基于主動優(yōu)先的快速公交（BRT）交叉口優(yōu)先設(shè)計及仿真

李續(xù)揚，羅培卿，韓瑜睿，王長城

（蘭州交通大學(xué) 交通運輸學(xué)院，甘肅 蘭州730070）

快速公交簡稱BRT（Bus Rapid Transit），是一種較大運量的新型公共交通系統(tǒng)，介于常規(guī)公交與軌道交通之間的公共交通方式。BRT車輛在道路上享有專用路權(quán)，在車站設(shè)有水平上下站臺和售檢票系統(tǒng)，所以，其最大的通行瓶頸在交叉口。為了使BRT在交叉口處能快速通過，且對交叉口整體交通影響最小，研究將主要介紹BRT主動優(yōu)先技術(shù)。

主動優(yōu)先取決于BRT車輛的具體位置信息，當(dāng)BRT車輛被設(shè)置的檢測器檢測到時才執(zhí)行?？紤]到BRT車輛的到達率和社會車輛的到達率，對主動優(yōu)先的信號設(shè)計進行優(yōu)化。主動優(yōu)先策略包括延長綠燈時間、提前結(jié)束紅燈時間、跳躍相位、插入公交相位以及倒轉(zhuǎn)相位等方法。在主動優(yōu)先策略中，延長綠燈時間和提前結(jié)束紅燈時間兩種方法較為常用。

案例分析主要對交叉口實施綠燈延長和紅燈早斷與現(xiàn)狀進行VISSIM仿真，然后分析不同優(yōu)先策略下的交叉口運營評價指標(biāo)的優(yōu)劣，下面主要對綠燈延長和紅燈早斷進行研究。

1 交叉口BRT主動優(yōu)先系統(tǒng)分析

1.1 綠燈延長

假設(shè)如下:交叉口入口BRT車輛檢測器距離交叉口停車線Lm，BRT車輛通過此路段的速度為Vm／s，則BRT車輛需要L／Vs到達交叉口。當(dāng)交叉口入口檢測器檢測到BRT車輛時，前進方向信號燈為綠燈，并且該方向剩余的綠燈時間為gs。則:

1）當(dāng)g≥L／V時，BRT車輛順利通過此交叉口；

2）當(dāng)g＜L／V時，判斷是否延長此信號周期內(nèi)該相位的綠燈時間，并給出最大綠燈延長時間為Δgs；

3）當(dāng)g＋Δg≥L／V時，此信號周期內(nèi)的綠燈延長時間為L／V－gs，BRT車輛順利通過交叉口，否則監(jiān)控中心直接給駕駛員發(fā)出停車等候信號。

1.2 紅燈早斷

假設(shè)如下:當(dāng)BRT車輛到達交叉口入口檢測器處時，前進方向信號燈為紅燈，并且該方向剩余的紅燈時間為rs。則:

1）當(dāng)r≤L／V時，BRT車輛順利通過該路口；

2）當(dāng)r＞L／V時，判斷是否提前結(jié)束此相位的紅燈時間，并給出最大紅燈早斷時間為Δrs；

3）當(dāng)r－Δr≤L／V時，該信號周期提前結(jié)束紅燈時間為r－L／Vs，BRT車輛順利通過交叉口，否則監(jiān)控中心直接給駕駛員發(fā)出停車等候信號。

通過紅燈早斷和綠燈延遲等手段調(diào)整交叉口信號相位，可以為絕大部分的BTR車輛提供優(yōu)先通行條件，同時，與絕對優(yōu)先控制策略對比，可減少橫向車流的影響。

2 綠燈延長和紅燈早斷延誤模型分析

2.1 綠燈延長策略延誤模型分析

當(dāng)檢測器檢測到BRT車輛到達時，交叉口相位A為綠燈，并且綠燈剩余時間不能保證BRT車輛通過交叉口，則可以將綠燈時間延長Δt。同時，為滿足信號周期穩(wěn)定，需要延長交叉口相位B的紅燈時間，即壓縮相位B的綠燈時間。相位調(diào)整如圖1，C為周期時長，Δt為優(yōu)先時間。綠燈時間調(diào)整后，綠燈延長相位車輛延誤變化如圖2所示，陰影部分即為優(yōu)先相位減少的延誤。圖2中g(shù)1為有效綠燈時間，r1為有效紅燈時間。

設(shè)周期內(nèi)優(yōu)先相位綠燈延長策略下車輛延誤減少量為Δdg，計算式如下

圖1 綠燈延長配時調(diào)整關(guān)系

圖2 綠燈延長相位車輛延誤變化

式中:Δdg為一個周期內(nèi)優(yōu)先相位車輛延誤減少量；qb為一個周期內(nèi)優(yōu)先相位的進口道到達率；sb為一個周期內(nèi)優(yōu)先相位的飽和流率。

綠燈時間調(diào)整后，非綠燈延長相位車輛延誤變化如圖3所示，陰影部分即為非優(yōu)先相位增加的延誤。

圖3 非綠燈延長相位車輛延誤變化

設(shè)周期內(nèi)非綠燈延長相位車輛延誤增加量為Δdij，計算方法如下

式中:i為第i相位，共有n個相位；j為第j進口道；Δti為第i相位綠燈調(diào)整時間；qij為第i相位第j條進口道車輛到達率；sij為第i相位第j條進口道飽和流率；ri為第i相位有效紅燈時長。

2.2 紅燈早斷策略延誤模型分析

當(dāng)交叉口檢測器檢測到有BRT車輛到達時，交叉口相位A為紅燈，同時交叉口相位B的綠燈時間滿足最短綠燈時間要求。為減少BRT車輛在交叉口的等待時間，使BRT車輛快速通過，可以提前結(jié)束交叉口相位A的紅燈時間，相位調(diào)整圖如圖4所示。

