一種新型交通組織方式實現飽和路口公交優先的探討

葉遠春，郭沛亮

(北京市市政工程設計研究總院有限公司,北京市 100082)

0 引言

隨著我國經濟和社會的快速發展，城市化進程逐漸加快，交通需求急劇上升，城市交通面對的壓力越來越大，大多城市都出現了不同程度的交通擁堵問題。我國各大城市管理者為解決這一問題，積極實施“公交優先”戰略，公交優先（public transportation first）是城市交通的一種組織方式。

公交專用道是目前應用較廣、投資較少、見效較快的一種公交優先措施。北京、上海、廣州等大中城市都相繼在城區主要道路上開辟公交專用道，取得一定效果。然而這些城市公交專用道的整體效率提升并不是十分顯著，究其原因除了一些系統性的問題外，平交口通行效率低下是重要的原因之一。對于原已飽和的平交口，如采用常規公交優先的策略，路口通行能力必然下降，導致交通擁堵甚至癱瘓。如路口不能實現公交車輛優先通行，那么公交車在交叉路口的延誤將遠大于路段延誤，就很難實現真正意義上的公交優先。

基于以上背景，本文嘗試重新設計路口交通組織方式，實現飽和路口的公交優先，同時不減少路口的通行水平。其方案的推廣將有著重要的現實意義。

1 平交口公交優先概述

平交口公交優先包括兩個方面，即空間優先和時間優先。“空間優先”是指在公交車輛通行時給予空間上的優先權，如在路口設置公交專用道。“時間優先”是指在交叉路口給公交車輛提供優先通行的信號[1]。

1.1 空間優先

空間優先是設置專門的公交車道，實現公交的專用路權。空間優先由路段公交優先及路口公交優先兩部分構成。

路段公交優先基本上可以分為兩類，即路中式公交專用道和路側式公交專用道。路中式公交專用道將公交專用道設置在路段中央，相對獨立性較高，運行速度較快，常為快速公交首選方式，常規公交專用道一般不采用這一方式。路側式公交專用道將公交專用道設置在路段的兩側，占用道路資源少，易于實施。由于公交車站一般設置在城區道路兩側，站點分布較密[2]，所以各大城市普遍采用路側式公交專用道，因此本文路口空間優先基于路側式公交專用道進行探討。

路口優先根據車道功能劃分為4種：單左公交專用道（路中）、直左公交專用道（路中）、單直公交專用道（路側）和直左公交專用道（路側）。

1.1.1 單左公交專用道（路中）

適用條件：公交車左轉車流量占絕對多數，直行車很少。

優點：設置簡單，符合駕駛習慣，易于交通管理。

缺點：通行能力有限，直行公交不能優先，禁停區交織對交通影響較大。

1.1.2 直左公交專用道（路中）

適用條件：直行車流量較小，左轉流量較大，直左信號。

優點：設置簡單，符合駕駛習慣，易于交通管理，兼顧直行左轉公交。

缺點：通行能力有限，交織段對社會車有一定影響。

1.1.3 單直公交專用道（路側）

適用條件：公交車直行車流量占絕對多數，左轉車很小可不考慮。

優點：設置簡單，符合駕駛習慣，易于交通管理。

缺點：通行能力較小，左轉公交不能優先。

1.1.4 直左公交專用道（路側）

適用條件：公交車直行車流量較大，左轉車較小。

優點：設置簡單，易于交通管理。

缺點：需要公交專用直左信號，明顯降低社會車通行能力。

1.2 時間優先[1]

時間優先根據優先機理可分為三類，被動優先、主動優先和預信號優先。

1.2.1 被動優先

被動優先控制策略主要是通過固定信號配時來減少公交車在信號交叉口的延誤，主要包含調整信號交叉口的綠信比，縮短信號周期，壓縮相位時間等。

被動優先對公交車延誤和通行能力改善明顯，但是對交叉口社會車輛的通行能力和延誤影響較大。

1.2.2 主動優先

主動優先信號通過適時地、動態地調整信號設置，其應用較多的包括延長綠燈時間、縮短紅燈時間。

主動優先的實際應用不多，一般僅用于對公交車延誤控制要求較高的路口。

1.2.3 預信號優先

預信號優先是指同時設置主信號和預信號，通過協調主信號與預信號實現公交優先。一般當信號交叉口的主信號還為綠燈時，預信號提前紅燈，此時預信號車道上的社會車輛在預信號停車線前停止，候駛區清空；當主信號為紅燈時，通過預信號控制，公交車輛優先進人候駛區排隊。

1.2.4 適用性分析

不同交通情況的交叉口宜采用不同的時間優先策略。

交通負荷很小的平交口（負荷度0.5以下）可采用主動優先方式。在公交車進入路口范圍時，自動調整為綠燈信號。由于路段社會車流量不大，對其影響是可接受的。

負荷較大的平交口（負荷度0.5～0.8）可通過被動優先減少公交車在信號交叉口的延誤，調整公交線路集中車道有效綠燈時間，或縮短信號周期。該方法宜在現有信號配時基礎上進行微調，否則對現況社會交通影響過大。

飽和平交口（負荷度0.8以上）可采用預信號優先方式。飽和平交口公交優先必須空間優先和時間優先相結合。只單一的空間優先，進口車道數減少，社會車輛通行能力受影響，只有結合預信號優先才能解決公交優先對社會車輛通行能力影響過大的問題。

