雙向單車道公交專用道系統(tǒng)運(yùn)營模型設(shè)計(jì)

劉昭然 毛曉君 宋家雙 黃憶波

(同濟(jì)大學(xué)交通運(yùn)輸工程學(xué)院，上海 201804)

0 引言

公交優(yōu)先是大中城市解決城市交通需求大于供給而產(chǎn)生擁堵問題的最有效途徑之一［1］。公交專用道系統(tǒng)作為常規(guī)公交優(yōu)先的有效辦法得到普遍推廣，但主要設(shè)置于道路空間充裕的城市干線道路，很難適應(yīng)于空間狹小的城市老城區(qū)或者歷史建筑保護(hù)區(qū)。而雙向單車道公交專用道系統(tǒng)是一種創(chuàng)新布置形式，對(duì)向公交車僅占用一條車道，恰適于道路空間不足情況下。

1 雙向單車道公交專用道系統(tǒng)控制策略

這一系統(tǒng)通過智能交通技術(shù)保證車輛的準(zhǔn)點(diǎn)性和安全性，需要車輛運(yùn)營調(diào)度中心統(tǒng)一指揮。信息設(shè)備將采集到的?？空拘畔?、交叉口信息和公交車位置信息統(tǒng)一傳輸?shù)杰囕v運(yùn)營調(diào)度中心，運(yùn)營調(diào)度中心根據(jù)車輛運(yùn)行調(diào)度算法制定動(dòng)態(tài)的車輛行駛方案，并通過車載信息系統(tǒng)將指令傳輸至公交車。此外還需利用公交車主動(dòng)信號(hào)優(yōu)先技術(shù)，減少公交車在交叉口的等待時(shí)間，運(yùn)營控制系統(tǒng)如圖1所示。

圖1 公交專用道運(yùn)營控制系統(tǒng)圖

在公交?？空咎帲O(shè)置信息采集裝置和出站信號(hào)燈系統(tǒng)。?？空拘畔⑾到y(tǒng)采集雙向公交車的進(jìn)出站情況，指揮公交車在合適的時(shí)刻駛離。根據(jù)故障導(dǎo)向型的交通控制原理，在無出站指令情況下，信號(hào)燈顯示為紅色，收到出站指令后信號(hào)燈變?yōu)榫G色，待公交車出站完畢后，變回紅色，站臺(tái)信號(hào)燈的控制邏輯如圖2所示。

圖2 站臺(tái)信號(hào)燈控制邏輯圖

2 公交車運(yùn)行調(diào)度模型設(shè)計(jì)

公交車運(yùn)行調(diào)度模型的建立，目的在于保證公交車安全、快速地行駛至終點(diǎn)站。而公交車安全行駛至終點(diǎn)站可以簡化為公交車與行駛途中遇到的對(duì)向車在停靠站會(huì)讓，而停靠站的停車會(huì)讓時(shí)間最短正是調(diào)度模型中追求的“快速”。

2.1 假設(shè)與符號(hào)說明

2.1.1 基本假設(shè)

1)公交專用道系統(tǒng)中共有n個(gè)停靠站，上行首發(fā)站為“1”站，第二站為“2”站……終點(diǎn)站為“n”站;2)公交車在某站會(huì)讓等待發(fā)生在公交車到達(dá)該站之后，乘降客之前;3)該專用道系統(tǒng)僅供一條線路的公交車使用。

2.1.2 符號(hào)說明

1)n:專用道系統(tǒng)中的?？空緮?shù)量;2)i:停靠站序數(shù)，上行首發(fā)站i=1，第二站i=2……終點(diǎn)站i=n;3)m上:上行車發(fā)車班次序數(shù)(上行首班車的m上=1);4)m下:下行車發(fā)車班次序數(shù)(下行首班車的m下=1);5)ti:i站的乘降客時(shí)間(假設(shè)對(duì)向車在i站乘降客時(shí)間相同);6):第m上次上行車在i站因會(huì)讓而停車等待時(shí)間(當(dāng)i=1時(shí)，即為第m上次上行車的發(fā)車時(shí)刻);7)第m下次下行車在i站因會(huì)讓而停車等待時(shí)間(當(dāng)i=n時(shí)，即為第m下次下行車的發(fā)車時(shí)刻);8)Ti:i站與i+1站區(qū)間行駛時(shí)間(假設(shè)雙向公交車的行駛區(qū)間時(shí)分相同);9)k:第m上次上行車與第m下次下行車的會(huì)讓站;10)X:在一定時(shí)間內(nèi)，上下行公交車發(fā)車班次對(duì)數(shù)。

2.2 建立數(shù)學(xué)模型

公交車欲順利行駛至終點(diǎn)站，在行駛途中需要與對(duì)向行駛車輛在?？空緯?huì)讓，會(huì)讓站情形分為以下兩類:

1)某兩輛公交車在始發(fā)(終點(diǎn))站會(huì)讓。以“1”站為例，即k=1。第m上次上行公交車的實(shí)際發(fā)車時(shí)刻為:

公交車到達(dá)終點(diǎn)站后完成一次運(yùn)輸任務(wù)，可認(rèn)為公交車在終點(diǎn)站不存在等待時(shí)間，第m下次下行車到達(dá)1站的時(shí)刻為:

