城市快速路社會車借用公交專用道行為影響分析

陳春安, 陳立揚, 周晨靜

(1.廣州市交通規(guī)劃研究院有限公司, 廣州 510030;2.廣州市城市建設開發(fā)有限公司, 廣州 510623;3.廣州大學 土木工程學院, 廣州 510006)

0 引言

城市道路有限空間資源與私家車需求不斷增長是產(chǎn)生城市交通擁堵問題的致因,優(yōu)先發(fā)展大容量公共交通是暢通城市的必要手段. 由此“公交優(yōu)先”戰(zhàn)略是我國大體量、高密度人口城市解決交通問題的核心策略,其中公交專用道保障公交具有專用路權,是實現(xiàn)大容量交通快速通行的路權保障[1],也是實現(xiàn)城市韌性交通高通量要求的重要舉措[2]. 公交專用道建設也是我國“公交都市”建設評價指標的重要內容,我國多數(shù)城市均出臺公交專用道設置標準要求[3-4],規(guī)范了公交專用道的鋪設方法. 以廣州市為例截止2023年底建設公交專用道約620 km,起到了良好的通勤服務功能. 如何保證公交專用道實際運行效果是公交專用道系統(tǒng)設計的關鍵內容之一,朱琳等[5]應用仿真技術從公交專用道布設形式上分析其通行效率,陳炯迪等[6]應用微觀仿真工具從信號控制優(yōu)化的角度研究信號交叉口公交車道效率提升方法,YE 等[7]應用微觀仿真技術從公交專用道里程長度角度分析公交專用道與社會車輛交互影響,林坤[8]等應用微觀仿真技術從交通流飽和狀態(tài)的角度分析公交專用道的運營效率,同樣俞山川[9]提出構建完善的稽查與違規(guī)占用懲罰體系. 其中,從管理上設置稽查系統(tǒng)與違規(guī)占用公交專用道的懲罰體系是較為直觀有效的路權保障方法. 存在實際問題是公交專用道稽查系統(tǒng)通常借用通道上立交橋、公交站等設施布設稽查攝像頭,難以實現(xiàn)稽查全覆蓋. 由此,通勤高峰期間,社會車輛行駛車道(簡稱“社會車車道”)較為擁堵條件下,會有部分私家車借用公交專用道,并在下一稽查點位前再次匯入社會車輛運行車道的情形. 本文以該類行為對道路整體通行效率造成影響為出發(fā)點,應用微觀仿真技術設計仿真實驗開展具體研究工作.

1 實驗設計

1.1 設計思路

微觀交通仿真技術是公交專用道效率測評與設置考量的常用分析技術,本次研究采用Vissim仿真平臺開展整體實驗設計.

在社會車車道服務水平等級較高、暢通運行條件下,由于管理法規(guī)的制約社會車輛并不會占用公交專用道. 但是在社會車道運行速度低于期望車速、車道高負荷運行、出現(xiàn)排隊現(xiàn)象時,部分社會車輛將會在稽查盲區(qū)占用公交專用道. 由此,本研究選取常見單向3車道快速路為模擬場景,其中最左側1條車道為公交專用道,右側2條車道為社會車車道;實驗基本交通條件為快速路期望車速為80 km/h,社會車車道交通需求1 800 pcu/h(飽和度為0.9),且出現(xiàn)低速瓶頸區(qū)(運行速度為30 km/h)而造成交通擁堵;實驗考查內容為一定占比數(shù)量的社會車輛借用公交專用道,并在1 km后稽查點位置前再次匯入社會車車道,以社會車車道單位時間內疏導完成的交通流量為指標衡量借用公交車道車輛對整體社會車運行的影響.

1.2 實驗方案

按照上述實驗設計思路,本研究實驗場景示意圖如圖1所示. 該場景中有1 km長度路段為車輛正常行駛路段,車輛通行需求量記為Q,在這1 km前有一定比例(記為α)的社會車輛駛入公交專用道,并在稽查抓拍區(qū)前固定位置匯出公交專用道駛入社會車車道. 需要記錄社會車車道單位時間內能疏導的交通流量(記為Δq)作為α比例借用公交專用道車輛產(chǎn)生影響的度量指標.

圖1 實驗場景示意圖

2 實驗運行

2.1 微觀仿真模型參數(shù)設置

微觀仿真實驗平臺中車輛運動通常包括自由運動、跟馳運動、換道運動3種駕駛行為類型,各類駕駛行為模型參數(shù)有效標定是應用微觀仿真平臺的前提. 周晨靜等[10-13]基于最大程度減少微觀仿真參數(shù)標定數(shù)量以減少標定結果不確定性的思想,圍繞微觀交通仿真模型參數(shù)標定開展系列研究工作,證實“對微觀仿真模型參數(shù)進行全局與局部分類,工程實測確定全局參數(shù),智能尋優(yōu)確定局部參數(shù)”方法的有效性. 針對Vissim仿真平臺其自由運動、跟馳運動與換道運動行為參數(shù)達20余個,在本次研究中借鑒以往研究成果[11-12],設置車輛期望加速度變化曲線如圖2所示、車輛期望減速度曲線如圖3所示,同時設置車輛跟馳與換道行為參數(shù)如表1所示.

