公交專用進(jìn)口道通行能力計(jì)算模型

公交專用進(jìn)口道通行能力計(jì)算模型

0公交專用進(jìn)口道設(shè)置的必要性為了提高公共交通服務(wù)和可靠性，確保公共交通在道路交叉口優(yōu)先交通。自20世紀(jì)70年代以來(lái)，世界主要城市都建立了不同類型的公共交通專用道路，以減少中心地區(qū)的交通擁擠。與此同時(shí),也有人質(zhì)疑社會(huì)車輛運(yùn)行狀況會(huì)因此受到嚴(yán)重影響。尤其是在交通壓力較大的交叉口,是否應(yīng)當(dāng)設(shè)置公交專用進(jìn)口道成為人們爭(zhēng)論的焦點(diǎn)。這主要是由于以往信號(hào)控制交叉口通行能力研究中缺乏對(duì)公交專用道影響的細(xì)致分析,導(dǎo)致其實(shí)施效果未得到客觀評(píng)價(jià)。本文考慮了公共汽車形成車隊(duì)行駛的影響,建立了有、無(wú)公交專用進(jìn)口道情況下的社會(huì)車輛、公交車輛及車道組通行能力計(jì)算模型。一方面,對(duì)公交專用進(jìn)口道設(shè)置前后交叉口運(yùn)行水平做出評(píng)價(jià),定量分析其對(duì)公交車輛運(yùn)行的改善效果及對(duì)社會(huì)車輛的影響;另一方面,進(jìn)一步完善信號(hào)控制交叉口通行能力計(jì)算的理論體系。1基于公交專用道通行能力相關(guān)研究為了對(duì)比公交專用進(jìn)口道設(shè)置前后信號(hào)控制交叉口通行能力,下面從有、無(wú)公交專用進(jìn)口道兩個(gè)方面回顧以往研究中公交車輛對(duì)交叉口通行能力的影響。對(duì)于未設(shè)置公交專用進(jìn)口道的交叉口,公交車輛對(duì)其通行能力的影響主要體現(xiàn)在大車修正中。在諸多采用飽和流率法計(jì)算信號(hào)控制交叉口通行能力的國(guó)家或地區(qū)規(guī)范中,包括美國(guó)、英國(guó)、日本、澳大利亞、瑞典、加拿大和臺(tái)灣,都將大車作為飽和流率的修正系數(shù)之一[1~6]。相關(guān)研究主要集中在確定各種車型的當(dāng)量小汽車換算系數(shù)E(hhv/hpc,hhv)表示大型車飽和車頭時(shí)距,hpc表示小客車飽和車頭時(shí)距,由此反映各種車型對(duì)通行能力的影響。但這種分析方法一般都假定換算系數(shù)E不隨大車率變化,這就忽略了公共汽車形成車隊(duì)行駛的影響。有關(guān)公交專用道的相關(guān)研究中,美國(guó)《公共交通通行能力和服務(wù)水平手冊(cè)》是目前最具有代表性的研究成果,提出了評(píng)價(jià)各種公共交通系統(tǒng)服務(wù)水平和通行能力的方法,但該研究成果主要關(guān)注公交設(shè)施總體的服務(wù)能力,認(rèn)為沿線關(guān)鍵停靠站通行能力是對(duì)公交專用道上公共汽車通行能力起決定作用的因素,僅將交叉口作為?？空就ㄐ心芰Φ囊豁?xiàng)影響因素,未對(duì)公交專用進(jìn)口道作細(xì)致研究。在國(guó)內(nèi),文獻(xiàn)對(duì)混合車道(車種混合)的通行能力進(jìn)行了分析,研究中考慮了公交車輛在整個(gè)車隊(duì)中的位置,對(duì)本研究有一定的借鑒意義。文獻(xiàn)研究了路邊型公交專用道及停靠站對(duì)交叉口通行能力的影響,主要討論了路邊型公交專用道與右轉(zhuǎn)社會(huì)車輛之間的相互影響關(guān)系,通過(guò)建立公交?？繉?duì)公交專用進(jìn)口道通行能力影響模型,分析公交專用進(jìn)口道通行能力折減與公交停靠時(shí)間、?？空镜酵＼嚲€距離之間的關(guān)系。這些研究往往關(guān)注于公交專用道本身或鄰近車道的通行能力,缺乏對(duì)公交專用進(jìn)口道設(shè)置前后社會(huì)車輛、公交車輛和車道組通行能力的對(duì)比分析。