基于路阻模型的公交專用道的優(yōu)化設(shè)置

史遠(yuǎn)，安帥，富迪

摘 要：隨著國民經(jīng)濟(jì)水平逐漸提高，私家車的擁有量迅速增長。但是由于城市道路設(shè)施的發(fā)展進(jìn)程慢于私家車輛增加的速度，道路資源顯然不足，交通供給無法滿足日益增長的交通需求，導(dǎo)致交通擁堵現(xiàn)象時(shí)常發(fā)生。優(yōu)先發(fā)展公共交通是解決問題的重要方法之一，各城市紛紛開展了公交專用道的設(shè)置，以改善公交車的出行環(huán)境。文章主要研究了設(shè)置并優(yōu)化公交專用道對(duì)交通運(yùn)行情況的影響。文章運(yùn)用了車速-飽和度模型，定量分析了不同飽和度的路段設(shè)置公交專用道前后的社會(huì)車輛和公交車輛的車速比值，并進(jìn)一步確定設(shè)置公交專用道的路段。

關(guān)鍵詞：公交專用道;優(yōu)化設(shè)置;交通運(yùn)行情況;路阻函數(shù)模型

中圖分類號(hào)：D035.37 ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ?文章編號(hào)：1671-7988（2019）23-84-03

Optimization setting of bus lanes based on road resistance model

Shi Yua， An Shuai， Fu Di

（ Chang'an University， College of Automotive， Shaanxi Xi'an 710064 ）

Abstract： With the gradual improvement of the national economy， the ownership of private cars has grown rapidly. However， as the development of urban road facilities is slower than the increase of private vehicles， road resources are obviously insufficient， and transportation supply cannot meet the increasing traffic demand， resulting in traffic congestion. Giving priority to the development of public transportation is one of the important ways to solve the problem. Various cities have set up bus lanes to improve the travel environment of buses. This paper mainly studies the impact of setting and optimizing bus lanes on traffic conditions. In this paper， the vehicle speed-saturation model is used to quantitatively analyze the ratio of the speed of social vehicles and buses before and after the bus lanes in different saturation sections， and further determine the section of the bus lane.

Keywords： Bus lane; Optimization setting; Traffic operation; Road resistance function model

CLC NO.： D035.37 ?Document Code： A ?Article ID： 1671-7988（2019）23-84-03

前言

近幾年來，隨著城市的快速發(fā)展，城市化水平不斷提高，大量問題隨之而來，交通擁堵逐漸成為困擾廣大出行者的問題之一，我國學(xué)者在研究了國外交通設(shè)施的這一基礎(chǔ)上，提出了設(shè)置并優(yōu)化公交專用道的方法，這一方法被視為解決我國現(xiàn)有交通狀況的有效途徑之一，既能緩解交通擁堵，又能優(yōu)化公交車的出行環(huán)境。

目前，國內(nèi)外學(xué)者通過對(duì)公交專用道的研究，得出了大量的影響分析評(píng)價(jià)模型。Shalaby[1]等人利用TRANSYT7F軟件模擬和評(píng)估了公交車道及其 相關(guān)輔助設(shè)施的收益，并且更準(zhǔn)確地模擬出了公交專用車道的車輛速度和車輛延遲。D.Jeason[2]進(jìn)行了一項(xiàng)關(guān)于公交車道對(duì)交通狀況影響的研究，公交專用道前后車輛在路段上、交叉路口的延誤和行人延誤的差值，在不同的交通條件和交通流量下，獲得最佳公交比例和最佳客流量。Alber Gan[3]提出了公交專用道設(shè)置效果的評(píng)估和決策模型，用于評(píng)估主干道公交專用道設(shè)置的合理性.Jose Viegas[4]研究了在這種情況下公交專用道的不斷使用和交通信號(hào)燈控制的情況。楊曉光[5]教授對(duì)于公交專用道的設(shè)置要求、設(shè)置形式做了一部分的研究。邵俊[6]分兩種情況討論了公交專用進(jìn)口道和鋸齒形口道的優(yōu)先控制信號(hào)設(shè)計(jì)前后的交通效益。

