基于PARAMICS仿真的城市雙向四車道公交專用道設(shè)置影響研究

尚佳奇 孫永擘

摘要：公交專用道是在有限的城市道路資源情況下，進(jìn)一步發(fā)掘道路運輸潛力，提高公交運行速度、增強公交的吸引力，促進(jìn)城市交通的綠色、可持續(xù)發(fā)展。但是城市公交專用道在有效實現(xiàn)公交優(yōu)先的同時，進(jìn)一步加深了社會車輛與有限道路資源之間的矛盾，尤其對于城市雙向四車道道路，這種矛盾尤為突出。由于路段是道路的基本組成單元，本文通過Paramics仿真軟件，建立設(shè)置公交專用道和不設(shè)置公交專用道兩種情況下的雙向四車道路段交通仿真模型，并對其進(jìn)行仿真分析，分析在不同的交通量和公交車流量的各種交通狀態(tài)下，設(shè)置公交專用道前后，其對路段公交車運行速度、社會車輛行程時間總延誤及社會車輛運行速度三方面產(chǎn)生的影響進(jìn)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(guān)鍵詞：Paramics仿真;公交專用道;雙向四車道;公交車運行速度;行程時間總延誤

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

中圖分類號：U491.51? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1006-4311（2020）23-0219-04

0? 引言

公交專用道是公交優(yōu)先系統(tǒng)的重要組成部分，公交專用道的設(shè)置能很好的協(xié)調(diào)路段公交車流與社會車流之間的關(guān)系，實現(xiàn)道路資源的有效利用，充分發(fā)揮道路運輸潛力。一般的，設(shè)置公交專用道的路段，道路的物理條件必須滿足一定的要求。一般選取路段機(jī)動車車道數(shù)雙向六車道及以上的路段設(shè)置公交專用道，在路段上設(shè)置公交專用道后，會引起路段各個車道利用率的不均衡。但是，對于雙向四車道的路段，如果設(shè)置公交專用道，僅剩下一條車道供社會車輛通行，從理論上來說是可行的，但是設(shè)置公交專用道后，路段一半以上的路權(quán)都屬于公交車，而一般路段公交車占路段的流量的比例很少達(dá)到50%。在該種情況下，城市雙向四車道設(shè)置公交專用道，一方面可能會導(dǎo)致社會車輛車道的過飽和，加劇路段的交通擁堵，另一方面公交專用道利用率卻相對較低，無法真正的實現(xiàn)道路資源的有效利用。在鄭州公交專用道的設(shè)計中，對于雙向四車道，采用的是在特定的時間段（早晚高峰）內(nèi)公交車輛優(yōu)先使用的公交專用道，同時取消路口進(jìn)口道的公交專用的設(shè)置，其在提升公交運行速度的同時，緩解社會車輛于道路資源之間的矛盾。但是，該種公交專用道的設(shè)計方案對雙向四車道路段交通產(chǎn)生影響需要進(jìn)一步的研究。因此，本文通過建立城市雙向四車道路段設(shè)置公交專用道和不設(shè)置公交專用道的仿真模型，仿真在不同的路段交通量和公交車流量交通狀態(tài)下，分析設(shè)置公交專用道給路段帶來的交通影響進(jìn)行研究分析。

1? 交通影響分析評價指標(biāo)

城市雙向四車道設(shè)置公交專用道，其主要目的是提高公交車的運行速度，以縮短公交車運行時間來達(dá)到減少出行者出行時間的目的，從而增強公共交通的吸引力。但對于雙向四車道有限的道路資源條件下，設(shè)置公交專用道必然會對本路段通行的其它車輛造成影響，而該影響主要體現(xiàn)在本路段車輛行程時間延誤和行駛速度的變化。因此，本文選取公交車平均運行速度、社會車輛行程時間總延誤、及社會車輛平均運行速度三個評價指標(biāo)對雙向四車道設(shè)置公交專用道產(chǎn)生的影響進(jìn)行分析。

行程時間是指車輛在某種交通流特性下，完成從指定的從起點到終點的路程所需消耗的時間。對于設(shè)置公交專用道后，總行程時間延誤越大，表明因公交專用道的設(shè)置，其他社會車輛所受到的延誤就越大，經(jīng)濟(jì)效益的損失也就越大。社會車輛行程時間總延誤：

2? 仿真模型搭建

本文通過搭建城市雙向四車道設(shè)置公交專用道路段模型，仿真評價相同的路段在不同交通量、公交車輛流量下設(shè)置公交專用道，對路段交通產(chǎn)生的影響進(jìn)行對比分析。一般的，為平衡公交車、社會車輛與有限道路資源之間的矛盾，對于城市雙向四車道，公交專用道只在兩個交叉口之間的路段設(shè)置，在進(jìn)入路段10-15米內(nèi)以及距離交叉口車道導(dǎo)向線前30-50米不設(shè)置公交專用道，為使仿真模型具有普遍性，設(shè)計選取兩個具有普遍意義的交叉口之間的路段設(shè)置公交專用道，交叉口間距為500米，在兩個交叉口信號配時一定的情況下，分別對路段交通量為400輛/小時、600輛/小時、800輛/小時、1000輛/小時、1200輛/小時，公交車流量為30輛/小時、45輛/小時、60輛/小時、75輛/小時、90輛/小時，不同的交通流運行狀態(tài)下設(shè)置公交專用道和不設(shè)置公交專用道，其產(chǎn)生的影響進(jìn)行仿真分析。

