考慮停靠站影響的公交優(yōu)先信號(hào)配時(shí)優(yōu)化

陳悅新

（南通理工學(xué)院 建筑工程學(xué)院， 江蘇 南通 226002）

隨著城市道路擁堵程度的不斷加深，公交優(yōu)先信號(hào)控制成為交叉口公交車(chē)輛優(yōu)先運(yùn)行的重要手段。在單點(diǎn)交叉口公交優(yōu)先方面，湯乾斌［1］為提高交叉口通行效率分析了公交優(yōu)先信號(hào)控制；宋現(xiàn)敏等［2］以乘客通過(guò)率最大為目標(biāo)，為公交車(chē)輛優(yōu)先通行選取最優(yōu)方案；趙天羽等［3］以公交車(chē)頭時(shí)距偏差最小為目標(biāo)，建立交叉口信號(hào)配時(shí)優(yōu)化模型；羅浩順等［4］以交叉口綜合延誤最小為優(yōu)化目標(biāo)，給予公交車(chē)先后通行進(jìn)行排隊(duì)。在?？空緦?duì)交叉口的影響方面，趙菲［5］以人均出行效率為優(yōu)化目標(biāo)，對(duì)上游交叉口進(jìn)行信號(hào)配時(shí)優(yōu)化；朱文韜等［6］建立?？空居绊懴碌墓谎诱`模型；孫祥龍等［7］用VISSIM 仿真對(duì)固定信號(hào)配時(shí)與公交優(yōu)先配時(shí)的車(chē)輛延誤進(jìn)行研究；陳璐［8］建立交叉口下游直線(xiàn)式公交站影響的多車(chē)道機(jī)動(dòng)車(chē)交通流模型；李津等［9］結(jié)合預(yù)信號(hào)系統(tǒng)，對(duì)車(chē)輛和行人進(jìn)行延誤分析，以降低公交車(chē)輛延誤。

上述文獻(xiàn)分別對(duì)?？空竞徒徊婵诘耐ㄐ行蔬M(jìn)行研究，本文在此基礎(chǔ)上將?？空竞徒徊婵谧鳛橐粋€(gè)整體控制區(qū)域進(jìn)行研究，將控制區(qū)域內(nèi)的乘客總延誤作為優(yōu)化目標(biāo)，構(gòu)建交叉口公交優(yōu)先綠燈延長(zhǎng)時(shí)間計(jì)算模型，最終確定考慮下游?？空居绊懙慕徊婵诠粌?yōu)先信號(hào)配時(shí)優(yōu)化方案。

1 公交優(yōu)先信號(hào)配時(shí)優(yōu)化模型

1.1 交叉口公交優(yōu)先綠燈延長(zhǎng)時(shí)間優(yōu)化模型

交叉口公交優(yōu)先綠燈延長(zhǎng)將對(duì)交叉口、下游公交?？空境丝偷某鲂锌傃诱`產(chǎn)生影響?？紤]到公交車(chē)輛在交叉口和下游?？空镜倪\(yùn)行特征，選取乘客出行總延誤作為優(yōu)化控制指標(biāo)，即以交叉口與下游公交?？空境丝偷某鲂锌傃诱`最小為優(yōu)化控制目標(biāo)，構(gòu)建交叉口公交優(yōu)先綠燈延長(zhǎng)時(shí)間優(yōu)化模型，如式（1）所示。

式中：d表示乘客出行總延誤，s；di表示交叉口i乘客出行總延誤，s；ds表示交叉口i的下游公交停靠站乘客的出行總延誤，s。

需要注意的是，公式（1）的公交優(yōu)先綠燈延長(zhǎng)優(yōu)化模型是以交叉口各進(jìn)口道車(chē)流飽和度不超過(guò)0.9為約束條件的。

1.1.1 交叉口乘客延誤模型

由于公交車(chē)輛和社會(huì)車(chē)輛車(chē)均載客人數(shù)存在較大差異，因此在計(jì)算交叉口乘客出行延誤時(shí)，需要結(jié)合信號(hào)控制交叉口各相位車(chē)均延誤，分別計(jì)算社會(huì)車(chē)輛和公交車(chē)輛的乘客延誤。下面借助美國(guó)道路通行手冊(cè)［10］的方法，當(dāng)車(chē)輛在交叉口進(jìn)口道范圍內(nèi)不出現(xiàn)換道行為時(shí)，計(jì)算信號(hào)控制交叉口各相位的車(chē)均延誤，如式（2）所示。

結(jié)合交叉口各進(jìn)口道社會(huì)車(chē)輛和公交車(chē)輛的流量及載客數(shù)，根據(jù)交叉口車(chē)均延誤公式和各相位車(chē)輛總數(shù)及平均載客數(shù)，計(jì)算交叉口i乘客出行延誤di如公式（3）所示。

式中：J為交叉口i的信號(hào)相位總數(shù)分別表示交叉口i相位j的社會(huì)車(chē)輛和公交車(chē)輛的流量，部/h；ov、ob分別表示交叉口i范圍內(nèi)社會(huì)車(chē)輛和公交車(chē)輛的平均載客量，人。

