京通快速公交专用道时段设置优化研究

陈艳艳，赵 晋，赖见辉，熊 杰，黄林军

(1. 北京工业大学 城市交通学院，北京 100124; 2. 武汉市交通经济技术信息中心，湖北 武汉 430000)



京通快速公交专用道时段设置优化研究

陈艳艳1，赵 晋1，赖见辉1，熊 杰1，黄林军2

(1. 北京工业大学 城市交通学院，北京 100124; 2. 武汉市交通经济技术信息中心，湖北 武汉 430000)

从海量公交IC卡(Integrated Circuit Card)数据客流特征分析出发，发现了京通快速公交专用道设置时段并没有充分满足公交客流高峰需求的现状。在此基础上提出总行程时间指标，并对京通快速通道进行现状评价，同时对延长公交专用道设置时段之后的方案进行仿真模拟评价。研究表明：随着公交专用道时间的延长，整体客流通行效率提高，最佳延长时间为1 h。最后根据研究结果提出公交专用道时段设置时的注意原则与方法。

交通运输工程；城市交通;时段设置;运送效率;公交专用道;优化方案

0 引 言

公共交通作为一种“绿色”的交通工具已得到我国各大、中城市的重视，优先发展公共交通已成为普遍的共识[1]。设置公共交通专用道是改善公交运行状况的有效途径,具有投资省、见效快等特点, 比较适合我国现阶段的国情,可作为大城市从速度较慢的常规公交向快速轨道交通过渡的重要形式[2]。

现阶段国内有不少对公交专用道设置的研究，史春华等[2]对公交专用道的设置方式、形式、尺寸以及停靠站的设计和交叉口处专用道的处理方法等进行了讨论；刘衍希[3]通过研究快速路公交专用道设置路段的通行能力来衡量公交专用道设置后的道路资源利用情况，并采用实测数据与微观仿真技术相结合的方法对公交专用道设置后的车辆交织、合流、分流等运行特性进行细致的模拟分析；要甲[4]认为公交专用道设置方案的分析与优化，涉及到交通网络环境和交通管理措施等多方面因素，因此他将交通网络降级和拼车条件考虑到公交专用道的优化与评价问题中。以上研究多侧重于公交专用道硬件设施设置条件以及设置影响评价，对公交专用道设置时段的研究较少，而时段的设置同样是公交专用道设置过程中需要考虑的主要问题之一。

1 京通快速基本特征

1.1 京通快速路概况

京通快速是连接北京市与通州区的城区快速路。西起朝阳区大望桥，东至通州区北苑桥，全长14 km，限速80～100 km/h。该路按城市快速路标准建设，为全立交、全封闭、收费式快速路，并配有国内先进水平的交通工程系统。京通快速向东与通燕高速相通，是一条连接通州/燕郊区域与北京市东部城区的主要通道。道路规划红线宽95～100 m，设计车速80～100 km/h，主路为3上3下，半幅宽度一般为12～16 m，外侧为紧急停车带。其中四惠桥桥区范围主路为4上4下，无紧急停车带。京通快速辅路分别设置在主路南北两侧，设计车速40 km/h。主路中央分隔带位置设为轻轨线。

京通快速公交专用车道布设形式为路中式，使用时间为进城方向7:00—9:00，出城方向17:00—20:00。其中，进城方向起点在八里桥收费站，终点在大望桥，全长近11 km；出城方向起点在四惠桥由西向东第2个出口匝道，终点在双会桥西，全长8.8 km。在公交专用车道终点下游，公交车辆采取自由并线方式运行，进城方向交织并线距离为750 m(到大望桥出口)，出城方向交织并线距离为1 200 m(到八里桥匝道出口)，公交专用车道区间内不设公交车站[5-6]。

1.2 公交客流特征

经由京通快速进入北京市区的公交线路共有28条，具体线路为：312、322、647、649、667、668、669、728、801、804、805、806、807、808、809、810、811、812、813、814、815、815快、816、817、818、818快、930、938。客流登降量数据如图1。

图1 平均每日公交客流量Fig. 1 Average daily bus passenger flow

由图1可见，工作日每日客流登降量保持在35～40万人次，占全北京市公交客流4%左右，出行目的大多为通勤，也存在部分其他出行目的的乘客。公交专用道的设置最主要保障客流应为通勤乘客，提高通勤乘客公交出行比例可以更好地缓减由于每日潮汐交通造成的交通拥堵。

