公交車車速誘導(dǎo)研究與應(yīng)用

鄭 晨，鄭長江

(河海大學(xué)土木與交通學(xué)院，江蘇南京210098)

0 引言

城市公共交通是城市交通的重要組成部分，是城市客運(yùn)系統(tǒng)的主體.如何在當(dāng)今快速發(fā)展的城市交通中發(fā)展公共交通，緩解擁堵問題，已成為許多學(xué)者探討的重點(diǎn).陳學(xué)武等［1］結(jié)合我國城市公共交通現(xiàn)狀分析和德國城市實(shí)施公交優(yōu)先的實(shí)踐，闡述城市公共交通優(yōu)先權(quán)的目標(biāo)、效果與措施.關(guān)偉等［2］研究了公交優(yōu)先信號(hào)控制策略，模擬路邊設(shè)立公交車輛檢測器的情況下，不同交通流量和公交車發(fā)車間隔的最優(yōu)控制策略.但在沒有公交專用信號(hào)的情況下，公交車停靠站點(diǎn)及交叉口的延誤，增加了行程時(shí)間，降低了公交的利用率.僅靠優(yōu)化公交車行駛速度，利用紅燈等待時(shí)間完成站點(diǎn)停靠，可使條件較差的區(qū)域簡單有效地降低行程時(shí)間.筆者提出在排除其他車輛干擾的前提下，利用車速誘導(dǎo)系統(tǒng)，實(shí)時(shí)提供車速誘導(dǎo).通過加速，減少公交站點(diǎn)停靠和交叉口信號(hào)的雙重延誤;通過減速，在不能減少延誤時(shí)，降低能源消耗和環(huán)境污染.

1 公交車車速誘導(dǎo)方案

為保證公交車車速可以按以下方案加減速，筆者采取設(shè)置公交專用道減少社會(huì)車輛對(duì)其速度的影響.

假設(shè)公交車可行駛車速區(qū)間為［v1，v2］，取其中間值vm為默認(rèn)行駛速度.設(shè)公交車于tA時(shí)刻駛離站A，站A與站B間距離為SAB，公交車以默認(rèn)行駛速度vm勻速行駛，到達(dá)站B所需時(shí)間為交車于時(shí)刻t=t+t到達(dá)站B，乘客BAAB上下車平均需時(shí)Tud=max(Tup，Toff)，車輛通過交叉口所需時(shí)間為T1.在路段AB間，公交車通過減速或加速所能改變的最大時(shí)間［3］分別為

根據(jù)交叉口有無站點(diǎn)確定誘導(dǎo)策略和優(yōu)化速度.

1.1 當(dāng)交叉口B為有站點(diǎn)交叉口

誘導(dǎo)系統(tǒng)通過信號(hào)控制系統(tǒng)得到交叉口B的信號(hào)配時(shí)方案，如圖1所示，其中T=Tud+T1.為使公交車?yán)眉t燈時(shí)間上下客，或在綠燈結(jié)束前完成上下客，駛離交叉口，車速誘導(dǎo)系統(tǒng)將周期內(nèi)時(shí)刻劃分為6種，由此采用不同的車速誘導(dǎo)策略.

(1)如果公交車在［t0，t1］之間到達(dá)，則公交車可在黃燈啟動(dòng)前完成上下客，駛離交叉口，則維持原速度，vopt=vm.

(2)如果公交車在［t1，t2］之間到達(dá)，提高車速，使其在t1時(shí)刻前到達(dá)站B，則可在黃燈啟動(dòng)前駛離交叉口.提速后的車速為

(3)如果公交車在［t2，t3］之間到達(dá)，無法在黃燈啟動(dòng)前完成上下客.降低車速，使公交車在黃燈啟動(dòng)時(shí)到達(dá)站B，利用紅燈時(shí)間上下客.減速后的車速為

(4)如果公交車在［t3，t4］之間到達(dá)，無需改變車速，利用紅燈時(shí)間上下客，即可在下一綠燈啟動(dòng)前準(zhǔn)時(shí)離站，則維持原速度，vopt=vm.

(5)如果公交車在［t4，t5］之間到達(dá)，為使公交車能在紅燈持續(xù)時(shí)間內(nèi)完成上下客，在綠燈啟動(dòng)時(shí)刻準(zhǔn)時(shí)離站，需提高車速，使公交車在t4時(shí)刻前到達(dá)站B.加速后的車速

(6)如果公交車在［t5，t6］之間到達(dá)，盡管不能使其在紅燈持續(xù)時(shí)間內(nèi)完成上下客，但加速后可減少占用后續(xù)綠燈時(shí)間，可盡早駛離交叉口，仍采用加速策略，vopt=v2.

圖1 公交車到達(dá)有站點(diǎn)交叉口時(shí)刻示意圖Fig.1 Diagram of bus arrive at intersection with station

1.2 當(dāng)交叉口B為無站點(diǎn)交叉口

對(duì)于無站點(diǎn)交叉口，為使公交車能夠不停車通過交叉口，應(yīng)在黃燈啟動(dòng)前到達(dá)站B.如圖2所示.

圖2 公交車到達(dá)無站點(diǎn)交叉口時(shí)刻示意圖Fig.2 Diagram of bus arrive at intersection with no station

(1)如果公交車在［t0，t1］之間到達(dá)，則公交車在次交叉口可不停車通過，vopt=vm.

