城市公交車對雙車道混合交通流的影響

彭婷

（重慶交通大學(xué)交通運輸學(xué)院，中國 重慶400074）

城市公交車對雙車道混合交通流的影響

彭婷

（重慶交通大學(xué)交通運輸學(xué)院，中國 重慶400074）

城市道路上的車流主要是公交車和小汽車混合流，而一般交通流理論都是以小汽車流為對象進行研究和建模。基于運動波理論和線性元胞自動機模型，本文提出了一種宏觀與微觀空間表現(xiàn)尺度相結(jié)合的雙車道混合交通流組合建模方法分析。

公交車；混合交通流；元胞自動機

0 引言

一直以來,人們只考慮了小汽車使得行車速度下降,忽略了公交車的影響。城市道路上有大量公交車，由于其車身較長、車速低于小汽車,還要不斷進站、停站、出站,會壓低小汽車的速度.在城市道路上布設(shè)公交線路的數(shù)量、是否設(shè)置公交專用車道以及對公交車應(yīng)當(dāng)有怎樣的約束都值得研究。

為了緩解城市交通擁堵，優(yōu)先發(fā)展公共交通已經(jīng)成為各國進行交通優(yōu)化的重要組成部分，公交專用道路、單向交通中的公交雙向通行等措施已經(jīng)在很多城市得以應(yīng)用。由于城市道路空間資源限制、交通流量和車流組成的差異性，小汽車和公交車混合行駛的道路是交通供給的主體，因此，對其進行研究有助于定量化描述這種混合運行狀態(tài)，并為交通規(guī)劃和管理措施的制定提供決策支持，具有非常重要的研究意義。

1 模型

微觀交通流模型基于車輛跟馳模型和換道模型來模擬交通流狀態(tài)演變的微觀細節(jié)，適用于需要表現(xiàn)微觀駕駛行為的路段或節(jié)點.宏觀模型將車流看作可壓縮連續(xù)流體，通過建立關(guān)于車輛密度和空間平均速度的偏微分方程組研究交通流動力學(xué)行為，適用于連接由微觀模型模擬的路段或節(jié)點。混合建模能模擬在需要放大交通流空間表現(xiàn)尺度的路段應(yīng)用微觀層次的模型，有效提高了大型交通流網(wǎng)絡(luò)的模擬效能。

本文中以城市路段和公交車、社會車輛混合運行交通流為研究對象，在借鑒已有成果的基礎(chǔ)上，構(gòu)建單向2車道的道路空間資源條件下，公交車與社會車輛混合運行的車流速度模型，進而分析各種速度變化特征，探討不同車流組成比例條件下道路交通的運行狀態(tài)。

假定城市交通流由公交車和小汽車構(gòu)成，且具有不同的最大速度，同時考慮了公交車站、公交車停靠時間等諸多因素，為了更加接近實際交通流，將元胞長度進行細分，使得小汽車同時占有兩個元胞長度，公交車同時占用四個元胞長度。通過對模型的計算機模擬，分析了兩條車道上的交通流特性和公交車占有率對城市交通流的影響，得到了混合車流下的車流密度、車型比例與車速之間的關(guān)系曲線和數(shù)據(jù)；最后對全文做出總結(jié)。

1.1 雙車道KW模型與交通流供需方程組

式中，Kc和Qc分別表示臨界密度和臨界流量；Vc(K)為由基本圖確定的密度K所對應(yīng)的平衡速度;Vmax為暢行速度； 表示兩車道相鄰路段的速度差;τ定義為當(dāng)原車道車流阻塞而目標車道車輛處于自由行駛狀態(tài)時，原車道駕駛員決定并執(zhí)行完成變道行為所需的典型時間。

交通流供需理論認為，若路段的供給能力大于所有的期望流入量之和，則所有流量均可進入期望路段，否則實際流入量需按比例減少。 因此實際的直行流量和變道流量為：

1.2 元胞自動機模型

元胞自動機(CellularAutomata)簡稱CA,是一種時間和空間都離散的自動機模型。該模型具有4步并行更新規(guī)則：

1）加速：Vn→min(Vn+1,Vmax);

2）減速：Vn→min(Vn,dn);

3）隨機慢化：以隨機減速概率p令Vn→max(Vn-1,0);

4）位置更新：Xn→Xn+Vn

其中Xn,Vn表示第n輛車的位置與速度;dn=Xn+1-Xn-l表示第n輛車與第n+1輛車之間的車間距,第n+1輛車在第n輛車前面行駛;l表示車輛的長度即每輛車占據(jù)的元胞數(shù)。

