路側(cè)式公交專用道對信號交叉口通行能力影響研究

(湖南省交通規(guī)劃勘察設計院有限公司, 湖南 長沙 410200)

0 引言

實施交通需求管理政策，推動“公交優(yōu)先”，引導人們選擇高承載率的公共交通工具，是目前所倡導的熱點政策之一。公交專用道是從空間的角度給予公交車輛不同程度的“路權優(yōu)先”，實現(xiàn)公交服務水平的提高。公交專用道分為中央式公交專用道和路側(cè)式公交專用道2種形式。由于路側(cè)式公交專用道實施方便易行，且利于減少公交車輛出入干擾，方便乘客候車、登乘，城市道路網(wǎng)多選擇路側(cè)式公交專用道形式。

本文根據(jù)路側(cè)式公交專用道設置特點，總結了影響信號交叉口通行能力的因素，通過設計VISSIM仿真方案定量分析了各影響因素對信號交叉口通行能力的影響程度，得到設置路側(cè)式公交專用道的信號交叉口通行能力的折減系數(shù)模型，從而為公交專用道在城市道路中的布置提供理論支持。

1 信號交叉口通行能力影響因素分析

1.1 理論模型

我國《城市道路設計規(guī)范》定義交叉口進口道的通行能力等于各車道通行能力之和。其中，一條直行車道的通行能力CS的計算公式為：

(1)

式中：Tc為信號周期；t綠為直行綠燈時間；t損為一個周期內(nèi)綠燈損失時間，一般取2.3 s；ti為前、后2輛車通過停車線的平均間隔時間，一般取2.5 s；φ為折減系數(shù)，一般取為0.9。

本文以上述模型作為通行能力基礎模型，并進行了如下的假設：

1) 對設有左轉(zhuǎn)專用信號燈的交叉口而言，左轉(zhuǎn)車道的計算模型與直行車道的計算模型是相同的，且其中的t損、ti的取值相等。

2) 右轉(zhuǎn)車道的計算模型為C右=β右CS，其中β右為右轉(zhuǎn)車輛與直行車輛的比值；直右車道的通行能力計算模型為C右=CS。

1.2 影響因素分析

本文根據(jù)路側(cè)式公交專用道設置特點，提出了綠信比、分流比、公交專用道截止線距停車線距離、左轉(zhuǎn)公交車輛數(shù)等4個通行能力影響因素。

1) 綠信比。

在信號交叉口通行能力理論模型中，信號周期和有效綠燈時間都對通行能力有影響，而綠信比能綜合體現(xiàn)這兩者對通行能力的影響,交叉口某方向進口道對應的總綠信比決定了該方向車流的有效通過時間長短。

2) 分流比。

交叉口的交通分流比反映了不同流向的車輛交通量分布，本文研究的分流比是指交叉口直行流量與左轉(zhuǎn)流量之間的比率。當直行流向的交通量較大時，左轉(zhuǎn)車輛可利用的直行交通可插間隙變小，從而影響左轉(zhuǎn)車道通行能力；當左轉(zhuǎn)流向的交通量較大時，將會有較多的換道交織行為，從而影響直行車道的通行能力。

3) 公交專用道截止線距停車線距離。

對于設有公交專用道的道路，在交叉口無公交專用進口道的情況下，公交車輛在交叉口處需要離開專用道并入普通機動車道。如果專用道截止線距停車線的距離比交叉口的排隊長度短，則在短時間內(nèi)不能為從專用道并入普通機動車道的公交車輛提供合適的車流間隙，導致交叉口交織嚴重，從而降低了通行能力。

4) 左轉(zhuǎn)公交車輛數(shù)。

對于路側(cè)式公交專用道而言，從公交專用道駛出的左轉(zhuǎn)公交需要從最外側(cè)車道換道進入最內(nèi)側(cè)的左轉(zhuǎn)專用道，它對交叉口的交織情況也會有影響,見圖1。

圖1 設置公交專用道的交叉口示意圖

2 仿真案例分析

從理論模型可以看出，綠信比與通行能力呈線性關系，折減系數(shù)φ的值一般取為0.9，隨著路側(cè)式公交專用道的設置，該折減系數(shù)不能反映公交專用道對信號交叉口通行能力的影響。隨著分流比、專用道截止處距停車線距離和左轉(zhuǎn)公交車輛數(shù)取值的不同，交叉口處的交織嚴重程度也是不同的，折減系數(shù)φ也隨之變化。本文利用VISSIM軟件定量分析分流比、專用道截止線距停車線距離和左轉(zhuǎn)公交車輛數(shù)與信號交叉口通行能力、折減系數(shù)的關系，提出通行能力修正模型。

2.1 仿真方案設計

本文利用VISSIM軟件搭建了路段仿真平臺。仿真平臺為進、出口道雙向6車道的十字交叉口，車道寬度為3.5 m，最外側(cè)的機動車道為公交專用車道。

針對影響因素設計了全組合仿真方案，表1為各影響因素在仿真方案中的不同取值。通過利用VISSIM平臺改變影響因素的取值，可以模擬多種不同交通情況，然后通過不斷加載路網(wǎng)入口流量，獲得在多種交通情況下的通行能力值。

