(huì)車輛車均信控延誤，s/pcu；ds1為交叉口進(jìn)口道有公交專用道時(shí)社會(huì)車輛的均勻延誤，s/pcu；ds2為交叉口進(jìn)口道有公交專用道時(shí)的社會(huì)車輛的隨機(jī)附加延誤，s/pcu。

(5)

(6)

式中：xs為交叉口進(jìn)口道有公交專用道時(shí)社會(huì)車輛的飽和度，其他字母含義與前文相同。

(2)公交車輛的車均延誤為：

db=db1+db2

(7)

式中：db為交叉口進(jìn)口道有公交專用道時(shí)公交車車均信控延誤，s/pcu；db1為交叉口進(jìn)口道有公交專用道時(shí)公交車的均勻延誤，s/pcu；db2為交叉口進(jìn)口道有公交專用道時(shí)的公交車的隨機(jī)附加延誤，s/pcu。

(8)

(9)

式中：xb為交叉口進(jìn)口道有公交專用道時(shí)公交車的飽和度，其他字母含義與前文相同。

(3)進(jìn)口道綜合人均延誤為：

(10)

式中：字母含義與前文相同。

3 交叉口公交專用進(jìn)口道設(shè)置策略

結(jié)合上述兩種情況下的人均延誤模型及相關(guān)公式，建立兩種延誤相等情況下的聯(lián)立模型，可通過模型求出兩種延誤相等情況下公交專用道時(shí)公交車的飽和度臨界值xb，模型如下：

(11)

式中：字母含義與前文相同。

4.實(shí)例應(yīng)用

以國(guó)內(nèi)一典型四相位十字交叉路口實(shí)際調(diào)研數(shù)據(jù)為例，右轉(zhuǎn)不設(shè)專用相位(即車輛右轉(zhuǎn)不受信號(hào)控制)，選取其東西方向進(jìn)口道進(jìn)行分析，有兩條公交線路且都直行通過交叉口，公交車平均發(fā)車間隔15min，該方向直行車道數(shù)N為4條，車道寬度大于3米，道路無縱坡，無自行車影響，統(tǒng)計(jì)小時(shí)的車輛數(shù)q為527輛/h，當(dāng)量總交通量Q為618當(dāng)量，其中各車型比例、數(shù)量、當(dāng)量換算系數(shù)與平均載客人數(shù)見表2，可知大車率為0.168，信號(hào)周期C為122s，直行相位綠信比λ為0.22，一條直行車道的標(biāo)準(zhǔn)飽和流量[10]為1650pch/h，校正后的飽和流量ST為1373pch/h，則單車道的通行能力CAP為302pch/h。

表2 交叉口進(jìn)口道直行流量特性

根據(jù)上表當(dāng)前實(shí)際調(diào)查數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，無公交專用進(jìn)口道的情況下，交叉口車均延誤為46.48s/pcu，則人均延誤46.48s/人；有公交專用進(jìn)口道的情況下，社會(huì)車輛車均延誤為51.47s/pcu，公交車輛的車均延誤37.83s/pcu，綜合人均延誤為49.19s/人；無公交專用進(jìn)口道的情況下交叉口人均延誤較小，說明設(shè)置公交專用道反而會(huì)增加交叉口的人均延誤，因此不宜設(shè)置公交優(yōu)先專用進(jìn)口道。

圖1 交叉口設(shè)置公交專用道前后人均延誤對(duì)比

現(xiàn)針對(duì)不同的公交車數(shù)量，基于公交專用道設(shè)置與否兩種情況下的人均延誤模型，進(jìn)行仿真計(jì)算，結(jié)果如圖1所示，當(dāng)公交車數(shù)量較少，社會(huì)車輛流量比例較大時(shí)，設(shè)置公交專用進(jìn)口道對(duì)于交叉口人均延誤的減小并不是特別明顯，而當(dāng)公交車達(dá)到一定比例，每小時(shí)達(dá)到23輛以上，設(shè)置公交專用進(jìn)口道的交叉口綜合人均延誤將比未設(shè)置公交專用進(jìn)口道情況下的人均延誤小，雖然設(shè)置公交專用進(jìn)口道會(huì)占用社會(huì)車輛的道路空間資源，但提升了交叉口的整體運(yùn)行效益。

5.結(jié)論

(1)在交叉口有限的道路空間資源下，設(shè)置公交專用道，因公交車的載客人數(shù)較多，隨著公交車比例的逐漸增加，交叉口進(jìn)口道人均延誤逐漸減??；

(2)當(dāng)公交車比例較小時(shí)，設(shè)置公交專用進(jìn)口道的人均延誤較未設(shè)置公交專用進(jìn)口道時(shí)的人均延誤大，不宜設(shè)置公交專用道；

(3)當(dāng)公交車達(dá)到一定比例，設(shè)置公交專用道的人均延誤將小于未設(shè)置公交專用道情況下的人均延誤，此時(shí)在有限的道路空間資源下設(shè)置公交專用進(jìn)口道將提升交叉口運(yùn)行效益。