至今為止，國外學(xué)者對(duì)道路公交設(shè)施和交通情況已有研究，但是在我國，這方面的研究相對(duì)較少，尤其在優(yōu)化或增設(shè)公交專用道路權(quán)的方面研究。然而從現(xiàn)有的公交專用道的設(shè)置和社會(huì)車輛的運(yùn)行來看，在設(shè)置公交專用道的基礎(chǔ)上，社會(huì)車輛的無限制運(yùn)行，車流量龐大導(dǎo)致交通擁堵愈發(fā)嚴(yán)重的狀況普遍存在。所以，本文對(duì)道路設(shè)置公交專用道的基礎(chǔ)上，對(duì)公交專用道的路權(quán)進(jìn)行優(yōu)化作為重點(diǎn)進(jìn)行研究，具有重要的意義。在國內(nèi)外大量優(yōu)秀研究成果的基礎(chǔ)上，對(duì)公交專用道的優(yōu)化設(shè)置進(jìn)行進(jìn)一步的研究和分析。

1 模型設(shè)置

路權(quán)的分配是影響公交專用道的主要因素之一。所以在研究路權(quán)分配對(duì)道路交通的影響之前，應(yīng)先建立數(shù)學(xué)模型對(duì)公交專用道對(duì)道路交通的影響做一個(gè)定量的研究分析。

1.1 道路車速與飽和度的關(guān)系模型

1.1.1 設(shè)置公交專用道前交通流模型

目前交通流模型中普遍用的是車輛行駛時(shí)間—路段飽和度之間的函數(shù)關(guān)系模型。采用路段飽和度作為比較車速的參數(shù)。這種模型描述的是車輛在道路上行駛的阻抗力，所以稱為路阻函數(shù)。國內(nèi)常用的是美國聯(lián)邦公路局提出的路阻函數(shù)模型—BPR函數(shù)模型，該模型在交通建設(shè)規(guī)劃中用途最大，能夠應(yīng)用的范圍也最廣。

（1）

式1中：Tq為當(dāng)路段流量為q時(shí)車輛在道路上的行駛時(shí)間，單位/秒;T0為當(dāng)路段0流量時(shí)車輛在道路上的自由行駛時(shí)間，單位/秒;q為路段上的車流量;c為路段的道路通行能力;αβ為模型參數(shù)，用最小二乘法確定。

由于在不同路段的不同交通情況下，αβ的參數(shù)值也不相同，所以可以采用回歸算法，對(duì)具體路段上的車速和實(shí)際交通流量來計(jì)算路阻函數(shù)模型參數(shù)?？紤]到路段上各種因素的影響，我們把路阻函數(shù)轉(zhuǎn)換成用速度表現(xiàn)的形式：

（2）

由于城市道路的設(shè)置不同，機(jī)動(dòng)車道之間或機(jī)動(dòng)車道與非機(jī)動(dòng)車道之間的隔離帶也不同，俗稱板塊。城市道路分為：一幅路：路面無隔離帶;二幅路：路面有一條隔離帶;三幅路：路面有兩條隔離帶;四幅路：路面有三條隔離帶。

本文以三幅路為研究對(duì)象，查閱實(shí)際數(shù)據(jù)后進(jìn)行計(jì)算，得到的模型如下：

（3）

（4）

1.1.2 設(shè)置公交專用道后的交通流模型

由于設(shè)置公交專用道后，道路的車道功能發(fā)生了變化，社會(huì)車輛和公交車輛的運(yùn)行情況也發(fā)生變化，此時(shí)BPR路阻函數(shù)不再適用。社會(huì)車輛和公交車輛分開形式，那么各自路段的飽和度也發(fā)生了變化，社會(huì)車輛和公交車輛之間也存在著相互影響。所以我們統(tǒng)一用以下模型表示：

