預(yù)信號(hào)交叉口公交?？空九c人行橫道協(xié)調(diào)設(shè)計(jì)

張笑彬，鄭長(zhǎng)江，鄭樹(shù)康

（河海大學(xué)1.土木與交通學(xué)院，江蘇南京210098；2.物聯(lián)網(wǎng)學(xué)院，江蘇常州213022）

城市道路中車(chē)輛的延誤可以分為2部分：路段延誤和交叉口延誤。其中交叉口延誤要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于路段延誤。在城市道路交叉口設(shè)置公交預(yù)信號(hào)能有效的減少交叉口延誤，從而實(shí)現(xiàn)公交優(yōu)先，達(dá)到緩解道路擁堵的目的。公交預(yù)信號(hào)策略在英國(guó)，德國(guó)等國(guó)家已經(jīng)應(yīng)用很多年［1］。國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)預(yù)信號(hào)［2-5］也進(jìn)行了很多研究，但基本沒(méi)有涉及到在交叉口預(yù)信號(hào)條件下公交?？空九c人行橫道協(xié)調(diào)設(shè)計(jì)方面。

在設(shè)置公交預(yù)信號(hào)的條件下，公交?？空镜倪x址與設(shè)計(jì)將直接影響到道路通行能力和服務(wù)水平。當(dāng)?？空驹O(shè)置于交叉口時(shí)，若相關(guān)行人過(guò)街設(shè)施設(shè)計(jì)不合理，將對(duì)交通運(yùn)行安全產(chǎn)生不利影響。為保證公交預(yù)信號(hào)的有效實(shí)施，確保乘客的安全和便捷，有必要對(duì)交叉口預(yù)信號(hào)條件下公交停靠站與人行橫道進(jìn)行協(xié)調(diào)設(shè)計(jì)。

公交專用道的布設(shè)方法按位置的不同可以分為2種：路邊型和路中型。基于提高公交車(chē)在路段上的通暢性和交叉口實(shí)現(xiàn)預(yù)信號(hào)的控制的考慮，路中型公交專用道被認(rèn)為是最優(yōu)的方案。對(duì)于設(shè)置公交預(yù)信號(hào)的交叉口，其公交車(chē)流量必然比較大，公交比例一般大于0.2，單向3車(chē)道以上［4］。所以，達(dá)到了布設(shè)公交專用道的條件。研究都是以道路布設(shè)路中型公交專用道為前提，站臺(tái)都設(shè)在中央分隔帶上，與社會(huì)車(chē)輛順向行駛，公交車(chē)輛左側(cè)開(kāi)門(mén)。

1 公交?？空?/h2>

1.1 公交?？空疚恢?/h3>

一般信號(hào)交叉口條件下，公交站臺(tái)不能緊鄰主信號(hào)停車(chē)線，要退后一段距離L，這個(gè)距離的長(zhǎng)度與發(fā)車(chē)頻率、信號(hào)周期等有關(guān)。但是在交叉口預(yù)信號(hào)條件下，原本公交候駛區(qū)長(zhǎng)度LH至少需要40 m［6］，同時(shí)為了保證公交車(chē)輛正常行駛進(jìn)入預(yù)置車(chē)道區(qū)域，同時(shí)滿足公交車(chē)換道空間要求，公交站臺(tái)應(yīng)適當(dāng)遠(yuǎn)離預(yù)信號(hào)一段距離LJ，一般最小為15 m。所以L至少為55 m。

站臺(tái)設(shè)置可以與交叉口的渠化一體化設(shè)計(jì)，常見(jiàn)的是公交站臺(tái)與左轉(zhuǎn)拓寬相結(jié)合（圖1），圖中從左向右為正向，從右向左為反向）正向?？空驹O(shè)置在左轉(zhuǎn)拓寬區(qū)域內(nèi)，反向停靠站設(shè)置在拓寬之前，相互借用?？靠臻g，相當(dāng)于形成了兩個(gè)港灣式?？空?。