(2)如果公交車在［t1，t2］之間到達(dá)，通過提高車速，使公交車在t1前到達(dá)交叉口，加速后的車速

(3)如果公交車在［t2，t3］之間到達(dá)，此區(qū)間為不可控區(qū)域，即無論對(duì)公交車進(jìn)行加速或減速，都無法使其在綠燈持續(xù)時(shí)間內(nèi)通過交叉口，則維持原速度vopt=vm.

(4)如果公交車在［t3，t4］之間到達(dá)，通過降低車速，使其在下一周期初t0時(shí)刻到達(dá)交叉口，則可不停車通過，減速后的車速

1.3 誘導(dǎo)信息發(fā)布［4-5］

公交車輛的信息采集主要通過GPS定位技術(shù)完成.通過公交車上的GPS模塊，測量出車輛的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，如位置、速度、運(yùn)營時(shí)間等.將這些數(shù)據(jù)通過GPRS網(wǎng)絡(luò)技術(shù)傳入計(jì)算機(jī)處理系統(tǒng)，并結(jié)合下一個(gè)交叉口的信號(hào)配時(shí)，計(jì)算該路段的行程時(shí)間和行駛速度，以便司機(jī)根據(jù)上述信息進(jìn)行車速控制，接受系統(tǒng)誘導(dǎo)并執(zhí)行，如圖3所示.

圖3 誘導(dǎo)信息采集與發(fā)布示意圖Fig.3 Diagram of induction information collection and distribution

2 實(shí)例研究

筆者以南京市北京西路11路公交車為例，選取非高峰時(shí)段，通過現(xiàn)場調(diào)查，得出草場門、江蘇省委、玉泉路以及云南路4個(gè)車站的公交車停靠時(shí)間.并將西康路、莫干路、寧海路等6個(gè)交叉口的信號(hào)配時(shí)輸入Vissim軟件，得到公交車通過北京西路路段的平均行程時(shí)間，并與優(yōu)化公交站臺(tái)位置及公交行駛速度后的行程時(shí)間進(jìn)行對(duì)比.

2.1 原公交車行程時(shí)間

根據(jù)調(diào)查，公交車在各個(gè)站點(diǎn)的停靠時(shí)間呈N(14.7，1.2)的正態(tài)分布，假設(shè)公交車行駛車速為20 km/h［6］.各交叉口及車站位置如圖4所示.

將數(shù)據(jù)代入Vissim軟件仿真［7-8］，得到結(jié)果如表1所示.

圖4 原站臺(tái)位置示意圖Fig.4 Diagram of original station location

表1 原公交車行程時(shí)間仿真Tab.1 Original bus travel time simulation

由表1可知，在公交車按原速度正常行駛時(shí)，行駛完該路段平均需要570 s，其中延誤時(shí)間平均為76 s.

2.2 優(yōu)化后公交車行程時(shí)間

優(yōu)化車站位置，將江蘇省委、玉泉路、云南路三個(gè)車站移至交叉口入口處，利用紅燈時(shí)間上下客，如圖5所示.

圖5 優(yōu)化站臺(tái)位置示意圖Fig.5 Diagram of optimized station location

假設(shè)公交車進(jìn)入該路段的起始時(shí)刻為t0，到達(dá)交叉口A的時(shí)刻為tA，以此類推.各交叉口直行信號(hào)配時(shí)如圖6所示.

圖6 各交叉口直行信號(hào)圖Fig.6 Diagram of each intersection straight line signal

設(shè)可行駛車速區(qū)間為［18，22］km/h［6］，默認(rèn)車速 vm=20 km/h，Tud=19 s，T1=4 s.經(jīng)過各分路段的行程時(shí)間計(jì)及優(yōu)化速度如下.

(1)OA段.由Vissim仿真得到結(jié)果，公交車在到交叉口A時(shí)，平均需要160 s，處于信號(hào)周期中［t3，t4］區(qū)間，即無需加減速，利用紅燈上下客，待紅燈結(jié)束，駛離交叉口.該路段 vopt=vm=20 km/h.

(2)AB段.由仿真得，tB=276 s，處于該路口信號(hào)周期的［t0，t1］區(qū)間，即在紅燈結(jié)束前，可完成上下客，并駛離交叉口.該路段 vopt=vm=20 km/h.

(3)BC段.由仿真得，tC=317 s，該路段無公交站點(diǎn)，處于信號(hào)周期的［t1，t2］區(qū)間即通過加速，可以節(jié)約4 s恰好可以在綠燈結(jié)束前駛離交叉口.該路段 vopt=v2=22 km/h.

(6)EF段.tF于信號(hào)周期［t0，t1］區(qū)間，可在綠燈結(jié)束前駛離交叉口，該路段vopt=vm=20 km/h.

通過整個(gè)路段的總行程時(shí)間為473 s，比優(yōu)化前的行程時(shí)間減少了97 s.通過車站位置和行駛速度的優(yōu)化，大大節(jié)約了公交車的行程時(shí)間，并通過減速優(yōu)化，在一定程度上減少了能源損耗和環(huán)境污染.

3 結(jié)論

城市交通擁堵的問題必須通過發(fā)展公共交通得以解決，已成為廣大學(xué)者和研究人員的共識(shí).但發(fā)展公交并不是盲目的增設(shè)線路，還得在信號(hào)配時(shí)與行駛車速等微觀方面加以改進(jìn).

筆者在假設(shè)沒有其他車輛干擾的前提下，提出通過信息誘導(dǎo)，對(duì)公交車車速進(jìn)行優(yōu)化，合理利用紅燈等待時(shí)間進(jìn)行上下客，減少公交車的行程時(shí)間.由于作者水平有限，文中許多地方均以理想狀態(tài)代替，望在今后的研究中能取得新的進(jìn)展.

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