（5）

qf為社會(huì)車輛在路段上的交通流量，pcu/h;cf為社會(huì)車輛在路段上的的通行能力，pcu/h;qb為公交車輛在公交專用道上的車流量，換算成標(biāo)準(zhǔn)小客車當(dāng)量，vel/h;cb為公交車輛在公交專用道的通行能力，vel/h。

1.1.3 設(shè)置公交專用道前后車速比

評(píng)價(jià)設(shè)置公交專用道后對(duì)道路交通的影響，其參考指標(biāo)之一是車速的變化。通過設(shè)置公交專用道前后車速的比值，定量分析公交專用道設(shè)置后的效果。

根據(jù)現(xiàn)有模型，得到下列模型對(duì)比公式：

公交車輛模型：

（6）

社會(huì)車輛模型：

（7）

2 案例分析

選取西安市四條車輛飽和度不同主干道的進(jìn)行車流量調(diào)查，根據(jù)路段的流量，用1.1中的公式計(jì)算出各個(gè)路段設(shè)置公交專用道前后車輛的速度比值，定量分析在不同路段飽和度下設(shè)置公交專用道對(duì)路段交通的影響。選取路段的數(shù)據(jù)特征具體見表1。

表1 ?路段情況調(diào)查

據(jù)路段公交車輛和社會(huì)車輛的路段飽和度和路段的車輛通行能力，分別計(jì)算各路段設(shè)置公交專用道前后速度的比值?？墒贡疚囊玫哪Ｐ途哂衅毡樾浴?/p>

按照調(diào)查結(jié)果和表格數(shù)據(jù)的分析，不同飽和度的路段在設(shè)置公交專用道前后社會(huì)車輛和公交車輛的速度均發(fā)生了改變。具有相似的路段道路設(shè)施和路段飽和度在0.5～0.8范圍內(nèi)的建工路和友誼西路，設(shè)置公交專用道前后，社會(huì)車輛和公交車輛的速度均有提高。而在路段飽和度低于0.5的經(jīng)二路上，由于道路飽和度和車流量本身就小，設(shè)置公交專用道更加使得社會(huì)車輛和公交車輛的速度大大提升。而在飽和度高于0.8的咸寧路上，設(shè)置公交專用道后，社會(huì)車輛和公交車輛的速度不僅沒有提高，反而大大降低。

3?結(jié)論

通過對(duì)路段具體數(shù)據(jù)的調(diào)查，用相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行研究分析。并根據(jù)現(xiàn)有數(shù)據(jù)，對(duì)西安市四條路段設(shè)置公交專用道前后車輛的運(yùn)行速度進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，比較并分析設(shè)置公交專用道前后，路段上車輛車速的變化情況，量化評(píng)價(jià)公交專用道的設(shè)置對(duì)路段車輛車速的影響。并且分析得到在飽和度一定的路段上，設(shè)置公交專用道才會(huì)提高社會(huì)車輛和公交車輛在

路段上的行駛速度，解決交通擁堵問題。

參考文獻(xiàn)

[1] AS Shalaby.Simulating Performance Impacts of Bus Lanes and Supporting Measures[J].Journal of Transportation Engineering. 1999.

[2] D Jeason and E.Ferreira. Assessing Travel Time Impacts of Measure to Enhance Bus Operation Part2：Study Methodology and Main Findings. 2000.

[3] Alber Gan，Hhuan Yue，Ike Ubaka， Fang Zhao. Development of opera -tional performance and decision models for arterial bus lane. The 82nd Annual Meeting Transportation Research Board. 2003.

[4] Viegas J，Lu B.Traffic control system wiith intermittent bus lanes [C].In：B IFACS ymposium on Transportation Systems，Chania， Greece，1997：16-18.

[5] 楊曉光，周光偉，杭明升公交優(yōu)先技術(shù)方法[J].城市交通，2002，2：3-5.

[6] 邵俊，楊曉光，史春華.部分鋸齒形公交優(yōu)先進(jìn)口道的交通設(shè)計(jì)與分析[J].同濟(jì)大學(xué)學(xué)報(bào)，2001，10：1175-1180.