圖1 ?？空九c左轉(zhuǎn)拓寬一體化設(shè)計(jì)Fig.1 Integrated design of bus stops and lane widening

1.2 公交?？空拘问?/h3>

根據(jù)?？空驹O(shè)置位置預(yù)信號(hào)進(jìn)口道的關(guān)系，介紹3種預(yù)信號(hào)交叉口?？空镜牟贾眯问健?/p>

1）a1?？空痉謩e布置在預(yù)信號(hào)進(jìn)口道，相當(dāng)于停靠站都設(shè)置在了交叉口進(jìn)口處。這種情況下，部分公交車(chē)可以利用信號(hào)的紅燈時(shí)間完成?？浚G燈信號(hào)時(shí)間內(nèi)到達(dá)的公交車(chē)由于靠站導(dǎo)致部分綠燈時(shí)間不能充分利用，甚至無(wú)法通過(guò)交叉口。

2）?？空径疾辉O(shè)置在預(yù)信號(hào)進(jìn)口道，即站臺(tái)都設(shè)置在交叉口出口處，站臺(tái)的設(shè)置位置與普通交叉口的設(shè)計(jì)基本相同，但是要注意的一點(diǎn)是，交叉口進(jìn)口道設(shè)置了預(yù)信號(hào)，在高峰時(shí)間內(nèi)公交車(chē)數(shù)量較多，對(duì)于直行公交車(chē)流量較大時(shí)，在一次通行時(shí)間內(nèi)會(huì)有大量的公交車(chē)同時(shí)進(jìn)入?？空?，由于站臺(tái)容量的限制，車(chē)輛排隊(duì)會(huì)蔓延至交叉口內(nèi)部，這樣會(huì)影響到相交道路車(chē)輛和行人的通行。此時(shí)停靠站距離交叉口的距離L需要適當(dāng)增加。

3）a3 某一?？空驹O(shè)置預(yù)信號(hào)進(jìn)口道，此時(shí)相當(dāng)于本向站臺(tái)設(shè)置在進(jìn)口道，對(duì)向站臺(tái)設(shè)置在出口道。這里的?？空拘问娇赡軙?huì)有2種：① 雙側(cè)停靠站［7］，這種站臺(tái)形式可以使上下行的乘客在同一個(gè)站臺(tái)換乘，大大減少了乘客的換乘距離，但由于需要雙側(cè)停靠，要求斷面車(chē)道數(shù)較多；② 尾尾相接式單側(cè)?？空?，但這種情況可能不會(huì)出現(xiàn)，因?yàn)殡p側(cè)站臺(tái)可以提高車(chē)站設(shè)施的利用率，比建設(shè)兩個(gè)站臺(tái)節(jié)省部分用地，減少車(chē)站建設(shè)工程量。所以優(yōu)先考慮雙側(cè)站臺(tái)，但是有時(shí)為了防止站臺(tái)過(guò)于擁擠，在中央分隔帶較窄的情況下可以考慮建設(shè)尾尾相接式單側(cè)站臺(tái)。

2 人行橫道設(shè)置

2.1 人行橫道位置

人行橫道位置的選擇主要考慮的是乘客進(jìn)出公交站臺(tái)便捷性和安全性，便捷性主要體現(xiàn)在乘客的繞行距離上。本節(jié)主要研究交叉口預(yù)信號(hào)一側(cè)設(shè)有公交?？空镜那闆r。即上節(jié)內(nèi)容中提到的a1、a3兩種停靠站形式。

對(duì)于a1這種停靠站形式，只在本向設(shè)有站臺(tái)的情況，交叉口處的人行橫道設(shè)置與普通交叉口一致。但是為縮短乘客的繞行距離，可以考慮在Ⅰ，Ⅱ位置設(shè)置人行橫道（如圖2），圖中LZ為?？空鹃L(zhǎng)度，LJ為Ⅱ處人行橫道與?？空鹃g距。

