城市公交车对双车道混合交通流的影响

彭婷

（重庆交通大学交通运输学院，中国 重庆400074）

城市公交车对双车道混合交通流的影响

彭婷

（重庆交通大学交通运输学院，中国 重庆400074）

城市道路上的车流主要是公交车和小汽车混合流，而一般交通流理论都是以小汽车流为对象进行研究和建模。基于运动波理论和线性元胞自动机模型，本文提出了一种宏观与微观空间表现尺度相结合的双车道混合交通流组合建模方法分析。

公交车；混合交通流；元胞自动机

0 引言

一直以来,人们只考虑了小汽车使得行车速度下降,忽略了公交车的影响。城市道路上有大量公交车，由于其车身较长、车速低于小汽车,还要不断进站、停站、出站,会压低小汽车的速度.在城市道路上布设公交线路的数量、是否设置公交专用车道以及对公交车应当有怎样的约束都值得研究。

为了缓解城市交通拥堵，优先发展公共交通已经成为各国进行交通优化的重要组成部分，公交专用道路、单向交通中的公交双向通行等措施已经在很多城市得以应用。由于城市道路空间资源限制、交通流量和车流组成的差异性，小汽车和公交车混合行驶的道路是交通供给的主体，因此，对其进行研究有助于定量化描述这种混合运行状态，并为交通规划和管理措施的制定提供决策支持，具有非常重要的研究意义。

1 模型

微观交通流模型基于车辆跟驰模型和换道模型来模拟交通流状态演变的微观细节，适用于需要表现微观驾驶行为的路段或节点.宏观模型将车流看作可压缩连续流体，通过建立关于车辆密度和空间平均速度的偏微分方程组研究交通流动力学行为，适用于连接由微观模型模拟的路段或节点。混合建模能模拟在需要放大交通流空间表现尺度的路段应用微观层次的模型，有效提高了大型交通流网络的模拟效能。

本文中以城市路段和公交车、社会车辆混合运行交通流为研究对象，在借鉴已有成果的基础上，构建单向2车道的道路空间资源条件下，公交车与社会车辆混合运行的车流速度模型，进而分析各种速度变化特征，探讨不同车流组成比例条件下道路交通的运行状态。

假定城市交通流由公交车和小汽车构成，且具有不同的最大速度，同时考虑了公交车站、公交车停靠时间等诸多因素，为了更加接近实际交通流，将元胞长度进行细分，使得小汽车同时占有两个元胞长度，公交车同时占用四个元胞长度。通过对模型的计算机模拟，分析了两条车道上的交通流特性和公交车占有率对城市交通流的影响，得到了混合车流下的车流密度、车型比例与车速之间的关系曲线和数据；最后对全文做出总结。

1.1 双车道KW模型与交通流供需方程组

式中，Kc和Qc分别表示临界密度和临界流量；Vc(K)为由基本图确定的密度K所对应的平衡速度;Vmax为畅行速度； 表示两车道相邻路段的速度差;τ定义为当原车道车流阻塞而目标车道车辆处于自由行驶状态时，原车道驾驶员决定并执行完成变道行为所需的典型时间。

交通流供需理论认为，若路段的供给能力大于所有的期望流入量之和，则所有流量均可进入期望路段，否则实际流入量需按比例减少。 因此实际的直行流量和变道流量为：

1.2 元胞自动机模型

元胞自动机(CellularAutomata)简称CA,是一种时间和空间都离散的自动机模型。该模型具有4步并行更新规则：

1）加速：Vn→min(Vn+1,Vmax);

2）减速：Vn→min(Vn,dn);

3）随机慢化：以随机减速概率p令Vn→max(Vn-1,0);

4）位置更新：Xn→Xn+Vn

其中Xn,Vn表示第n辆车的位置与速度;dn=Xn+1-Xn-l表示第n辆车与第n+1辆车之间的车间距,第n+1辆车在第n辆车前面行驶;l表示车辆的长度即每辆车占据的元胞数。

