山地城市路側(cè)公交優(yōu)先道通行能力研究

鄔 皓 ,姜 濤 ,何紅艷

(1.重慶兩江新區(qū)龍興工業(yè)園建設(shè)投資有限公司,重慶 401135;2.重慶交通大學(xué)交通運(yùn)輸學(xué)院,重慶 400074)

設(shè)置公交優(yōu)先道可在特殊時(shí)間段內(nèi)給予公交車(chē)輛獨(dú)立的道路空間,使道路資源得到更精細(xì)的利用。重慶是典型的山地城市,其路網(wǎng)不均衡問(wèn)題可采取公交優(yōu)先這一措施有效緩解。研究山地城市路側(cè)公交優(yōu)先道路段通行能力,可為優(yōu)化公交管理方式提供理論依據(jù)。

1 公交優(yōu)先道通行能力研究概述

國(guó)外對(duì)通行能力的研究,尤其是公交優(yōu)先道的通行能力研究較早,20 紀(jì)70 年代St.Jacques 等[1]研究公交優(yōu)先道通行能力,其成果被整理進(jìn)美國(guó)《公共交通通行能力和服務(wù)質(zhì)量手冊(cè)》(Transit Capacity and Quality of Service Manual)[2],之后其主要研究成果被寫(xiě)入2000 年版《道路通行能力手冊(cè)》中。St.Jacques 等[3]和Levinson 等[4]也研究了公交優(yōu)先道的通行能力,并對(duì)其通行能力計(jì)算方法進(jìn)行補(bǔ)充,給出相關(guān)建議;劉亞珊[5]對(duì)快速公交優(yōu)先道通行能力的影響因素進(jìn)行敏感度排序;邱豐等[6]通過(guò)分析公交站點(diǎn)設(shè)置形式對(duì)公交優(yōu)先道通行能力的影響,提出公交優(yōu)先道通行能力計(jì)算模型;吳鼎新[7]研究了間歇性?xún)?yōu)先的公交專(zhuān)用道并對(duì)其道路通行能力及影響進(jìn)行分析。

1.1 基本路段通行能力理論梳理

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、信控和環(huán)境均處于理想狀態(tài)下,一段單位時(shí)間內(nèi)能通過(guò)某一斷面或某一條道路的最大交通流量。道路基本通行能力計(jì)算公式為

式中,C0為道路基本通行能力,pcu·h-1;l0為平均車(chē)頭間距,m;v為行駛車(chē)速,km·h-1;t0為平均車(chē)頭時(shí)距,s。

其中l(wèi)0計(jì)算公式為

式中,Φ為輪胎與路面間的附著系數(shù);v為行車(chē)速度,km·h-1;t為駕駛員反應(yīng)時(shí)間,s。連續(xù)車(chē)流前后車(chē)頭間隔示意如圖1 所示。

《城市道路工程設(shè)計(jì)規(guī)范》(CJJ 37—2012)對(duì)不同等級(jí)的道路通行能力進(jìn)行規(guī)定,道路基本通行能力具體情況如表1 所示。

表1 道路基本通行能力具體情況

1.1.2 道路可能通行能力

道路可能通行能力指實(shí)際的環(huán)境、交通、道路和信控條件下,一段單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)道路某一斷面或某一條道路的最大交通量。在道路基本通行能力的基礎(chǔ)上,考慮各類(lèi)影響因素,道路可能通行能力計(jì)算公式為

式中,γ為通行能力影響因素修正系數(shù);Ca為道路可能通行能力,pcu·h-1。

1.1.3 道路設(shè)計(jì)通行能力

道路設(shè)計(jì)通行能力是指道路保持在某一設(shè)計(jì)服務(wù)水平的道路交通運(yùn)行狀態(tài)時(shí),一段單位時(shí)間內(nèi)道路上某一路段的通行能力。道路設(shè)計(jì)通行能力計(jì)算公式為