本文通過深入研究預信號優先，在不降低社會車輛通行能力和不增加其延誤的前提下，提出一種新型交通組織方式，實現路口公交優先。

2 新型交通組織方案

2.1 總體思路

預信號控制的核心思想就是建立一個由主信號和預信號聯控機制，主信號配時和候駛區容量決定整個進口道的通行能力，預信號保障公交車優先進入候駛區。

保障交叉口通行能力不降低和交通延誤不增加，需要滿足3個條件：信號周期基本不變，公交專用進口道綠信比不變和候駛區容量充足。

如果原路口各相位配時合理，候駛區長度可由相位綠燈時間確定。充分挖掘路口富余空間，候駛區深入路口，可減少候駛區對路段空間占用，也可減少車輛通過路口時間。為便于候駛區清空，信號配時應調整為標準四相位，且同一方向直左位于同一相位。

通行能力為綠燈時間內的車輛通過量，預信號設置合理可保證所有綠燈時間均得到充分利用，即通行能力基本不減少。

公交車路口延誤顯著減少，各綠燈時間公交車均可最先駛離。

2.2 關鍵點設計

預信號優先成功與否的關鍵點為公交車候駛區、信號配時（包括主信號和預信號）、社會右轉車輛處理，其中公交車候駛區和信號配時兩者相互影響。

2.2.1 公交車候駛區

路口公交專用道可供直行和左轉公交車使用，以便綠燈信號相位時直行和左轉公交車能同時放行。借鑒路口左彎待轉區交通組織思路，本文重新設計路口空間交通組織方式，將候駛區設置在路口范圍內，只避開上一信號相位左轉車輛行駛路線，形成扇形區域，如圖1所示。

圖1 交叉口公交優先空間布置圖

候駛區長度可由每個信號周期紅燈時間公交車到達數確定，包括兩部分公交車排隊長度和公交車換到進入候駛區的過渡段長度。假設公交車排隊車輛數N，公交車平均長度Lc，車輛安全距離1.5 m，車輛換道過渡段長度Lh，當變換2車道時，Lh取15 m；當變換3車道時，Lh取30 m；當變換4車道時，Lh取 40 m[3]。

公交車候駛區長度：L=N×（Lc+1.5）+Lh，式中L取左轉和直行公交車候駛區較長的。

2.2.2 信號配時

信號周期和各車道信號綠信比不變，主信號綠燈時間也就不變。為保障新型交通組織方式實現，需要將信號周期調整為標準四相位，且各相位須順時針變化，如圖2所示。

圖2 信號相位示意圖

預信號公交車綠燈時間由每個信號周期到達公交車輛數決定，其隨上一相位主信號放行時變綠。這里為便于表示，假設某相位預信號公交車綠燈時間和上一相位主信號綠燈時間相同。

為保障公交車候駛區完全清空，預信號社會車輛綠燈信號需要比主信號先綠，根據兩信號間的距離計算確定。

路口行人及非機動車輛可利用各相位的時間采用二次過街的方式組織。

2.2.3 社會右轉車輛處理

為避免右轉社會車輛和公交車相互干擾，設置禁停車區域，該區域起始于路口拓寬過渡段起點，長度最大為過渡段長度。

2.3 工程應用模型分析

2.3.1 工程簡介

某南方城市設置“五縱五橫”公交專用道路網，難點為如何實現其中飽和路口公交優先，這也是保障公交專用道網整體效率的關鍵點。

以其中一個路口為例，根據調查，該路口各進口道都為5車道，2左轉車道和3直行車道；路口公交車排隊車輛數3，公交車平均長度9 m，公交車候駛區長度為70.5m；路口車輛禁停區長為30m，如圖3所示。

圖3 交叉口交通組織示意圖

2.3.2 模型評估（見圖4）

圖4 Vissim仿真

本文基于vissim仿真軟件進行評估，信號配時和交通參數采用2013年5月15日早高峰實測數據。信號周期為210 S，其中東西向綠燈時間各位45 S，南北向綠燈時間為60 S。按照新型交通組織該飽和路口，信號配時各方向主信號綠燈時間不變，預信號公交車綠燈時間為60 S，預信號社會車輛先紅時間為5 S。

仿真評估結果表明，在該路口，早高峰2 h內公交車交通延誤降低了12%，社會車輛交通延誤增加了3%，交叉口整體延誤基本不變。

3 結論

本文基于預信號控制，深入挖掘路口空間潛力，在不減少交叉口通行能力和延誤的前提下，提出一種解決飽和路口公交優先的新型交通組織方式。經深入研究方案中公交車候駛區和信號配時等關鍵點設計，并通過仿真實例評估其效果，表明該方案確實可明顯降低公交車延誤，而不增加交叉口總延誤。

[1]呂勝偉，蔣泰.公交信號優先策略研究[J].網絡安全技術與應用，2011，（15）:30～33.

[2]陳云飛.公交專用道的設置條件及效益評價研究[D].上海：同濟大學，2008：11～13.

[3]徐笑曉，保麗霞.城市道路交叉口公交預信號控制方法與其應用研究[J].交通信息與安全，2011，29(2)：19～22.