快速公交時(shí)空優(yōu)先策略及其建模研究.pdf

1、隨著城市地區(qū)交通擁擠的加劇,快速公交(Bus Rapid Transit,BRT)在許多城市得到了長足發(fā)展。到2009年底,我國已有11個(gè)城市正式運(yùn)營了快速公交系統(tǒng),更多城市正在積極規(guī)劃、設(shè)計(jì)和建設(shè)。
　　 快速公交系統(tǒng)通過設(shè)置專用道和信號優(yōu)先控制分別實(shí)現(xiàn)路段“空間優(yōu)先”通行和交叉口“時(shí)間優(yōu)先”通行,同時(shí)也不可避免地給競爭方向車流運(yùn)行帶來了負(fù)面影響。因此,開展快速公交優(yōu)先通行問題研究,實(shí)現(xiàn)快速公交優(yōu)先通行和競爭方向車流負(fù)面影響小

2、的雙贏,不僅有利于深刻認(rèn)識“以人為本”、“效率優(yōu)先”及“路權(quán)優(yōu)先”等公交優(yōu)先理念內(nèi)涵,豐富和深化優(yōu)先通行理論體系,具有重要的學(xué)術(shù)價(jià)值,對于促進(jìn)現(xiàn)代智能交通系統(tǒng)的發(fā)展,緩解城市交通擁堵也具有重要現(xiàn)實(shí)意義。
　　 本文在對國內(nèi)外相關(guān)研究進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上,重點(diǎn)針對快速公交優(yōu)先通行的信號優(yōu)先控制策略、信號優(yōu)先控制方法、專用道設(shè)置方法及優(yōu)先通行效益評估等方面進(jìn)行了一些有益探討,主要研究內(nèi)容及結(jié)論如下:
　　 ①在分析快速公交特征及

3、優(yōu)先控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能的基礎(chǔ)上,探討了快速公交不同類型專用道的規(guī)劃技術(shù)及其適應(yīng)性；結(jié)合我國城市道路交通的特征,研究信號優(yōu)先控制模式、控制策略和車輛檢測/定位技術(shù)的主要特征,提出了相應(yīng)的發(fā)展策略；論文以北京市南中軸快速公交系統(tǒng)為例,說明了優(yōu)先通行措施的有效性。
　　 ②構(gòu)建了基于元胞自動(dòng)機(jī)的快速公交信號優(yōu)先策略仿真模型,提出了以平均速度、車流密度及車流量等為指標(biāo)來評價(jià)交叉口交通流特征變化的方法,建立了快速公交信號優(yōu)先參數(shù)(最大綠燈

4、延長時(shí)間gmax brt和最大紅燈早斷時(shí)間rmax brt)、信號優(yōu)先檢測器離交叉口距離L及產(chǎn)生概率αbrt對交叉口車流影響的模擬模型。算例研究表明,在信號周期固定的條件下,信號優(yōu)先控制需要優(yōu)先考慮增大gmax brt,減少rmax brt,以降低對社會(huì)車流的影響程度；另一方面,在給定gmax brt和rmax brt的條件下,L需控制在合理的范圍內(nèi)。L過短會(huì)使信號優(yōu)先綠燈延長的時(shí)間很短,受益的快速公交車輛較少,同時(shí)受隨機(jī)因素影響明顯,

5、波動(dòng)性增強(qiáng)。L過大會(huì)使快速公交車輛要求的綠燈延長時(shí)間大于gmax brt的限制,信號優(yōu)先失效；其次,在給定gmax brt、rmax brt及L的條件下,過度地增大αbrt,會(huì)使快速公交車流密度急劇增大,車流速度相應(yīng)降低。特別是隨著αbrt的增大,快速公交實(shí)施信號優(yōu)先的頻次增高,要求延長的信號時(shí)長逐步接近gmax brt,直到不滿足信號優(yōu)先條件,等同于固定信號配時(shí)。
　　 ③構(gòu)建了考慮信號優(yōu)先條件的快速公交信號優(yōu)先兩級模糊控制模