2滿語(yǔ)車的長(zhǎng)距離研究2.1調(diào)查內(nèi)容和方法1)采集時(shí)段:早高峰7:30—8:30。保證在紅燈期間有多于8輛的排隊(duì)車輛,使有足夠多的車輛以飽和流率通過(guò)道路交叉口,且選擇天氣晴好時(shí)間進(jìn)行調(diào)查,避免氣候的影響。2)采集地點(diǎn):有專用右轉(zhuǎn)、左轉(zhuǎn)車道和相位,以減少各流向交通互相干擾;有一定比例的公交車輛;選擇展寬段足夠長(zhǎng)的交叉口,以消除短車道影響;設(shè)置有機(jī)非分隔設(shè)施,以減少行人、自行車影響。3)采集方法:采用視頻錄像進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。經(jīng)檢驗(yàn),對(duì)城市道路車輛漏檢率小于1%,車輛重檢率小于6.5%,基本能夠滿足研究要求。2.2車輛頭時(shí)距的分類將車頭時(shí)距定義為前后車車頭保險(xiǎn)杠通過(guò)停車線的時(shí)間差。在數(shù)據(jù)預(yù)處理中先去除非公交的大車的影響,則其余行駛車輛的車頭時(shí)距可分為4種:①前車為社會(huì)車輛的社會(huì)車輛車頭時(shí)距(hpp);②前車為社會(huì)車輛的公交車頭時(shí)距(hpB);③前車為公共汽車的社會(huì)車輛車頭時(shí)距(hBp);④前車為公共汽車的公交車頭時(shí)距(hBB),如圖1所示。數(shù)據(jù)采集獲得4個(gè)交叉口的飽和車頭時(shí)距,并在置信度取95%、允許誤差0.1s的條件下對(duì)數(shù)據(jù)樣本容量進(jìn)行了檢驗(yàn),結(jié)果如表1所示。2.3不同行為的下一步通過(guò)hpb+hbp-hbcp,增加了車輛在有效地集體的穩(wěn)定性1)公交車頭時(shí)距大于社會(huì)車輛車頭時(shí)距(hpB>hpp,hBB>hBp),這是公共汽車車輛性能所致;2)公共汽車會(huì)使后車車頭時(shí)距增加(hBp>hpp,hBB>hBp),主要是公共汽車車身阻擋了后車駕駛?cè)艘暰€造成的;3)公共汽車形成車隊(duì)行駛對(duì)車頭時(shí)距的影響較小,即對(duì)于相同車輛數(shù)和公共汽車比例的車隊(duì),若公共汽車形成車隊(duì)行駛,車隊(duì)總車頭時(shí)距較小。以車隊(duì)中存在2輛公共汽車為例,若公共汽車分散行駛(圖2),則A,B,C,D,E5輛車的車頭時(shí)距為:hpp+hpB+hBp+hpB+hBp,與5輛均為社會(huì)車輛時(shí)(5hpp)相比,公共汽車的影響為2(hpB+hBp)-4hpp;若公共汽車形成車隊(duì)(圖3),則5輛車的車頭時(shí)距為:hpp+hpB+hBB+hBp+hpp,同理,公共汽車的影響為hpB+hBp+hBB-3hpp。杭州市調(diào)查數(shù)據(jù)顯示,hBB均小于hpB+hBp-hpp,因此hpB+hBp+hBB-3hpp<2(hpB+hBp)-4hpp,即公共汽車形成車隊(duì)行駛比分散狀態(tài)行駛對(duì)車頭時(shí)距的影響小。由上述分析可得,公共汽車在車流中的分散程度影響飽和流率及通行能力。如果車流中僅有1輛公共汽車(圖2中A,B,C的情況),其車頭時(shí)距為hpB+hBp,相對(duì)于均為社會(huì)車輛的情況,公共汽車對(duì)飽和車頭時(shí)距的影響為hpB+hBp-2hpp,而位于公交車隊(duì)中的1輛公共汽車對(duì)飽和車頭時(shí)距影響為hBB-hpp,兩者的差值為hpB+hBp-hBB-hpp,可稱為公交“集聚效應(yīng)”。