基于PARAMICS仿真的城市双向四车道公交专用道设置影响研究

尚佳奇 孙永擘

摘要：公交专用道是在有限的城市道路资源情况下，进一步发掘道路运输潜力，提高公交运行速度、增强公交的吸引力，促进城市交通的绿色、可持续发展。但是城市公交专用道在有效实现公交优先的同时，进一步加深了社会车辆与有限道路资源之间的矛盾，尤其对于城市双向四车道道路，这种矛盾尤为突出。由于路段是道路的基本组成单元，本文通过Paramics仿真软件，建立设置公交专用道和不设置公交专用道两种情况下的双向四车道路段交通仿真模型，并对其进行仿真分析，分析在不同的交通量和公交车流量的各种交通状态下，设置公交专用道前后，其对路段公交车运行速度、社会车辆行程时间总延误及社会车辆运行速度三方面产生的影响进行研究分析。

Abstract： Under the condition of limited urban road resources， the bus lane is to further explore the potential of road transportation， increase the speed of public transportation， enhance the attractiveness of public transportation， and promote the green and sustainable development of urban transportation. However， while the urban bus lanes effectively realize public transportation priority， they further deepen the contradiction between social vehicles and limited road resources， especially for urban two-way four-lane roads， this contradiction is particularly prominent. Because the road section is the basic unit of the road， this article uses Paramics simulation software to establish a two-way four-lane road section traffic simulation model with and without bus lanes， and conduct a simulation analysis on it. Under various traffic conditions with different traffic volumes and bus flows， before and after the establishment of bus lanes， the impact on the road section bus speed， total delay of social vehicle travel time， and social vehicle speed is studied and analyzed.

關键词：Paramics仿真;公交专用道;双向四车道;公交车运行速度;行程时间总延误

Key words： Paramics simulation;bus lane;two-way four-lane;bus operating speed;total travel time delay

中图分类号：U491.51                                      文献标识码：A                                  文章编号：1006-4311（2020）23-0219-04

0  引言

公交专用道是公交优先系统的重要组成部分，公交专用道的设置能很好的协调路段公交车流与社会车流之间的关系，实现道路资源的有效利用，充分发挥道路运输潜力。一般的，设置公交专用道的路段，道路的物理条件必须满足一定的要求。一般选取路段机动车车道数双向六车道及以上的路段设置公交专用道，在路段上设置公交专用道后，会引起路段各个车道利用率的不均衡。但是，对于双向四车道的路段，如果设置公交专用道，仅剩下一条车道供社会车辆通行，从理论上来说是可行的，但是设置公交专用道后，路段一半以上的路权都属于公交车，而一般路段公交车占路段的流量的比例很少达到50%。在该种情况下，城市双向四车道设置公交专用道，一方面可能会导致社会车辆车道的过饱和，加剧路段的交通拥堵，另一方面公交专用道利用率却相对较低，无法真正的实现道路资源的有效利用。在郑州公交专用道的设计中，对于双向四车道，采用的是在特定的时间段（早晚高峰）内公交车辆优先使用的公交专用道，同时取消路口进口道的公交专用的设置，其在提升公交运行速度的同时，缓解社会车辆于道路资源之间的矛盾。但是，该种公交专用道的设计方案对双向四车道路段交通产生影响需要进一步的研究。因此，本文通过建立城市双向四车道路段设置公交专用道和不设置公交专用道的仿真模型，仿真在不同的路段交通量和公交车流量交通状态下，分析设置公交专用道给路段带来的交通影响进行研究分析。

1  交通影响分析评价指标

城市双向四车道设置公交专用道，其主要目的是提高公交车的运行速度，以缩短公交车运行时间来达到减少出行者出行时间的目的，从而增强公共交通的吸引力。但对于双向四车道有限的道路资源条件下，设置公交专用道必然会对本路段通行的其它车辆造成影响，而该影响主要体现在本路段车辆行程时间延误和行驶速度的变化。因此，本文选取公交车平均运行速度、社会车辆行程时间总延误、及社会车辆平均运行速度三个评价指标对双向四车道设置公交专用道产生的影响进行分析。

行程时间是指车辆在某种交通流特性下，完成从指定的从起点到终点的路程所需消耗的时间。对于设置公交专用道后，总行程时间延误越大，表明因公交专用道的设置，其他社会车辆所受到的延误就越大，经济效益的损失也就越大。社会车辆行程时间总延误：