2.1 路段模型設(shè)計

搭建的仿真模型由兩個十字交叉口組成，路段長度為500米，考到公交專用道在交叉口出口道的過渡段和臨近交叉口的過度取消公交專用道的設(shè)置，路段上公交專用道設(shè)置長度為400米，機(jī)動車道數(shù)為雙向四車道。（圖1）

2.2 交叉口信號設(shè)計

相鄰的兩個交叉口采用兩相位配時設(shè)計。信號周期位90s，東西向綠燈時間位40s，黃燈時間位3s，南北向綠燈時間位40s，黃燈時間為3s，全紅時間為2s。

2.3 交通量設(shè)計

為使仿真結(jié)果更加全面，同時考慮到雙向四車道的道路通行能力，選取路段交通量為400輛/小時、600輛/小時、800輛/小時、1000輛/小時、1200輛/小時6種不同道路服務(wù)水平的交通運行狀態(tài)進(jìn)行仿真。

2.4 公交車流量設(shè)計

本文通過對不同城市雙向四車道設(shè)置公交專用道的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行研究后，選取公交車流量為30輛/小時、45輛/小時、60輛/小時、75輛/小時、90輛/小時6種情況進(jìn)行仿真研究分析。

3? 仿真參數(shù)設(shè)置

應(yīng)用仿真平臺對城市雙向四車道路段設(shè)置公交專用道進(jìn)行仿真建模時，為使得模型能更夠更加實際的反應(yīng)道路真實運行狀況，需要對仿真模型的參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，宏觀參數(shù)包括道路類型、交通車輛類型構(gòu)成、路段車輛的運行速度、路段車輛的平均速度、路段流量、相鄰交叉口信號配時以及仿真時間的選取。微觀參數(shù)包括排隊間距、平均車頭時距、司機(jī)平均反應(yīng)時間、車輛最小間距。本文依據(jù)鄭州市公交專用道設(shè)計項目實地調(diào)研數(shù)據(jù)，作為仿真所需的參數(shù)輸入值，微觀仿真參數(shù)依據(jù)鄭州市交通流運行情況以及相關(guān)文獻(xiàn)進(jìn)行選取設(shè)置。

4? 控制插件Plug開發(fā)

應(yīng)用Paramics仿真軟件在研究城市雙向四車道路段設(shè)置公交專用道后產(chǎn)生的影響研究過程中，涉及到車輛運行規(guī)則的設(shè)定，例如，在道路施劃公交專用道后，在特定的時間段內(nèi)社會車輛禁止駛?cè)牍粚Ｓ玫赖耐瑫r，公交車輛也需盡可能的行駛在公交專用道內(nèi)，避免兩者之間的相互干擾。此外，對于評價指標(biāo)數(shù)據(jù)的計算，需要及時的獲取路網(wǎng)上有關(guān)車輛反饋數(shù)據(jù)及數(shù)據(jù)的處理。因此，在這一過程中，需要通過Raramics仿真軟件其API接口進(jìn)行開發(fā)，利用API接口函數(shù)使得自定義的某些規(guī)則及數(shù)據(jù)處理手段得以實現(xiàn)。該功能的實現(xiàn)需要在Visual studio c#環(huán)境中，應(yīng)PARAMICS軟件API接口函數(shù)編寫形成。本文對部分API接口函數(shù)說明如下：

void qpx_NET_second（void） // 該函數(shù)為擴(kuò)展函數(shù)，用于實現(xiàn)自己創(chuàng)建的某些功能，在仿真時間內(nèi)每秒的結(jié)束都會引起該函數(shù)的調(diào)用。

void qps_VHC_laneRange （VEHICLE*， int low， int high）; //該函數(shù)為設(shè)置函數(shù)，用于對某個車輛的車道進(jìn)行限定，如果車輛的行駛車道偏離設(shè)定值，其將通過換道駛?cè)朐O(shè)定車道范圍。

void qps_VHC_laneChange （VEHICLE*， int direction）;// 該函數(shù)為設(shè)置函數(shù)，當(dāng)對某輛車使用該函數(shù)時，車輛會盡可能地根據(jù)設(shè)定的換道方向進(jìn)行換道。

void qps_LNK_speedlimit（LINK* link， float value）; //該函數(shù)為設(shè)置函數(shù)，用于給特定路段進(jìn)行速度限制。

5? 仿真及結(jié)果分析

本文通過建立雙向四車道路段設(shè)置公交專用道和不設(shè)置公交專用道兩種情況下道路仿真模型，分別在不同的路段交通量和公交車流量情況下進(jìn)行批量仿真，基于仿真結(jié)果分析公交車平均運行速度、社會車輛行程時間總延誤、社會車輛平均運行速度的變化，研究雙向四車道設(shè)置公交專用道對路段交通產(chǎn)生的影響。

