城市CBD区域公交专用道的复用

王霄维， 王延忠， 刘秀秀， 刘 雪， 刘斯津

（长春师范大学 工程学院，吉林 长春 130032）

0 引 言

公共交通具有人均占用道路面积少、运量大、效率高等优点，是城市居民出行的首选方式，决定了其优先发展的地位。为缓解交通拥堵问题，国内各大城市借鉴国外的方法，相继提出并推广“公交优先”，经过实施应用后取得良好效果［1］。公交优先通行是指在一定的道路条件下，通过规划、工程建设和交通管理等方式使得公交车辆在路段上拥有高于其它车辆的道路使用权，减少路段上各种因素对公交车辆的干扰。其目的是提高公交车辆在路段的行驶速度，缩短公交车辆的行程时间，减少公交车辆在路段的延误，提高准时性，降低运营成本，以提高城市公交的服务水平和吸引力，扭转公交车在运输上与小汽车竞争的劣势（相对于小汽车，公交车具有车速低、起动慢、灵活性差等缺点）。在多车道的道路上开辟一条甚至多条车道为公交车所专用，或分时段的公交专用道，其优点是投资小、见效快，对解决城市交通拥挤的问题效果显著。

设置公交专用道优点：

1）给公共交通更多的路权来鼓励人们使用公共交通，并以此限制小汽车出行，缓解城市道路交通拥挤的状况。

2）公交专用道保证了公交车的优先路权，可提升公交车服务水平，提高公交运行车速，增加公交出行效率［2］。

3）公共交通在空间占用、污染排放和能源消耗等边际成本和社会综合成本方面都是最节省的，从这个意义上说，公交专用道提高了公共交通车辆运营速度和道路资源利用率。

设置公交专用道虽然有效地提高了公共车辆的运行效率，同时也存在不容忽视的问题：

1）随着公交专用道的大量设置，占用了大量的城市道路资源。当城市道路的车流量较大时，将使原本就比较紧张的道路资源变得更加拥挤，即从车流量的角度降低了路段的通行能力。

2）根据城市路网规划和实地调查分析，大部分城市的专用道还需要根据实际情况改进，进一步挖掘公交专用道潜在资源。同时公交专用道存在时段性道路资源浪费现象［3］。

3）公共交通专用车道的路段上常常出现普通车道机动车排长队，而公共交通专用车道较长时间空无一车的不和谐现象，尤其在公共交通车辆运营班次数量减少（例如夜晚）的时段，这种不和谐现象更为突出［4］。由于公共交通专用车道存在道路资源闲置，专用道不仅未能起到预期作用，削弱了公交优先本身优势，而且对城市交通体系带来了副作用，阻碍了公交专用道的进一步推广［5］。

1 理论方法提出

针对公交专用道设置理论体系还不成熟，为解决当前公交专用道资源闲置问题，提出对于公交专用道复用。主要包含两方面：一方面是交叉口公交专用道路权借用，主要是为解决交叉口社会车辆排队问题；另一方面是公交站用道路段复用，社会车辆有选择地驶入公交专用道，减少道路资源的浪费［6］。利用VISSIM仿真软件，通过路径选择实现车辆在接近公交站点时主动驶出，保证公交优先。在公交专用道复用路段设立行车时间Travel Time检测器，输出同等路段复用前后车辆行程时间。同时在交叉口设立固定信号配时，建立相应信号周期，并在公交站点设置车辆排队计数器Queue Length输出车辆平均排队长度、最大排队长度以及排队车辆的停车次数［7］。

2 路段复用过程

车辆可以根据公交专用道车辆行驶状况驶入车道，由于社会车辆大部分为小型机动车，车辆加速性能以及动力特性要优于公交车辆，当社会车辆在驶入和驶出公交专用道时较方便和灵活。假设车辆可以驶入公交专用道如图1车辆，车辆行驶到公交站点时，为保障公交车辆在公交站点优先权和公交站点乘客乘车安全，将设立标志牌强制车辆驶出，要求社会车辆强制驶出公交专用道［8］。对于车辆在公交站点驶出范围划定：公交车辆驶入公交站点分为3个阶段，即车辆准备减速阶段、减速阶段、乘客上下车阶段，如图2所示。

图2 公交车辆进站示意图

一般公交车进站停靠时间计算公式如下：

式中：l——公交车辆进入停靠站时车辆之间不发生追尾的距离，一般取车辆长度，m；

b——车辆进站时的刹车减速度，一般取1.5m／s。

车辆长度l取12m，代入公式得：t进＝4s。取公交车行驶速度为40km／h，则公交车辆进站影响距离为30～50m。根据相关统计，公交加速出站一般需要9～12s，而加速影响距离为50～80m。

社会车辆驶过公交站点发现公交专用道车辆稀少或车头间距较大时，可以驶入公交专用道实验车辆（见图1）。

另一方面公交车辆到达交叉口属离散分布，经验上常用泊松分布拟合［9］。根据公交车在路口的到达规律，并根据相应的信号配时拟合出单位时间段内车辆通过交叉口的车辆数，定量分析公共车辆占用交叉口车道长度［10］。另外分析路段上公交车辆发车间隔以及公交车辆行驶间隔，分析社会车辆进入公交专用道占用道路资源以及对公交车辆影响。交叉口道路排队如图3所示。

