公交車進站停靠對綠波控制的影響＊

劉樂敏 胡小平 籍永強 曹 凱 李 雷

（北方工業(yè)大學智能交通控制研究所 北京 100144）

0 引 言

城市道路交通控制方法中，干線協(xié)調控制（也稱綠波控制）作為區(qū)域協(xié)調控制的一種，其配時方法較為簡便，因此在城市交通信號控制實踐中得到廣泛應用.從1917年世界第一個交通線控制系統(tǒng)在美國出現(xiàn)至今，城市干線協(xié)調控制作為緩解城市交通擁堵的重要手段之一，一直是各國學者工程師研究的焦點.

公交車進站停靠造成的瓶頸效應對通行能力的影響，國內外的相關學者也作了大量研究.A.B.Larry和A.T.Mark 對于無公交專用道的非港灣式停靠站的通行能力進行了研究［1］.哈爾濱工業(yè)大學的裴玉龍分析了次干路上的公交停靠站對無信號交叉口通行能力的影響，并根據(jù)上下游停靠站對無信號交叉口通行能力的影響分別建立了理論模型，指出當停靠站處沒有公交車停靠時，停靠站對路段通行能力的影響可以認為是不存在的［2］.

實際交通環(huán)境下，執(zhí)行綠波帶控制的路口間往往建有公交停靠站，進出車站的公交車輛不斷地從車流中分流、停靠、合流，對周圍其他車輛產生了很大的影響.在制定或執(zhí)行綠波帶控制配時時，如果不考慮公交停靠對路段交通流運行的影響，所制定的配時策略會與實際所需要的情形產生較大差異，必定會影響控制效果.因此，研究公交車輛停靠對基本路段（基本路段是指不受交叉口和進出口等因素影響的道路路段）通行能力的影響，并從理論上定性及定量的分析公交停靠瓶頸影響下的綠波控制策略改進方法，對于提高城市交通信號控制效果，進而緩解城市交通擁堵，具有重要意義.

1 公交停靠瓶頸對綠波控制的影響分析

1.1 理論依據(jù)

集散波理論是指以車流波動理論為基礎，用于描述由于車輛的集聚和消散形成的車流波現(xiàn)象的方法.在路網中行駛的車輛，行進到交叉口處遇到紅燈后，陸續(xù)停車排隊而集結成高密度的隊列，綠燈開啟后，排隊車輛陸續(xù)啟動而疏散成一列具有適當密度的車流［3］.此時，在2種不同密度的車流分界面形成一種傳播的車流波，稱為集散波，文獻［3］中已經證明了將交通流波動理論應用于交通分析中的合理性.因此，本文采用集散波理論分析公交停靠瓶頸對綠波控制的影響.

1.2 基于集散波理論的公交停靠瓶頸對綠波控制的影響分析

N2部分是利用集散波原理繪制的與N1部分對應“距離－時間”圖.在分析過程中假設各種車輛在相同的道路流量內是以同一個速度勻速行駛的，即行駛車輛均為均勻車流［5－6］.

1）當T1≥R1＋R2＋TS時

各變量關系見圖1a），從圖中不難得出

圖1 用集散波分析道路交通圖

當車輛進入研究路段的時刻ta＜tH時，最大綠波帶寬度為

當ta≥tH時，最大綠波帶寬度為

2）當T1＜R1＋R2＋TS時

各變量關系如圖1b），可得

同理可知產生的相位差為

對應最大綠波帶寬度

當ta＜tH時，為

在實際應用中，可以通過調查道路的實際情況，忽略一些與測量不相關的因素.測得數(shù)據(jù)后，首先要進行數(shù)據(jù)處理得到有用數(shù)據(jù)，再將其代入上式即可求得相位差和實際的最大綠波寬度，最后根據(jù)計算結果調整上下游交叉口信號燈的相位差以實現(xiàn)該路段最大的通行效率.

2 交通調查與分析

實例調查分別選取北京市石景山區(qū)魯谷路上永樂西小區(qū)公交站路段以及八角西街上八角西街公交站路段作為研究對象.

2.1 魯谷路

魯谷路為東西方向各2車道，進、出口機動車道之間以及非機動車道與機動車道之間均由隔離帶隔離，且車流量均以東西向為主.該路段公交站無公交車進站港灣，每次可容1輛公交車停靠，公交車進站停靠時，占據(jù)2條機動車道中的1條，易形成道路瓶頸，較適合作為研究對象.

調查選取東向西方向行駛的道路，時間為晚高峰17：25～18：55.期間共有105 輛公交車進站.

通過對調查數(shù)據(jù)的分析，魯谷路車輛集散原理圖見圖2.

圖2 魯谷路車輛集散原理圖

將以上數(shù)據(jù)代入相應公式可得：在無公交停靠瓶頸和有公交停靠瓶頸2種情況下，相位差前后變化為Tab＝5.09s；路段現(xiàn)狀有公交停靠瓶頸時的最大綠波帶寬度為Tmax＝47.64s.

該路段兩端信號燈的周期均為105s，其中協(xié)調相位紅燈時間為50s，協(xié)調相位綠燈時間為50s，黃燈時間為5s.未進行相位調整前道路兩端信號燈的相位差為45.24s，綠波帶寬為47.64s.根據(jù)計算結果對相位進行調整，調整后道路兩端信號燈的相位差為50.33s，綠波帶寬為50s.因此，可以看出信號燈的配時在考慮公交停靠瓶頸時綠波帶寬有所增加，但是在此路段綠波帶寬的改善并不是很明顯.

