基于Vissim的BRT仿真与评价

吴小丹，黄均豪

（1.北京理工大学珠海学院，广东珠海 519085；2.广州高科通信技术有限公司，广东广州 510000）

随着城市交通问题的日益突出，“大力发展公共交通，实行‘公交优先’”战略已成为现代城市发展交通的明智选择。快速公交系统（Bus Rapid Transit；简称为BRT）因其建设周期短、投资少以及见效快的优势，已成为诸多城市的首选。BRT是一种新型的城市公共交通方式，服务介于轨道交通和常规公交之间。它具备高质量、低成本、快速、舒适、灵活及便捷的特点，这些特点使得其在大力提倡“公交优先”的背景下显得尤为重要。

BRT在国内、外均有相关的建设经验，如：北京南中轴快速公交1号线凭借其先进的公交车辆、车站配套及管理调度系统，令其沿线和周边的交通环境得到了有效的改善，并且为经济发展创造了良好的背景。而巴西库里蒂巴BRT的成功运营对美国BRT的发展产生了重大影响。至今，市民选择公交出行的比例相当高［1－2］。

作者拟以广州市的BRT（如图1所示）为实例进行研究。该系统于2010年正式开通，其沿线全长22.9km（其中：公交专用道长22.5km），线路呈东西走向。全线西起天河广州大道，东至黄埔夏园，分别由天河路（2.8km）、中山大道（13km）及黄埔东路（7.1km）3条道路所组成。道路中央为双向的BRT公交专用道，从车站处扩展到双向4车道，外侧社会车道为双向6～10车道。在26个车站中，对开式的有15座，错位式的有11座。车站站台的平均间距为880m，BRT站台设置封闭式，并设有电子闸门。在高峰时段，公交车的平均占有率达78人次［3］。本研究以仿真模型为基础，根据仿真数据，通过路段和交叉口的各项指标，评价BRT建成后的交通运行状况。

图1 广州BRT沿线卫星地图Fig.1 The satellite map of Guangzhou BRT line

1 微观仿真平台

1.1 交通仿真

交通仿真可以动态而逼真地模仿交通流和交通事故等各种交通现象。在研究出行者出行行为和各种类型道路交通流运行机理的基础上，复现交通流的时空变化态势，深入地分析车辆、驾驶员、行人及道路交通要素的特征，有效地进行交通系统规划、组织与管理及交通能源节约和物资运输合理化等方面的研究。在微观仿真模型中，可以细致地描述系统实体和它们之间的相互作用，通过计算机精确再现路网上的实际交通状况，灵活地反映各种道路和交通条件的影响。这一特点也使得微观仿真模型成为评价快速公交系统沿线路段交叉口通行服务水平最合适的工具［4－5］。

1.2 微观仿真软件Vissim

Vissim软件是一种微观、时间驱动、基于驾驶行为的仿真工具，用以建立模型和分析各种交通条件（车道设置、交通构成、交通信号及公交站点等）下城市交通和公共交通的运行状况，是评价交通工程设计和城市规划方案的有效工具［4］。为此，选用Vissim作为仿真工具，对广州市的BRT建立仿真模型。

2 建立BRT系统的仿真模型

2.1 实地调查

通过调查，得到BRT沿线交通条件和道路条件。交通条件包括：各个交叉口的信号控制方案、各交叉口交通流量流向、各路段社会车辆车速、BRT专用道车辆车速及各公交线路的运营路线等。道路条件包括：车道宽度、社会车辆车道数及BRT专用道车道数等。广州市BRT的沿线信号控制交叉口一共有23个，其中：黄埔东路路段为11个，中山大道路段为8个，天河路路段为4个。较大的交叉口有5个，即：黄埔东路－港湾路交叉口、中山大道－汇彩路交叉口、中山大道－车陂路交叉口、中山大道－科韵路交叉口及天河路－天河东路交叉口。黄埔东路－港湾路交叉口的相位如图2所示。BRT全线设有26个车站以及有31条公交线路经过BRT的站点。

2.2 建立BRT沿线的模型

2.2.1 建立模型

对广州市的BRT沿线建立仿真模型（如图3所示），其思路为：将卫星地图导入Vissim，建立全线交叉口、路段、BRT专用道、BRT站点、社会车辆线路、公交线路、沿线交叉口信号控制及数据统计分析设备等模型。