表1 微觀駕駛行為參數(shù)選取表

圖2 車輛期望加速度變化曲線設置

圖3 車輛期望減速度變化曲線設置

2.2 交通流參數(shù)設置與實驗

在交通流條件設置上,具體為設置社會車車道斷面流量Q為3 600 pcu/h,車輛期望車速為80 km/h;社會車輛運行1.2 km后遇到一個長度為50 m的限速瓶頸區(qū),車流運行速度降低至30 km/h;公交專用道中公交車發(fā)車頻率為1輛/10 min公交車輛,公交車期望車速亦為80 km/h;設置Q*α輛社會車輛借用公交專用道,并在稽查抓取區(qū)前固定位置并道,重新回到社會車車道,其中α取值分別為0%、1%、2%、3%、4%、5%、6%、7%、8%、9%、10% 11個水平;在瓶頸段結束位置設置數(shù)據(jù)檢測器,以60 s為單元統(tǒng)計疏導交通流量. 由此. 分析不同公交專用道借用車輛數(shù)量條件下,社會車車道疏導交通輛的變化.

每次仿真實驗仿真運行3 900 s,每組交通流參數(shù)分別選取5個隨機種子開展實驗,共開展11×5=55組仿真實驗,各組實驗結果取均值得到11組仿真實驗結果如表2所示.

表2 仿真實驗結果表

3 結果分析

通過以上仿真實驗得到不同數(shù)量社會車輛借用公交專用道通行條件下的社會車車道疏導車流的變化數(shù)據(jù),具體數(shù)據(jù)如圖4所示. 分析圖中數(shù)據(jù)趨勢可得出不同借道車流比例下最大釋放流量具有一定差異,且當借道車流比例高于一定閾值時,影響程度有減弱的趨勢.

圖4 仿真結果示意圖

為細化分析,選取第60、1 260、2 400、3 600 s 4個時間節(jié)點分析不同借道數(shù)量下的社會車車道疏導能力曲線如圖5所示,圖中縱坐標記錄的是不同時間內的累積疏導交通流量變化趨勢. 由于不同時間疏導交通量的量級存在差異,為更好揭示借道車輛對整體交通流的影響,本次研究以10%比例的借道車輛疏導交通量作為基數(shù),每一時段其他比例條件下疏導交通流與之做除法運算,得到結果如圖 6所示.

圖5 公交專用道借用車輛不同比例下社會車車道疏導交通流變化趨勢圖

從圖6分析可知借用公交專用道社會車輛數(shù)量從小到大變化時,社會車輛車道疏導交通流呈現(xiàn) 2個階段的變化,第1個階段是隨著借用公交專用道社會車數(shù)量的增加,社會車輛車道疏導交通流能力降低,說明個體車輛借用公交專用道通行在獲得個體通行效益提升,但會對社會車總體車流帶來負面影響;第2個階段是隨著借用公交專用道車輛數(shù)量進一步增加,社會車輛車道疏導能力趨于穩(wěn)定,源于不論是借道社會車輛還是正常通行社會車輛均處于飽和狀態(tài),車流疏導能力均較小.

圖6 公交專用道借用車輛不同比例下社會車車道疏導交通流比率變化趨勢

研究進一步將所有時段數(shù)據(jù)比值化處理(以10%借用公交專用道流量條件下的疏導交通量為底數(shù),其他做除法運算),并取每一個時段的均值作為不同借用公交專用道車流比例下社會車輛車道疏導交通流相對能力,結果如圖7所示. 由圖可看出借用公交專用道車輛數(shù)越多對社會車輛整體通行越不利. 在本次實驗中4%是1個轉折點,意味著小于4%比例條件下,單體車輛借用公交專用道能帶來個體效益的提升,雖然對整體車流有一定負面影響;但當公交專用道借用車流過高時個體效益也將不再存在.

圖7 不同借道比例下的社會車整體疏導相對能力

4 結論

公交專用道一直是社會爭論的焦點,社會車輛借用公交專用道通行,快速實現(xiàn)通行功能,不再占用社會車輛車道資源,是公交專用道資源共享的基礎. 但是通過本次實驗研究可得出,社會車輛車道交通流的飽和狀態(tài)是影響借道車輛能否回歸的重要制約,需要綜合考量. 個體車輛借用公交專用道實現(xiàn)個人利益的最優(yōu),但該類車輛會對社會車整體車流通行帶來負面影響,甚至加快、加重交通擁堵情形. 在本次實驗條件下,如果有4%比例的社會車車道交通需求借道通行,將對整體車流產(chǎn)生較大負面影響. 由于時間和精力,本研究并未前面開展不同流量需求下的研究工作,未來可用仿真方法進一步探討.