人行橫道設(shè)置在Ⅰ處，方便反向乘客快速進(jìn)出站臺(tái)，同時(shí)下車(chē)乘客可以繞到站臺(tái)公交車(chē)邊過(guò)街，行人視覺(jué)條件較好，有利于安全；通常情況下不應(yīng)將人行橫道設(shè)置在預(yù)信號(hào)停車(chē)線處，并且應(yīng)安裝保護(hù)欄阻止行人在此過(guò)街。但考慮到公交乘客上下站臺(tái)的要求，可以通過(guò)實(shí)行信號(hào)控制，來(lái)保證行人一次性過(guò)街［6］。Ⅱ處應(yīng)該為預(yù)信號(hào)停車(chē)線的位置，原因如下：如果人行橫道不設(shè)置在預(yù)信號(hào)停車(chē)線處，此時(shí)社會(huì)車(chē)輛的通行會(huì)受到行人過(guò)街信號(hào)，預(yù)信號(hào)，主信號(hào)三者的影響。如果該線路的信號(hào)沒(méi)有很好的協(xié)調(diào)控制，車(chē)輛通行不連續(xù)，有些相位的車(chē)輛將會(huì)停起3次，社會(huì)車(chē)輛延誤增加。當(dāng)人行橫道設(shè)置在預(yù)信號(hào)停車(chē)線后，乘客進(jìn)出站臺(tái)只需要在公交專用道區(qū)域多加觀察，通過(guò)判斷公交車(chē)的距離、速度來(lái)決定是否通行。由于公交車(chē)剛從站臺(tái)啟動(dòng)，車(chē)速較慢，對(duì)于行人過(guò)街影響較小，同時(shí)因?yàn)楣卉?chē)體積較大，行駛線路固定，行人觀察較為方便，有利于行人安全過(guò)街；此處人行橫道的設(shè)置對(duì)公交車(chē)進(jìn)入公交候駛區(qū)沒(méi)有什么影響。

圖2 人行橫道設(shè)置位置選擇Fig.2 Position choice of crosswalks

預(yù)信號(hào)停車(chē)線可能是錯(cuò)位式的［5］，Ⅱ處的人行橫道也應(yīng)該相應(yīng)的設(shè)計(jì)成斜線式，緊靠公交專用道的普通車(chē)道停車(chē)線后退一定距離（如圖3），這樣的設(shè)計(jì)可以有效的解決行人安全視距問(wèn)題［8］，當(dāng)乘客進(jìn)入停靠站的過(guò)程中，在經(jīng)過(guò)公交專用道前可以更早的觀察到公交車(chē)的狀態(tài)，公交車(chē)司機(jī)的視距也相應(yīng)增加，可以很清楚觀察到行人通行情況。

圖3 公交專用道相鄰車(chē)道公交車(chē)安全視距圖示Fig.3 Safety sight distance in the adjacent lane of the bus lane

對(duì)于a3這種?？空拘问剑捎陔p向站臺(tái)都在預(yù)信號(hào)這側(cè)，所以行人和乘客的聚集情況更加明顯，為了保證乘客能夠快捷，迅速的進(jìn)出站臺(tái)可以通過(guò)加寬人行橫道以及適當(dāng)位置設(shè)置過(guò)街橫道以達(dá)到減少乘客繞行距離和迅速輸送上下車(chē)乘客的目的。

2.2 行人過(guò)街信號(hào)設(shè)計(jì)

