山地城市路侧公交优先道通行能力研究

邬 皓 ,姜 涛 ,何红艳

(1.重庆两江新区龙兴工业园建设投资有限公司,重庆 401135;2.重庆交通大学交通运输学院,重庆 400074)

设置公交优先道可在特殊时间段内给予公交车辆独立的道路空间,使道路资源得到更精细的利用。重庆是典型的山地城市,其路网不均衡问题可采取公交优先这一措施有效缓解。研究山地城市路侧公交优先道路段通行能力,可为优化公交管理方式提供理论依据。

1 公交优先道通行能力研究概述

国外对通行能力的研究,尤其是公交优先道的通行能力研究较早,20 纪70 年代St.Jacques 等[1]研究公交优先道通行能力,其成果被整理进美国《公共交通通行能力和服务质量手册》(Transit Capacity and Quality of Service Manual)[2],之后其主要研究成果被写入2000 年版《道路通行能力手册》中。St.Jacques 等[3]和Levinson 等[4]也研究了公交优先道的通行能力,并对其通行能力计算方法进行补充,给出相关建议;刘亚珊[5]对快速公交优先道通行能力的影响因素进行敏感度排序;邱丰等[6]通过分析公交站点设置形式对公交优先道通行能力的影响,提出公交优先道通行能力计算模型;吴鼎新[7]研究了间歇性优先的公交专用道并对其道路通行能力及影响进行分析。

1.1 基本路段通行能力理论梳理

1.1.1 道路基本通行能力

道路基本通行能力是指在交通、道路、信控和环境均处于理想状态下,一段单位时间内能通过某一断面或某一条道路的最大交通流量。道路基本通行能力计算公式为

式中,C0为道路基本通行能力,pcu·h-1;l0为平均车头间距,m;v为行驶车速,km·h-1;t0为平均车头时距,s。

其中l0计算公式为

式中,Φ为轮胎与路面间的附着系数;v为行车速度,km·h-1;t为驾驶员反应时间,s。连续车流前后车头间隔示意如图1 所示。

《城市道路工程设计规范》(CJJ 37—2012)对不同等级的道路通行能力进行规定,道路基本通行能力具体情况如表1 所示。

表1 道路基本通行能力具体情况

1.1.2 道路可能通行能力

道路可能通行能力指实际的环境、交通、道路和信控条件下,一段单位时间内通过道路某一断面或某一条道路的最大交通量。在道路基本通行能力的基础上,考虑各类影响因素,道路可能通行能力计算公式为

式中,γ为通行能力影响因素修正系数;Ca为道路可能通行能力,pcu·h-1。

1.1.3 道路设计通行能力

道路设计通行能力是指道路保持在某一设计服务水平的道路交通运行状态时,一段单位时间内道路上某一路段的通行能力。道路设计通行能力计算公式为

式中,Cs为道路设计通行能力,pcu·h-1;为道路i的饱和度。

1.2 公交优先道基本路段通行能力研究现状

学者已针对公交优先道基本路段通行能力做了不同程度的研究,其中多数研究结合理论模型和仿真模型。谢秋峰等[8]对不同级别、位置以及设置形式的公交优先道进行分析;姬浩等[9]研究了公交车停靠站点对道路通行能力的影响,结果显示随着停靠时间和频次的增加,道路通行能力明显下降,其中对右侧车道通行能力的影响最为显著;秦丽辉等[10]研究了公交停靠行为影响下城市主干路的通行能力。也有学者对公交优先道交织区进行了研究,Chen 等[11]和贾显超[12]分析公交专用道的交织段长度以及车头距等,建立专用道交织区通行能力计算模型。

在分析公交专用道通行能力时,学者对不同公交专用道的类型、级别、所处道路以及特殊天气下的影响等都进行了研究,而对特殊城市地理条件的影响研究分析较为欠缺。探讨在山地城市条件下路侧公交优先道的通行能力,并以标准公交车辆来衡量其通行能力尤为必要。

2 山地城市路侧公交优先道特征分析

山地城市因山水分隔、地形高差大,道路建设时依靠地势,道路随地势起伏。典型的山地城市重庆不设非机动车道,路幅较宽,车速也相对较快,但道路通行能力并不强,致使城市土地资源未得到有效利用,主要影响因素是城市道路路段沿线开口。受地形条件影响,城市不同等级道路建设受限,城市路网分布不均衡。城市主要道路两侧一般不铺设辅路,而为满足道路两侧交通需求增设较多沿线开口,不可避免地对路侧公交优先道产生影响,制约其功能发挥。