式中,Cs為道路設(shè)計(jì)通行能力,pcu·h-1;為道路i的飽和度。

1.2 公交優(yōu)先道基本路段通行能力研究現(xiàn)狀

學(xué)者已針對(duì)公交優(yōu)先道基本路段通行能力做了不同程度的研究,其中多數(shù)研究結(jié)合理論模型和仿真模型。謝秋峰等[8]對(duì)不同級(jí)別、位置以及設(shè)置形式的公交優(yōu)先道進(jìn)行分析;姬浩等[9]研究了公交車(chē)?？空军c(diǎn)對(duì)道路通行能力的影響,結(jié)果顯示隨著停靠時(shí)間和頻次的增加,道路通行能力明顯下降,其中對(duì)右側(cè)車(chē)道通行能力的影響最為顯著;秦麗輝等[10]研究了公交?？啃袨橛绊懴鲁鞘兄鞲陕返耐ㄐ心芰?。也有學(xué)者對(duì)公交優(yōu)先道交織區(qū)進(jìn)行了研究,Chen 等[11]和賈顯超[12]分析公交專(zhuān)用道的交織段長(zhǎng)度以及車(chē)頭距等,建立專(zhuān)用道交織區(qū)通行能力計(jì)算模型。

在分析公交專(zhuān)用道通行能力時(shí),學(xué)者對(duì)不同公交專(zhuān)用道的類(lèi)型、級(jí)別、所處道路以及特殊天氣下的影響等都進(jìn)行了研究,而對(duì)特殊城市地理?xiàng)l件的影響研究分析較為欠缺。探討在山地城市條件下路側(cè)公交優(yōu)先道的通行能力,并以標(biāo)準(zhǔn)公交車(chē)輛來(lái)衡量其通行能力尤為必要。

2 山地城市路側(cè)公交優(yōu)先道特征分析

山地城市因山水分隔、地形高差大,道路建設(shè)時(shí)依靠地勢(shì),道路隨地勢(shì)起伏。典型的山地城市重慶不設(shè)非機(jī)動(dòng)車(chē)道,路幅較寬,車(chē)速也相對(duì)較快,但道路通行能力并不強(qiáng),致使城市土地資源未得到有效利用,主要影響因素是城市道路路段沿線(xiàn)開(kāi)口。受地形條件影響,城市不同等級(jí)道路建設(shè)受限,城市路網(wǎng)分布不均衡。城市主要道路兩側(cè)一般不鋪設(shè)輔路,而為滿(mǎn)足道路兩側(cè)交通需求增設(shè)較多沿線(xiàn)開(kāi)口,不可避免地對(duì)路側(cè)公交優(yōu)先道產(chǎn)生影響,制約其功能發(fā)揮。

針對(duì)重慶典型路側(cè)公交優(yōu)先道展開(kāi)調(diào)查,道路沿線(xiàn)開(kāi)口情況如表2 所示。

表2 道路沿線(xiàn)開(kāi)口情況

3 山地城市路側(cè)公交優(yōu)先道通行能力計(jì)算模型優(yōu)化

3.1 主要影響因素分析

為實(shí)現(xiàn)公交優(yōu)先,可從通行時(shí)間和道路空間兩方面進(jìn)行分析,在分析山地城市路側(cè)公交優(yōu)先道基礎(chǔ)上對(duì)比平原城市道路特點(diǎn),選取具備山地城市道路特點(diǎn)的影響因素,同時(shí)探究城市道路路段情況,選擇沿線(xiàn)開(kāi)口影響顯著的路段進(jìn)行分析,分析項(xiàng)目包含路段駛?cè)肓?、駛出量以及開(kāi)口數(shù)等。

3.2 構(gòu)建思路

梳理現(xiàn)有各類(lèi)計(jì)算模型與思路,選取影響山地城市路側(cè)公交優(yōu)先道通行能力的主要因素,基于道路特征分析,構(gòu)建山地城市路側(cè)公交優(yōu)先道通行能力計(jì)算優(yōu)化模型。優(yōu)化模型主要包含兩步:①確定影響因素;②構(gòu)建計(jì)算優(yōu)化模型。計(jì)算流程如圖2 所示。

3.3 優(yōu)化模型

3.3.1 計(jì)算模型優(yōu)化

步驟1:計(jì)算城市道路實(shí)際通行能力,計(jì)算公式為

式中,fx為交通條件系數(shù);fw為車(chē)道寬度系數(shù);fcw為側(cè)向凈空限制系數(shù);fHV為縱向坡度系數(shù);fFBIC為橫向干擾系數(shù);S1為視距不足系數(shù);S2為沿途條件系數(shù)。

步驟2:路段沿線(xiàn)開(kāi)口與山地城市路側(cè)公交優(yōu)先道之間沒(méi)有輔道隔離,進(jìn)出開(kāi)口的機(jī)動(dòng)車(chē)直接影響路側(cè)優(yōu)先道的通行能力,優(yōu)化實(shí)際通行能力計(jì)算模型時(shí)可在其基礎(chǔ)上考慮開(kāi)口數(shù)、駛?cè)肓?、駛出量、開(kāi)口形式以及占用時(shí)長(zhǎng)[13]等因素進(jìn)行修正,所構(gòu)建的計(jì)算模型為

