公交优先策略下城市交通交叉口信号配时方法研究

王　西

(吉林省社会科学院经济研究所，长春　130033)

公交优先策略下城市交通交叉口信号配时方法研究

王西

(吉林省社会科学院经济研究所，长春130033)

摘要：随着经济和社会的发展进步，我国城市化进程步伐加快，城市交通需求与土地资源供给之间的矛盾日益突出，交通拥堵问题严重影响人们的生活.公交优先是缓解城市交通拥堵的主要策略之一.本文以长春市以某交叉口为例进行了实证分析，得出改进后的交叉口公交优先信号配时方案，仿真结果表明，基于公交优先交叉口的信号配时方法是缓解交通拥堵问题的有效途径之一.

关键词：城市交通；公交优先；信号配时；相位设计

0引言

随着我国经济的快速发展和人民生活水平的提升，城镇化显著标志之一就是机动车数量激增.在我国，城市汽车的总保有量从2003年的2400万辆增加至2014年的近1.6亿辆，机动车保有量增长速度远远大于城市人口数量的上升速率，主要表现为城市人均机动车保有量迅速增加.城市发展中土地空间供应有限的严峻形势与城市居住人口密度不断增大带来的交通道路需求快速增加，已成为难以调和的矛盾.为了改善交通方面的车辆堵塞问题，我们需要在交通运输工具和交通管理方面入手，缓解城市发展中面临的交通瓶颈问题.公共交通拥有的低成本、低人均道路面积、高效率、低污染等优势，可以大大缓解道路供应不足与大量汽车需求的不平衡状况，降低城市中的车辆堵塞，从而使相对有限的道路得到更有效的利用.

1公交优先与信号配时

我国现有的城市交通交叉口信号配时方案主要考虑的是车辆本身，具体说就是公交车与其他各种车辆具有同样的通过权利，一般不会以改变和破坏信号协调为前提.因此，现在一般交叉口的信号配时方案是基于最小总延时周期确定时间长度，然后根据相位车辆的流量比进行绿信比的划分.信号配时的设计阶段首要步骤是相位设计.交叉路口的一个车流或者多个车流在一个周期中获得通过路口的权利叫做信号相位，信号系统拥有多少相位信号取决于在一个周期内有几个信号相位[1].交叉角、交叉口、车道的宽度以及交叉口布局等构成了城市交通交叉口的构造，交叉口的相位设计主要受交叉口的结构分布、直行车流人流量、交通流量等的影响.

与社会乘用车辆相比，尤其在通过城市道路交叉口时，公共交通运营具有载客多高效率的特点.目前不同城市或同一城市内不同道路交叉口的结构差异较大，车流量的大小和通行车辆的类型也各有不同，因此传统的四相位信号控制已经无法满足大部分交叉口的交通需求，可根据交叉口面临的交通需求和特点在四相位信号控制的基础上对信号相位进行改进[2].

公交优先信号配时可以有效减少公交车的交通延误，减少运行时间，提高运行效率；同时公交优先信号配时方案允许在交叉口的公交车站减少公交车数量，以保证行驶稳定性，提高行驶的安全性.公共交通的方便性和快捷性，不仅使城市交通拥堵现象得到了一定的缓解，而且城市道路服务水平和通行能力也得到了改善.方案的有效实施将引导乘客更自觉地选择公交出行，从而使公交车和其他社会车辆在城市交通结构分配中更加合理.不仅如此，公共交通对环境保护和节约土地面积、建设能源节约型城市也有积极意义，符合可持续发展的政策.

2交叉路口信号配时方案改进前后对比分析

本文以长春市人民大街与自由大路交叉口为例.该路口是非常典型的两主干道相交的规则的十字形交叉口，根据该交叉口机动车、非机动车在早7∶30—8∶30，午11∶30—12∶00两个时段的实际交通流量数据，对交叉口信号配时方案改进前后进行对比分析.

2.1　考虑车辆延误的一般性交叉口信号配时

交通信号定时控制方法是基于给定的历史数据时间记录，采用适当的信号控制参数优化方法计算出每个流量，然后集中作用于该交叉口信号的管理数据，从而调节交通流量[3].定时控制稳定可靠，易于交叉口信号协调相邻的改变，适用于交通量变化有规律可循且交通量大(甚至接近饱和)的路口.

信号周期时长的计算式为：

(1)

一般C的取值范围在80s~180s之间.

L是交叉路口的计算中的信号总损失时间,依据下式算出：

(2)

式中：Ls为启动损失时间，需要亲自测量；I为绿灯间隔时间，s；A为黄灯时长,可定为3s；k为一个相位周期内绿灯间隔数目.

Y为流量比总和，按式(3)计算.

(3)

式中：n为一个信号相位周期内的相位个数；yn，yn′为第n个相位的流量比；q为进口道车流量,pcu/h；S为进口车道饱和流量,pcu/h.

如果Y值大于0.9，那么就必须重新进行设计.绿信比与通过该相位时车流量最大的车道基本成正比,即:

(4)

根据式(4)计算结果确定最终配时方案.