則第m上次上行車與第m下次下行車在1站成功會(huì)讓，只需滿足該次上行車發(fā)車時(shí)間晚于該次下行車到達(dá)時(shí)間:

等價(jià)于:

當(dāng)兩個(gè)班次的公交車在n站會(huì)讓，同理，需滿足下行車發(fā)車時(shí)間晚于上行車到達(dá)時(shí)間:

2)某兩輛公交車在中途k(2≤k≤n－1)站會(huì)讓。上行第m上次公交車到達(dá)k站并開始乘降客的時(shí)刻:

下行第m下次公交車到達(dá)k站并開始乘降客的時(shí)刻:

第m上次上行車與m下次下行車在k站會(huì)讓，等價(jià)于后達(dá)車輛進(jìn)站時(shí)，先達(dá)車正在乘降客或已完畢，完成會(huì)讓。即兩輛車到達(dá)k站的時(shí)間差不大于先達(dá)車的乘降客時(shí)間，等價(jià)于以下約束條件:

等價(jià)于:

至此，所有的會(huì)讓情況分析已結(jié)束，而k值的確定成為建立完整約束的關(guān)鍵。由于城市公交系統(tǒng)的站間距較小，任意一輛公交車在行駛過程中與對(duì)向行駛車輛依次在各站會(huì)讓，即可滿足線路上的公交車運(yùn)行需求，而且往往是相當(dāng)適宜的會(huì)讓方案，見圖3。

會(huì)讓方案確定后，只要給出上下行首班車的會(huì)讓站，根據(jù)遞推原理即可確定其他會(huì)讓方程的k值。當(dāng)有n個(gè)?？空緯r(shí)，k可以按照表1，表2進(jìn)行遞推確定。當(dāng)n為奇數(shù)時(shí)見表1。

此外每輛公交車在線路行駛過程中都追求停車避讓時(shí)間最短，轉(zhuǎn)化為系統(tǒng)目標(biāo)，即所有公交車在各中間站等待時(shí)間和最小，即:

圖3 公交車會(huì)讓示意圖

表1 k值取值表(一)

當(dāng)n為偶數(shù)時(shí)見表2。因此完整的模型為:

表2 k值取值表(二)

s.t.當(dāng)1 ＜k＜n時(shí):

當(dāng)k=1時(shí):

當(dāng)k=n時(shí):

注:Ti可以根據(jù)公交停靠站的客流確定，為常量。

3 案例仿真及分析

為了驗(yàn)證這一專用道系統(tǒng)的效率，并探索它的交通量適用條件，假設(shè)案例如下:各車站的客流量相同，具有5個(gè)車站的公交專用道路段，發(fā)車7對(duì)，如表3所示。利用公交車運(yùn)行調(diào)度算法求解，得到公交車行駛運(yùn)行圖之后，通過Vissim仿真軟件對(duì)案例進(jìn)行分析。仿真中鋪設(shè)道路長度3 km，依照實(shí)例設(shè)置公交車線路和停靠站，并將公交車期望速度定為45 km/h。為了突出運(yùn)營模型，本次仿真并未考慮交叉口的諸多影響，但為了增加仿真的真實(shí)性，在社會(huì)車流中設(shè)置了部分阻滯車流，以模擬交叉口延誤的效果。

表3 案例數(shù)據(jù)假定

假設(shè)社會(huì)車流量的飽和流量為1 500輛/h，為了得到不同流量情況下公交專用道運(yùn)營情況，設(shè)計(jì)了飽和率為 0.2，0.4，0.6，0.8，1.0和1.2六種仿真情境，分析社會(huì)車輛和公交車的行駛時(shí)

間與延誤時(shí)間，如圖4和圖5所示。

圖4 公交車行駛時(shí)間前后比較

4 結(jié)語

從仿真得出的數(shù)據(jù)中可以發(fā)現(xiàn)，雙向單車道公交專用道系統(tǒng)的作用效果與道路的飽和率有關(guān)。當(dāng)?shù)缆凤柡吐瘦^低時(shí)，該專用道系統(tǒng)的作用效果并不明顯。當(dāng)?shù)缆返娘柡吐瘦^大時(shí)，該專用道系統(tǒng)對(duì)公交車行駛狀況的改善效果才比較顯著。這是因?yàn)楫?dāng)飽和率較低時(shí)，公交車基本不受社會(huì)車輛的影響，但是隨著道路飽和率的增大，社會(huì)車輛對(duì)公交車的影響也增大，此時(shí)設(shè)置該專用道系統(tǒng)的優(yōu)越性才突出。同時(shí)在道路通行能力范圍內(nèi)，社會(huì)車輛的行駛時(shí)間也有了一定程度上的改善，這與公交車在單車道專用道上運(yùn)行，社會(huì)車輛得到了更多的道路資源有直接關(guān)系。

圖5 社會(huì)車輛行駛時(shí)間前后比較

［1］雷蓮桂.公交專用道對(duì)道路交通的影響［D］.北京:北京交通大學(xué)，2008:3-5.

［2］王晴婉，宋家友.基于GPS_GPRS車輛監(jiān)控終端設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)［J］.通信技術(shù)，2009(9):121-123.

［3］顧保南，葉霞飛.城市軌道交通工程［M］.武漢:華中科技大學(xué)出版社，2007.

［4］張國寶.城市軌道交通運(yùn)營組織［M］.上海:上?？茖W(xué)技術(shù)出版社，2006.