為保證與KW模型的一致性，本文將道路劃分為多個具有一定長度 δ的離散網(wǎng)格(即元胞)，每個元胞的狀態(tài)或者是空，或者是被車輛占據(jù).CA(L)模型的具體更新規(guī)則為

規(guī)則1）反映了司機傾向于以盡可能大的速度行駛的特點。規(guī)則2）確保車輛不會與前車發(fā)生碰撞。規(guī)則3）引入隨機慢化來體現(xiàn)駕駛員的行為差異。

為了把該模型規(guī)則擴充到雙車道交通中,必須引入換道規(guī)則來控制兩車道上運動的車輛。通常在雙車道元胞自動機模型中,把每個時間步劃分為兩個子時間步：在第一個子步內(nèi),車輛按照換道規(guī)則進行換道;在第二個子步中,車輛在兩條車道上按照單車道的更新規(guī)則進行更新。

1.3 換道規(guī)則

在雙車道系統(tǒng)中，車輛受到前車阻擋時可以自由換道。而在特殊換道區(qū)時，公交車和被停站的公交車阻擋的小汽車的換道是主動換道。

車輛行駛過程中在雙車道上的自由換道采用對稱換道規(guī)則：

其中dn,other、dn,back分別表示當(dāng)前車輛與目標車道的前車(后車)之間的空元胞數(shù)。在計算車輛間距時，以下情況不能依據(jù)前車的位置計算：對于公交車，如果車輛與停靠站之間沒有車輛，那么dn的取值為停靠站位置與車輛當(dāng)前位置之差；當(dāng)公交車處于港灣車道出站區(qū)時,如果公交車與出站區(qū)的右邊界之間沒有車,那么dn的取值為出站區(qū)右邊界位置與當(dāng)前車輛位置之差。換道規(guī)則中dn＜min(vn+1,vmax)and dn,other＞dn為換道動機，表示車輛在當(dāng)前車道上不能按期望的最大速度行駛，而目標車道上的行駛條件比當(dāng)前車道好。dn,back＞dsafe為安全性條件保證換道后不與目標車道上后車發(fā)生碰撞。這里dsafe取值為目標車道后車的速度。

當(dāng)車輛處于特殊換道區(qū)域時,車輛的主動換道行為采用的換道規(guī)則為：dn,back≥dsafe。主動換道表示只要目標車道存在空間并且滿足安全條件,車輛就會換道。

2 結(jié)論

通過建立考慮公交車影響的雙車道混合交通流元胞自動機模型，發(fā)現(xiàn)該模型較好的反映了城市道路交通流特性，同時發(fā)現(xiàn)公交車的存在對整個交通流的流量和速度影響都較大。這給實際的交通組織設(shè)計提供了理論依據(jù)，為發(fā)展公交專用車道提供了理論支持。

除了路段車流量對車速影響外，不同公交車流組成比例對社會車輛速度的影響呈現(xiàn)出較為顯著的變化特點。

當(dāng)路段飽和度較低時，社會車輛速度大于公交車速度，2種車型速度差別明顯，但是速度差值幾乎不變；隨著飽和度逐漸增加，公交車的速度小于社會車輛速度，但是2種車型速度差值快速縮小；當(dāng)路段接近飽和時，2種車型速度差小于等于0，社會車輛基本不存在超車的可能，各種車輛處于跟馳狀態(tài)，公交車速度和社會車輛速度基本相同甚至超過社會車輛速度。

3 總結(jié)與展望

由于目前還無法搜集到合適的數(shù)據(jù)來驗證模型的準確性，以上模型和結(jié)論均建立于理論研究和推論，故仍需繼續(xù)深入探討。

在下一步工作中,我們將對道路系統(tǒng)中多種實際因素的影響進行深入細致的探討,如復(fù)雜環(huán)境下駕駛員的心理特性對交通流的影響,公交車長度、停靠站長度、停靠站客流不均衡等因素。

［1］王殿海.交通流理論[M].北京：人民交通出版社,2002.

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Influence of Mixed Traffic Flow on Bus-car and Vhicle

PENG Ting
（School of Traffic&Transportation，Chongqing Jiaotong University,Chongqing 400074,China）

Traffic flow on city road is mainly compised of public transport vehicles and the car stream.But most theories and models about traffic flow were based on small cars.An approach coupling with both macroscopic and microscopic traffic description is presented based on the KW (Kinematic Wave)theory and CA(L)(Cellular automata(linear))traffic flow model.

Bus-car;Mixed traffic flow;Cellular automata

湯靜］