6、型,并給出了控制的流程及算法的具體實(shí)現(xiàn)方法。與傳統(tǒng)的單級模糊控制相比,該方法具有2個(gè)特點(diǎn):一是設(shè)置了信號優(yōu)先條件,即以快速公交車輛到達(dá)時(shí)刻偏離時(shí)刻表時(shí)間、滿載率及系統(tǒng)綜合效益等作為信號優(yōu)先控制的準(zhǔn)入條件,可以屏蔽效率相對較低時(shí)的信號控制優(yōu)先程度,減少無效控制,提高控制效率；二是兼顧了非優(yōu)先相位車流效益,即通過信號優(yōu)先相位下的快速公交車流和社會(huì)車流運(yùn)行情況來修正了相位綠燈的優(yōu)先程度,通過紅燈相位下排隊(duì)等待通行的社會(huì)車輛數(shù)和下一個(gè)即將點(diǎn)亮的

7、綠燈相位等待排隊(duì)的車輛數(shù)考慮了非優(yōu)先相位的車流擁擠程度。
　　 ④以路阻函數(shù)和車流通行能力計(jì)算為基礎(chǔ),在考慮專用道的設(shè)置產(chǎn)生誘增交通流的前提下,構(gòu)建了快速公交專用道設(shè)置前后車流行駛時(shí)間變化模型,并分析了壓縮現(xiàn)有車道、擴(kuò)寬道路等增加專用道情況下的車流行駛時(shí)間變化。算例研究表明,壓縮既有車道增加專用道,隨著壓縮程度的增大,系統(tǒng)和公交車流受到的負(fù)面影響將急劇增加；而擴(kuò)寬道路增加專用道則可整合了原有公交線路,改善社會(huì)車流的行駛環(huán)境。在此

8、基礎(chǔ)上,從宏觀、中觀和微觀等三個(gè)層面,提出了快速公交專用道設(shè)置的框架,并闡述了各個(gè)層面的具體工作內(nèi)容與方法。與傳統(tǒng)的專用道設(shè)置方法相比,該框架能夠充分吸收不同層次規(guī)劃人員的經(jīng)驗(yàn),便于把握專用道設(shè)置的總體架構(gòu),使上層和下層之間具有指導(dǎo)和反饋的作用。
　　 ⑤以路口通過率為基礎(chǔ),從“線”的角度構(gòu)建了快速公交線路優(yōu)先通行的效益變化評估模型,提出了車流總體收益變化率和單位成本車流收益變化率等評估指標(biāo),并模擬了優(yōu)先通行效益變化對路段運(yùn)行速

9、度、非優(yōu)先相位信號壓縮比例系數(shù)及車流紅燈平均等待時(shí)間比例系數(shù)的敏感度分析。與既有的效益評估模型相比,該模型從整體上研究了快速公交實(shí)施優(yōu)先通行帶來的效益變化,不僅考慮了實(shí)施信號優(yōu)先控制和專用道設(shè)置的效益變化,也考慮了快速公交沿線的社會(huì)車流效益的變化,彌補(bǔ)了既有研究僅考慮信號優(yōu)先控制收益,未考慮專用道設(shè)置的收益和對社會(huì)車流負(fù)面影響的不足,進(jìn)一步完善了快速公交優(yōu)先通行的效益評估方法。
　　 ⑥從“點(diǎn)”的角度構(gòu)建了快速公交優(yōu)先通行條件下

10、單交叉口車流的綠燈延長、紅燈早斷優(yōu)先策略的車流效益變化評估模型,提出了當(dāng)量小汽車折算、人均折算的效益變化的計(jì)算方法,并以綠燈延長策略進(jìn)行了算例分析。算例研究表明,交叉口實(shí)施綠燈延長信號優(yōu)先策略,提升了快速公交車輛的路口通過率,使交叉口的當(dāng)量小汽車折算延誤和人均折算延誤均減少了11.3％。隨著綠燈延長時(shí)間的增長,整個(gè)交叉口延誤呈“U”型變化,先降低后升高。對既有配時(shí)方案延長綠燈時(shí)間8s,整個(gè)系統(tǒng)延誤最低,當(dāng)量小汽車折算和人均延誤折算分別為