2.2.2 主要技术难点

城市交通系统具有复杂性和多样性。为了使仿真系统在相符性上与现实达到一致，建立模型时，技术关键有5个方面：

1）创建BRT公交专用道

设置公交专用道，则需要屏蔽除公交以外的其他类型的车辆。在Vissim的仿真架构中，若要建造路段实现单独类型车辆通行，则需要在建造路段时在工具栏中设置“车道关闭”功能，使沿线BRT路段实现独立的专用道。

图2 黄埔东路－港湾路交叉口相位Fig.2 Huangpu East Road－Gangwan Road intersection phase diagram

图3 全线仿真模型Fig.3 BRT simulation model

2）交叉口进口道车流选择状态

在可切道车道的进口处，需要设置一些选择标志，以实现车辆的左转、直行或者右转。当车辆进入相应的进口道车道时，实现左转、直行、右转或掉头。如果在路口与路口之间只建设一条路段，则无法实现车辆的路径选择，车辆就直接沿着这一条路段行走，无法实现左、右转等效果。因此，在每一个路口所对应的进口道，需要连接所对应的可切道车道，以实现车辆从可变车道进入进口道时选择相应的车道。

3）交叉口跨相位放行时间设置

城市主干道交叉口往往具备庞大的规模和复杂的交通组织，因此，在交叉口信号控制中，进口道车流的同一个流向往往在多个相位中放行，也称跨相位放行。如：一个十字交叉口，有东进口直左右、西进口直左右、南北进口直行右转、北进口左转及南进口直行左转5个相位。南进口道直行，除了在南直左相位出现，还会在南北直行的相位出现。因为在Vissim中设置信号控制机时只能出现一个连续的时间段，一条车道只能有一个连续的信号灯组，如果放行时间间隔出现断层，即跨相位放行。为了实现这样的设置，需要把2个时间段分别做1个信号灯组，有2组信号灯组。在信号机中输入放行时间后，在该进口道设置灯组时选择“或灯组”功能，可以将2个信号灯组组合，使得跨相位放行时间得到拼合，使它们得以在2个隔开的时间段中放行进口道上的车辆。

4）基于港湾式站台的公交线路设置

广州BRT的站点类型为港湾式（如图4所示）。在Vissim仿真环境中，公交线路上默认没有设立港湾式公交站点。因此，若线路经过BRT站点时，需要把站点激活，BRT仿真车辆才能进入该站点中停靠上、下客。在创建各条公交线路时，需要按照实际调查情况判断线路是否经过该BRT站点。若是，则在公交专用道的公交线路上创建一个控制点，把线路拉到对应的港湾式站点中进行激活。

图4 设置公交线路Fig.4 Bus route setting

5）检测器装置设置

为了得到仿真数据，需要在仿真模型中加入检测器装置：节点检测器和行程时间检测器。节点检测器用于对交叉口中的延误等数据进行检测，而行程时间检测器则是对路段的车辆行驶速度和时间进行检测［6］。

3 仿真评价

对BRT建立微观仿真模型。运行该仿真模型，获取交叉口的延误和路段行程速度。结合《广州中山大道BRT试验线工程设计方案》中未建BRT时路段和交叉口的相关数值，作进一步的对比，实现对现行的广州市BRT的交通工程分析评价。

3.1 交叉口评价

按美国《道路通行手册》中规定的信号交叉口服务水平标准（见表1），BRT部分交叉口的仿真延误和对应服务水平见表2。

表1 交叉口服务水平标准Table 1 Intersection service level standards

从表2中可以看出，除了天河路－体育东路交叉口的路口服务水平为D级外，其余交叉口的服务水平均达到C级以上。根据《道路通行手册》，C级道路服务水平为车流稳定，有延迟，交通量接近道路通行能力的80%。因此可以判断达到C级服务水平的交叉口具备稳定的行驶车流，道路上行驶的车辆两两影响不大，驾驶员和乘客均具备了较好的驾驶体验和舒适性［7］。

表2 交叉口延误和对应的服务水平Table 2 Intersection delay and relevant service level

3.2 路段评价

评价一段路网的通行能力水平的高低，除了分析交叉口的运行情况，路段的通行效率也是其中的评价标准之一。美国《道路通行能力手册》中干道服务水平分级标准见表3。查表3可以得到各路段对应的服务水平。将BRT沿线路段分为：黄埔东路路段、中山大道路段及天河路路段。这3个路段均属于二级干道，对应的仿真行程速度见表4。

