公交優(yōu)先策略下城市交通交叉口信號(hào)配時(shí)方法研究

王　西

(吉林省社會(huì)科學(xué)院經(jīng)濟(jì)研究所，長(zhǎng)春　130033)

公交優(yōu)先策略下城市交通交叉口信號(hào)配時(shí)方法研究

王西

(吉林省社會(huì)科學(xué)院經(jīng)濟(jì)研究所，長(zhǎng)春130033)

摘要：隨著經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的發(fā)展進(jìn)步，我國(guó)城市化進(jìn)程步伐加快，城市交通需求與土地資源供給之間的矛盾日益突出，交通擁堵問題嚴(yán)重影響人們的生活.公交優(yōu)先是緩解城市交通擁堵的主要策略之一.本文以長(zhǎng)春市以某交叉口為例進(jìn)行了實(shí)證分析，得出改進(jìn)后的交叉口公交優(yōu)先信號(hào)配時(shí)方案，仿真結(jié)果表明，基于公交優(yōu)先交叉口的信號(hào)配時(shí)方法是緩解交通擁堵問題的有效途徑之一.

關(guān)鍵詞：城市交通；公交優(yōu)先；信號(hào)配時(shí)；相位設(shè)計(jì)

0引言

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和人民生活水平的提升，城鎮(zhèn)化顯著標(biāo)志之一就是機(jī)動(dòng)車數(shù)量激增.在我國(guó)，城市汽車的總保有量從2003年的2400萬輛增加至2014年的近1.6億輛，機(jī)動(dòng)車保有量增長(zhǎng)速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于城市人口數(shù)量的上升速率，主要表現(xiàn)為城市人均機(jī)動(dòng)車保有量迅速增加.城市發(fā)展中土地空間供應(yīng)有限的嚴(yán)峻形勢(shì)與城市居住人口密度不斷增大帶來的交通道路需求快速增加，已成為難以調(diào)和的矛盾.為了改善交通方面的車輛堵塞問題，我們需要在交通運(yùn)輸工具和交通管理方面入手，緩解城市發(fā)展中面臨的交通瓶頸問題.公共交通擁有的低成本、低人均道路面積、高效率、低污染等優(yōu)勢(shì)，可以大大緩解道路供應(yīng)不足與大量汽車需求的不平衡狀況，降低城市中的車輛堵塞，從而使相對(duì)有限的道路得到更有效的利用.

1公交優(yōu)先與信號(hào)配時(shí)

我國(guó)現(xiàn)有的城市交通交叉口信號(hào)配時(shí)方案主要考慮的是車輛本身，具體說就是公交車與其他各種車輛具有同樣的通過權(quán)利，一般不會(huì)以改變和破壞信號(hào)協(xié)調(diào)為前提.因此，現(xiàn)在一般交叉口的信號(hào)配時(shí)方案是基于最小總延時(shí)周期確定時(shí)間長(zhǎng)度，然后根據(jù)相位車輛的流量比進(jìn)行綠信比的劃分.信號(hào)配時(shí)的設(shè)計(jì)階段首要步驟是相位設(shè)計(jì).交叉路口的一個(gè)車流或者多個(gè)車流在一個(gè)周期中獲得通過路口的權(quán)利叫做信號(hào)相位，信號(hào)系統(tǒng)擁有多少相位信號(hào)取決于在一個(gè)周期內(nèi)有幾個(gè)信號(hào)相位[1].交叉角、交叉口、車道的寬度以及交叉口布局等構(gòu)成了城市交通交叉口的構(gòu)造，交叉口的相位設(shè)計(jì)主要受交叉口的結(jié)構(gòu)分布、直行車流人流量、交通流量等的影響.

與社會(huì)乘用車輛相比，尤其在通過城市道路交叉口時(shí)，公共交通運(yùn)營(yíng)具有載客多高效率的特點(diǎn).目前不同城市或同一城市內(nèi)不同道路交叉口的結(jié)構(gòu)差異較大，車流量的大小和通行車輛的類型也各有不同，因此傳統(tǒng)的四相位信號(hào)控制已經(jīng)無法滿足大部分交叉口的交通需求，可根據(jù)交叉口面臨的交通需求和特點(diǎn)在四相位信號(hào)控制的基礎(chǔ)上對(duì)信號(hào)相位進(jìn)行改進(jìn)[2].

公交優(yōu)先信號(hào)配時(shí)可以有效減少公交車的交通延誤，減少運(yùn)行時(shí)間，提高運(yùn)行效率；同時(shí)公交優(yōu)先信號(hào)配時(shí)方案允許在交叉口的公交車站減少公交車數(shù)量，以保證行駛穩(wěn)定性，提高行駛的安全性.公共交通的方便性和快捷性，不僅使城市交通擁堵現(xiàn)象得到了一定的緩解，而且城市道路服務(wù)水平和通行能力也得到了改善.方案的有效實(shí)施將引導(dǎo)乘客更自覺地選擇公交出行，從而使公交車和其他社會(huì)車輛在城市交通結(jié)構(gòu)分配中更加合理.不僅如此，公共交通對(duì)環(huán)境保護(hù)和節(jié)約土地面積、建設(shè)能源節(jié)約型城市也有積極意義，符合可持續(xù)發(fā)展的政策.