由圖4可知,當(dāng)“集聚效應(yīng)”為0時(shí),公共汽車是否形成車隊(duì)行駛對(duì)車道通行能力沒(méi)有影響;“集聚效應(yīng)”大于0時(shí)(如集聚效應(yīng)為1.5,即hpB+hBp-hBB-hpp=1.5),公共汽車形成車隊(duì)行駛能提高車道通行能力。3新的精通能力修正模型3.1u2009j個(gè)客車帶的飽和流率道路交叉口無(wú)公交專用進(jìn)口道時(shí),社會(huì)車輛與公共汽車處于混行狀態(tài),有研究證明,當(dāng)總車輛數(shù)為n,公交車輛數(shù)為r,公共汽車組成j個(gè)車隊(duì)時(shí),其飽和車頭時(shí)距組成都是一致的,即無(wú)論公共汽車以何種形式組合,其飽和車頭時(shí)距均為:假設(shè)公共汽車不會(huì)出現(xiàn)在整個(gè)車隊(duì)的車頭和車尾,則無(wú)論公共汽車形成多少車隊(duì),所有的排列情況均為Cn-2n-r-2。當(dāng)r輛公共汽車組成j個(gè)車隊(duì)時(shí),共有Cjn-r-1Cr-1j-1種排列可能。因此,在n輛車形成的車隊(duì)中出現(xiàn)j個(gè)公交車隊(duì)的概率為:由此可得混行狀態(tài)下公共汽車對(duì)飽和流率的修正系數(shù)為:則進(jìn)口道車道組中社會(huì)車輛通行能力和公共汽車通行能力分別為:式中:CAPp、CAPB為社會(huì)車輛、公共汽車通行能力/(輛·h-1);fB為公共汽車修正系數(shù);∏f為其余飽和流率修正系數(shù)乘積;N為車道組車道數(shù)/個(gè);Y為公共汽車比例/%;S0為基本飽和流率/(輛·h-1);ge為有效綠燈時(shí)間/s;C為周期時(shí)長(zhǎng)/s。3.2飽和流率影響道路交叉口有公交專用進(jìn)口道時(shí),社會(huì)車輛與公共汽車分道行駛,公共汽車一般不會(huì)對(duì)其他車道的飽和流率產(chǎn)生影響,在公交專用道內(nèi),公共汽車成隊(duì)行駛,此時(shí)公共汽車對(duì)飽和流率的修正系數(shù)為:則進(jìn)口道車道組中社會(huì)車輛通行能力和公共汽車通行能力分別為:式中:Np為車道組中社會(huì)車輛車道數(shù)/個(gè);NB為車道組中公交專用車道數(shù)/個(gè)。3.3飽和張量仿真上述修正模型考慮了公共汽車形成車隊(duì)行駛的影響,有必要對(duì)模型進(jìn)行檢驗(yàn),并與傳統(tǒng)模型進(jìn)行對(duì)比,以驗(yàn)證模型的準(zhǔn)確性。由于式(4)、式(5)反映的是一般情況,而式(7)、式(8)是其特例,即公共汽車與社會(huì)車輛完全分道行駛,因此下文僅對(duì)式(4)、式(5)采用VISSIM仿真軟件進(jìn)行檢驗(yàn)。通過(guò)調(diào)整駕駛?cè)诵袨閰?shù)及車速,對(duì)飽和車頭時(shí)距進(jìn)行標(biāo)定:hpp=2.244,hpB=3.678,hBp=2.646,hBB=3.773;有效綠信比取0.5,車道組車道數(shù)取1;其余飽和流率修正系數(shù)均取1。式(4)、式(5)計(jì)算結(jié)果與仿真結(jié)果的平均誤差為1.8%,如圖5所示;而HCM2000模型與仿真結(jié)果平均誤差為5.0%(將車型換算系數(shù)根據(jù)仿真中的社會(huì)車輛和公共汽車飽和車頭時(shí)距進(jìn)行調(diào)整,E=1.64)。對(duì)比結(jié)果表明,本研究建議的修正模型考慮了公共汽車形成車隊(duì)行駛的影響,比HCM2000模型中單輛大車的影響不隨大車率變化(即E取常數(shù))的假定能更好地反映實(shí)際情況。3.4公交專用道設(shè)置情況在模型檢驗(yàn)的基礎(chǔ)上,下文對(duì)模型進(jìn)行進(jìn)一步分析,更加直觀地反映出有、無(wú)公交專用進(jìn)口道情況下交叉口的運(yùn)行效率。