表1 影響因素在仿真方案中的取值分流比專用道截止線距停車線距離/m左轉(zhuǎn)公交數(shù)/輛1.5,2.25,3,3.75,4.5,5.25,6,6.75,7.5,8.25,9,9.75,10.5125,150,175,200,225,2500,10,20,30,40,50,60,70

2.2 仿真分析

1) 分流比。

本文利用SPSS對分流比與通行能力、折減系數(shù)的函數(shù)關系進行擬合。通過多組數(shù)據(jù)分析，發(fā)現(xiàn)分流比與通行能力擬合成Inverse型曲線效果最優(yōu)，分流比與折減系數(shù)擬合成Power型曲線效果最優(yōu)，分別見圖2、圖3。

從圖2、圖3可以看出，分流比與折減系數(shù)的變化趨勢和分流比與通行能力的變化趨勢不一樣。這是由于分流比對理論模型中的直行綠燈時間有影響，依據(jù)信號配時的基本原理，綠燈時間與該相位的流量比成正比，因此在理論模型中，直行綠燈時間與分流比之間的關系為：

(2)

(3)

式中：t直為直行綠燈時間；t左為左轉(zhuǎn)綠燈時間；s直為直行車道數(shù)；s左為左轉(zhuǎn)車道數(shù)；q直為直行流量；q左為左轉(zhuǎn)流量；x為分流比；t總為總綠燈時間。

因此在理論模型中，分流比與通行能力擬合是Inverse型函數(shù)關系。將理論模型與折減系數(shù)相乘后，由于折減系數(shù)中x的冪次很小，可以認為分流比與通行能力仍然符合Inverse型函數(shù)關系。因此，分流比與折減系數(shù)的Power型函數(shù)關系是合理的。

圖2 分流比與通行能力的關系

圖3 分流比與折減系數(shù)的關系

2) 專用道截止線距停車線距離。

本文利用SPSS軟件對公交專用道截止線距停車線距離與通行能力、折減系數(shù)的函數(shù)關系進行擬合。通過對多組數(shù)據(jù)的分析，截止距離與通行能力也擬合成S型曲線效果最優(yōu)，截止距離與折減系數(shù)擬合成S型曲線效果最優(yōu)，分別見圖4、圖5。

從圖中可以看出，當截止線與停車線間的距離從150 m增加到200 m時，折減系數(shù)有較大的提高；當截止線與停車線間的距離達到200 m以上時，折減系數(shù)的增長趨勢趨于平緩。

圖4 專用道截止線距停車線距離與通行能力的關系

圖5 專用道截止線距停車線距離與折減系數(shù)的關系

3) 左轉(zhuǎn)公交車輛數(shù)。

本文利用SPSS軟件對左轉(zhuǎn)公交車輛數(shù)與通行能力、折減系數(shù)的函數(shù)關系進行擬合。通過對多組數(shù)據(jù)的分析，左轉(zhuǎn)公交車輛數(shù)與通行能力擬合成二次函數(shù)曲線效果最優(yōu)，左轉(zhuǎn)公交車輛數(shù)與折減系數(shù)也擬合成二次函數(shù)曲線的效果最優(yōu)，分別見圖6、圖7。

圖6 左轉(zhuǎn)公交車輛數(shù)與通行能力的關系

從圖中可以看出，隨著左轉(zhuǎn)公交車輛數(shù)的增加，折減系數(shù)有所減少。當左轉(zhuǎn)公交車輛數(shù)從0變化到40時，折減系數(shù)變化較為平緩，當左轉(zhuǎn)公交車輛數(shù)繼續(xù)增大時，折減系數(shù)有了較明顯的減少。由此可知，左轉(zhuǎn)公交數(shù)量越多，其對通行能力的影

圖7 左轉(zhuǎn)公交車輛數(shù)與折減系數(shù)的關系

響越大。

2.3 通行能力模型修正標定

通過分別分析3個影響因素與折減系數(shù)的函數(shù)關系，最終確定折減系數(shù)的函數(shù)表達式為：

(4)

利用VISSIM全組合仿真方案，獲得在多種交通情況下的折減系數(shù)，然后利用SPSS對多組數(shù)據(jù)進行多元回歸擬合，從而確定出上述公式中的各參數(shù)取值。因此，主干道設置公交專用道的通行能力折減系數(shù)模型為：

0.000 2x3+0.997)

(5)

2.4 模型的驗證

為了對模型進行有效性分析，本文采用了4個誤差評價指標，分別為平均相對誤差(MeRE)、最大相對誤差(MaRE)、平均絕對誤差(MeAE)和最大絕對誤差(MaAE)。

分別計算改進前模型、改進后模型的以上4個指標，各誤差評價指標的具體值如表2所示。從表2可以看出，改進后模型的計算結果與仿真結果的誤差更小。

表2 模型誤差指標表類別MeRE/%MaRE/%MeAEMaAE模型改進前9.621.6194.8484.7模型改進后4.613.897.3302.1

3 結論

本文基于信號交叉口通行能力理論計算模型，總結分析了路側(cè)式公交專用道對信號交叉口通行能力的影響因素，根據(jù)大量仿真樣本得到了基于分流比、公交專用道截止線距停車線距離、左轉(zhuǎn)公交車輛數(shù)等影響因素的折減系數(shù)修正模型,為城市道路設置路側(cè)式公交專用道提供理論支持，對公交專用道在主干道的建設具有現(xiàn)實意義。