2.2 八角西街

八角西街南北方向各1條機動車道，晚高峰時段車流量以南北向為主.該路段公交站無公交車進站港灣，每次可容1輛公交車停靠，公交車進站停靠時，占據(jù)全部非機動車道及機動車道的1／3，只允許同向車輛勉強通過，極易形成道路瓶頸，適合作為研究對象分析.

調查時間為晚高峰17：55～18：55，期間一共有54輛公交車進站停靠.

實際調查可得，Q1＝576 輛／h，v1＝34.96 km／h，R1＝20.6s，l3＝200 m，S1＝432輛／h，v2＝12.74km／h，l2＝15.37m，R2＝23.94s，S2＝648輛／h，v3＝23.87km／h，l1＝112.2m.對應八角西街的車輛集散原理圖見圖3.將以上數(shù)據(jù)代入相應公式可得Tab＝14s，Tmax＝35s.

圖3 八角西街車輛集散原理圖

該路段兩端信號燈的周期均為112s，其中協(xié)調相位紅燈時間為49s，協(xié)調相位綠燈時間為60 s，黃燈時間為3s.未進行相位調整前道路兩端信號燈的相位差為33.74s，綠波帶寬為46s.調整后道路兩端信號燈的相位差為47.74s，綠波帶寬度為60s，即綠燈時間內車輛通過數(shù)目增加了.因此，在此路段信號燈的配時考慮公交停靠瓶頸時綠波帶寬得到了明顯的改善.

3 在線仿真

采用VISSIM4.3進行建模，在交通調查數(shù)據(jù)的基礎上，再結合上述計算結果，分別就考慮公交瓶頸影響的綠波配時與在現(xiàn)有（不考慮瓶頸影響下）的綠波配時兩種情況，模擬魯谷路和八角西街道路通行情況.選取流量、排隊長度、延誤、旅行時間等指標輸出，用于校核和評價.

以魯谷路為例，仿真過程中模擬道路上下游環(huán)境，根據(jù)實際的調查數(shù)據(jù)將道路長度設置為603 m，車流輸入設置為894輛／h，研究路段上下游路口的信號燈配時設置為：紅燈50s，黃燈5s，綠燈50s，相位差為45s（小數(shù)位不作考慮）.將仿真效果與道路的實際情況進行對照檢驗：本次選取機動車流量（分流向）進行對照檢驗，設定流量檢測器檢測時間為900～4500s，統(tǒng)計間隔為3600s，前900s為“預熱時間”，仿真對照結果見表1.

流量整體誤差為6.49%，符合誤差精度要求.

在現(xiàn)狀仿真中記錄相應的指標輸出，然后改變上下游路口的相位差為50s，觀察仿真效果并再次記錄相關指標輸出.仿真效果圖見圖4.

圖5為魯谷路晚高峰調整前與調整后仿真結果對比，圖6為八角西街晚高峰調整前與調整后仿真結果對比.

圖5 魯谷路晚高峰調整前后仿真結果對比

圖6 八角西街晚高峰調整前后仿真結果對比

通過仿真結果可知，調整后的指標較調整前均有明顯的降低.

4 結束語

利用集散波理論分析了公交車進站停靠產生的瓶頸效應對最大綠波帶寬度的影響，得出了無公交車停靠影響和有公交車停靠影響兩種情況下的相位差及最大綠波帶寬的計算方法.通過對北京市石景山區(qū)道路的實地調查，得到相關的交通數(shù)據(jù)，經過分析整理后運用VISSIM 仿真軟件進行仿真，驗證了文中結論的可行性.

這里還需要指出的一點是，在對實際交通狀況調查時發(fā)現(xiàn)，當公交車造成的瓶頸在第一個路段沒有完全消散，而是延續(xù)到下個路口時，公交車停靠造成的交通擁堵已經不能夠簡單地通過對綠波協(xié)調控制的調整來緩解.這時就需要考慮該路段公交車站的設置是否合理，如公交車車站設置是否過于接近下游路口，是否應該考慮設置公交車停靠港灣等，在必要的情況下就需要對公交車站的布局進行合理調整.

另外，在后續(xù)的研究中，如果能將本課題的方法與控制系統(tǒng)相結合，實時采集交通數(shù)據(jù)對綠波控制進行配時，將會得到更好的控制效果.這些問題都需要我們做進一步的研究.

［1］MARK A T，LARRY A B.The effects of network structure on reliability of transit service［J］.Transportation Research Part B：Methodological，1980，14（1）：79－86.

［2］裴玉龍，伍拾煤.公交停靠站對無信號交叉口通行能力的影響分析［J］.哈爾濱工業(yè)大學學報，2004，46（11）：1523－1526.

［3］薛振清.城市交通誘導策略優(yōu)化研究［D］.西安：長安大學，2009.

［4］郭冠英，鄒智軍.道路阻塞時的車輛排隊長度計算法［J］.中國公路學報，1998，11（3）：92－96.

［5］郭冠英.用集散波法計算道路交通擁塞長度［J］.上海公路，1997（2）：39－41.

［6］陳 丹，高孝洪.城市區(qū)域交通信號智能控制及其微觀仿真研究［J］.武漢理工大學學報：交通科學與工程版，2009，33（6）：1151－1154.