基于VISSIM仿真的 交叉口公交專用道適用性分析

張范磊 付晶燕 趙靖

摘 要：本文對交叉口處設置公交專用道的可行性進行分析。首先對信號控制建立多目標優化配時模型，在優化配時的基礎上使用vissim仿真軟件輸出不同類型車輛的延誤數據，對不同流量水平和轉向比例下設置交叉口公交專用道的可行性進行分析。選取交叉口進口總流量以及轉向比例作為主要影響因素，通過對比分析發現在進口道總流量1600pcu/h時交叉口公交專用道具有較好的適用性，同時相比常規交叉口渠化對于不同的轉向比具有更好的魯棒性。

關鍵詞：交叉口公交專用道;多目標優化;仿真分析;信號優化模型

中圖分類號：U491? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? 文章編號：1006—7973（2021）12-0148-03

隨著城市規劃部門近年來越來越提倡公交出行，發展好公交出行方式的便捷性、舒適性以及準時性成為了吸引道路交通流的關鍵所在。

在對交叉口通行效率的提升上，趙靖等考慮交通的波動性，建立信號控制魯棒優化方法顯著改善交叉口運行效率;趙靖等以交叉口總延誤最小為目標，建立排陣式交叉口最佳周期理論模型，以較小的周期時長提高了交叉口運行效率。任義凡等針對過飽和交叉口采用多目標優化模型，以減少車輛延誤額排隊為目標求解了優化的配時方案。

在對公交專用道問題的研究上，趙靖等通過分析各種實測飽和車頭時距，提出有、無公交專用進口道情況下的社會車輛、公交車輛和車道組的通行能力計算模型;宋現敏等提出了一種新型動態公交專用道來提高公交的運行效率;史遠等基于路阻模型對公交專用道進行了優化設置;陳保斌等以廈門為例使用vissim仿真軟件對公交專用道的運行效益進行仿真分析。

為滿足以上條件，本文提出一種節點式公交專用道的設置方式，在提高公交運行質量的同時盡可能減少對社會車輛的影響。首先使用多目標優化配時模型對交叉口進行最優配時，考慮了不同流量水平以及不同轉向比例對節點式公交專用道設置的影響，使用vissim仿真軟件對延誤結果進行輸出，對比分析不同工況下節點式公交專用道的適用性，定量確定了節點式公交專用道的適用場景，可以為不能做全線公交專用道的斷點式公交專用道提供一定的依據。

1節點式公交專用道幾何特征

節點式公交專用道設置如上圖1所示，公交專用道設置在交叉口前距離停車線100米的距離。對于一些常規交叉口來說，如果交通量比較大或者信號相位設置不合理會對公交車產生比較大的影響，比如交叉口處排隊時間太長甚至需要二次排隊。通過設置該段公交專用道能夠讓公交在該距離下路段上避開與社會車輛的混行以及較長的排隊情況。