2交叉路口信號(hào)配時(shí)方案改進(jìn)前后對(duì)比分析

本文以長(zhǎng)春市人民大街與自由大路交叉口為例.該路口是非常典型的兩主干道相交的規(guī)則的十字形交叉口，根據(jù)該交叉口機(jī)動(dòng)車、非機(jī)動(dòng)車在早7∶30—8∶30，午11∶30—12∶00兩個(gè)時(shí)段的實(shí)際交通流量數(shù)據(jù)，對(duì)交叉口信號(hào)配時(shí)方案改進(jìn)前后進(jìn)行對(duì)比分析.

2.1　考慮車輛延誤的一般性交叉口信號(hào)配時(shí)

交通信號(hào)定時(shí)控制方法是基于給定的歷史數(shù)據(jù)時(shí)間記錄，采用適當(dāng)?shù)男盘?hào)控制參數(shù)優(yōu)化方法計(jì)算出每個(gè)流量，然后集中作用于該交叉口信號(hào)的管理數(shù)據(jù)，從而調(diào)節(jié)交通流量[3].定時(shí)控制穩(wěn)定可靠，易于交叉口信號(hào)協(xié)調(diào)相鄰的改變，適用于交通量變化有規(guī)律可循且交通量大(甚至接近飽和)的路口.

信號(hào)周期時(shí)長(zhǎng)的計(jì)算式為：

(1)

一般C的取值范圍在80s~180s之間.

L是交叉路口的計(jì)算中的信號(hào)總損失時(shí)間,依據(jù)下式算出：

(2)

式中：Ls為啟動(dòng)損失時(shí)間，需要親自測(cè)量；I為綠燈間隔時(shí)間，s；A為黃燈時(shí)長(zhǎng),可定為3s；k為一個(gè)相位周期內(nèi)綠燈間隔數(shù)目.

Y為流量比總和，按式(3)計(jì)算.

(3)

式中：n為一個(gè)信號(hào)相位周期內(nèi)的相位個(gè)數(shù)；yn，yn′為第n個(gè)相位的流量比；q為進(jìn)口道車流量,pcu/h；S為進(jìn)口車道飽和流量,pcu/h.

如果Y值大于0.9，那么就必須重新進(jìn)行設(shè)計(jì).綠信比與通過該相位時(shí)車流量最大的車道基本成正比,即:

(4)

根據(jù)式(4)計(jì)算結(jié)果確定最終配時(shí)方案.

2.2　公交優(yōu)先配時(shí)優(yōu)化策略

采用主動(dòng)優(yōu)先策略常用三種方法：綠燈延長(zhǎng)、紅燈早斷和相位插入.

綠燈延長(zhǎng)是一種常用于公交優(yōu)先策略，其工作原理是先確定申請(qǐng)的優(yōu)先級(jí)公交車到達(dá)時(shí)間和停止線之間的時(shí)間差，然后確定時(shí)間差的大小和剩余綠燈時(shí)間.如果小于常值，根據(jù)公交優(yōu)先申請(qǐng)來延長(zhǎng)時(shí)間以便調(diào)整綠色顯示對(duì)應(yīng)時(shí)間的相位；如果超過授予擴(kuò)展時(shí)間，則信號(hào)的配時(shí)計(jì)劃不變；紅燈早斷是提前切斷紅燈信號(hào)，同時(shí)打開綠燈信號(hào)，公交前一個(gè)相位的最小綠燈時(shí)間是實(shí)施紅燈早斷方案的關(guān)鍵參數(shù)，需要確保公交車線路車輛的相位可在最小綠燈時(shí)間內(nèi)疏散完成，以避免二次停車；相位插入是指在正常信號(hào)相位的交叉口，當(dāng)公交車到達(dá)時(shí)紅燈時(shí)間較長(zhǎng)且在下一階段仍然無法通過，就需要通過插入特定相位，允許公交車的相位插入到當(dāng)前相位和下一相位之間優(yōu)先通過.

2.3　交叉口信號(hào)配時(shí)的改進(jìn)方案

信號(hào)配時(shí)指標(biāo)的優(yōu)化一般在相位確定之后，在設(shè)計(jì)公交專用道的基礎(chǔ)上經(jīng)計(jì)算確定最佳方案，使交叉路口車輛通行更加順暢，提高通行效率.實(shí)例說明交叉口公交優(yōu)先的信號(hào)配時(shí)設(shè)計(jì)采用上文提出的基于公交優(yōu)先的信號(hào)配時(shí)模型為：

(5)

實(shí)用信號(hào)周期也可用實(shí)際交通量和通行能力與飽和限度乘積的比值確定.在交叉口的信號(hào)配時(shí)方案計(jì)算中，計(jì)算周期時(shí)長(zhǎng)有兩種方法，分別為最佳周期時(shí)長(zhǎng)的計(jì)算和使用周期時(shí)長(zhǎng)的計(jì)算.選擇哪種計(jì)算方法可以根據(jù)具體情況而定[4-5].