Ⅰ處人行橫道信號(hào)配時(shí)需要與上游行人過(guò)街信號(hào)相協(xié)調(diào)。很多文獻(xiàn)研究認(rèn)為Ⅰ處行人過(guò)街信號(hào)與上游行人過(guò)街信號(hào)配時(shí)一致即可，但考慮到兩個(gè)過(guò)街橫道相距有一定距離LD，為使車(chē)輛能過(guò)連續(xù)通過(guò)兩個(gè)人行橫道，對(duì)上述兩個(gè)信號(hào)配時(shí)進(jìn)行調(diào)整，圖4顯示的是調(diào)整后兩信號(hào)配時(shí)之間的關(guān)系。為確保周期的穩(wěn)定性，信號(hào)周期應(yīng)該相等，可通過(guò)車(chē)輛檢策器提供的信息來(lái)確定周期［9］。圖3中的rp，r1分別為交叉口處行人信號(hào)和Ⅱ處行人信號(hào)紅燈時(shí)長(zhǎng)，gp，g1分別為交叉口處行人信號(hào)和Ⅱ處行人信號(hào)綠燈時(shí)長(zhǎng)，C為周期時(shí)長(zhǎng)，t為兩信號(hào)綠時(shí)差。因此

式中：vc為車(chē)輛通過(guò)上游人行橫道停車(chē)線的平均速度；LD兩信號(hào)停車(chē)線間距。

對(duì)于Ⅱ處的人行橫道，行人過(guò)街信號(hào)應(yīng)與預(yù)信號(hào)配時(shí)相互協(xié)調(diào)，圖5中的rm，r2分別為預(yù)信號(hào)和Ⅱ處行人信號(hào)紅燈時(shí)長(zhǎng)；gm，g2分別為預(yù)信號(hào)和Ⅱ處行人信號(hào)綠燈時(shí)長(zhǎng)。由圖5可以看出：預(yù)信號(hào)紅燈與Ⅱ處行人信號(hào)綠燈是同時(shí)的，只是Ⅱ處行人信號(hào)紅燈比預(yù)信號(hào)綠燈啟亮?xí)r間要早，這主要是考慮到預(yù)信號(hào)綠燈啟亮?xí)r，社會(huì)車(chē)輛能迅速啟動(dòng)進(jìn)入候駛區(qū)，不會(huì)受到行人信號(hào)綠燈末期行人通行的干擾。

圖4 交叉口處行人信號(hào)和Ⅰ處行人信號(hào)之間的關(guān)系Fig.4 Coordination between pedestrian signals Ⅰand intersection pedestrian signals

圖5 預(yù)信號(hào)與Ⅱ處行人過(guò)街信號(hào)之間的關(guān)系Fig.5 Coordination between pre-signals and pedestrian signals Ⅱ

3 協(xié)調(diào)設(shè)計(jì)

3.1 協(xié)調(diào)模型設(shè)計(jì)

在預(yù)信號(hào)交叉口條件下，?？空九c人行橫道協(xié)調(diào)設(shè)計(jì)模型如下：

該模型有2個(gè)優(yōu)化目標(biāo)，即公交車(chē)平均延誤最小和行人平均繞行距離最短。式中Db為公交車(chē)延誤；F為行人平均繞行距離；nA，nB，nC，nD分別為四個(gè)行人聚集點(diǎn)乘車(chē)人數(shù)；np為不乘車(chē)過(guò)街人數(shù)；FA，F(xiàn)B，F(xiàn)C，F(xiàn)D分別為行人聚集點(diǎn)乘客繞行距離；Fp為過(guò)街行人繞行距離；nr為乘客總數(shù)；Fr乘客繞行總距離。

在預(yù)信號(hào)交叉口的條件下，公交車(chē)的平均延誤主要受信號(hào)控制的影響。行人平均繞行距離主要與?？空疚恢茫诵袡M道位置有關(guān)。所以可以根據(jù)式（2）進(jìn)行協(xié)調(diào)設(shè)計(jì)。

3.2 模型計(jì)算

根據(jù)前面幾節(jié)的分析，對(duì)于a1?？空拘问?。人行橫道設(shè)置如上圖2所示，對(duì)乘客繞行距離進(jìn)行計(jì)算，結(jié)果如表1。

表1 不同人行橫道情況下乘客繞行距離（a1）Tab.1 Comparisons of passenger detour distance for different position choices of crosswalks（a1）

