公交專用進(jìn)口道通行能力計算模型

公交專用進(jìn)口道通行能力計算模型

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，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,也有人質(zhì)疑社會車輛運行狀況會因此受到嚴(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)口道成為人們爭論的焦點。這主要是由于以往信號控制交叉口通行能力研究中缺乏對公交專用道影響的細(xì)致分析,導(dǎo)致其實施效果未得到客觀評價。本文考慮了公共汽車形成車隊行駛的影響,建立了有、無公交專用進(jìn)口道情況下的社會車輛、公交車輛及車道組通行能力計算模型。一方面,對公交專用進(jìn)口道設(shè)置前后交叉口運行水平做出評價,定量分析其對公交車輛運行的改善效果及對社會車輛的影響;另一方面,進(jìn)一步完善信號控制交叉口通行能力計算的理論體系。1基于公交專用道通行能力相關(guān)研究為了對比公交專用進(jìn)口道設(shè)置前后信號控制交叉口通行能力,下面從有、無公交專用進(jìn)口道兩個方面回顧以往研究中公交車輛對交叉口通行能力的影響。對于未設(shè)置公交專用進(jìn)口道的交叉口,公交車輛對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算信號控制交叉口通行能力的國家或地區(qū)規(guī)范中,包括美國、英國、日本、澳大利亞、瑞典、加拿大和臺灣,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距,hpc表示小客車飽和車頭時距,由此反映各種車型對通行能力的影響。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行駛的影響。有關(guān)公交專用道的相關(guān)研究中,美國《公共交通通行能力和服務(wù)水平手冊》是目前最具有代表性的研究成果,提出了評價各種公共交通系統(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?？空就ㄐ心芰κ菍粚Ｓ玫郎瞎财囃ㄐ心芰ζ饹Q定作用的因素,僅將交叉口作為?？空就ㄐ心芰Φ囊豁椨绊懸蛩?未對公交專用進(jìn)口道作細(xì)致研究。在國內(nèi),文獻(xiàn)對混合車道(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車隊中的位置,對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?？空緦徊婵谕ㄐ心芰Φ挠绊?主要討論了路邊型公交專用道與右轉(zhuǎn)社會車輛之間的相互影響關(guān)系,通過建立公交停靠對公交專用進(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?？繒r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,缺乏對公交專用進(jìn)口道設(shè)置前后社會車輛、公交車輛和車道組通行能力的對比分析。2滿語車的長距離研究2.1調(diào)查內(nèi)容和方法1)采集時段:早高峰7:30—8:30。保證在紅燈期間有多于8輛的排隊車輛,使有足夠多的車輛以飽和流率通過道路交叉口,且選擇天氣晴好時間進(jìn)行調(diào)查,避免氣候的影響。2)采集地點: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;選擇展寬段足夠長的交叉口,以消除短車道影響;設(shè)置有機非分隔設(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,對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車輛頭時距的分類將車頭時距定義為前后車車頭保險杠通過停車線的時間差。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距可分為4種:①前車為社會車輛的社會車輛車頭時距(hpp);②前車為社會車輛的公交車頭時距(hpB);③前車為公共汽車的社會車輛車頭時距(hBp);④前車為公共汽車的公交車頭時距(hBB),如圖1所示。數(shù)據(jù)采集獲得4個交叉口的飽和車頭時距,并在置信度取95%、允許誤差0.1s的條件下對數(shù)據(jù)樣本容量進(jìn)行了檢驗,結(jié)果如表1所示。2.3不同行為的下一步通過hpb+hbp-hbcp,增加了車輛在有效地集體的穩(wěn)定性1)公交車頭時距大于社會車輛車頭時距(hpB>hpp,hBB>hBp),這是公共汽車車輛性能所致;2)公共汽車會使后車車頭時距增加(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)公共汽車形成車隊行駛對車頭時距的影響較小,即對于相同車輛數(shù)和公共汽車比例的車隊,若公共汽車形成車隊行駛,車隊總車頭時距較小。以車隊中存在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輛車的車頭時距為:hpp+hpB+hBp+hpB+hBp,與5輛均為社會車輛時(5hpp)相比,公共汽車的影響為2(hpB+hBp)-4hpp;若公共汽車形成車隊(圖3),則5輛車的車頭時距為: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行駛比分散狀態(tài)行駛對車頭時距的影響小。