基于路阻模型的公交专用道的优化设置

史远，安帅，富迪

摘 要：随着国民经济水平逐渐提高，私家车的拥有量迅速增长。但是由于城市道路设施的发展进程慢于私家车辆增加的速度，道路资源显然不足，交通供给无法满足日益增长的交通需求，导致交通拥堵现象时常发生。优先发展公共交通是解决问题的重要方法之一，各城市纷纷开展了公交专用道的设置，以改善公交车的出行环境。文章主要研究了设置并优化公交专用道对交通运行情况的影响。文章运用了车速-饱和度模型，定量分析了不同饱和度的路段设置公交专用道前后的社会车辆和公交车辆的车速比值，并进一步确定设置公交专用道的路段。

关键词：公交专用道;优化设置;交通运行情况;路阻函数模型

中图分类号：D035.37  文献标识码：A  文章编号：1671-7988（2019）23-84-03

Optimization setting of bus lanes based on road resistance model

Shi Yua， An Shuai， Fu Di

（ Chang'an University， College of Automotive， Shaanxi Xi'an 710064 ）

Abstract： With the gradual improvement of the national economy， the ownership of private cars has grown rapidly. However， as the development of urban road facilities is slower than the increase of private vehicles， road resources are obviously insufficient， and transportation supply cannot meet the increasing traffic demand， resulting in traffic congestion. Giving priority to the development of public transportation is one of the important ways to solve the problem. Various cities have set up bus lanes to improve the travel environment of buses. This paper mainly studies the impact of setting and optimizing bus lanes on traffic conditions. In this paper， the vehicle speed-saturation model is used to quantitatively analyze the ratio of the speed of social vehicles and buses before and after the bus lanes in different saturation sections， and further determine the section of the bus lane.

Keywords： Bus lane; Optimization setting; Traffic operation; Road resistance function model

CLC NO.： D035.37  Document Code： A  Article ID： 1671-7988（2019）23-84-03

前言

近幾年来，随着城市的快速发展，城市化水平不断提高，大量问题随之而来，交通拥堵逐渐成为困扰广大出行者的问题之一，我国学者在研究了国外交通设施的这一基础上，提出了设置并优化公交专用道的方法，这一方法被视为解决我国现有交通状况的有效途径之一，既能缓解交通拥堵，又能优化公交车的出行环境。

目前，国内外学者通过对公交专用道的研究，得出了大量的影响分析评价模型。Shalaby[1]等人利用TRANSYT7F软件模拟和评估了公交车道及其 相关辅助设施的收益，并且更准确地模拟出了公交专用车道的车辆速度和车辆延迟。D.Jeason[2]进行了一项关于公交车道对交通状况影响的研究，公交专用道前后车辆在路段上、交叉路口的延误和行人延误的差值，在不同的交通条件和交通流量下，获得最佳公交比例和最佳客流量。Alber Gan[3]提出了公交专用道设置效果的评估和决策模型，用于评估主干道公交专用道设置的合理性.Jose Viegas[4]研究了在这种情况下公交专用道的不断使用和交通信号灯控制的情况。杨晓光[5]教授对于公交专用道的设置要求、设置形式做了一部分的研究。邵俊[6]分两种情况讨论了公交专用进口道和锯齿形口道的优先控制信号设计前后的交通效益。

至今为止，国外学者对道路公交设施和交通情况已有研究，但是在我国，这方面的研究相对较少，尤其在优化或增设公交专用道路权的方面研究。然而从现有的公交专用道的设置和社会车辆的运行来看，在设置公交专用道的基础上，社会车辆的无限制运行，车流量庞大导致交通拥堵愈发严重的状况普遍存在。所以，本文对道路设置公交专用道的基础上，对公交专用道的路权进行优化作为重点进行研究，具有重要的意义。在国内外大量优秀研究成果的基础上，对公交专用道的优化设置进行进一步的研究和分析。

1 模型设置

路权的分配是影响公交专用道的主要因素之一。所以在研究路权分配对道路交通的影响之前，应先建立数学模型对公交专用道对道路交通的影响做一个定量的研究分析。

1.1 道路车速与饱和度的关系模型

1.1.1 设置公交专用道前交通流模型

目前交通流模型中普遍用的是车辆行驶时间—路段饱和度之间的函数关系模型。采用路段饱和度作为比较车速的参数。这种模型描述的是车辆在道路上行驶的阻抗力，所以称为路阻函数。国内常用的是美国联邦公路局提出的路阻函数模型—BPR函数模型，该模型在交通建设规划中用途最大，能够应用的范围也最广。