通過建立路段設(shè)置公交專用道和不設(shè)置公交專用道兩種情況的道路模型進(jìn)行仿真，在公交車路段平均運行速度變化方面，結(jié)果表明，雙向四車道設(shè)置公交專用道有助于提升公交車運行速度，并且總體來看，路段交通量越大，設(shè)置公交專用道后公交車平均運行速度提升更明顯。此外，不同路段交通流量下，設(shè)置公交專用道后公交車運行速度提升的幅度并不相同，隨著路段交通量的逐漸增大，設(shè)置公交專用道后公交車運行速度提升的幅度逐漸降低。同時，結(jié)果也表明在某一交通量情況下，路段不同公交車流量，設(shè)置公交專用道后公交車運行速度的提升情況也并不相同，如圖3，設(shè)置公交專用道后公交車運行速度提升隨著路段斷面公交車流量的增大而降低，表明隨著路段公交車流量的增加，設(shè)置公交專用道對于提升公交車路段的運行速度效果逐漸降低。在較低的公交車流量下，設(shè)置公交專用道對于提升公交車的運行速度效果明顯，并且隨著路段交通量的持續(xù)增加，公交車運行速度并沒有持續(xù)增加，而是保持在某一水平。在較高的公交車流量下，設(shè)置公交專用道對于提升公交車的運行速度并沒有顯著地影響，并且隨著路段交通量的增加，公交車運行速度的提升也沒有出現(xiàn)較大的增長趨勢。

雙向四車道設(shè)置公交專用道必然會對本路段通行的社會車輛行程時間造成重大的影響，仿真結(jié)果表明，設(shè)置公交專用道后社會車輛通過路段的總行程時間增加，并且路段交通量越大，設(shè)置公交專用道對本路段通行的社會車輛行程時間造成影響就越大。此外，從圖4可以看出，在不同的斷面公交車流量下，設(shè)置公交專用道對社會車輛行程時間的影響也并不相同，在中低路段公交車流量下，對路段社會車輛行程時間總延誤的影響隨著路段公交車流量的增加而緩慢增大，然后隨著路段公交車流量的繼續(xù)增加，該影響沒有展現(xiàn)出較大的增長趨勢，而是保持在相對穩(wěn)定水平。但是在較高公交車流量下，這種影響表現(xiàn)的與低流量略有不同，隨著路段公交流量的增大，設(shè)置公交專用道對路段社會車輛行程總時間造成影響呈現(xiàn)先增加后降低，然后再增加的趨勢，較高的道路服務(wù)水平下，設(shè)置公交專用道對社會車輛行程時間的影響表現(xiàn)的并不穩(wěn)定。

雙向四車道設(shè)置公交專用道對路段上其它車輛的重要影響之一就是社會車輛行駛速度的變化。從圖5可以看出，總體來看，雙向四車道設(shè)置公交專用道后對社會車輛的平均行駛速度隨著路段交通量的增大而增大，隨著路段公交車流量的增加呈現(xiàn)增加趨勢。但是，在特定的路段服務(wù)水平下或是某個特定的路段交通量下，不同斷面公交車流量下，設(shè)置公交專用道前后對社會車輛平均行駛速度變化表現(xiàn)的略有差異，較高交通流量比中低交通流量在不同的公交車流量的變化對社會車輛行駛速度的影響敏感度也不同，較高交通流量的變化對社會車輛行駛速度造成的影響變化更大。在較低交通流量下，不同公交車流量下設(shè)置公交專用道前后對社會車輛行駛速度變化表現(xiàn)的并不明顯，并且隨著公交車流量的增加也并沒有表現(xiàn)出增長趨勢，反而較高交通流量時隨著公交車流量的增加，該影響呈現(xiàn)出了一定的波動性，但是該影響總體呈現(xiàn)增長趨勢。

6? 結(jié)束語

本文通過Paramics交通仿真軟件對雙向四車道路段設(shè)置公交專用道對路段交通產(chǎn)生的影響進(jìn)行分析，仿真路段在不同的交通量和公交車流量各種交通運行狀態(tài)下，設(shè)置公交專用道后，分別從公交車平均運行速度、社會車輛行程時間總延誤及社會車輛平均運行速度三方面進(jìn)行研究了分析。但是由于城市雙向四車道道路進(jìn)行公交專用道設(shè)計時，為平衡公交車及社會車輛與有限道路資源之間的矛盾，僅是在路段設(shè)置公交專用道，而在路口并未設(shè)置，因此從仿真結(jié)果來看，雙向四車道設(shè)置公交專用道對于提高公交車的運行速度效果并不明顯，同時給本路段的社會車輛行程時間造成了較大的延誤和運行速度的降低。鑒于雙向四車道交通運行狀態(tài)的復(fù)雜性，在實際進(jìn)行公交專用道規(guī)劃和設(shè)計中，可以進(jìn)一步通過對規(guī)劃建設(shè)公交專用道的整條道路范圍進(jìn)行仿真分析，綜合考慮制定雙向四車道道路的公交專用道規(guī)劃和設(shè)計。

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