2.2　公交优先配时优化策略

采用主动优先策略常用三种方法：绿灯延长、红灯早断和相位插入.

绿灯延长是一种常用于公交优先策略，其工作原理是先确定申请的优先级公交车到达时间和停止线之间的时间差，然后确定时间差的大小和剩余绿灯时间.如果小于常值，根据公交优先申请来延长时间以便调整绿色显示对应时间的相位；如果超过授予扩展时间，则信号的配时计划不变；红灯早断是提前切断红灯信号，同时打开绿灯信号，公交前一个相位的最小绿灯时间是实施红灯早断方案的关键参数，需要确保公交车线路车辆的相位可在最小绿灯时间内疏散完成，以避免二次停车；相位插入是指在正常信号相位的交叉口，当公交车到达时红灯时间较长且在下一阶段仍然无法通过，就需要通过插入特定相位，允许公交车的相位插入到当前相位和下一相位之间优先通过.

2.3　交叉口信号配时的改进方案

信号配时指标的优化一般在相位确定之后，在设计公交专用道的基础上经计算确定最佳方案，使交叉路口车辆通行更加顺畅，提高通行效率.实例说明交叉口公交优先的信号配时设计采用上文提出的基于公交优先的信号配时模型为：

(5)

实用信号周期也可用实际交通量和通行能力与饱和限度乘积的比值确定.在交叉口的信号配时方案计算中，计算周期时长有两种方法，分别为最佳周期时长的计算和使用周期时长的计算.选择哪种计算方法可以根据具体情况而定[4-5].

在实际计算和设计时通常两种方法都使用，然后取计算结果的中间数值，当然C还是要符合最初的要求 80s≤C≤180s.但是，在计算人民大街与自由大路交叉口时，因缺少通行能力实测数据，以及在周期时长不确定的情况下无法确定绿信比之和，因此得出实用信号周期较长.根据长周期的取值规则，最终结果为154s，其中，第一相位东西直行绿灯时间为47s，第二相位东西左转绿灯时间为28s，第三相位南北直行绿灯时间为47s，第四相位南北左转绿灯时间为24s.

3优化结果分析

本文使用VISSIM软件来实现交通仿真，并给出基于仿真的关于社会车辆的延误和公交车辆的延误对比评价结果.表1是未采取公交优先信号配时的延误；表2是实施公交优先优化后社会车辆和公交车辆的延误.

表1 普通交叉口延误状况　(s)

表2 优化后交叉口延误情况　(s)

从表1和表2可以看出，采用新方案后总延误相比原方案更小，但是车均延误几乎没有变化.交叉口实施公交优先后，自由大路东西进口道公交延误明显减小，虽然社会车辆延误有小幅度增加，但是公交优先的基本目的已经实现，从而使自由大路方向的公交延误减小.由于人民大街设有公交专用道，所以公交优先的信号优化方案对人民大街方向的影响并不大.

4结语

交通信号的配时设计是交通渠化设计中的重要环节.本文在已有理论研究的基础上，针对某省会城市交通交叉口进行了相位配时计算，并运用VISSIM仿真对优化前后的方案进行对比分析.由于本文交叉口选取较少，不足以代表所有路口的情况，今后将进一步研究多个城市交叉口信号配时问题，找出演进规律，在合理设置相序和配时的同时，为相关职能部门制定、完善和提高信号交叉口通行效率及安全性的有效措施提供参考.

参考文献

[1] 林杨.基于公交优先的交叉口信号控制及仿真研究[D].大连：大连理工大学，2009.

[2] 尤永.基于GPS的BRT公交优先控制系统研究与设计[D].重庆：重庆大学，2009.

[3] 袁野.基于交叉口公交信号优先控制方法研究[D].长春：吉林大学，2014.

[4] 杨明，苏标.基于绿色交通优先的信号配时优化模型[J].系统工程，2013，31(8)：65-71.

[5] 王宁，张利国，陈阳舟.基于信号优先和滞站调度的BRT组合控制策略[J].交通运输系统工程与信息，2011，11(3)：144-150.

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本刊编辑部

Research on the Method of Signal Timing of Urban Traffic Intersection under the Bus Priority Strategy

WANG Xi

(InstituteofEconomicResearch，JilinAcademyofSocialSciences，Changchun，China130033)

Abstract：With the development of economy and society,the urbanization process of China is speeding up,the contradiction between urban traffic demand and land resources supply is becoming increasingly prominent,the traffic jam problem seriously affects people’s life.Bus priority is one of the main strategies to ease urban traffic congestion.Taking Changchun city as an example,this paper makes an empirical analysis,and obtains the improvement of bus priority signal timing scheme.The simulation results show that the method of signal timing based on bus priority intersection is one of the effective ways to alleviate traffic congestion.

Keywords:urban traffic；bus priority；signal timing；phase design

中图分类号：U 491

文献标志码：A

文章编号：2095-8919(2015)06-0022-04

作者简介：王西(1977~)，女，吉林省长春市人，助理研究员.

收稿日期：2015-05-12.