基于人均延误的交叉口公交专用进口道设置策略

2019-03-27,2

安顺学院学报 2019年1期

(1.安徽三联学院交通工程学院，安徽合肥230601) (2.国家车辆驾驶安全工程技术研究中心，安徽合肥230011)

公交优先作为能够缓解城市城市交通拥堵的重要手段，大量的研究学者对公交优先技术进行了诸多研究，邓瑞萍建立了绿灯延长和红灯缩短控制策略下的影响延误模型，针对公交车的不同发车频率分析其优先控制前后的车辆延误变化[1]；别一鸣等提出以各相位饱和度为约束，交叉口不发生拥堵情况下的单点主、被动有限优先的相关策略[2]；张鹏等考虑交叉口的信号配时和公交站台因素，提出公交优先车速引导方案，实现公交车不停车通过交叉口[3]；张秀侠等采用系统比较及层次分析方法，从总体发展水平、基础设施建设、公交服务水平、政策扶持四个角度构建了公交优先绩效评价的指标体系[4]；刘昱岗等以车辆延误和停车率最小为目标建立多目标规划配时模型，基于公交优先进行相位设计对传统配时方案改善[5]；崔笑川等以交叉口人均延误最小为目标，考虑公交专用道影响因素，利用延误偏差优度指数建立信号配时优化模型[6]；葛晓燕在保证公交优先的同时考虑了环境因素，分别以降低燃油消耗和车辆尾气排放为目标进行信号配时优化[7]；郭海锋等以公交车平均等待时间最小为目标构建函数，减少非执行相位增加的延误，提高执行相位公交的优先通行率[8]；朱晓宁等建立了多路公交优先交叉口配时优化的双层规划模型，均衡非优先相位的损失，降低交叉口及下游公交站台的乘客延误[9]。上述研究中，主要是在信号控制交叉口公交优先主要集中在有公交路权优先情况下，对公交在通过交叉口时进行时间方面的优先研究，而对于公交专用道的设置与否，及公交空间优先方面的效益研究较少。

文章在韦伯斯特信号配时公式的基础上，将人均延误作为交叉口效益评价指标，针对信号控制交叉口，分别建立了无公交专用进口道和有公交专用进口道两种情况下的交叉口人均延误模型，并对两种情况的人均延误进行对比分析，在此基础上制定交叉口公交专用进口道的设置策略，为交通管理者进行公交专用道的设置与否提供决策依据。

1.交叉口公交优先专用进口道设置条件

城市道路中，交叉口大多是固定信号控制十字形式，公交优先也主要应用于此类交叉口中，具有很强的代表性，因此在研究过程中，研究对象是十字形交叉口，信号配时方案为固定信号周期与相位，公交车线路直线通过交叉口，公交车的通行权与交叉口直行车辆的相位配时相同，公交优先专用进口道为路中形式。

假设交叉口进口道现状直行车道数为N，有空间条件来设置公交专用进口道，总车辆数为q，各直行车道的车辆到达类型随机，即各车道车辆数与车型比例相同，则各直行车道的车均延误也相同，结合《城市道路设计规范(037CJJ-2012)》与《公路工程技术标准(JTGB01-2014)》中的中的车型比例划分，交叉口进口道进口道各车型的比例、当量换算系数、平均载客人数见表1。

表1 各车型比例、当量换算系数、平均载客人数

2 交叉口人均延误模型

2.1 无公交专用进口道人均延误模型

在2010年发行的美国通行能力手册中，对于现有交叉口，其进口道各车道的车均延误由两部分组成，分别是均匀延误和随机延误，均匀延误是指进口道车辆均匀到达所产生的均匀延误，随机延误是指进口道车辆随机到达并引起超饱和周期所产生的延误。当交叉口进口道无公交专用道时，根据前面假设，各直行车道的车辆到达类型随机，即各车道车辆数与车型比例相同，则各直行车道的车均延误也相同，车均延误如下：

d0=d01+d02

(1)