从表3，4中可以看出，建立了BRT后，使得沿线路段的公共交通与其他社会车辆隔开，避免了两者的冲突，服务水平都较好。特别是在原本拥堵不堪的天河路路段，在运行BRT后，社会车辆车速超过了25km／h。这表明行驶于该路段的车流趋于稳定。

3.3 建立BRT前、后的评价

从仿真结果可以看出，在建立BRT后，无论是交叉口还是路段，所有评价指标都比没建立前的有所提高。①从延误指标来看，以天河路一带为例，以往的天河东路和体育东路交叉口，在高峰时段由于交通量极大且周期大于180s，路口的信号延误过大，导致该路段交通经常处于拥堵不堪。而BRT建立后，天河东路交叉口的延误从123s降低到28.9s，体育东路交叉口的延误从116s降低到36.8s。这说明BRT的建成使沿线交叉口拥堵得到有效的改善。②从路段的行驶速度来看，无论是天河路还是中山大道，在建立BRT后，社会车辆的平均行程速度均提高100%以上。天河路的车辆行程速度从13km／h提高到28km／h，中山大道的车辆行程速度从17km／h提高到35km／h。虽然广州BRT单独占用了单方向2条车道，但正是这种各行其道的方式，不但使公共交通的服务水平和通行能力得到了提高，也使社会车辆的延误和冲突得到了一定程度的改善，满足了各种交通出行方式的需求。

4 结论

通过实地调查，得到BRT沿线交通条件和道路条件。运用网络卫星地图，对广州市现行的BRT全线路段建立了仿真模型。选取部分交叉口的延误和路段的行程速度等指标进行了定量分析。仿真结果表明：广州市现行的BRT沿路段和交叉口的服务水平较好，通行秩序和拥堵状况也相对于未建立前的有了较大的改善。运用仿真手段来评价BRT项目的实施效果有一定的借鉴价值；同时为ITS项目评价的研究奠定了良好的基础。

（References）：

［1］王波.快速公交（BRT）系统设计的若干问题研究［D］.西安：西南交通大学，2004.（WANG Bo.Some studies on the BRT system design［D］.Xi’an：Southwest Jiaotong University，2004.（in Chinese））

［2］张清辉.快速公交专用道交通组织管理研究［D］.福州：福建农林大学，2007.（ZHANG Qing－hui.Study on the traffic management and organization of BRT bus－only lane［D］.Fuzhou：Fujian Agriculture and Forestry University，2007.（in Chinese））

［3］陈元朵，徐建闽.基于Vissim的广州快速公交系统交通仿真建模与分析［J］.科学技术与工程，2010，10（30）：7472－7476.（CHEN Yuan－duo，XU Jianmin.Guangzhou BRT system traffic simulation modeling and analysis based on Vissim［J］.Science Technology and Engineering，2010，10（30）：7472－7476.（in Chinese））

［4］张永忠，郑媛元，李正熙.城市交通控制在线仿真系统［J］.交通标准化，2008（9）：87－90.（ZHANG Yongzhong，ZHEN Yuan－yuan，LI Zheng－xi.Simulation online system of the city traffic control［J］.Communications Standardization，2008（9）：87－90.（in Chinese））

［5］张永忠，张福生.道路交通在线仿真及控制策略优化系统研制报告［R］.无锡：公安部交通管理科学研究所，2006.（ZHANG Yong－zhong，ZHANG Fu－sheng.System development report of simulation online system and control strategy optimization in road traffic［R］.Wuxi：Traffic Management Institute of Ministry of Public Security，2006.（in Chinese））

［6］余柳.快速公交系统及其微观仿真研究［D］.北京：北京交通大学，2005.（YU Liu.Study on BRT system and microscopic simulation［D］.Beijing：Beijing Jiaotong University，2005.（in Chinese））

［7］孙慧娟.城市快速公交服务水平评价研究［D］.成都：西南交通大学，2009.（SUN Hui－juan.Research on the evaluation of BRT service level［D］.Chengdu：Southwest Jiaotong University，2009.（in Chinese））