考虑下游停靠站影响的交叉口公交优先信号控制优化研究★

陈悦新 王业明 曹 伟

(1.南通理工学院，江苏 南通 226002； 2.海安市交通运输局，江苏 南通 226600)

0 引言

目前的研究在交叉口信号控制优化方面已取得一些成果，Christofa将乘客总延误作为优化目标，建立MINLP模型。Li等人针对乘客延误和延误离散程度，制定信号协调控制方法对交叉口信号配时进行优化。与此同时，越来越多的学者开始研究下游公交停靠站与交叉口之间的相互影响。Gu等人研究设置在交叉口下游的停靠站更容易减少公交车的延误。Li等人利用绿灯延长、红灯早断、插入相位等公交优先策略对公交停靠站影响下交叉口公交优先信号配时方案进行优化。

本文将在前人研究基础上，构建考虑停靠站影响的交叉口公交优先绿灯延长时间计算模型，并制定配时优化方案。

1 优化建模

选取乘客出行总延误作为优化控制指标(饱和度x≤0.9)，考虑运行时刻表影响下的停靠站对乘客延误离散分析，构建交叉口优化模型。

(1)

其中，ddi为交叉口乘客出行延误，s；dds为下游公交停靠站乘客出行总延误，s；Δdds为下游公交停靠站处乘客延误离散差值，s。

1.1 交叉口乘客出行延误分析

结合交叉口机动车和公交车流量及载客数，计算交叉口乘客出行延误，如式(2)所示。

(2)

当交叉口饱和度较低时采用的Webster公式计算交叉口车辆延误公式如式(3)所示。

(3)

当交叉口饱和度较大接近饱和状态时采用HCM计算车均延误的公式。

(4)

其中，d1为均匀延误，s/pcu；d2为随机附加延误，s/pcu；CAPj为交叉口各车道通行能力，pcu/h；T为分析时段持续时长，s；e为交叉口信号控制校正系数。

1.2 停靠站乘客出行延误分析

在公交停靠站产生的乘客出行延误主要包括在公交停靠站候车产生的延误和公交到站后车内乘客等待候车乘客上车过程产生的延误。

1)停靠站乘客延误分析。

乘客在公交停靠站等待乘客到达过程以及公交到站后乘客上车过程如图1所示。图1中O点为前一辆公交车离开公交停靠站的时刻，A点为公交车辆到达公交停靠站的时刻，B点为公交车辆在停靠站完成乘客上下客服务离开的时刻，h(t)为乘客到站时间人数分布函数，f(t)为公交车辆到站后停靠站乘客上客人数时间分布函数，td为停靠站候车乘客上车时间，图1中的tf为同一条公交路线前后两班公交车离开公交停靠站时间间隔。

候车乘客在公交停靠站产生的延误即为图1阴影部分，其计算公式如式(5)所示。

(5)

假设单位时间内乘客到达公交停靠站候车且公交车到达停靠站后的乘客上车过程均服从均匀分布，单位时间公交停靠站处等待公交车辆到达的乘客等待延误(包括所有乘客等待所有公交线路的延误)如式(6)所示。

(6)

2)车内乘客延误分析。

单位时间内公交车辆停站后车内乘客的等待延误如式(7)所示。

(7)

2 停靠站对乘客延误离散分析

通过比较公交车辆按照时刻表的延误和公交车辆实际运行延误，可以得到公交车辆按照时刻表行驶产生的延误离散程度，如式(8)所示。

(8)

3 案例分析

选取南京市草场门大街—行健路交叉口2017年3月8日交通量进行现状调查，表1为实地调查所得交叉口现状交通流量。

表1 草场门大街—行健路交叉口现状交通流量

交叉口现状信号配时图如图2所示。

根据实际调查的草场门大街—行健路交叉口交通数据计算交叉口属于低饱和状态，且社会车辆未溢出，选择交叉口低饱和状态下的车均延误计算公式来实现公交优先控制，优化后的信号配时方案中相位1公交优先绿灯延长时间为7 s。将交通数据代入模型中，得到表2优化后的交叉口延误和停靠站延误。

3月8日的公交离散程度的差值如表3所示。

表2 乘客延误降低程度对比分析

表3 公交车辆运行延误离散程度表(2017.3.8) s

结合高峰期调查的草场门大街—行健路交叉口和龙江小区公交停靠站的交通特征参数，搭建仿真环境，对2017年3月8日交通特征数据进行VISSIM仿真。优化前后整个优化控制区域乘客出行总延误，如表4所示。

表4 草场门大街—行健路交叉口乘客延误对比分析 s

结合表4可知，交叉口社会车辆乘客延误和公交车辆乘客延误较优化后降低5.0%,10.1%，交叉口乘客总延误较优化后乘客出行延误降低6.5%，与模型计算结果类似，表明下游停靠站影响的交叉口公交优先信号配时模型具有适用性。

本文在前人研究交叉口公交信号优先的基础上，将停靠站对交叉口的影响考虑在内，建立了公交优先信号控制优化模型，为国内外学者及相关部门的研究做出了贡献，在以后的研究中将进一步研究交叉口的双向公交优先信号配时优化。