在實(shí)際計(jì)算和設(shè)計(jì)時(shí)通常兩種方法都使用，然后取計(jì)算結(jié)果的中間數(shù)值，當(dāng)然C還是要符合最初的要求 80s≤C≤180s.但是，在計(jì)算人民大街與自由大路交叉口時(shí)，因缺少通行能力實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，以及在周期時(shí)長(zhǎng)不確定的情況下無法確定綠信比之和，因此得出實(shí)用信號(hào)周期較長(zhǎng).根據(jù)長(zhǎng)周期的取值規(guī)則，最終結(jié)果為154s，其中，第一相位東西直行綠燈時(shí)間為47s，第二相位東西左轉(zhuǎn)綠燈時(shí)間為28s，第三相位南北直行綠燈時(shí)間為47s，第四相位南北左轉(zhuǎn)綠燈時(shí)間為24s.

3優(yōu)化結(jié)果分析

本文使用VISSIM軟件來實(shí)現(xiàn)交通仿真，并給出基于仿真的關(guān)于社會(huì)車輛的延誤和公交車輛的延誤對(duì)比評(píng)價(jià)結(jié)果.表1是未采取公交優(yōu)先信號(hào)配時(shí)的延誤；表2是實(shí)施公交優(yōu)先優(yōu)化后社會(huì)車輛和公交車輛的延誤.

表1 普通交叉口延誤狀況　(s)

表2 優(yōu)化后交叉口延誤情況　(s)

從表1和表2可以看出，采用新方案后總延誤相比原方案更小，但是車均延誤幾乎沒有變化.交叉口實(shí)施公交優(yōu)先后，自由大路東西進(jìn)口道公交延誤明顯減小，雖然社會(huì)車輛延誤有小幅度增加，但是公交優(yōu)先的基本目的已經(jīng)實(shí)現(xiàn)，從而使自由大路方向的公交延誤減小.由于人民大街設(shè)有公交專用道，所以公交優(yōu)先的信號(hào)優(yōu)化方案對(duì)人民大街方向的影響并不大.

4結(jié)語

交通信號(hào)的配時(shí)設(shè)計(jì)是交通渠化設(shè)計(jì)中的重要環(huán)節(jié).本文在已有理論研究的基礎(chǔ)上，針對(duì)某省會(huì)城市交通交叉口進(jìn)行了相位配時(shí)計(jì)算，并運(yùn)用VISSIM仿真對(duì)優(yōu)化前后的方案進(jìn)行對(duì)比分析.由于本文交叉口選取較少，不足以代表所有路口的情況，今后將進(jìn)一步研究多個(gè)城市交叉口信號(hào)配時(shí)問題，找出演進(jìn)規(guī)律，在合理設(shè)置相序和配時(shí)的同時(shí)，為相關(guān)職能部門制定、完善和提高信號(hào)交叉口通行效率及安全性的有效措施提供參考.

參考文獻(xiàn)

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聲明

為適應(yīng)我國(guó)信息化建設(shè)的需要，擴(kuò)大作者學(xué)術(shù)交流渠道，本刊已加入《中國(guó)學(xué)術(shù)期刊(光盤版)》、《中國(guó)期刊網(wǎng)》全文數(shù)據(jù)和“萬方數(shù)據(jù)-數(shù)字化期刊群”，其作者著作權(quán)使用費(fèi)與本刊稿酬一次性給付。如作者不同意將文章編入該數(shù)據(jù)庫，請(qǐng)?jiān)趤砀鍟r(shí)聲明，本刊將做適當(dāng)處理。

本刊編輯部

Research on the Method of Signal Timing of Urban Traffic Intersection under the Bus Priority Strategy

WANG Xi

(InstituteofEconomicResearch，JilinAcademyofSocialSciences，Changchun，China130033)

Abstract：With the development of economy and society,the urbanization process of China is speeding up,the contradiction between urban traffic demand and land resources supply is becoming increasingly prominent,the traffic jam problem seriously affects people’s life.Bus priority is one of the main strategies to ease urban traffic congestion.Taking Changchun city as an example,this paper makes an empirical analysis,and obtains the improvement of bus priority signal timing scheme.The simulation results show that the method of signal timing based on bus priority intersection is one of the effective ways to alleviate traffic congestion.

Keywords:urban traffic；bus priority；signal timing；phase design

中圖分類號(hào)：U 491

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：2095-8919(2015)06-0022-04

作者簡(jiǎn)介：王西(1977~)，女，吉林省長(zhǎng)春市人，助理研究員.

收稿日期：2015-05-12.