左转公交进口道的资源有效性分析

李 凤，汪 健

（1.交通运输部管理干部学院，北京 101601；2.交通运输部科学研究院，北京 100029）

左转公交进口道的资源有效性分析

李 凤1，汪 健2

（1.交通运输部管理干部学院，北京 101601；2.交通运输部科学研究院，北京 100029）

为尽可能减少左转公交车换道行为的干扰，最小化进口道延误，提出一种将社会车辆右转车道供左转公交车使用的车道设计方法，使右转车道既满足社会车流右转行为，又可为左转公交车提供车道资源。详细分析了这种新型左转公交进口道对交叉口社会车辆延误、公交车辆延误和交叉口安全性等方面的影响，提出了该方法的适用条件，为公交优先政策的道路设计研究提供了理论依据和技术支持。

公交优先；换道行为；左转公交；资源有效性

1 前言

城市公共交通具有运量大、人均占道少、相对环境污染小等优点，是城市交通的骨干和支柱。大力发展公共交通已成为解决城市交通问题的共识。但是随着国内经济的迅猛发展，小汽车数量也在急速上升，为小汽车提供高效便捷出行环境的呼声也在高涨。因此，公交车与小汽车在道路使用权上的分配成为考验政府管理水平的重要表现。本文研究公交车与社会车辆在道路空间资源上的分配方法。现有公交车与社会车辆在空间资源分配上的难点主要表现为：公交专用道的实施导致社会车辆的道路资源减少；非港湾式公交站点的采用导致路侧道路资源被占；交叉口进口道没有设计公交专用进口道，导致公交车在接近交叉口时频繁换道，增加车辆延误。最后一种情况中对车流影响最大的应属于左转公交车流。因为左转公交车的上游公交站点如果位于路侧，要在交叉口左转就必须驶入位于路中的左转专用车道，这样公交车从最右车道到最左车道，就需要进行多次换道行为。而由于公交车本身的车身长，速度缓慢而且反应迟缓的特性，容易导致其换道行为对多条车道社会车辆产生严重干扰，造成公交车和社会车流延误急剧增大。因此，本文提出一种新的公交专用进口道设计方法，通过减少左转公交车的换道次数，减少交叉口的车辆延误。

2 目前现状

国内外对交叉口公交专用进口道的研究还比较少，原因主要有2个。一是受公交车到达随机性和流量影响，设计公交专用进口道容易造成有限的进口道资源，更加无法满足需求；二是交叉口进口道内的社会车流行驶速度与公交车接近，两股车流在通过交叉口并不会相互影响车速，设计独立的公交专用进口道将两股车流分开，但意义不大。因此，目前对于公交专用进口道的研究主要体现在特殊信号配时下的设计以及设计公交专用进口道的效益分析。如邵俊[1]、王元庆[2]、薛原[3]等人通过分析信号设置、延误和通行能力计算、社会车辆在预先信号停车线处的排队长度计算，研究了在预信号控制方式下的锯齿形公交进口道的尺寸设计、进口道主信号与预信号协调配时方案等。周扬[4]等人运用延误三角形及其相关理论建立延误模型，推导人均延误函数，建立设计公交专用进口道的公交优先单点定时控制优化算法。

在道路设计以及公交专用进口道效益分析上，王凌琳[5]分析了沿路内侧和沿路中间机动车道两种情况下设计公交专用进口道的设置形式和适应性，并给出了直行、左转和右转3类交叉口公交进口道的道路设计方法。邱丰[6]等人在对混行公交进口道长度组成要素分析基础上，建立了交织段最小长度模型，提出了直行、混行和左转进口车道排队长度计算方法，并分析了不同设计流量和交通流组成下的混行公交进口道设计长度。赵靖[7]等人通过分析各种实测饱和车头时距，提出考虑公共汽车形成车队行驶影响的交叉口进口道通行能力大车修正，并提出有、无公交专用进口道下的社会车辆、公交车辆和车道组的通行能力计算模型。

在对左转公交专用进口道的研究上，季彦婕[8]等人研究在路段已有公交专用道的条件下，在信号交叉口设计左转公交专用进口道的方法及适应性分析，并提出了左转公交专用进口道的设计条件。在这一研究中，有一基本前提是公交专用道是路中型，而路中型公交专用道由于靠近进口道的左转车道，对社会车流的干扰较少，车辆延误不会急剧增加。本文主要针对现有大多数道路的公交车站点在路侧、而且路段不一定要有公交专用道的情况。当公交站点位于路侧，左转公交车辆汇入左转车道才会产生很大的干扰，造成延误激增。因此有必要对路侧公交站点的左转公交车辆在驶离交叉口这一过程中造成的影响以及相应的道路设计和信号配时方法进行研究。