1.3 车流量特征

京通快速全长14 km，进京方向存在5处较大车流量入口(八里桥收费站、远通桥、四惠桥、官庄入口、高碑店入口)，5处较大匝道出口(远通桥出口、四惠桥出口、近远通桥匝道出口、高碑店桥出口、近大望桥出口)。对某工作日车流量出入口进行视频调查后得到7:00—10:00京通快速的交通量，如表1。

表1 3个时段车流量

限速80 km/h的快速路单车道设计通行能力为1 800 pcu/h，由表1可见，3 h的社会车辆车道道路服务水平均超过了1(7:00—9:00期间一条车道为公交专用道)，只能达到四级服务水平，9:00—10:00道路服务水平最差。早高峰7:00—10:00这3 h京通快速上交通状况一直处于过饱和状态，车辆行驶自由度小，速度受前车制约性强，变化很大，车速忽高忽低，稳定性较差[7]。

采用每小时抽取200辆小汽车样本，50辆公交车的调查方法对3 h内的小汽车，公交车车速及平均载客数进行调查后得到数据如表2，7：00—9:00各参数较为接近，9:00—10:00点撤销公交专用道之后公交车与其他社会车辆组成混合交通流，公交车车速下降37.5%，小汽车车速提高23%。

表2 3个时段参数值

2 客流数据分析

2.1 分析过程

主要使用公交IC卡使用频次(卡号每日出现两次，一次在高峰时段)至少8次，公交出行OD(每日公共交通出行链起讫点相同)至少8 d相同两个指标对连续15个工作日的公交客流数据进行特征挖掘，旨在寻找最需要保障的通勤公交客流。最终得到的每日公交乘客出行时间分布，如图2、图3。

图3 研究时段内平均客流时间分布Fig. 3 Time distribution of average passenger from 4 a.m. to 12 a.m.

由图2、图3可见，公交客流集中在早高峰6:00—9:00点以及晚高峰17:00—20:00两个3 h时段内；早高峰6:00—10:00进京方向道路服务水平只能达到四级饱和流服务水平，此时段内的交通状况已很难保证车辆的运行需求，晚高峰17:00—20:00进京方向服务水平则可以达到三级以上服务水平。因此选取4:00—12:00时段对客流数据做进一步分析，旨在探寻7:00—9:00的2 h公交专用道的设置是否已经满足了公交高峰客流的需求[8]。

2.2 分析结果

对公交客流数据进一步分析后发现，图3中早高峰6:00—9:00的3 h公交客流高峰为乘客上车高峰，并非到达京通快速通道的高峰时段。据统计，公交车平均需要耗时46 min 53 s才可以到达通道，说明通道上的公交客流早高峰大约集中在6:46—9：46之间，现状设置的7:00—9:00的公交专用道并没有有效地覆盖通道上的公交客流最高峰，而是否9:00—10:00点撤销公交专用道之后通道同样可以满足公交客流的运送效率，后续研究对总行程时间进行了一系列研究分析。

3 评价方法

3.1 指标选取

选取指标为通道上单车道某一时段内可以通过客流的总行程时间，总行程时间由总客流量与平均车速相乘得到，单位为h。社会车辆的客流量利用车流量得到，计算参数包括公交车车流量、标准化社会车车流量、公交车平均载客人数、社会车辆平均载客系数、通道长度、公交车平均车速、社会车辆平均车速、通道上车道数。

3.2 方法建立

由公交车车流量、公交车平均载客人数、公交车平均车速、通道长度、通道上车道数5个指标，可以得到公交车的单车道总行程时间TG为公交客流量与公交平均车速乘积：

(1)

式中：TG为公交车运送客流总行程时间，h；N为通道上车道数，条；L为通道长度，km；Qg为公交车数，辆；Sg为公交平均车速，km/h；Pg为公交车平均载客人数，人。

由标准化社会车车流量、社会车辆平均载客系数、社会车辆平均车速、通道长度、通道上车道数5个指标可以得到社会车辆的单车道行程时间TS为社会车辆客流量与社会车辆平均车速乘积：

(2)