2多目標優化配時模型

2.1模型建立目標函數

在優化配時過程中主要保證對社會車輛的影響盡可能小，因建立的多目標優化模型以社會車輛的通行效率最大和車輛在交叉口的滯留時間最小為目標，如式（1）所示：

（1）

式中分別表示交叉口四個進口道，分別表示左、直、右三個流向，為目標函數，為交叉口通行效率，為進口方向車輛平均延誤。

2.2約束條件

（1）根據Webster延誤計算公式，每一相位車均延誤滿足等式（2）：

（2）

式中為周期時長，為流向的綠信比，為進口流向的流量比，為進口流向的流量，為進口流向的飽和度。

（2）交叉口通行效率滿足等式（3）。

（3）

其中為進口流向的飽和流率（pcu/h）。

（3）周期時長的約束，周期時長應保證在最小周期時長和最大周期時長范圍內。

（4）

式中為最小綠燈時間，為最大綠燈時間。

（4）各相位綠燈時長的約束，各流向綠燈時長在最大綠燈時間和周期時長之間。

（5）

式中為最小綠燈時間，為進口流向的綠燈時間。

（5）交叉口飽和度約束。

（6）

3基于vissim仿真的節點專用道多工況分析

本文以金海路平莊公路交叉口為例進行分析，根據不同的流量數據和轉向比例數據，按照多目標優化配時模型計算給出相應的最優配時方案。

3.1等轉向比例下不同流量數值分析

首先在等轉向比的情況下改變主線金海路流量，控制支路平莊公路流量不變（現狀流量）。控制相同轉向比條件下將流量分為以下6個等級，如下表所示。

3.1.1優化配時方案

當主線分別在6種流量水平下，根據模型計算最優配時方案輸出如下表所示配時方案。

3.1.2專用道適用性分析

對上述6種流量水平進行建模分析，以社會車輛和公交車輛的平均延誤作為指標，計算結果如下圖所示。由圖2可知，隨著流量水平增加，不論是公交車還是社會車輛延誤都有不同程度的增加。當流量大于1600pcu/h時未設置公交專用道的社會車輛延誤分別提升了17%和23%，而設置了交叉口公交專用道的社會車輛延誤提升了20%和36%，當流量大于1600pcu/h的水平時設置公交專用道會對社會車輛產生比較大的影響，如圖3所示。對于公交車而言，當流量在1400pcu/h以下時是否設置交叉口公交專用道對公交運行提升有限，當流量達到1600pcu/h時設置交叉口公交專用道對公交車的運行效率有大幅度提升（如圖2），并且此時設置公交專用道對社會車輛的影響也比較小。當流量大于1800pcu/h時公交專用道對提升公交運行效率的作用就逐漸減少甚至會很大程度上比不設置專用道延誤更大。綜上所述，在左、直、右轉向比為20：70：10的情況下，當流量小于1400pcu/h考慮到道路建設成本不建議設置公交專用道，當流量達到1600pcu/h時建設交叉口公交專用道能大幅提升公交車的運行效率，但是當流量大于1800pcu/h會對社會車輛產生較大影響同時公交車的運行效率也會大幅下降，因此在該流量水平下不建議設置交叉口公交專用道。

3.2等流量情況下不同轉向比值分析

除了交叉口流量對交叉口專用道的設置影響相對較大以外，主路在交叉口的轉向比例對交叉口是否設置公交專用道的運行也有很大的影響。通過圖4可知當主路流量在1600pcu/h時，是否設置公交專用道對公交車的運行有較大的影響，因此在該部分選取主路流量為1600pcu/h的流量值來做不同流量比的數值分析。

為研究轉向比對設置交叉口專用道的影響，在該部分的數值分析以5%為間隔將轉向比從20%逐步增加。由圖4可知隨著轉向比例的逐步增加，社會車輛的延誤也隨之增大，當左轉比例達到45%-55%之間時設置交叉口專用道的車輛延誤比常規交叉更大。對于公交車來說，不同轉向比例下設置公交專用道的公交延誤普遍小于常規交叉口的公交專用道。當左轉車比例達到45%時設置交叉口專用道的公交延誤僅比常規交叉口的公交延誤少3s，考慮到社會車輛的延誤增加較多，此時設置公交專用道效果不佳。當左轉車比例增加到50%甚至更高的比例，常規交叉口的公交延誤會有大幅度增加，而對于設置交叉口公交專用道來說，更加極端的轉向比下仍能夠有較好的魯棒性。綜上所述，當主路流量達到1600pcu/h時設置交叉口公交專用道相較于常規交叉口能夠更好地適應不同轉向比的情況。

4結論

本文以多目標優化配時模型作為配時依據，在最優配時的基礎上對所提出的節點式公交專用道進行分析并得出以下結論：

（1）在最優的配時方案下，當進口道總流量達到1600pcu/h時設置公交專用道的效果最明顯，當流量小于1400pcu/h時公交運營效率提升效果不明顯，同時該流量下節點式公交專用道的設置對社會車輛幾乎沒有影響。當流量大于1800pcu/h設置節點式公交專用道會給社會車輛帶來很大的影響進而會導致公交在交叉口上游運行不暢，因此在該流量水平下不建議設置公交專用道。

（2）在1600pcu/h的流量水平下，改變左轉車的比例，交叉口的總體延誤會逐漸變高，但是對于公交車的運營效率來說，節點式公交專用道在不同轉向比下相比常規交叉口有更好的魯棒性。

參考文獻：

[1] 趙靖，楊曉光，白玉，勞云騰.公交專用進口道對信號控制交叉口通行能力的影響[J].城市交通，2008（05）：74-79.

[2] 田關云， 羅瑨. 公交專用道精細化設計及微觀仿真研究[C]，2019年中國城市交通規劃年會. 0.

[3] 趙靖，陳凱佳，周溪召.出口道左轉交叉口信號控制魯棒優化方法.中國公路學報，2020，33（7）：145-155.

[4] 史遠，安帥，富迪.基于路阻模型的公交專用道的優化設置[J].汽車實用技術，2019（23）：84-85+90.

[5] 趙靖，鄭喆，韓印.排陣式交叉口延誤及最佳周期模型.中國公路學報，2019，32（3）：135-144.

[6] 宋現敏，張明業，李振建，王鑫，張亞南.動態公交專用道的設置及其仿真分析評價[J].吉林大學學報（工學版），2020，50（05）：1677-1686.

[7] 白玉，薛昆，楊曉光.公交專用車道效益評價方法探討[J].公路交通科技，2004（01）：102-105.

[8] 李娟，劉安陽.公交專用道的設置方式對信號控制交叉口通行能力影響[J].交通運輸工程與信息學報，2016，14（04）：10-17+29.

基金項目：上海市自然科學基金項目（20ZR1439300）;上海市軟科學重點項目（21692105100）。