3 基于整合资源的设计思路

3.1 影响因素

随着道路设计理论的发展，一条道路多种用途的理念开始逐步发展并得到应用，例如可变车道，通过交通需求预测，可变车道在某一时段为左转车辆使用，另一时段可为直行车辆使用；例如公交专用道的时段设置，高峰期间公交专用道只能公交车使用，其他时段所有车辆都可以使用；还有进口道设有多条左转车道时，一些直行车辆在红灯期间会占用一条左转车道。绿灯开启后，前方直行车辆驶离交叉口，该车道又属于左转车辆使用，并不妨碍该车道作为左转专用车道的使用效率。可以看出，在一些特定情况下，当一条道路服务两股不同车流时，不仅不会产生延误，反而实现了道路资源的充分利用，有利于车流通行。因此本文提出将位于路侧的右转车道可以同时服务右转车流和左转公交车流，即右转车道既可为社会车辆进行右转行为，也可为公交车进行左转行为，因此将此右转车道定义为“左转公交进口道”，如图1所示。

图1 左转公交合并车道渠化图

左转公交进口道的设计方法主要考虑以下因素：

（1）减少路段上公交车与社会车辆间冲突，提高道路安全性，降低交通事故发生的概率；

（2）减少社会车辆因公交车干扰产生的延误，使社会车辆运行顺畅；

（3）减少公交车换道次数及等待社会车辆空挡才能换道的延误，提高公交车运行效率。

3.2 影响分析

左转公交进口道的设计将最大程度减少公交车换道次数和社会车辆的车辆延误，但这种设计方法也会带来一些影响：

（1）影响右转车辆的正常通行，增加右转车辆延误。当进口道无公交车时，该车道是右转车道，当该车道有公交车时，右转车必须在左转公交车通过交叉口后才能通过交叉口。右转车辆的一部分车辆产生的延误与左转相位的延误相同。

（2）左转公交车流可能与对向左转车流产生冲突。公交车从入口进口道的最右侧进入交叉口，公交车驶出交叉口一般对应的是路侧路段，公交车经过交叉口的转变半径要比在左转车道经过交叉口的大得多，如图2所示。这种情况，如果对向左转车流量大，两股车流可能存在交叉或冲突。因此在设计该左转公交车进口道时，应尽量利用靠内侧的右转车道。或者在交叉口内规划左转公交车流行驶路线的示意图，避免交叉口内左转车流发生冲突和摩擦。

图2 双向左转车流冲突示意图

（3）增加了公交车通过交叉口的时间。公交车从右侧车道通过交叉口的行驶距离，相比在左转车道通过要增大很多，而且由于公交车的车速比较缓慢，在交叉口内行驶时间至少要增加2-3s，因此该道路设计方法要求交叉口信号配时参数的全红时间必须增大，才能保障公交车流不会与后续车流发生冲突。

3.3 交叉口渠化效果

基于以上的左转公交车进口道的影响分析，在设计左转公交车进口道时必须考虑左转公交车流的行驶路线，得出左转公交车进口道的渠化效果如图1所示。

3.4 信号配时设计

本论文主要研究左转公交车进口道的信号配时设计方法，其他相位信号配时方案按流量分配原理计算不发生改变。

（1）左转相位损失时间的设计。左转相位损失时间tL是指由于交通安全及车流运行特性等原因，在相位可以通行的时间段内没有交通流运行或未被充分利用的时间，由前损失时间和后损失时间两部分组成。即：

前损失时间tfl是指绿灯初期，由于排队车辆需要起动加速、驶出率较低所造成的损失时间。在绿灯初期车流量由小变大，由零逐渐上升到最大放行车流率过程中所需的时间。

其中：vb—公交车路段上的平均车速，单位为m s；

ab—公交车的加速度，单位为m s2。

后损失时间tbl是指绿灯时间结束后，黄灯期间停车线后的部分车辆已不许越过停车线所造成的损失时间。也就是驾驶员看到黄灯需要的反应时间以及采取刹车行为的制动时间，即：

其中：tr—驾驶员反应时间，单位为s；

ts—驾驶员采取刹车行为的制动时间，单位为s。

在驾驶员行为分析中，后损失时间一般取0.4-1.0s。

（2）左转相位黄灯时间的设计。黄灯时间ty应包括车辆看到黄灯通过交叉口的时间和一部分车辆未通过交叉口的时间，即后损失时间与后补偿时间之和，即

其中后补偿时间tbc是指绿灯时间结束时，黄灯初期已越过停车线的车辆可以继续通行所带来的补偿时间。

其中：La—与公交车相交方向的道路宽度，单位为m；Lb—公交车所在方向的道路宽度，单位为m。

（3）左转相位有效绿灯时间teg设计。

其中：tg—按社会车辆流量比分配的绿灯时间，单位为s。

4 延误评价模型建立

明确左转公交进口道设计方法后，有必要进行效益分析，明确该方法的适用条件。本文从运行效率和安全性两个方面进行效益分析。运行效率的分析指标是车辆延误，安全性指标主要是冲突点个数和冲突区域。