式中,K為開(kāi)口影響系數(shù)。

步驟3:調(diào)查發(fā)現(xiàn)道路沿線(xiàn)開(kāi)口駛?cè)?、駛出的?chē)輛以及?？康能?chē)輛占用了優(yōu)先道,影響其通行能力。路段開(kāi)口示意如圖3 所示。

分析占用優(yōu)先道的時(shí)長(zhǎng),得出開(kāi)口對(duì)路側(cè)優(yōu)先道通行能力影響系數(shù),計(jì)算公式為

式中,βi為駛出占用時(shí)長(zhǎng),s,與公交優(yōu)先道和相鄰社會(huì)車(chē)道上車(chē)流量關(guān)聯(lián);αi為駛?cè)胝加脮r(shí)長(zhǎng),s,與優(yōu)先道上公交車(chē)流量關(guān)聯(lián);mi為駛出流量,pcu·h-1;ni為駛?cè)肓髁?pcu·h-1;k為公交優(yōu)先道路側(cè)開(kāi)口數(shù),個(gè)。

3.3.2 優(yōu)化模型結(jié)果驗(yàn)證分析

步驟1:實(shí)地調(diào)查重慶凱恩國(guó)際南公交站-餐具批發(fā)市場(chǎng)公交站內(nèi)的優(yōu)先道,統(tǒng)計(jì)影響路側(cè)優(yōu)先道的各類(lèi)因素,路段開(kāi)口影響因素調(diào)查如表3所示。

表3 路段開(kāi)口影響因素調(diào)查

步驟2:提取調(diào)查范圍內(nèi)優(yōu)先道路段所對(duì)應(yīng)的道路ID(標(biāo)識(shí)號(hào)碼),基于公交車(chē)的GPS(全球定位系統(tǒng))數(shù)據(jù)提取公交車(chē)的速度,反復(fù)試驗(yàn)后提取對(duì)應(yīng)路段內(nèi)的公交車(chē)最大速度,再計(jì)算優(yōu)先道理想通行能力,理想通行能力計(jì)算結(jié)果如表4 所示。

表4 理想通行能力計(jì)算結(jié)果

步驟3:通過(guò)GPS 數(shù)據(jù)提取對(duì)應(yīng)路段的流量與速度,先確定其路段ID,再提取其單位時(shí)間內(nèi)流量與速度,通過(guò)MATLAB 軟件進(jìn)行處理,得到流量-速度圖,5 min 流量-速度散點(diǎn)圖如圖4 所示。

步驟4:根據(jù)調(diào)查所得數(shù)據(jù),用優(yōu)化模型計(jì)算其實(shí)際通行能力,可作為能觀測(cè)到的優(yōu)先道最大交通流量,即可選取5 min 內(nèi)最大公交車(chē)流量,再換算為1 h 的流量作為最大交通流量,路段不同通行能力計(jì)算結(jié)果如表5 所示。

表5 路段不同通行能力計(jì)算結(jié)果

分析模型優(yōu)化結(jié)果,通過(guò)理想通行能力、優(yōu)化模型計(jì)算結(jié)果與實(shí)際通行能力之間的差值計(jì)算出誤差和誤差比。通行能力計(jì)算結(jié)果與所能觀測(cè)到的最大交通量的誤差與誤差比匯總?cè)绫? 所示。

表6 通行能力計(jì)算結(jié)果與所能觀測(cè)到的最大交通量的誤差與誤差比匯總

對(duì)比不同計(jì)算結(jié)果可知,山地城市路側(cè)公交優(yōu)先道通行能力優(yōu)化模型的計(jì)算誤差更低,優(yōu)化模型得出的結(jié)果與實(shí)際通行能力的誤差在可接受范圍內(nèi)。

4 結(jié)語(yǔ)

優(yōu)化后的通行能力計(jì)算模型可用于山地城市路側(cè)公交優(yōu)先道通行能力的計(jì)算,其誤差在可控范圍內(nèi)。通行能力的影響因素眾多,除路段開(kāi)口外,路段長(zhǎng)度、交叉口間距以及優(yōu)先道寬度等都會(huì)對(duì)通行能力產(chǎn)生不同程度的影響,可進(jìn)一步研究探討。