一种新型交通组织方式实现饱和路口公交优先的探讨

2014-09-26叶远春郭沛亮

城市道桥与防洪 2014年6期

叶远春，郭沛亮

(北京市市政工程设计研究总院有限公司,北京市 100082)

0 引言

随着我国经济和社会的快速发展，城市化进程逐渐加快，交通需求急剧上升，城市交通面对的压力越来越大，大多城市都出现了不同程度的交通拥堵问题。我国各大城市管理者为解决这一问题，积极实施“公交优先”战略，公交优先（public transportation first）是城市交通的一种组织方式。

公交专用道是目前应用较广、投资较少、见效较快的一种公交优先措施。北京、上海、广州等大中城市都相继在城区主要道路上开辟公交专用道，取得一定效果。然而这些城市公交专用道的整体效率提升并不是十分显著，究其原因除了一些系统性的问题外，平交口通行效率低下是重要的原因之一。对于原已饱和的平交口，如采用常规公交优先的策略，路口通行能力必然下降，导致交通拥堵甚至瘫痪。如路口不能实现公交车辆优先通行，那么公交车在交叉路口的延误将远大于路段延误，就很难实现真正意义上的公交优先。

基于以上背景，本文尝试重新设计路口交通组织方式，实现饱和路口的公交优先，同时不减少路口的通行水平。其方案的推广将有着重要的现实意义。

1 平交口公交优先概述

平交口公交优先包括两个方面，即空间优先和时间优先。“空间优先”是指在公交车辆通行时给予空间上的优先权，如在路口设置公交专用道。“时间优先”是指在交叉路口给公交车辆提供优先通行的信号[1]。

1.1 空间优先

空间优先是设置专门的公交车道，实现公交的专用路权。空间优先由路段公交优先及路口公交优先两部分构成。

路段公交优先基本上可以分为两类，即路中式公交专用道和路侧式公交专用道。路中式公交专用道将公交专用道设置在路段中央，相对独立性较高，运行速度较快，常为快速公交首选方式，常规公交专用道一般不采用这一方式。路侧式公交专用道将公交专用道设置在路段的两侧，占用道路资源少，易于实施。由于公交车站一般设置在城区道路两侧，站点分布较密[2]，所以各大城市普遍采用路侧式公交专用道，因此本文路口空间优先基于路侧式公交专用道进行探讨。

路口优先根据车道功能划分为4种：单左公交专用道（路中）、直左公交专用道（路中）、单直公交专用道（路侧）和直左公交专用道（路侧）。

1.1.1 单左公交专用道（路中）

适用条件：公交车左转车流量占绝对多数，直行车很少。

优点：设置简单，符合驾驶习惯，易于交通管理。

缺点：通行能力有限，直行公交不能优先，禁停区交织对交通影响较大。

1.1.2 直左公交专用道（路中）

适用条件：直行车流量较小，左转流量较大，直左信号。

优点：设置简单，符合驾驶习惯，易于交通管理，兼顾直行左转公交。

缺点：通行能力有限，交织段对社会车有一定影响。

1.1.3 单直公交专用道（路侧）

适用条件：公交车直行车流量占绝对多数，左转车很小可不考虑。

优点：设置简单，符合驾驶习惯，易于交通管理。

缺点：通行能力较小，左转公交不能优先。

1.1.4 直左公交专用道（路侧）

适用条件：公交车直行车流量较大，左转车较小。

优点：设置简单，易于交通管理。

缺点：需要公交专用直左信号，明显降低社会车通行能力。

1.2 时间优先[1]

时间优先根据优先机理可分为三类，被动优先、主动优先和预信号优先。

1.2.1 被动优先

被动优先控制策略主要是通过固定信号配时来减少公交车在信号交叉口的延误，主要包含调整信号交叉口的绿信比，缩短信号周期，压缩相位时间等。

被动优先对公交车延误和通行能力改善明显，但是对交叉口社会车辆的通行能力和延误影响较大。

1.2.2 主动优先

主动优先信号通过适时地、动态地调整信号设置，其应用较多的包括延长绿灯时间、缩短红灯时间。

主动优先的实际应用不多，一般仅用于对公交车延误控制要求较高的路口。

1.2.3 预信号优先

预信号优先是指同时设置主信号和预信号，通过协调主信号与预信号实现公交优先。一般当信号交叉口的主信号还为绿灯时，预信号提前红灯，此时预信号车道上的社会车辆在预信号停车线前停止，候驶区清空；当主信号为红灯时，通过预信号控制，公交车辆优先进人候驶区排队。