式中：TS为社会车辆单车道运送客流总行程时间，h；N为通道上车道数，条；L为通道长度，km；Qs为标准化社会车辆，pcu；Ss为社会车辆平均车速，km/h；Ps为社会车辆平均载客人数，人。

最终通道上的运送客流总行程时间T为

T=TS+TG

(3)

式中：T为通道上单车道运送效率，h。

4 评价结果

利用上述方法对3个时段的运送效率进行计算，各参数如表3。

表3 3个时段计算用参数值

计算得：

7:00—8:00通道客流总行程时间T7=2 909 h，社会车辆客流总行程时间Ts7=1 017 h；

8:00—9:00通道客流总行程时间T8=3 212 h，社会车辆客流总行程时间Ts8=1 146 h；

9:00—10:00点通道客流总行程时间T9=3 351 h，社会车辆客流总行程时间Ts9=1 366 h。

由计算结果得知，7:00—8:00通道客流总行程时间最小，为2 909 h，8:00—9:00次之为3 212 h，9：00—10:00通道客流总行程时间最高，为3 351 h。公交专用道在9:00—10:00撤销之后总行程时间相比于8:00—9:00增加了4%，社会车辆客流总行程时间增加了19%，公交车客流量降低40%，公交车平均行程时间增加12.6 min。

由此得知，9:00—10:00撤销公交专用道之后通道全体客流和社会车辆客流行程时间都有所增加，公交车客流行程时间虽然减少但公交车平均车辆行程时间增加了12.6 min，实质上撤销公交专用道之后对道路使用者均产生了负面影响。因此后续利用VISSIM仿真软件对延长公交专用道的假设方案进行仿真评价。

5 专用道仿真方案

5.1 方案及仿真参数

仿真路段选取双会桥至大望桥段，包括八里桥收费站、远通桥、四惠桥、高碑店、官庄5个较大的车辆入口，远通桥，四惠桥等5个车辆出口，仿真路段如图4。由前面实测数据得知，公交车在设置公交专用道时段内达到的公交车运行状态较为相近，后续仿真中仅对出现不同的地方进行仿真。方案1至方案4分别仿真的为公交专用道延长15、30、45、60 min4种情形，4种情形均保证通过车流量为9:00—10:00现状车流量。

图4 仿真路段Fig. 4 Simulation road

5.1.1 方案1

公交专用道延长15 min，在此15 min内道路状况有所改变，公交车运行状况达到设置公交专用道时的相似参数，社会车辆参数值采用仿真得到。因此方案1仅对15 min社会车辆运行状况仿真，仿真道路设置成两车道，仿真过程中利用的出入口交通量及组成如表4。小汽车仿真期望车速设置为25 km/h，由实测数据得知9:00—10:00单车道平均每分钟通过32 pcu，因此后续45 min仅能通过4 320 pcu，全部车辆通过需要延长5 min。

表4 京通快速9：00—10：00各出入口车流量

5.1.2 方案2

公交专用道延长30 min，类似于方案1，方案2仅对30 min社会车辆运行状况仿真，小汽车仿真期望车速设置为25 km/h，由实测数据得知9:00—10:00单车道平均每分钟通过32 pcu，因此后续30 min仅能通过2 880 pcu，全部车辆通过需要延长10 min。

5.1.3 方案3

公交专用道延长45 min，类似于方案1，方案3仅对45 min社会车辆运行状况仿真，小汽车仿真期望车速设置为25 km/h，由实测数据得知9:00—10:00单车道平均每分钟通过32 pcu，因此后续15 min仅能通过1 440 pcu，全部车辆通过需要延长15 min。

5.1.4 方案4

公交专用道延长60 min，方案4对60 min社会车辆运行状况仿真，小汽车仿真期望车速设置为25 km/h，通过社会车辆车流量为3 960 pcu，全部车辆通过需要延长19 min。

5.2 方案评价

4个方案计算应用参数如表5。

表5 4个方案的计算参数

计算可得：

1)方案1：社会车流量在延长的5 min中通过470.5 pcu，增加社会车辆行程时间111.2 h，通道客流总行程时间T1=3 238 h，社会车辆客流总行程时间Ts1=1 434 h，客流总行程时间减少3.4%，社会车辆客流总行程时间增加5%；

2)方案2：社会车流量在延长的10 min中通过920.5 pcu，增加社会车辆行程时间217.6 h，通道客流总行程时间T2=3 140 h，社会车辆客流总行程时间Ts2=1 530 h，客流总行程时间减少6.3%，社会车辆客流总行程时间增加12%；