通过该方法的设计原理可知，设计左转公交进口道前，交叉口的社会车流与公交车之间存在严重干扰，但右转车流运行顺畅；设计左转公交进口道后，社会车流与公交车之间干扰基本消失，但右转车流产生一定延误。因此，本文通过对比设计左转公交进口道前后，不同流向社会车辆和公交车辆的延误来分析其适用条件。

4.1 设计左转公交进口道前的车辆平均延误模型

路侧的左转公交车要驶入左转专用车道须采取换道行为。而换道行为的产生前提是路段车流必须出现大车头时距。所以必须确定路段上出现大车头时距的概率以及间隔时间。一旦公交车成功换入一条车道后，在等待相邻车道的车流出现大车头时距这段时间内，不仅本辆公交车会因等待产生延误，而且公交车占据车道的后方社会车流因车道受阻也会产生延误。

考虑交叉口车流行驶缓慢，大车头时距值应小于高速公路上所需换道车头时距，假定取值为6s。

设计左转公交进口道前，交叉口进口道的车辆平均延误主要是由公交车延误和社会车辆延误构成。假设路段流量服从负指数分布，则车头时距大于6s的概率是：

在1个小时内社会车流可提供公交车换道的车头间距个数N是：

公交车进行换道行为前的平均等待时间d1为

则公交车平均换道延误为

式中：qv—社会车流到达率，单位为veh/h；

db—公交车平均延误，单位为s；

dh—公交车换道所需时间，单位为s，本文取3s。

若公交车要换道n次，公交车产生的平均延误为

在公交车后方受阻的所有社会车辆在等待公交车驶离后才能通过该路段，相当于在等待公交换道等待时间db后再重新启动行驶，这一过程与信号交叉口某一相位的延误计算原理相同。因此，根据稳态延误理论：

可以计算社会车辆平均延误。由于路段上行驶没有周期的概念，此时周期相当于受阻时间加上排队车流消散完毕所需时间，即：

将公式（13）代入公式（12）中，可得社会车辆的平均延误时间为：

则由于公交车换道产生所有车辆的平均延误为：

4.2 设计左转公交进口道后车辆延误情况

设计左转公交进口道后，路段上公交车和社会车辆不会因为车道换道产生延误，与设计前相比可以忽略不计，但右转车辆延误会增加，即部分右转车辆与左转相位车流产生相同的相位延误。同理可根据公式（12）计算交叉口右转车道的延误。

5 资源有效性分析

5.1 道路流量与延误分析

设计左转公交进口道前后的延误，与社会车流量、右转车流量和公交车流量都密切相关。在不同交通状况下，延误值差别可能很大。因此本文通过类比代入法，分析社会车流、右转车流和公交车流的流量变化对车辆延误的影响，明确左转公交进口道是否能够实现道路资源的有效利用。

假设路段上有4车道，公交站点位于路侧车道，左转专用车道位于路中，则公交车换道次数为3。采用本文设计方法后，左转公交进口道位于最右侧右转车道上，无需换道，渠化如图2所示。按照公交车的发车频率测算，单条线路在高峰期间最高频率为每分钟发一辆车。在多个信号控制交叉口的影响下，可能会造成多辆公交车汇集到同一路口的情况，因此假设临界状态是一分钟内有3辆车到达某一路口，并将临界值作为公交车流量的最大值。则有左转公交车的到达流率qb在60-180veh/h内波动，路段上左转和直行车的流量在600-1 800veh/h间波动，右转车的流量在180-540veh/h波动，饱和流率为1 800veh/h。信号配时上，交叉口为四相位信号配时方案，周期为120s，左转相位红灯时间为100s。

将以上数据代入公式（12）和公式（15）中，得到设计左转公交进口道前后的车辆平均延误和右转车流平均延误。将延误与社会车辆流量、公交车流量和总流量进行一一对应，得到不同流向车流量与车辆平均延误之间的关系，如图3-图5所示。从图3看出，随着社会车流量的增加，如果没有设计左转公交进口道，车辆延误逐渐上升；设计左转公交进口道后，随着流量增大，延误一直保持在较低水平。图4看出，由于公交车流量较小，随着流量增大对车辆延误并没有产生很大影响。图5的车辆延误趋势与图3相似，都是随流量增大，设计前后的车辆延误差距逐渐加大。综上所述，设计左转公交进口道有利于整体交叉口延误的减小，最大化利用现有的道路资源。

