基于Vissim的BRT仿真與評價

吳小丹，黃均豪

（1.北京理工大學(xué)珠海學(xué)院，廣東珠海 519085；2.廣州高科通信技術(shù)有限公司，廣東廣州 510000）

隨著城市交通問題的日益突出，“大力發(fā)展公共交通，實行‘公交優(yōu)先’”戰(zhàn)略已成為現(xiàn)代城市發(fā)展交通的明智選擇?？焖俟幌到y(tǒng)（Bus Rapid Transit；簡稱為BRT）因其建設(shè)周期短、投資少以及見效快的優(yōu)勢，已成為諸多城市的首選。BRT是一種新型的城市公共交通方式，服務(wù)介于軌道交通和常規(guī)公交之間。它具備高質(zhì)量、低成本、快速、舒適、靈活及便捷的特點，這些特點使得其在大力提倡“公交優(yōu)先”的背景下顯得尤為重要。

BRT在國內(nèi)、外均有相關(guān)的建設(shè)經(jīng)驗，如：北京南中軸快速公交1號線憑借其先進(jìn)的公交車輛、車站配套及管理調(diào)度系統(tǒng)，令其沿線和周邊的交通環(huán)境得到了有效的改善，并且為經(jīng)濟(jì)發(fā)展創(chuàng)造了良好的背景。而巴西庫里蒂巴BRT的成功運營對美國BRT的發(fā)展產(chǎn)生了重大影響。至今，市民選擇公交出行的比例相當(dāng)高［1－2］。

作者擬以廣州市的BRT（如圖1所示）為實例進(jìn)行研究。該系統(tǒng)于2010年正式開通，其沿線全長22.9km（其中：公交專用道長22.5km），線路呈東西走向。全線西起天河廣州大道，東至黃埔夏園，分別由天河路（2.8km）、中山大道（13km）及黃埔東路（7.1km）3條道路所組成。道路中央為雙向的BRT公交專用道，從車站處擴(kuò)展到雙向4車道，外側(cè)社會車道為雙向6～10車道。在26個車站中，對開式的有15座，錯位式的有11座。車站站臺的平均間距為880m，BRT站臺設(shè)置封閉式，并設(shè)有電子閘門。在高峰時段，公交車的平均占有率達(dá)78人次［3］。本研究以仿真模型為基礎(chǔ)，根據(jù)仿真數(shù)據(jù)，通過路段和交叉口的各項指標(biāo)，評價BRT建成后的交通運行狀況。

圖1 廣州BRT沿線衛(wèi)星地圖Fig.1 The satellite map of Guangzhou BRT line

1 微觀仿真平臺

1.1 交通仿真

交通仿真可以動態(tài)而逼真地模仿交通流和交通事故等各種交通現(xiàn)象。在研究出行者出行行為和各種類型道路交通流運行機(jī)理的基礎(chǔ)上，復(fù)現(xiàn)交通流的時空變化態(tài)勢，深入地分析車輛、駕駛員、行人及道路交通要素的特征，有效地進(jìn)行交通系統(tǒng)規(guī)劃、組織與管理及交通能源節(jié)約和物資運輸合理化等方面的研究。在微觀仿真模型中，可以細(xì)致地描述系統(tǒng)實體和它們之間的相互作用，通過計算機(jī)精確再現(xiàn)路網(wǎng)上的實際交通狀況，靈活地反映各種道路和交通條件的影響。這一特點也使得微觀仿真模型成為評價快速公交系統(tǒng)沿線路段交叉口通行服務(wù)水平最合適的工具［4－5］。

1.2 微觀仿真軟件Vissim

Vissim軟件是一種微觀、時間驅(qū)動、基于駕駛行為的仿真工具，用以建立模型和分析各種交通條件（車道設(shè)置、交通構(gòu)成、交通信號及公交站點等）下城市交通和公共交通的運行狀況，是評價交通工程設(shè)計和城市規(guī)劃方案的有效工具［4］。為此，選用Vissim作為仿真工具，對廣州市的BRT建立仿真模型。

2 建立BRT系統(tǒng)的仿真模型

2.1 實地調(diào)查

通過調(diào)查，得到BRT沿線交通條件和道路條件。交通條件包括：各個交叉口的信號控制方案、各交叉口交通流量流向、各路段社會車輛車速、BRT專用道車輛車速及各公交線路的運營路線等。道路條件包括：車道寬度、社會車輛車道數(shù)及BRT專用道車道數(shù)等。廣州市BRT的沿線信號控制交叉口一共有23個，其中：黃埔東路路段為11個，中山大道路段為8個，天河路路段為4個。較大的交叉口有5個，即：黃埔東路－港灣路交叉口、中山大道－匯彩路交叉口、中山大道－車陂路交叉口、中山大道－科韻路交叉口及天河路－天河?xùn)|路交叉口。黃埔東路－港灣路交叉口的相位如圖2所示。BRT全線設(shè)有26個車站以及有31條公交線路經(jīng)過BRT的站點。