（1）

式1中：Tq为当路段流量为q时车辆在道路上的行驶时间，单位/秒;T0为当路段0流量时车辆在道路上的自由行驶时间，单位/秒;q为路段上的车流量;c为路段的道路通行能力;αβ为模型参数，用最小二乘法确定。

由于在不同路段的不同交通情况下，αβ的参数值也不相同，所以可以采用回归算法，对具体路段上的车速和实际交通流量来计算路阻函数模型参数。考虑到路段上各种因素的影响，我们把路阻函数转换成用速度表现的形式：

（2）

由于城市道路的设置不同，机动车道之间或机动车道与非机动车道之间的隔离带也不同，俗称板块。城市道路分为：一幅路：路面无隔离带;二幅路：路面有一条隔离带;三幅路：路面有两条隔离带;四幅路：路面有三条隔离带。

本文以三幅路为研究对象，查阅实际数据后进行计算，得到的模型如下：

（3）

（4）

1.1.2 设置公交专用道后的交通流模型

由于设置公交专用道后，道路的车道功能发生了变化，社会车辆和公交车辆的运行情况也发生变化，此时BPR路阻函数不再适用。社会车辆和公交车辆分开形式，那么各自路段的饱和度也发生了变化，社会车辆和公交车辆之间也存在着相互影响。所以我们统一用以下模型表示：

（5）

qf为社会车辆在路段上的交通流量，pcu/h;cf为社会车辆在路段上的的通行能力，pcu/h;qb为公交车辆在公交专用道上的车流量，换算成标准小客车当量，vel/h;cb为公交车辆在公交专用道的通行能力，vel/h。

1.1.3 设置公交专用道前后车速比

评价设置公交专用道后对道路交通的影响，其参考指标之一是车速的变化。通过设置公交专用道前后车速的比值，定量分析公交专用道设置后的效果。

根据现有模型，得到下列模型对比公式：

公交车辆模型：

（6）

社会车辆模型：

（7）

2 案例分析

选取西安市四条车辆饱和度不同主干道的进行车流量调查，根据路段的流量，用1.1中的公式计算出各个路段设置公交专用道前后车辆的速度比值，定量分析在不同路段饱和度下设置公交专用道对路段交通的影响。选取路段的数据特征具体见表1。

表1  路段情况调查

据路段公交车辆和社会车辆的路段饱和度和路段的车辆通行能力，分别计算各路段设置公交专用道前后速度的比值。可使本文引用的模型具有普遍性。

按照调查结果和表格数据的分析，不同饱和度的路段在设置公交专用道前后社会车辆和公交车辆的速度均发生了改变。具有相似的路段道路设施和路段饱和度在0.5～0.8范围内的建工路和友谊西路，设置公交专用道前后，社会车辆和公交车辆的速度均有提高。而在路段饱和度低于0.5的经二路上，由于道路饱和度和车流量本身就小，设置公交专用道更加使得社会车辆和公交车辆的速度大大提升。而在饱和度高于0.8的咸宁路上，设置公交专用道后，社会车辆和公交车辆的速度不仅没有提高，反而大大降低。

3 结论

通过对路段具体数据的调查，用相应的数学模型进行研究分析。并根据现有数据，对西安市四条路段设置公交专用道前后车辆的运行速度进行统计，比较并分析设置公交专用道前后，路段上车辆车速的变化情况，量化评价公交专用道的设置对路段车辆车速的影响。并且分析得到在饱和度一定的路段上，设置公交专用道才会提高社会车辆和公交车辆在

路段上的行驶速度，解决交通拥堵问题。

参考文献

[1] AS Shalaby.Simulating Performance Impacts of Bus Lanes and Supporting Measures[J].Journal of Transportation Engineering. 1999.

[2] D Jeason and E.Ferreira. Assessing Travel Time Impacts of Measure to Enhance Bus Operation Part2：Study Methodology and Main Findings. 2000.

[3] Alber Gan，Hhuan Yue，Ike Ubaka， Fang Zhao. Development of opera -tional performance and decision models for arterial bus lane. The 82nd Annual Meeting Transportation Research Board. 2003.

[4] Viegas J，Lu B.Traffic control system wiith intermittent bus lanes [C].In：B IFACS ymposium on Transportation Systems，Chania， Greece，1997：16-18.

[5] 楊晓光，周光伟，杭明升公交优先技术方法[J].城市交通，2002，2：3-5.

[6] 邵俊，杨晓光，史春华.部分锯齿形公交优先进口道的交通设计与分析[J].同济大学学报，2001，10：1175-1180.