2  仿真模型搭建

本文通过搭建城市双向四车道设置公交专用道路段模型，仿真评价相同的路段在不同交通量、公交车辆流量下设置公交专用道，对路段交通产生的影响进行对比分析。一般的，为平衡公交车、社会车辆与有限道路资源之间的矛盾，对于城市双向四车道，公交专用道只在两个交叉口之间的路段设置，在进入路段10-15米内以及距离交叉口车道导向线前30-50米不设置公交专用道，为使仿真模型具有普遍性，设计选取两个具有普遍意义的交叉口之间的路段设置公交专用道，交叉口间距为500米，在两个交叉口信号配时一定的情况下，分别对路段交通量为400辆/小时、600辆/小时、800辆/小时、1000辆/小时、1200辆/小时，公交车流量为30辆/小时、45辆/小时、60辆/小时、75辆/小时、90辆/小时，不同的交通流运行状态下设置公交专用道和不设置公交专用道，其產生的影响进行仿真分析。

2.1 路段模型设计

搭建的仿真模型由两个十字交叉口组成，路段长度为500米，考到公交专用道在交叉口出口道的过渡段和临近交叉口的过度取消公交专用道的设置，路段上公交专用道设置长度为400米，机动车道数为双向四车道。（图1）

2.2 交叉口信号设计

相邻的两个交叉口采用两相位配时设计。信号周期位90s，东西向绿灯时间位40s，黄灯时间位3s，南北向绿灯时间位40s，黄灯时间为3s，全红时间为2s。

2.3 交通量设计

为使仿真结果更加全面，同时考虑到双向四车道的道路通行能力，选取路段交通量为400辆/小时、600辆/小时、800辆/小时、1000辆/小时、1200辆/小时6种不同道路服务水平的交通运行状态进行仿真。

2.4 公交车流量设计

本文通过对不同城市双向四车道设置公交专用道的标准进行研究后，选取公交车流量为30辆/小时、45辆/小时、60辆/小时、75辆/小时、90辆/小时6种情况进行仿真研究分析。

3  仿真参数设置

应用仿真平台对城市双向四车道路段设置公交专用道进行仿真建模时，为使得模型能更够更加实际的反应道路真实运行状况，需要对仿真模型的参数进行设置，宏观参数包括道路类型、交通车辆类型构成、路段车辆的运行速度、路段车辆的平均速度、路段流量、相邻交叉口信号配时以及仿真时间的选取。微观参数包括排队间距、平均车头时距、司机平均反应时间、车辆最小间距。本文依据郑州市公交专用道设计项目实地调研数据，作为仿真所需的参数输入值，微观仿真参数依据郑州市交通流运行情况以及相关文献进行选取设置。

4  控制插件Plug开发

应用Paramics仿真软件在研究城市双向四车道路段设置公交专用道后产生的影响研究过程中，涉及到车辆运行规则的设定，例如，在道路施划公交专用道后，在特定的时间段内社会车辆禁止驶入公交专用道的同时，公交车辆也需尽可能的行驶在公交专用道内，避免两者之间的相互干扰。此外，对于评价指标数据的计算，需要及时的获取路网上有关车辆反馈数据及数据的处理。因此，在这一过程中，需要通过Raramics仿真软件其API接口进行开发，利用API接口函数使得自定义的某些规则及数据处理手段得以实现。该功能的实现需要在Visual studio c#环境中，应PARAMICS软件API接口函数编写形成。本文对部分API接口函数说明如下：

void qpx_NET_second（void） // 该函数为扩展函数，用于实现自己创建的某些功能，在仿真时间内每秒的结束都会引起该函数的调用。

void qps_VHC_laneRange （VEHICLE*， int low， int high）; //该函数为设置函数，用于对某个车辆的车道进行限定，如果车辆的行驶车道偏离设定值，其将通过换道驶入设定车道范围。

void qps_VHC_laneChange （VEHICLE*， int direction）;// 该函数为设置函数，当对某辆车使用该函数时，车辆会尽可能地根据设定的换道方向进行换道。

void qps_LNK_speedlimit（LINK* link， float value）; //该函数为设置函数，用于给特定路段进行速度限制。

5  仿真及结果分析

本文通过建立双向四车道路段设置公交专用道和不设置公交专用道两种情况下道路仿真模型，分别在不同的路段交通量和公交车流量情况下进行批量仿真，基于仿真结果分析公交车平均运行速度、社会车辆行程时间总延误、社会车辆平均运行速度的变化，研究双向四车道设置公交专用道对路段交通产生的影响。