1.2.4 适用性分析

不同交通情况的交叉口宜采用不同的时间优先策略。

交通负荷很小的平交口（负荷度0.5以下）可采用主动优先方式。在公交车进入路口范围时，自动调整为绿灯信号。由于路段社会车流量不大，对其影响是可接受的。

负荷较大的平交口（负荷度0.5～0.8）可通过被动优先减少公交车在信号交叉口的延误，调整公交线路集中车道有效绿灯时间，或缩短信号周期。该方法宜在现有信号配时基础上进行微调，否则对现况社会交通影响过大。

饱和平交口（负荷度0.8以上）可采用预信号优先方式。饱和平交口公交优先必须空间优先和时间优先相结合。只单一的空间优先，进口车道数减少，社会车辆通行能力受影响，只有结合预信号优先才能解决公交优先对社会车辆通行能力影响过大的问题。

本文通过深入研究预信号优先，在不降低社会车辆通行能力和不增加其延误的前提下，提出一种新型交通组织方式，实现路口公交优先。

2 新型交通组织方案

2.1 总体思路

预信号控制的核心思想就是建立一个由主信号和预信号联控机制，主信号配时和候驶区容量决定整个进口道的通行能力，预信号保障公交车优先进入候驶区。

保障交叉口通行能力不降低和交通延误不增加，需要满足3个条件：信号周期基本不变，公交专用进口道绿信比不变和候驶区容量充足。

如果原路口各相位配时合理，候驶区长度可由相位绿灯时间确定。充分挖掘路口富余空间，候驶区深入路口，可减少候驶区对路段空间占用，也可减少车辆通过路口时间。为便于候驶区清空，信号配时应调整为标准四相位，且同一方向直左位于同一相位。

通行能力为绿灯时间内的车辆通过量，预信号设置合理可保证所有绿灯时间均得到充分利用，即通行能力基本不减少。

公交车路口延误显著减少，各绿灯时间公交车均可最先驶离。

2.2 关键点设计

预信号优先成功与否的关键点为公交车候驶区、信号配时（包括主信号和预信号）、社会右转车辆处理，其中公交车候驶区和信号配时两者相互影响。

2.2.1 公交车候驶区

路口公交专用道可供直行和左转公交车使用，以便绿灯信号相位时直行和左转公交车能同时放行。借鉴路口左弯待转区交通组织思路，本文重新设计路口空间交通组织方式，将候驶区设置在路口范围内，只避开上一信号相位左转车辆行驶路线，形成扇形区域，如图1所示。

图1 交叉口公交优先空间布置图

候驶区长度可由每个信号周期红灯时间公交车到达数确定，包括两部分公交车排队长度和公交车换到进入候驶区的过渡段长度。假设公交车排队车辆数N，公交车平均长度Lc，车辆安全距离1.5 m，车辆换道过渡段长度Lh，当变换2车道时，Lh取15 m；当变换3车道时，Lh取30 m；当变换4车道时，Lh取 40 m[3]。

公交车候驶区长度：L=N×（Lc+1.5）+Lh，式中L取左转和直行公交车候驶区较长的。

2.2.2 信号配时

信号周期和各车道信号绿信比不变，主信号绿灯时间也就不变。为保障新型交通组织方式实现，需要将信号周期调整为标准四相位，且各相位须顺时针变化，如图2所示。

图2 信号相位示意图

预信号公交车绿灯时间由每个信号周期到达公交车辆数决定，其随上一相位主信号放行时变绿。这里为便于表示，假设某相位预信号公交车绿灯时间和上一相位主信号绿灯时间相同。

为保障公交车候驶区完全清空，预信号社会车辆绿灯信号需要比主信号先绿，根据两信号间的距离计算确定。

路口行人及非机动车辆可利用各相位的时间采用二次过街的方式组织。

2.2.3 社会右转车辆处理

为避免右转社会车辆和公交车相互干扰，设置禁停车区域，该区域起始于路口拓宽过渡段起点，长度最大为过渡段长度。

2.3 工程应用模型分析

2.3.1 工程简介

某南方城市设置“五纵五横”公交专用道路网，难点为如何实现其中饱和路口公交优先，这也是保障公交专用道网整体效率的关键点。

以其中一个路口为例，根据调查，该路口各进口道都为5车道，2左转车道和3直行车道；路口公交车排队车辆数3，公交车平均长度9 m，公交车候驶区长度为70.5m；路口车辆禁停区长为30m，如图3所示。

图3 交叉口交通组织示意图

2.3.2 模型评估（见图4）

图4 Vissim仿真

本文基于vissim仿真软件进行评估，信号配时和交通参数采用2013年5月15日早高峰实测数据。信号周期为210 S，其中东西向绿灯时间各位45 S，南北向绿灯时间为60 S。按照新型交通组织该饱和路口，信号配时各方向主信号绿灯时间不变，预信号公交车绿灯时间为60 S，预信号社会车辆先红时间为5 S。

仿真评估结果表明，在该路口，早高峰2 h内公交车交通延误降低了12%，社会车辆交通延误增加了3%，交叉口整体延误基本不变。