圖4 紅燈早斷配時調(diào)整關(guān)系

紅燈時間調(diào)整后，紅燈早斷相位車車輛延誤三角形變化圖如圖5所示，陰影部分即為優(yōu)先相位減少的延誤。

圖5 紅燈早斷相位車輛延誤變化

假設(shè)信號周期內(nèi)優(yōu)先相位綠燈延長策略下的車輛延誤減少量為Δdr，計算式如下

式中:Δdr為一個周期內(nèi)優(yōu)先相位的車輛延誤減少量；

紅燈時間調(diào)整后，非紅燈早斷相位車輛延誤變化如圖6所示，陰影部分即為非優(yōu)先相位增加的延誤。

圖6 非紅燈早斷相位車輛延誤變化

設(shè)周期內(nèi)非紅燈早斷相位車輛延誤增加量為Δdij，計算方法如下

式（4）中符號含義與式（2）中相同。

3 案例分析及基于VISSIM的BRT主動優(yōu)先仿真

3.1 案例介紹

本文利用VISSIM仿真軟件，以蘭州市BRT1號線的費家營十字站交叉口為研究和仿真對象，通過設(shè)置不同環(huán)境來研究不同的信號優(yōu)先控制策略下，BRT車輛對交叉口車流運行的影響。

費家營十字站位于蘭州市BRT1號線桃海市場站和安寧區(qū)政府站之間。費家營十字站所在的交叉口是一個典型的十字交叉口，由主干道安寧西路和次干道萬新路相交而成。

費家營十字交叉口幾何條件示意圖如圖7所示，其信號配時方案如圖8所示，表1位該交叉口交通量。

3.2 建立VISSIM仿真模型

首先在VISSIM軟件中根據(jù)交叉口幾何構(gòu)造圖建立交叉口，設(shè)置道路及交叉口的平均構(gòu)造和幾何尺寸，建立路段以及路段連接器，輸入交通流量、交通運行的參數(shù)、公交運行、車輛構(gòu)成、期望速度、路徑分配優(yōu)先原則等信息。

圖7 費家營十字交叉口幾何構(gòu)造示意圖

圖8 費家營十字交叉口信號配時方案

表1 費家營十字交叉口交通量

VISSIM仿真軟件中輸入定時配時控制參數(shù)，設(shè)置信號燈，仿真運行效果如圖9所示（仿真三維效果圖）。

圖9 仿真三維運行效果

3.3 仿真結(jié)果分析

由于VISSIM仿真軟件具有不穩(wěn)定性和隨機性，所以只有一次仿真的結(jié)果不能真實準確地反映實際情況，需要多次獨立仿真。每一次仿真穩(wěn)定的運行時間長度可根據(jù)需要自己設(shè)定，而且應(yīng)當(dāng)舍棄VISSIM軟件仿真時前后一段時間內(nèi)的實驗數(shù)據(jù)，當(dāng)作仿真軟件運行的初始化時間，等VISSIM仿真狀態(tài)逐漸穩(wěn)定后，選取中間較為準確時段作為系統(tǒng)評價時間。將費家營十字交叉口現(xiàn)狀固定配時仿真結(jié)果與基于BRT主動優(yōu)先的仿真結(jié)果進行對比，其結(jié)果如圖10所示。

圖10 現(xiàn)狀固定配時仿真和BRT主動優(yōu)先仿真的延誤對比

上述結(jié)果表明，BRT主動優(yōu)先下的交叉口車均延誤、人均延誤、BRT車均延誤、BRT人均延誤都比現(xiàn)狀固定配時下的延誤有明顯的減少。

4 結(jié)束語

基于對BRT優(yōu)先通行控制方法的研究成果，結(jié)合蘭州市BRT1號線和費家營十字交叉口的實際調(diào)查，通過交通仿真軟件VISSIM對現(xiàn)狀進行仿真，進一步得到交叉口的各項評價指標(biāo)，包括延誤、排隊長度以及行程時間等。同時在現(xiàn)狀基礎(chǔ)上，通過設(shè)置不同的BRT信號優(yōu)先方式，其中包括綠燈延長和紅燈早斷，來分析交叉口交通運行評價指標(biāo)的變化情況。仿真結(jié)果表明，BRT主動優(yōu)先下的交叉口車均延誤、人均延誤、BRT車均延誤、BRT人均延誤都比現(xiàn)狀固定配時下的延誤有明顯的減少。

［1］ 徐康明，蔡鍵臣，孫魯明，等.快速公交系統(tǒng)規(guī)劃與設(shè)計［M］.北京:中國建筑工業(yè)出版社，2010:20－25.

［2］ 李斯海，何立敏，歐陽永金，等.廈門快速公交BRT建設(shè)實踐［M］.北京:人民交通出版社，2010:10－15.

［3］ 雍安娜，朱海笑，馬欣.基于VISSIM仿真的交叉口信號控制優(yōu)化方法研究［J］.交通科技與經(jīng)濟，2015:17（1）:73－77.

［4］ 曹潔，李旋，侯亮，等.交叉口BRT實時優(yōu)先通行控制方法研究［J］.控制工程，2012，19（6）:1003－1010.

［5］ 楊遠舟，毛保華，陳紹完，等.快速公交信號優(yōu)先對交通流影響仿真［J］.深圳大學(xué)學(xué)報:理工版，2013，30（1）:91－97.

［6］ 陳建宗.快速公交信號交叉口優(yōu)先通行技術(shù)研究［D］.西安:長安大學(xué)，2008:10－20.

［7］ 張建鵬.快速公交（BRT）對信號控制交叉口影響仿真研究［D］.北京:北京交通大學(xué)，2009:45－60.