1.1.2 ?？空境丝脱诱`模型

根據(jù)調(diào)查分析可知，城市路網(wǎng)中所有乘客在公交?？空痉秶鷥?nèi)的出行延誤ds如式（4）所示。

式中：ds1為?？空咎幍却卉?chē)到達(dá)的乘客候車(chē)等待延誤，s；ds2為公交車(chē)輛停站后乘客上下車(chē)過(guò)程中車(chē)內(nèi)乘客的等待延誤，s。

為計(jì)算?？空咎幍却卉?chē)到達(dá)的乘客候車(chē)等待延誤ds1，假設(shè)單位時(shí)間內(nèi)乘客均勻到達(dá)?？空?，且公交車(chē)到站后乘客登車(chē)過(guò)程也服從均勻分布，則?？空咎幍却卉?chē)到達(dá)的乘客候車(chē)等待延誤ds1如公式（5）［11］所示。

式中：M為?？空痉?wù)的公交車(chē)輛線(xiàn)路總數(shù)；N為?？空痉?wù)的某路公交車(chē)輛線(xiàn)路的總班次；h（t）為?？空竞蜍?chē)乘客到站人數(shù)的時(shí)間分布函數(shù)，s；為第m路公交車(chē)第n班次與該線(xiàn)路上一班次公交車(chē)離站的時(shí)間間隔，s；tmonn為第m路公交車(chē)第n班次乘客的人均上車(chē)時(shí)間，s。

公交車(chē)輛停站后乘客上下車(chē)過(guò)程中車(chē)內(nèi)乘客的等待延誤ds2，主要取決于公交車(chē)輛在?？空镜耐Ｕ緯r(shí)間。假設(shè)公交車(chē)輛到達(dá)?？空竞蟊憧晒┏丝蜕舷萝?chē)（前上后下），即同時(shí)到達(dá)公交?？空镜墓卉?chē)輛數(shù)不大于?？空镜耐＼?chē)泊位數(shù)，也就是說(shuō)公交車(chē)輛不需要在?？空九抨?duì)等待進(jìn)入，則此時(shí)公交車(chē)輛在?？空镜耐Ｕ緯r(shí)間為乘客上車(chē)時(shí)間ton與下車(chē)時(shí)間toff中的較大者。因此，單位時(shí)間內(nèi)公交車(chē)輛停站后乘客上下車(chē)過(guò)程中車(chē)內(nèi)乘客的等待延誤ds2如公式（6）［11］所示。

式中：tmnoff為第m路公交車(chē)第n班次乘客人均下車(chē)時(shí)間，s；omn為第m路公交車(chē)第n班次載客量，人。

1.2 公交優(yōu)先信號(hào)配時(shí)方案優(yōu)化模型

利用之前優(yōu)化確定的交叉口公交優(yōu)先綠燈延長(zhǎng)時(shí)間模型（公式1），在交叉口信號(hào)周期保持固定的前提下，結(jié)合現(xiàn)有的綠燈時(shí)間，對(duì)交叉口信號(hào)配時(shí)方案進(jìn)行調(diào)整，則考慮下游?？空居绊懙慕徊婵诠幌辔痪G燈時(shí)間模型如式（7）所示。

式中：gp0、gp分別為優(yōu)化前、后交叉口i的公交優(yōu)先相位p的綠燈時(shí)間，s分別為優(yōu)化前、后交叉口i相位j的綠燈時(shí)間，s；tge為交叉口i增加的公交優(yōu)先綠燈延長(zhǎng)時(shí)間，s；xp為交叉口i公交優(yōu)先相位p的飽和度。

2 實(shí)例分析

2.1 交通基礎(chǔ)數(shù)據(jù)資料

選取南京市漢中門(mén)大街—北圩路交叉口為公交優(yōu)先信號(hào)配時(shí)優(yōu)化交叉口，研究其下游350 m處漢中門(mén)大街—嫩江路公交?？空緦?duì)該交叉口公交優(yōu)先信號(hào)配時(shí)的影響。漢中門(mén)大街—北圩路交叉口及下游漢中門(mén)大街—嫩江路公交?？空究臻g布局如圖1 所示，交叉口信號(hào)配時(shí)方案如圖2所示。

圖1 漢中門(mén)大街—北圩路交叉口及下游?？空究臻g布局Fig. 1 Spatial layout of Hanzhongmen Street-Beiwei Road intersection and downstream stop

圖2 漢中門(mén)大街—北圩路交叉口信號(hào)配時(shí)方案Fig. 2 Signal timing scheme for Hanzhongmen Street-Beiwei Road intersection

由于漢中門(mén)大街為公交優(yōu)先通行主路，漢中門(mén)大街—北圩路交叉口公交優(yōu)先信號(hào)將優(yōu)先保證相位1 中直行公交車(chē)輛（9#路、82#路、552#路公交車(chē)）優(yōu)先通過(guò)交叉口。