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),其車頭時距為hpB+hBp,相對于均為社會車輛的情況,公共汽車對飽和車頭時距的影響為hpB+hBp-2hpp,而位于公交車隊中的1輛公共汽車對飽和車頭時距影響為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,公共汽車是否形成車隊行駛對車道通行能力沒有影響;“集聚效應(yīng)”大于0時(如集聚效應(yīng)為1.5,即hpB+hBp-hBB-hpp=1.5),公共汽車形成車隊行駛能提高車道通行能力。3新的精通能力修正模型3.1u2009j個客車帶的飽和流率道路交叉口無公交專用進(jìn)口道時,社會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個車隊時,其飽和車頭時距組成都是一致的,即無論公共汽車以何種形式組合,其飽和車頭時距均為:假設(shè)公共汽車不會出現(xiàn)在整個車隊的車頭和車尾,則無論公共汽車形成多少車隊,所有的排列情況均為Cn-2n-r-2。當(dāng)r輛公共汽車組成j個車隊時,共有Cjn-r-1Cr-1j-1種排列可能。因此,在n輛車形成的車隊中出現(xiàn)j個公交車隊的概率為:由此可得混行狀態(tài)下公共汽車對飽和流率的修正系數(shù)為:則進(jìn)口道車道組中社會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;Y為公共汽車比例/%;S0為基本飽和流率/(輛·h-1);ge為有效綠燈時間/s;C為周期時長/s。3.2飽和流率影響道路交叉口有公交專用進(jìn)口道時,社會車輛與公共汽車分道行駛,公共汽車一般不會對其他車道的飽和流率產(chǎn)生影響,在公交專用道內(nèi),公共汽車成隊行駛,此時公共汽車對飽和流率的修正系數(shù)為:則進(jìn)口道車道組中社會車輛通行能力和公共汽車通行能力分別為:式中:Np為車道組中社會車輛車道數(shù)/個;NB為車道組中公交專用車道數(shù)/個。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行駛的影響,有必要對模型進(jìn)行檢驗,并與傳統(tǒng)模型進(jìn)行對比,以驗證模型的準(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,即公共汽車與社會車輛完全分道行駛,因此下文僅對式(4)、式(5)采用VISSIM仿真軟件進(jìn)行檢驗。通過調(diào)整駕駛?cè)诵袨閰?shù)及車速,對飽和車頭時距進(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)仿真中的社會車輛和公共汽車飽和車頭時距進(jìn)行調(diào)整,E=1.64)。對比結(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際情況。3.4公交專用道設(shè)置情況在模型檢驗的基礎(chǔ)上,下文對模型進(jìn)行進(jìn)一步分析,更加直觀地反映出有、無公交專用進(jìn)口道情況下交叉口的運行效率。分析采用模型檢驗中標(biāo)定的飽和車頭時距;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個部分,進(jìn)一步對有無公交專用進(jìn)口道情況下的社會車輛、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對社會車輛產(chǎn)生不良影響,當(dāng)公共汽車超過一定比例之后,反而會增加社會車輛的通行能力(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),同時提高公共汽車和社會車輛的通行能力;④設(shè)置公交專用道并不一定能提高公共汽車的運行效率。當(dāng)公共汽車比例過大(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,公共汽車通行能力反而降低,此時應(yīng)根據(jù)實際情況設(shè)置多條公交專用道。此外,對圖6a、6b進(jìn)行對比可以發(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)口道后對社會車輛的影響。例如,公共汽車比例為10%時,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)計為例對研究成果進(jìn)行進(jìn)一步分析和驗證。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,社會車輛及公共汽車飽和車頭時距如表3所示。對新華路進(jìn)行交通改善設(shè)計,空間幾何設(shè)計方案及通行能力評價如表4所示。對比發(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,雖然減少了社會車輛的進(jìn)口車道數(shù),但由于消除了公共汽車的干擾,其通行能力并沒有受到太大影響。5公交專用道設(shè)置應(yīng)注意的問題1)提出公交車輛形成車隊行駛時會產(chǎn)生“集聚效應(yīng)”,減少了對飽和車頭時距的影響;2)考慮公共汽車形成車隊行駛的影響,建立有、無公交專用進(jìn)口道情況下的社會車輛、公共汽車及車道組通行能力計算模型;3)基于模型和實例分析發(fā)現(xiàn),設(shè)置公交專用進(jìn)口道對社會車輛的影響沒有預(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提高公共汽車和社會車輛的通行能力,達(dá)到“雙贏”的效果。在具