针对重庆典型路侧公交优先道展开调查,道路沿线开口情况如表2 所示。

表2 道路沿线开口情况

3 山地城市路侧公交优先道通行能力计算模型优化

3.1 主要影响因素分析

为实现公交优先,可从通行时间和道路空间两方面进行分析,在分析山地城市路侧公交优先道基础上对比平原城市道路特点,选取具备山地城市道路特点的影响因素,同时探究城市道路路段情况,选择沿线开口影响显著的路段进行分析,分析项目包含路段驶入量、驶出量以及开口数等。

3.2 构建思路

梳理现有各类计算模型与思路,选取影响山地城市路侧公交优先道通行能力的主要因素,基于道路特征分析,构建山地城市路侧公交优先道通行能力计算优化模型。优化模型主要包含两步:①确定影响因素;②构建计算优化模型。计算流程如图2 所示。

3.3 优化模型

3.3.1 计算模型优化

步骤1:计算城市道路实际通行能力,计算公式为

式中,fx为交通条件系数;fw为车道宽度系数;fcw为侧向净空限制系数;fHV为纵向坡度系数;fFBIC为横向干扰系数;S1为视距不足系数;S2为沿途条件系数。

步骤2:路段沿线开口与山地城市路侧公交优先道之间没有辅道隔离,进出开口的机动车直接影响路侧优先道的通行能力,优化实际通行能力计算模型时可在其基础上考虑开口数、驶入量、驶出量、开口形式以及占用时长[13]等因素进行修正,所构建的计算模型为

式中,K为开口影响系数。

步骤3:调查发现道路沿线开口驶入、驶出的车辆以及停靠的车辆占用了优先道,影响其通行能力。路段开口示意如图3 所示。

分析占用优先道的时长,得出开口对路侧优先道通行能力影响系数,计算公式为

式中,βi为驶出占用时长,s,与公交优先道和相邻社会车道上车流量关联;αi为驶入占用时长,s,与优先道上公交车流量关联;mi为驶出流量,pcu·h-1;ni为驶入流量,pcu·h-1;k为公交优先道路侧开口数,个。

3.3.2 优化模型结果验证分析

步骤1:实地调查重庆凯恩国际南公交站-餐具批发市场公交站内的优先道,统计影响路侧优先道的各类因素,路段开口影响因素调查如表3所示。

表3 路段开口影响因素调查

步骤2:提取调查范围内优先道路段所对应的道路ID(标识号码),基于公交车的GPS(全球定位系统)数据提取公交车的速度,反复试验后提取对应路段内的公交车最大速度,再计算优先道理想通行能力,理想通行能力计算结果如表4 所示。

表4 理想通行能力计算结果

步骤3:通过GPS 数据提取对应路段的流量与速度,先确定其路段ID,再提取其单位时间内流量与速度,通过MATLAB 软件进行处理,得到流量-速度图,5 min 流量-速度散点图如图4 所示。

步骤4:根据调查所得数据,用优化模型计算其实际通行能力,可作为能观测到的优先道最大交通流量,即可选取5 min 内最大公交车流量,再换算为1 h 的流量作为最大交通流量,路段不同通行能力计算结果如表5 所示。

表5 路段不同通行能力计算结果

分析模型优化结果,通过理想通行能力、优化模型计算结果与实际通行能力之间的差值计算出误差和误差比。通行能力计算结果与所能观测到的最大交通量的误差与误差比汇总如表6 所示。

表6 通行能力计算结果与所能观测到的最大交通量的误差与误差比汇总

对比不同计算结果可知,山地城市路侧公交优先道通行能力优化模型的计算误差更低,优化模型得出的结果与实际通行能力的误差在可接受范围内。

4 结语

优化后的通行能力计算模型可用于山地城市路侧公交优先道通行能力的计算,其误差在可控范围内。通行能力的影响因素众多,除路段开口外,路段长度、交叉口间距以及优先道宽度等都会对通行能力产生不同程度的影响,可进一步研究探讨。