快速公交時空優(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個城市正式運營了快速公交系統(tǒng),更多城市正在積極規(guī)劃、設計和建設。
　　 快速公交系統(tǒng)通過設置專用道和信號優(yōu)先控制分別實現(xiàn)路段“空間優(yōu)先”通行和交叉口“時間優(yōu)先”通行,同時也不可避免地給競爭方向車流運行帶來了負面影響。因此,開展快速公交優(yōu)先通行問題研究,實現(xiàn)快速公交優(yōu)先通行和競爭方向車流負面影響小

2、的雙贏,不僅有利于深刻認識“以人為本”、“效率優(yōu)先”及“路權優(yōu)先”等公交優(yōu)先理念內涵,豐富和深化優(yōu)先通行理論體系,具有重要的學術價值,對于促進現(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)實意義。
　　 本文在對國內外相關研究進行分析的基礎上,重點針對快速公交優(yōu)先通行的信號優(yōu)先控制策略、信號優(yōu)先控制方法、專用道設置方法及優(yōu)先通行效益評估等方面進行了一些有益探討,主要研究內容及結論如下:
　　 ①在分析快速公交特征及

3、優(yōu)先控制系統(tǒng)結構和功能的基礎上,探討了快速公交不同類型專用道的規(guī)劃技術及其適應性；結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/定位技術的主要特征,提出了相應的發(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構建了基于元胞自動機的快速公交信號優(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來評價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、延長時間gmax brt和最大紅燈早斷時間rmax brt)、信號優(yōu)先檢測器離交叉口距離L及產生概率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。L過短會使信號優(yōu)先綠燈延長的時間很短,受益的快速公交車輛較少,同時受隨機因素影響明顯,

5、波動性增強。L過大會使快速公交車輛要求的綠燈延長時間大于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,會使快速公交車流密度急劇增大,車流速度相應降低。特別是隨著αbrt的增大,快速公交實施信號優(yōu)先的頻次增高,要求延長的信號時長逐步接近gmax brt,直到不滿足信號優(yōu)先條件,等同于固定信號配時。
　　 ③構建了考慮信號優(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現(xiàn)方法。與傳統(tǒng)的單級模糊控制相比,該方法具有2個特點:一是設置了信號優(yōu)先條件,即以快速公交車輛到達時刻偏離時刻表時間、滿載率及系統(tǒng)綜合效益等作為信號優(yōu)先控制的準入條件,可以屏蔽效率相對較低時的信號控制優(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車流運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等待通行的社會車輛數(shù)和下一個即將點亮的

7、綠燈相位等待排隊的車輛數(shù)考慮了非優(yōu)先相位的車流擁擠程度。
　　 ④以路阻函數(shù)和車流通行能力計算為基礎,在考慮專用道的設置產生誘增交通流的前提下,構建了快速公交專用道設置前后車流行駛時間變化模型,并分析了壓縮現(xiàn)有車道、擴寬道路等增加專用道情況下的車流行駛時間變化。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面影響將急劇增加；而擴寬道路增加專用道則可整合了原有公交線路,改善社會車流的行駛環(huán)境。在此

8、基礎上,從宏觀、中觀和微觀等三個層面,提出了快速公交專用道設置的框架,并闡述了各個層面的具體工作內容與方法。與傳統(tǒng)的專用道設置方法相比,該框架能夠充分吸收不同層次規(guī)劃人員的經驗,便于把握專用道設置的總體架構,使上層和下層之間具有指導和反饋的作用。
　　 ⑤以路口通過率為基礎,從“線”的角度構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,并模擬了優(yōu)先通行效益變化對路段運行速

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施優(yōu)先通行帶來的效益變化,不僅考慮了實施信號優(yōu)先控制和專用道設置的效益變化,也考慮了快速公交沿線的社會車流效益的變化,彌補了既有研究僅考慮信號優(yōu)先控制收益,未考慮專用道設置的收益和對社會車流負面影響的不足,進一步完善了快速公交優(yōu)先通行的效益評估方法。
　　 ⑥從“點”的角度構建了快速公交優(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,提出了當量小汽車折算、人均折算的效益變化的計算方法,并以綠燈延長策略進行了算例分析。算例研究表明,交叉口實施綠燈延長信號優(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％。隨著綠燈延長時間的增長,整個交叉口延誤呈“U”型變化,先降低后升高。對既有配時方案延長綠燈時間8s,整個系統(tǒng)延誤最低,當量小汽車折算和人均延誤折算分別為