2021 年11 月15—17 日，對(duì)漢中門(mén)大街—北圩路交叉口各進(jìn)口道及下游公交?？空镜耐砀叻鍟r(shí)段（17：30—18：30）社會(huì)車(chē)輛如小汽車(chē)、大型貨車(chē)等進(jìn)行調(diào)查，并按照車(chē)輛換算系數(shù)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行換算，得出11 月15—17 日晚高峰時(shí)段漢中門(mén)大街—北圩路交叉口各進(jìn)口道連續(xù)3天的平均車(chē)流量數(shù)據(jù)，如表1所示，漢中門(mén)大街—嫩江路公交?？空?1 月15 日晚高峰時(shí)段公交車(chē)輛到站的相關(guān)數(shù)據(jù)如表2所示。

表1 漢中門(mén)大街—北圩路交叉口現(xiàn)狀交通流量Table 1 Current traffic flow at the intersection of Hanzhongmen Street and Beiwei Road部

表2 公交車(chē)輛在漢中門(mén)大街—嫩江路?？空镜慕煌ㄌ卣鲾?shù)據(jù)Table 2 Traffic characteristics data of public transport vehicles at the stop of Hanzhongmen Street-Nenjiang Road

通過(guò)實(shí)地觀測(cè)和調(diào)查，得出區(qū)域內(nèi)調(diào)查日期（2021 年11 月15—17 日）晚高峰時(shí)段社會(huì)車(chē)輛與公交車(chē)的平均載客分別約為1.8人/部、28人/部。

2.2 公交優(yōu)先信號(hào)配時(shí)優(yōu)化

借助前述交叉口公交優(yōu)先信號(hào)配時(shí)優(yōu)化方法，對(duì)漢中門(mén)大街—北圩路交叉口公交優(yōu)先信號(hào)配時(shí)方案進(jìn)行優(yōu)化，得出優(yōu)化后信號(hào)配時(shí)方案（公交優(yōu)先綠燈延長(zhǎng)時(shí)間為13 s），如圖3 所示，優(yōu)化前后漢中門(mén)大街—北圩路交叉口、漢中門(mén)大街—嫩江路公交停靠站乘客出行延誤如表3所示。

表3 交叉口公交優(yōu)先配時(shí)方案優(yōu)化前后乘客延誤分析Table 3 Passenger delay analysis before and after optimization of bus priority timing scheme at intersectionss

圖3 漢中門(mén)大街—北圩路交叉口公交優(yōu)先信號(hào)配時(shí)優(yōu)化方案Fig. 3 Bus priority signal timing optimization scheme at the intersection of Hanzhongmen Street and Beiwei Road

由表3 可知，優(yōu)化后交叉口范圍內(nèi)機(jī)動(dòng)車(chē)乘客出行延誤減少38 547 s、延誤率減少8.47%，優(yōu)化后?？空咎幑卉?chē)乘客出行延誤減少1 273 s、延誤率減少6.22%，在整個(gè)優(yōu)化控制區(qū)域（交叉口與下游?？空荆丝涂偝鲂醒诱`減少39 820 s、延誤率減少8.38%。

2.3 仿真驗(yàn)證

借助VISSIM 仿真軟件，將南京市漢中門(mén)大街—北圩路交叉口和漢中門(mén)大街—嫩江路公交?？空镜牡匦螆D導(dǎo)入仿真軟件，結(jié)合表1、表2 中的數(shù)據(jù)，搭建仿真環(huán)境，構(gòu)建仿真界面。經(jīng)仿真，得到優(yōu)化前后整個(gè)優(yōu)化控制區(qū)域（交叉口與下游停靠站）乘客出行總延誤，如表4所示。

由表4可知，優(yōu)化前后整個(gè)優(yōu)化控制區(qū)域乘客出行總延誤分別為520 478.7 s、481 876 s，即基于VISSIM仿真軟件，優(yōu)化后的方案比優(yōu)化前乘客出行總延誤減少38 602.7 s、延誤率減少7.42%，說(shuō)明優(yōu)化方案在交叉口公交優(yōu)先信號(hào)配時(shí)優(yōu)化方面富有成效。

3 結(jié)論

通過(guò)分析道路交叉口及下游?？空境丝统鲂醒诱`的相互作用特征，以控制區(qū)域內(nèi)乘客出行總延誤最小為目標(biāo)，構(gòu)建考慮下游?？空居绊懙慕徊婵诠粌?yōu)先信號(hào)配時(shí)方案。結(jié)合南京市漢中門(mén)大街—北圩路交叉口及其下游漢中門(mén)大街—嫩江路公交停靠站晚高峰時(shí)段的乘客出行延誤數(shù)據(jù)，得出優(yōu)化后交叉口與下游?？空境丝统鲂锌傃诱`比優(yōu)化前降低了8.38%，優(yōu)化作用顯著。但是該方案只考慮控制區(qū)域內(nèi)下游?？空九c交叉口的相互影響，沒(méi)有將上游?？空究紤]在內(nèi)，因此下一步的優(yōu)化方案是將控制區(qū)域內(nèi)上、下游?？空九c交叉口一起納入城市路網(wǎng)中進(jìn)行優(yōu)化。