2.2 建立BRT沿線的模型

2.2.1 建立模型

對廣州市的BRT沿線建立仿真模型（如圖3所示），其思路為：將衛(wèi)星地圖導(dǎo)入Vissim，建立全線交叉口、路段、BRT專用道、BRT站點、社會車輛線路、公交線路、沿線交叉口信號控制及數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析設(shè)備等模型。

2.2.2 主要技術(shù)難點

城市交通系統(tǒng)具有復(fù)雜性和多樣性。為了使仿真系統(tǒng)在相符性上與現(xiàn)實達(dá)到一致，建立模型時，技術(shù)關(guān)鍵有5個方面：

1）創(chuàng)建BRT公交專用道

設(shè)置公交專用道，則需要屏蔽除公交以外的其他類型的車輛。在Vissim的仿真架構(gòu)中，若要建造路段實現(xiàn)單獨類型車輛通行，則需要在建造路段時在工具欄中設(shè)置“車道關(guān)閉”功能，使沿線BRT路段實現(xiàn)獨立的專用道。

圖2 黃埔東路－港灣路交叉口相位Fig.2 Huangpu East Road－Gangwan Road intersection phase diagram

圖3 全線仿真模型Fig.3 BRT simulation model

2）交叉口進(jìn)口道車流選擇狀態(tài)

在可切道車道的進(jìn)口處，需要設(shè)置一些選擇標(biāo)志，以實現(xiàn)車輛的左轉(zhuǎn)、直行或者右轉(zhuǎn)。當(dāng)車輛進(jìn)入相應(yīng)的進(jìn)口道車道時，實現(xiàn)左轉(zhuǎn)、直行、右轉(zhuǎn)或掉頭。如果在路口與路口之間只建設(shè)一條路段，則無法實現(xiàn)車輛的路徑選擇，車輛就直接沿著這一條路段行走，無法實現(xiàn)左、右轉(zhuǎn)等效果。因此，在每一個路口所對應(yīng)的進(jìn)口道，需要連接所對應(yīng)的可切道車道，以實現(xiàn)車輛從可變車道進(jìn)入進(jìn)口道時選擇相應(yīng)的車道。

3）交叉口跨相位放行時間設(shè)置

城市主干道交叉口往往具備龐大的規(guī)模和復(fù)雜的交通組織，因此，在交叉口信號控制中，進(jìn)口道車流的同一個流向往往在多個相位中放行，也稱跨相位放行。如：一個十字交叉口，有東進(jìn)口直左右、西進(jìn)口直左右、南北進(jìn)口直行右轉(zhuǎn)、北進(jìn)口左轉(zhuǎn)及南進(jìn)口直行左轉(zhuǎn)5個相位。南進(jìn)口道直行，除了在南直左相位出現(xiàn)，還會在南北直行的相位出現(xiàn)。因為在Vissim中設(shè)置信號控制機(jī)時只能出現(xiàn)一個連續(xù)的時間段，一條車道只能有一個連續(xù)的信號燈組，如果放行時間間隔出現(xiàn)斷層，即跨相位放行。為了實現(xiàn)這樣的設(shè)置，需要把2個時間段分別做1個信號燈組，有2組信號燈組。在信號機(jī)中輸入放行時間后，在該進(jìn)口道設(shè)置燈組時選擇“或燈組”功能，可以將2個信號燈組組合，使得跨相位放行時間得到拼合，使它們得以在2個隔開的時間段中放行進(jìn)口道上的車輛。

4）基于港灣式站臺的公交線路設(shè)置

廣州BRT的站點類型為港灣式（如圖4所示）。在Vissim仿真環(huán)境中，公交線路上默認(rèn)沒有設(shè)立港灣式公交站點。因此，若線路經(jīng)過BRT站點時，需要把站點激活，BRT仿真車輛才能進(jìn)入該站點中?？可?、下客。在創(chuàng)建各條公交線路時，需要按照實際調(diào)查情況判斷線路是否經(jīng)過該BRT站點。若是，則在公交專用道的公交線路上創(chuàng)建一個控制點，把線路拉到對應(yīng)的港灣式站點中進(jìn)行激活。

圖4 設(shè)置公交線路Fig.4 Bus route setting

5）檢測器裝置設(shè)置

為了得到仿真數(shù)據(jù)，需要在仿真模型中加入檢測器裝置：節(jié)點檢測器和行程時間檢測器。節(jié)點檢測器用于對交叉口中的延誤等數(shù)據(jù)進(jìn)行檢測，而行程時間檢測器則是對路段的車輛行駛速度和時間進(jìn)行檢測［6］。