5.2 安全性分析

根据图2显示的两股车流冲突情况，在设计左转公交进口道时，有以下几种冲突可能性：

（1）左转车流与直行车流造成的冲突。如果左转车流和直行车流同一相位，左转公交进口道在最右侧，则公交车流与同向直行车流、对向直行车流都存在冲突，且比原有设在左转专用车道下的冲突点增加了一倍，加剧了左转公交车流与其他车流的交织行为。因此该设计方法必须保证同向左转车流和直行车流分属不同相位，这与本文提出的设计思路并不矛盾，但可最大化减少冲突个数。

图3 设置前后随社会车流量变化的车均延误趋势图

图4 设置前后随公交流量变化的车均延误趋势图

图5 左转公交进口道设置前后随总流量变化的车均延误趋势图

（2）对向左转车流造成的冲突。如果双向左转公交车流都在路侧设计左转公交进口道，在左转相位绿灯启亮时，两股对向左转车流在交叉口内的运行轨迹会出现交织，增加交叉口的冲突，导致交叉口的安全性下降，易发生交通事故。要解决这一问题，必须分析双向左转公交车流的可能性，并尽可能避免双向都设计左转公交进口道。

（3）社会车流设置左转待停区造成的冲突。如果公交车对向的社会车流设置左转待停区，按照现有左转待停区设计理念，待停区是左转车道在交叉口的延伸区，长度接近交叉口双向两停车线间距一半，左转待停区的社会车流行驶路径可能与左转公交车流存在交织，会增加交叉口的冲突点1-2个，如图6所示。

图6 存在左转待停区下的冲突示意图

综上所述，不同的道路设计和信号配时方案对左转公交进口道设计方法会产生影响，交叉口冲突点个数可能增加5-7个。基于上述安全性分析，为减少冲突点个数，增强安全性，设计左转公交进口道时必须满足以下条件：

（1）左转车流与直行车流不能同一相位，避免增加交叉口直行车流与左转公交车流的冲突。

（2）同一相位只能对一股左转公交车流设置左转公交进口道。对于同一股公交车流，在交叉口去程是左转车流，回程就是右转车流，不存在同一股车流需要双向都设计左转公交进口道。因此该设计方法的前提之一是双向车流中只有一股左转公交车流。

（3）交叉口尽可能避免设置左转待停区。如果设置左转待停区，必须规划不与左转公交车流行驶路线相冲突的待停区域，避免两股车流的冲突。

6 结论

综上所述，将社会车辆右转车道供左转公交车使用的设计方法可以实现右转车道的右转行为，又避免左转公交车多次换道对其他车辆造成的干扰，极大减少进口道延误。考虑到该设计方法还存在一定的安全隐患，未来必须对其安全性进行深入分析，为该设计方法的实际应用和操作性研究奠定基础。

[1]邵俊,杨晓光,史春华.部分锯齿形公交优先进口道的交通设计与分析[J].同济大学学报,2001,29(10):1 175-1 180.

[2]王元庆,曾奕林.锯齿形公交优先进口道的设置方法[J].交通运输工程学报,2005,5(3):98-104.

[3]薛原.锯齿形公交优先进口道的设置与分析[J].公路交通科技(应用技术版),2008,(2):147-153.

[4]周扬,臧骁,许秀,等.基于公交专用进口道的交叉口信号配时优化设计研究[J].交通节能与环保,2012,(4):74-77.

[5]王凌琳.城市公交专用道设置方法及其适应性研究[J].中国市政工程,2010,(2):67-69.

[6]邱丰,李文权,贾晓欢.混行公交进口道长度设置[J].东南大学学报(自然科学版),2011,41(5):1 104-1 108.

[7]赵靖,杨晓光,白玉,等.公交专用进口道对信号控制交叉口通行能力的影响[J].城市交通,2008,6(5):74-79.

[8]季彦婕,邓卫,张卫华.信号交叉口左转公交专用进口道的设置方法[J].交通运输工程与信息学报,2005,3(2):51-56.

Analysis of Resource Effectiveness of Left-turning Bus Entrance Driveways

LiFeng1,Wang Jian2
(1.Ministry of Transportation Administrative Cadre College,Beijing 101601; 2.China Academy of Transportation Sciences,Beijing 100029,China)

In this paper,in order to minimize the interference of the left-turning buses when changing lanes and the delay at the entrance driveway,we designed the driveway so that the right-turning lane of the social vehicles could be used by the left-turning bus. However,this design may affect the signal timing,flow arrangement,function and safety of the driveway,etc.,so,after a detailed analysis of such influence,we pointed out the condition of application of this design and provided theoretical basis and technical support for the design of the bus-prioritized driveways.

bus-prioritized;lane changing behavior;left-turning bus;resource effectiveness

TU984.2;U469.13

A

1005-152X(2016)12-0063-06

10.3969/j.issn.1005-152X.2016.12.016

2016-05-30

国家社会科学基金青年项目（13CGL150）

李凤（1982-），女，副教授，研究方向：公交优先、交通管理。