图3 交叉口道路排队示意图

3 仿真假设

Vissim公交站台仿真流程如图4所示。

图4 Vissim公交站台仿真流程

1）充分保障公交优先，在保证正常公交车辆行驶的条件下，社会车辆可驶入公交专用道。

2）由于公交站点为直列式，为保证公交车辆正常行驶，在相应公交站点设立社会车辆标志，限定社会车辆驶入区域。在车站前后30～50m范围内为禁驶区域，充分保障公交车辆路权。VISSIM行驶过程中采用强制性换道，强制性换道是指车辆由于当前车道发生交通事故，或者遇到车道使用的限制，或者即将驶入驶出交织区段（匝道）而必须换道的情况；当驾驶员产生强制换道意图后，首先将减速并选择目标车道，在判断向目标车道换道的可行性。若换道可行则实施换道，否则停下来等待，直到有机会完成换道。

3）公交车辆发车间隔固定并且在车站停留时间相等。不考虑车辆行驶过程中车辆的延误和超车现象。

4）公交专用道仿真方法分为两种：一种是公交专用道单独设置，其他车辆不能驶入，即社会车辆和公交车辆为两条道路；另一种是直接在现有车道中划分一条公交专用道，这样社会车辆可以直接驶入，即仿真设置的公交专用道。

4 仿真模拟

为验证上述理论的可行性，通过VISSIM仿真进行模型验证，首先建立模型，对驾驶参数进行修订。仿真路线为双向8车道，其中公交专用道设置在机动车道右侧，通过实测数据，公交站台可同时容纳3台公交车辆，根据相应规范设置站台长度为43.5m。根据仿真假设条件设置公交车进站前影响范围30m，公交车辆出站影响范围50m。通过仿真路径决策和连接器车型关闭对公交专用道进行复用路径设置。由于VISSIM默认的驾驶行为参数是德国驾驶行为习惯，对其进行修订使其和专用道复用模型相适应。在交叉口西进口道设置排队计数器 检测车辆排队长度。并在相同位置设立行程时间检测器 记录车辆行程时间。

道路仿真建立如图5所示。

图5 道路仿真建立

城市道路的服务水平取决于所考虑城市街道的路段、区间或整条街道中直通车辆的平均行程速度。经过仿真得出专用道复用前小型车辆行驶同等长度路段所需平均时间为121.11s，专用道复用后小型车辆行驶同等长度路段所用时间为88.45s，两者相比公交专用道复用后小型车平均行程时间减少26.90%。城市道路服务水平分级见表1。

表1 城市道路服务水平分级

经过计算得出公交专用道复用前车辆平均车速为27.48km／h，公交专用道复用后车速为37.63km／h。仿真城市道路等级为Ⅱ级，道路服务水平由D级提升为C级。

普通车道与复用车道平均排队长度和最大排队长度对比分别如图7和图8所示。

图6 普通车道与复用车道平均排队长度对比

图7 普通车道与复用车道最大排队长度对比

根据柱状图对比分析得，社会车辆在公交专用道行驶后平均排队长度和最大排队长度均小于在普通车道上的排队长度。说明社会车辆在公交专用道行驶的可能性，在相同的信号周期下，车辆经过交叉口的排队长度减少，同时可以降低社会车辆平均行程时间，提高道路的利用率。

5 结 语

对公交专用道复用理论分析并结合VISSIM仿真建模的研究，通过仿真路径选择实现公交专用道复用仿真实施。借助仿真建模得到评价指标，通过数据分析对其进行评价，运用评价方法对其服务水平进行评价。

最后仿真结果表明：社会车辆在不妨碍公交车辆在公交专用道行驶的情况下，适当借用公交专用道，提高车辆平均行程速度，减少车辆平均行程时间，提高道路服务等级及道路运行效率。

［1］ 王玮，过秀成.交通工程学［M］.南京：东南大学出版社，2011.

［2］ 任其亮，刘博航.交通仿真［M］.北京：人民交通出版社，2013.

［3］ 冯树民，白仕砚，慈玉生.城市公共交通［M］.北京：知识产权出版社，2011：53－57.

［4］ 韩慧敏.出租车在公交专用道上行驶的可行性研究［D］.北京：北京交通大学，2007.

［5］ 马京辉.采用HCM2000新方法计算城市道路服务水平浅析［J］.城市道桥与防洪，2009，7：34－36.

［6］ 任福田.道路通行能力手册（HCM）：美国交通研究委员会专题报告209号［M］.北京：中国建筑工业出版社，1991.

［7］ 杨晓光.城市道路交通设计指南［M］.北京：人民交通出版社，2003：106－124.

［8］ 张卫华，陈学武，黄艳君.公交车与社会车辆混合行驶下的交通流模型研究［J］.公路交通科技，2004，21（4）：85－89.

［9］ 魏丽英，吴荣华，王志龙，等.基于混合交通流的车辆换道行为［J］.吉林大学学报：工学版，2014，44（5）：1321－1326.

［10］ 黄娟.城市公交专用道设计及评价研究［D］.西安：长安大学，2011.