3)方案3：社会车流量在延长的15 min中通过1 370.5 pcu，增加社会车辆行程时间323.9 h，通道客流总行程时间T3=3 035 h，社会车辆客流总行程时间Ts3=1 627 h，客流总行程时间减少10.4%，社会车辆客流总行程时间增加19%；

4)方案4：社会车流量在延长的19 min中通过1 820.5 pcu，增加社会车辆行程时间430.3 h，通道客流总行程时间T4=2 970 h，社会车辆客流总行程时间Ts4=1 730 h，客流总行程时间减少12.8%，社会车辆客流总行程时间增加26%。

5.3 仿真结果分析

仿真结果显示，公交车客流总行程时间随着专用道时间的延长减少，社会车辆客流量总行程时间随着专用道时间的延长增加，综合社会车辆、公交车客流量以及平均车速来看，总体而言通道整体客流总行程时间减少，通道整体通行效率提高。因此，若想最大程度的保障通道整体的通行效率需要延长1 h公交专用道。4个方案总行程时间、社会车辆客流行程时间、公交车行程时间如图5。

由图5可知，早高峰客流量大，道路运行状态较差，持续时间长，9:00—10:00仍处于公交通勤高峰，此时延长1 h专用道可充分保障公交通勤效率，同时并不会造成道路资源浪费，极大地保障了通道整体通行效率，是对道路资源和客流需求的最好匹配。

6 结 语

对京通快速上公交通勤乘客现状实测数据进行研究，得出了京通快速公交专用道时段未能最大程度的满足公交通勤客流高峰的现状。在此基础上，综合其他参数提出了计算不同客流行程时间的方法，并利用该方法计算7:00—10:00的3 h指标值，发现撤销专用道之后对通道整体运送效率产生了较大影响。因此提出了延长公交专用道时段的假想，并利用VISSIM软件对延长15、30、45、60 min4个方案进行仿真。发现随着公交专用道时间的延长，整体客流通行效率提高，提出延长1 h的最终方案。通过这些研究，总结了设置公交专用道时段需要考虑的注意事项：①城市外围组团进京通道上的小汽车及公交客流高峰时段与市区的客流高峰时段并不重合；②设置公交专用道时间应最大程度保障公交客流高峰时段；③在优先保证公交高峰客流的基础上应兼顾社会车辆的高峰出行需求，使设置时段对社会车辆的影响在可接受范围内，以达到对道路资源的最合理利用。

论文来源于北京工业大学城市交通学院--香港理工大学土木与建筑工程系开放研究课题《基于精细化人群分类的公交路径选择模型研究》，感谢开放课题组的老师和同学对论文的支持。

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(责任编辑：谭绪凯)

Optimization of Time Setting of Jingtong Expressway Bus Lanes

CHEN Yanyan1, ZHAO Jin1, LAI Jianhui1, XIONG Jie1, HUANG Linjun2

(1. College of Metropolitan Transportation, Beijing University of Technology, Beijing 100124, P. R. China; 2. Wuhan Communications E & T Information Center, Wuhan 430000, Hubei, P. R. China)

Based on the characteristics of passenger flow in mass public transportation IC card (Integrated Circuit Card) data analysis, the current situation that the time setting of Jingtong expressway bus lanes did not fully meet the peak demand of bus passenger flow was discovered. According to this, the total travel time index was proposed and the Jingtong expressway traffic situation was evaluated. Meanwhile, the scheme with the extension of bus lane setting time was simulated and evaluated. The research shows that: with the time increase of bus lane, the overall passenger traffic efficiency is increased, and the best time for extension is 1 hour. Finally, according to the research results, several principles and methods for bus lane time setting are put forward.

traffic and transportation engineering; urban traffic; time setting; transportation efficiency; bus lane; optimization scheme

10.3969/j.issn.1674-0696.2017.07.15

2016-06-07；

2016-09-29

交通运输部建设科技项目(2015318J37130)

陈艳艳(1970—)，女，河南郑州人，教授，博士生导师，主要从事交通规划、智能交通方面的研究。E-mail:cdyan@bjut.edu.cn。

U491.1+7

A

1674-0696(2017)07-090-06