由表1可以看出，在Ⅰ處設(shè)置人行橫道使得行人集聚點(diǎn)A處乘客的進(jìn)出站臺(tái)的繞行距離減少了2L，繞行距離減少明顯，對(duì)交通通行影響較小；Ⅱ處設(shè)置使得行人集聚點(diǎn)C處乘客的進(jìn)出站臺(tái)的繞行距離減少了2(L-LJ)，預(yù)信號(hào)條件下此處設(shè)置行人過(guò)街橫道有其自身的優(yōu)勢(shì)。Ⅰ、Ⅱ處人行橫道同時(shí)設(shè)置不會(huì)改變B、D點(diǎn)的乘客繞行距離。綜上，在這種?？空镜那闆r下，推薦Ⅰ、Ⅱ處人行橫道同時(shí)設(shè)置，交叉口整體也較為美觀。

對(duì)于a3停靠站形式，雙向站臺(tái)在設(shè)置在同一位置時(shí)，形成一個(gè)雙側(cè)站臺(tái)，雖然這時(shí)乘客的乘車(chē)方向不同，但是乘客進(jìn)入的是同一個(gè)站臺(tái)，所以這種情況下人行橫道的設(shè)置與上述a1時(shí)情況基本一致；當(dāng)雙向站臺(tái)不設(shè)置在同一位置，形成尾尾相接式單側(cè)站臺(tái)，由于乘客乘車(chē)方向的不同，使得乘客選擇進(jìn)入的站臺(tái)也就不同。

當(dāng)反向?？空驹O(shè)置在正向停靠站左側(cè)時(shí)（如圖6）。人行橫道可以選擇直接設(shè)置在反向站臺(tái)處，方便反向乘客快速進(jìn)出站臺(tái)，還可以選擇直接設(shè)置在正向站臺(tái)處，方便正向乘客快速進(jìn)出站臺(tái)。在不同位置設(shè)置人行橫道情況下，對(duì)行人繞行距離進(jìn)行計(jì)算，結(jié)果如表2。

圖6 尾尾相接式?？空綟ig.6 Tail to tail stops

表2 尾尾相接式站臺(tái)不同人行橫道情況下乘客繞行距離（a3）Tab.2 Comparisons of passenger detour distance for different position choices of crosswalks（a3）

由表2可知，在Ⅰ，Ⅲ處設(shè)置人行橫道的區(qū)別在于行人集聚點(diǎn)A乘客繞行距離的減少。Ⅰ處設(shè)置人行橫道方便反向乘客的快速、便捷的進(jìn)出站臺(tái)，同時(shí)減少了雙向乘客的繞行距離。Ⅲ處設(shè)置人行橫道只方便了本向乘客到站后快速出站的要求，沒(méi)有減少乘客的繞行距離。所以當(dāng)行人集聚點(diǎn)A處聚集效應(yīng)明顯時(shí)，很有必要在Ⅰ處設(shè)置行人過(guò)街橫道；Ⅱ處設(shè)置人行橫道可以有效減少集聚點(diǎn)C處雙向乘客的繞行距離，同時(shí)由于其設(shè)置位置的優(yōu)勢(shì)，對(duì)正向車(chē)流沒(méi)有影響。所以Ⅱ處設(shè)置人行橫道非常合適。綜上所述，在這種?？空镜那闆r下，推薦Ⅰ，Ⅱ處人行橫道同時(shí)設(shè)置；反向停靠站設(shè)置在正向?？空居覀?cè)，一般不會(huì)出現(xiàn)這種?？空镜脑O(shè)計(jì)，這里不做討論。

4 結(jié)語(yǔ)

對(duì)預(yù)信號(hào)交叉口條件下公交?？空九c人行橫道協(xié)調(diào)進(jìn)行了系統(tǒng)的研究，同時(shí)提出了比較全面的協(xié)調(diào)設(shè)計(jì)方案，研究結(jié)果有利于發(fā)揮預(yù)信號(hào)控制的優(yōu)勢(shì)，保證乘客進(jìn)出公交?？空镜陌踩?，便捷和公交車(chē)的通行效率。

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