式中：d0为交叉口进口道无公交专用道时各车道车均信控延误，s/pcu；d01为交叉口进口道无公交专用道时的均匀延误，s/pcu；d02为交叉口进口道无公交专用道时的随机附加延误，s/pcu。

(2)

(3)

式中：为周期时长，s；λ为所计算车道的绿信比；x为所计算方向的饱和度；CAP为常规相位下所计算方向的通行能力，pcu/h；T为分析时段的持续时长，h，取0.25h；e为单个交叉口信号控制类型校正系数，定时信号取e=0.5；x0为交叉口进口道无公交专用道时的饱和度。

2.2 有公交专用进口道人均延误模型

对于设置了公交专用道的交叉口，需对公交专用车道和社会车辆车道的车均延误分别进行建模计算，最终要按各自的交通量比例和载客数加权得出整个进口道的人均延误。

(1)社会车辆车均延误为：

ds=ds1+ds2

(4)

式中：ds为交叉口进口道有公交专用道时社会车辆车均信控延误，s/pcu；ds1为交叉口进口道有公交专用道时社会车辆的均匀延误，s/pcu；ds2为交叉口进口道有公交专用道时的社会车辆的随机附加延误，s/pcu。

(5)

(6)

式中：xs为交叉口进口道有公交专用道时社会车辆的饱和度，其他字母含义与前文相同。

(2)公交车辆的车均延误为：

db=db1+db2

(7)

式中：db为交叉口进口道有公交专用道时公交车车均信控延误，s/pcu；db1为交叉口进口道有公交专用道时公交车的均匀延误，s/pcu；db2为交叉口进口道有公交专用道时的公交车的随机附加延误，s/pcu。

(8)

(9)

式中：xb为交叉口进口道有公交专用道时公交车的饱和度，其他字母含义与前文相同。

(3)进口道综合人均延误为：

(10)

式中：字母含义与前文相同。

3 交叉口公交专用进口道设置策略

结合上述两种情况下的人均延误模型及相关公式，建立两种延误相等情况下的联立模型，可通过模型求出两种延误相等情况下公交专用道时公交车的饱和度临界值xb，模型如下：

(11)

式中：字母含义与前文相同。

4.实例应用

以国内一典型四相位十字交叉路口实际调研数据为例，右转不设专用相位(即车辆右转不受信号控制)，选取其东西方向进口道进行分析，有两条公交线路且都直行通过交叉口，公交车平均发车间隔15min，该方向直行车道数N为4条，车道宽度大于3米，道路无纵坡，无自行车影响，统计小时的车辆数q为527辆/h，当量总交通量Q为618当量，其中各车型比例、数量、当量换算系数与平均载客人数见表2，可知大车率为0.168，信号周期C为122s，直行相位绿信比λ为0.22，一条直行车道的标准饱和流量[10]为1650pch/h，校正后的饱和流量ST为1373pch/h，则单车道的通行能力CAP为302pch/h。

表2 交叉口进口道直行流量特性

根据上表当前实际调查数据进行计算，无公交专用进口道的情况下，交叉口车均延误为46.48s/pcu，则人均延误46.48s/人；有公交专用进口道的情况下，社会车辆车均延误为51.47s/pcu，公交车辆的车均延误37.83s/pcu，综合人均延误为49.19s/人；无公交专用进口道的情况下交叉口人均延误较小，说明设置公交专用道反而会增加交叉口的人均延误，因此不宜设置公交优先专用进口道。

图1 交叉口设置公交专用道前后人均延误对比

现针对不同的公交车数量，基于公交专用道设置与否两种情况下的人均延误模型，进行仿真计算，结果如图1所示，当公交车数量较少，社会车辆流量比例较大时，设置公交专用进口道对于交叉口人均延误的减小并不是特别明显，而当公交车达到一定比例，每小时达到23辆以上，设置公交专用进口道的交叉口综合人均延误将比未设置公交专用进口道情况下的人均延误小，虽然设置公交专用进口道会占用社会车辆的道路空间资源，但提升了交叉口的整体运行效益。