分析采用模型檢驗(yàn)中標(biāo)定的飽和車頭時(shí)距;有效綠信比取0.37;其余飽和流率修正系數(shù)均取1;車道組車道數(shù)取3和4兩種情況。圖6a給出了交叉口進(jìn)口道有無(wú)公交專用道條件下,通行能力隨公共汽車所占比例而變化的情況,并根據(jù)其特征值,劃分成I,II,III,IV4個(gè)部分,進(jìn)一步對(duì)有無(wú)公交專用進(jìn)口道情況下的社會(huì)車輛、公共汽車通行能力和總通行能力進(jìn)行比較分析。①當(dāng)公共汽車達(dá)到一定比例后,設(shè)置公交專用道會(huì)提升車道組通行能力(II,III,IV部分,曲線F位于曲線C上方);②設(shè)置公交專用道并不一定會(huì)對(duì)社會(huì)車輛產(chǎn)生不良影響,當(dāng)公共汽車超過(guò)一定比例之后,反而會(huì)增加社會(huì)車輛的通行能力(III,IV部分,曲線D位于曲線A上方);③設(shè)置公交專用道可能產(chǎn)生“雙贏”的效果(III部分,曲線D,E分別位于曲線A,B上方),同時(shí)提高公共汽車和社會(huì)車輛的通行能力;④設(shè)置公交專用道并不一定能提高公共汽車的運(yùn)行效率。當(dāng)公共汽車比例過(guò)大(IV部分,曲線E位于曲線B下方),僅設(shè)置1條公交專用道時(shí),公共汽車通行能力反而降低,此時(shí)應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況設(shè)置多條公交專用道。此外,對(duì)圖6a、6b進(jìn)行對(duì)比可以發(fā)現(xiàn):①車道數(shù)較多的情況更利于設(shè)置公交專用進(jìn)口道;②多車道能減少設(shè)置公交專用進(jìn)口道后對(duì)社會(huì)車輛的影響。例如,公共汽車比例為10%時(shí),若車道組的車道數(shù)為4,設(shè)置公交專用進(jìn)口道后社會(huì)車輛通行能力降低5%;若車道組的車道數(shù)為3,設(shè)置公交專用進(jìn)口道后社會(huì)車輛通行能力將降低17%。4公交專用道改善以烏魯木齊市新華路交通設(shè)計(jì)為例對(duì)研究成果進(jìn)行進(jìn)一步分析和驗(yàn)證。根據(jù)新華路沿線調(diào)查,新華路—人民路交叉口道路交通條件如表2所示,社會(huì)車輛及公共汽車飽和車頭時(shí)距如表3所示。對(duì)新華路進(jìn)行交通改善設(shè)計(jì),空間幾何設(shè)計(jì)方案及通行能力評(píng)價(jià)如表4所示。對(duì)比發(fā)現(xiàn),設(shè)置公交專用道前后,進(jìn)口道直行公共汽車通行能力有明顯提高,而社會(huì)車輛通行能力基本相同,因此建議采用設(shè)置公交專用道的方案。由此可進(jìn)一步驗(yàn)證當(dāng)公共汽車比例適當(dāng)?shù)那闆r下,設(shè)置公交專用進(jìn)口道能提高公共汽車通行能力;同時(shí),雖然減少了社會(huì)車輛的進(jìn)口車道數(shù),但由于消除了公共汽車的干擾,其通行能力并沒(méi)有受到太大影響。5公交專用道設(shè)置應(yīng)注意的問(wèn)題1)提出公交車輛形成車隊(duì)行駛時(shí)會(huì)產(chǎn)生“集聚效應(yīng)”,減少了對(duì)飽和車頭時(shí)距的影響;2)考慮公共汽車形成車隊(duì)行駛的影響,建立有、無(wú)公交專用進(jìn)口道情況下的社會(huì)車輛、公共汽車及車道組通行能力計(jì)算模型;3)基于模型和實(shí)例分析發(fā)現(xiàn),設(shè)置公交專用進(jìn)口道對(duì)社會(huì)車輛的影響沒(méi)有預(yù)期的嚴(yán)重,且當(dāng)公共汽車在一定比例情況下可能同時(shí)提高公共汽車和社會(huì)車輛的通行能力,達(dá)到“雙贏”的效果。在具