为保证与KW模型的一致性，本文将道路划分为多个具有一定长度 δ的离散网格(即元胞)，每个元胞的状态或者是空，或者是被车辆占据.CA(L)模型的具体更新规则为

规则1）反映了司机倾向于以尽可能大的速度行驶的特点。规则2）确保车辆不会与前车发生碰撞。规则3）引入随机慢化来体现驾驶员的行为差异。

为了把该模型规则扩充到双车道交通中,必须引入换道规则来控制两车道上运动的车辆。通常在双车道元胞自动机模型中,把每个时间步划分为两个子时间步：在第一个子步内,车辆按照换道规则进行换道;在第二个子步中,车辆在两条车道上按照单车道的更新规则进行更新。

1.3 换道规则

在双车道系统中，车辆受到前车阻挡时可以自由换道。而在特殊换道区时，公交车和被停站的公交车阻挡的小汽车的换道是主动换道。

车辆行驶过程中在双车道上的自由换道采用对称换道规则：

其中dn,other、dn,back分别表示当前车辆与目标车道的前车(后车)之间的空元胞数。在计算车辆间距时，以下情况不能依据前车的位置计算：对于公交车，如果车辆与停靠站之间没有车辆，那么dn的取值为停靠站位置与车辆当前位置之差；当公交车处于港湾车道出站区时,如果公交车与出站区的右边界之间没有车,那么dn的取值为出站区右边界位置与当前车辆位置之差。换道规则中dn＜min(vn+1,vmax)and dn,other＞dn为换道动机，表示车辆在当前车道上不能按期望的最大速度行驶，而目标车道上的行驶条件比当前车道好。dn,back＞dsafe为安全性条件保证换道后不与目标车道上后车发生碰撞。这里dsafe取值为目标车道后车的速度。

当车辆处于特殊换道区域时,车辆的主动换道行为采用的换道规则为：dn,back≥dsafe。主动换道表示只要目标车道存在空间并且满足安全条件,车辆就会换道。

2 结论

通过建立考虑公交车影响的双车道混合交通流元胞自动机模型，发现该模型较好的反映了城市道路交通流特性，同时发现公交车的存在对整个交通流的流量和速度影响都较大。这给实际的交通组织设计提供了理论依据，为发展公交专用车道提供了理论支持。

除了路段车流量对车速影响外，不同公交车流组成比例对社会车辆速度的影响呈现出较为显著的变化特点。

当路段饱和度较低时，社会车辆速度大于公交车速度，2种车型速度差别明显，但是速度差值几乎不变；随着饱和度逐渐增加，公交车的速度小于社会车辆速度，但是2种车型速度差值快速缩小；当路段接近饱和时，2种车型速度差小于等于0，社会车辆基本不存在超车的可能，各种车辆处于跟驰状态，公交车速度和社会车辆速度基本相同甚至超过社会车辆速度。

3 总结与展望

由于目前还无法搜集到合适的数据来验证模型的准确性，以上模型和结论均建立于理论研究和推论，故仍需继续深入探讨。

在下一步工作中,我们将对道路系统中多种实际因素的影响进行深入细致的探讨,如复杂环境下驾驶员的心理特性对交通流的影响,公交车长度、停靠站长度、停靠站客流不均衡等因素。

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［3］钱勇生,汪海龙.考虑公交车辆影响的城市交通流元胞自动机模型[J].系统仿真学报,2007,19(14)：3358-3360.

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Influence of Mixed Traffic Flow on Bus-car and Vhicle

PENG Ting
（School of Traffic&Transportation，Chongqing Jiaotong University,Chongqing 400074,China）

Traffic flow on city road is mainly compised of public transport vehicles and the car stream.But most theories and models about traffic flow were based on small cars.An approach coupling with both macroscopic and microscopic traffic description is presented based on the KW (Kinematic Wave)theory and CA(L)(Cellular automata(linear))traffic flow model.

Bus-car;Mixed traffic flow;Cellular automata

汤静］