3 仿真評價

對BRT建立微觀仿真模型。運行該仿真模型，獲取交叉口的延誤和路段行程速度。結(jié)合《廣州中山大道BRT試驗線工程設(shè)計方案》中未建BRT時路段和交叉口的相關(guān)數(shù)值，作進(jìn)一步的對比，實現(xiàn)對現(xiàn)行的廣州市BRT的交通工程分析評價。

3.1 交叉口評價

按美國《道路通行手冊》中規(guī)定的信號交叉口服務(wù)水平標(biāo)準(zhǔn)（見表1），BRT部分交叉口的仿真延誤和對應(yīng)服務(wù)水平見表2。

表1 交叉口服務(wù)水平標(biāo)準(zhǔn)Table 1 Intersection service level standards

從表2中可以看出，除了天河路－體育東路交叉口的路口服務(wù)水平為D級外，其余交叉口的服務(wù)水平均達(dá)到C級以上。根據(jù)《道路通行手冊》，C級道路服務(wù)水平為車流穩(wěn)定，有延遲，交通量接近道路通行能力的80%。因此可以判斷達(dá)到C級服務(wù)水平的交叉口具備穩(wěn)定的行駛車流，道路上行駛的車輛兩兩影響不大，駕駛員和乘客均具備了較好的駕駛體驗和舒適性［7］。

表2 交叉口延誤和對應(yīng)的服務(wù)水平Table 2 Intersection delay and relevant service level

3.2 路段評價

評價一段路網(wǎng)的通行能力水平的高低，除了分析交叉口的運行情況，路段的通行效率也是其中的評價標(biāo)準(zhǔn)之一。美國《道路通行能力手冊》中干道服務(wù)水平分級標(biāo)準(zhǔn)見表3。查表3可以得到各路段對應(yīng)的服務(wù)水平。將BRT沿線路段分為：黃埔東路路段、中山大道路段及天河路路段。這3個路段均屬于二級干道，對應(yīng)的仿真行程速度見表4。

從表3，4中可以看出，建立了BRT后，使得沿線路段的公共交通與其他社會車輛隔開，避免了兩者的沖突，服務(wù)水平都較好。特別是在原本擁堵不堪的天河路路段，在運行BRT后，社會車輛車速超過了25km／h。這表明行駛于該路段的車流趨于穩(wěn)定。

3.3 建立BRT前、后的評價

從仿真結(jié)果可以看出，在建立BRT后，無論是交叉口還是路段，所有評價指標(biāo)都比沒建立前的有所提高。①從延誤指標(biāo)來看，以天河路一帶為例，以往的天河?xùn)|路和體育東路交叉口，在高峰時段由于交通量極大且周期大于180s，路口的信號延誤過大，導(dǎo)致該路段交通經(jīng)常處于擁堵不堪。而BRT建立后，天河?xùn)|路交叉口的延誤從123s降低到28.9s，體育東路交叉口的延誤從116s降低到36.8s。這說明BRT的建成使沿線交叉口擁堵得到有效的改善。②從路段的行駛速度來看，無論是天河路還是中山大道，在建立BRT后，社會車輛的平均行程速度均提高100%以上。天河路的車輛行程速度從13km／h提高到28km／h，中山大道的車輛行程速度從17km／h提高到35km／h。雖然廣州BRT單獨占用了單方向2條車道，但正是這種各行其道的方式，不但使公共交通的服務(wù)水平和通行能力得到了提高，也使社會車輛的延誤和沖突得到了一定程度的改善，滿足了各種交通出行方式的需求。

4 結(jié)論

通過實地調(diào)查，得到BRT沿線交通條件和道路條件。運用網(wǎng)絡(luò)衛(wèi)星地圖，對廣州市現(xiàn)行的BRT全線路段建立了仿真模型。選取部分交叉口的延誤和路段的行程速度等指標(biāo)進(jìn)行了定量分析。仿真結(jié)果表明：廣州市現(xiàn)行的BRT沿路段和交叉口的服務(wù)水平較好，通行秩序和擁堵狀況也相對于未建立前的有了較大的改善。運用仿真手段來評價BRT項目的實施效果有一定的借鑒價值；同時為ITS項目評價的研究奠定了良好的基礎(chǔ)。

（References）：

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［6］余柳.快速公交系統(tǒng)及其微觀仿真研究［D］.北京：北京交通大學(xué)，2005.（YU Liu.Study on BRT system and microscopic simulation［D］.Beijing：Beijing Jiaotong University，2005.（in Chinese））

［7］孫慧娟.城市快速公交服務(wù)水平評價研究［D］.成都：西南交通大學(xué)，2009.（SUN Hui－juan.Research on the evaluation of BRT service level［D］.Chengdu：Southwest Jiaotong University，2009.（in Chinese））