通过建立路段设置公交专用道和不设置公交专用道两种情况的道路模型进行仿真，在公交车路段平均运行速度变化方面，结果表明，双向四车道设置公交专用道有助于提升公交车运行速度，并且总体来看，路段交通量越大，设置公交专用道后公交车平均运行速度提升更明显。此外，不同路段交通流量下，设置公交专用道后公交车运行速度提升的幅度并不相同，随着路段交通量的逐渐增大，设置公交专用道后公交车运行速度提升的幅度逐渐降低。同时，结果也表明在某一交通量情况下，路段不同公交车流量，设置公交专用道后公交车运行速度的提升情况也并不相同，如图3，设置公交专用道后公交车运行速度提升随着路段断面公交车流量的增大而降低，表明随着路段公交车流量的增加，设置公交专用道对于提升公交车路段的运行速度效果逐渐降低。在较低的公交车流量下，设置公交专用道对于提升公交车的运行速度效果明显，并且随着路段交通量的持续增加，公交车运行速度并没有持续增加，而是保持在某一水平。在较高的公交车流量下，设置公交专用道对于提升公交车的运行速度并没有显著地影响，并且随着路段交通量的增加，公交车运行速度的提升也没有出现较大的增长趋势。

双向四车道设置公交专用道必然会对本路段通行的社会车辆行程时间造成重大的影响，仿真结果表明，设置公交专用道后社会车辆通过路段的总行程时间增加，并且路段交通量越大，设置公交专用道对本路段通行的社会车辆行程时间造成影响就越大。此外，从图4可以看出，在不同的断面公交车流量下，设置公交专用道对社会车辆行程时间的影响也并不相同，在中低路段公交车流量下，对路段社会车辆行程时间总延误的影响随着路段公交车流量的增加而缓慢增大，然后随着路段公交车流量的继续增加，该影响没有展现出较大的增长趋势，而是保持在相对稳定水平。但是在较高公交车流量下，这种影响表现的与低流量略有不同，随着路段公交流量的增大，设置公交专用道对路段社会车辆行程总时间造成影响呈现先增加后降低，然后再增加的趋势，较高的道路服务水平下，设置公交专用道对社会车辆行程时间的影响表现的并不稳定。

双向四车道设置公交专用道对路段上其它车辆的重要影响之一就是社会车辆行驶速度的变化。从图5可以看出，总体来看，双向四车道设置公交专用道后对社会车辆的平均行驶速度随着路段交通量的增大而增大，随着路段公交车流量的增加呈现增加趋势。但是，在特定的路段服务水平下或是某个特定的路段交通量下，不同断面公交车流量下，设置公交专用道前后对社会车辆平均行驶速度变化表现的略有差異，较高交通流量比中低交通流量在不同的公交车流量的变化对社会车辆行驶速度的影响敏感度也不同，较高交通流量的变化对社会车辆行驶速度造成的影响变化更大。在较低交通流量下，不同公交车流量下设置公交专用道前后对社会车辆行驶速度变化表现的并不明显，并且随着公交车流量的增加也并没有表现出增长趋势，反而较高交通流量时随着公交车流量的增加，该影响呈现出了一定的波动性，但是该影响总体呈现增长趋势。

6  结束语

本文通过Paramics交通仿真软件对双向四车道路段设置公交专用道对路段交通产生的影响进行分析，仿真路段在不同的交通量和公交车流量各种交通运行状态下，设置公交专用道后，分别从公交车平均运行速度、社会车辆行程时间总延误及社会车辆平均运行速度三方面进行研究了分析。但是由于城市双向四车道道路进行公交专用道设计时，为平衡公交车及社会车辆与有限道路资源之间的矛盾，仅是在路段设置公交专用道，而在路口并未设置，因此从仿真结果来看，双向四车道设置公交专用道对于提高公交车的运行速度效果并不明显，同时给本路段的社会车辆行程时间造成了较大的延误和运行速度的降低。鉴于双向四车道交通运行状态的复杂性，在实际进行公交专用道规划和设计中，可以进一步通过对规划建设公交专用道的整条道路范围进行仿真分析，综合考虑制定双向四车道道路的公交专用道规划和设计。

参考文献：

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[3]刘衍希.基于微观仿真的快速公交专用道设置路段通行能力分析及建模[D].北京交通大学硕士论文，2009，6.