一種新型交通組織方式實(shí)現(xiàn)飽和路口公交優(yōu)先的探討

葉遠(yuǎn)春，郭沛亮

(北京市市政工程設(shè)計(jì)研究總院有限公司,北京市 100082)

0 引言

隨著我國經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的快速發(fā)展，城市化進(jìn)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(xiàn)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(shí)施“公交優(yōu)先”戰(zhàn)略，公交優(yōu)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(yīng)用較廣、投資較少、見效較快的一種公交優(yōu)先措施。北京、上海、廣州等大中城市都相繼在城區(qū)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(tǒng)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(guī)公交優(yōu)先的策略，路口通行能力必然下降，導(dǎo)致交通擁堵甚至癱瘓。如路口不能實(shí)現(xiàn)公交車輛優(yōu)先通行，那么公交車在交叉路口的延誤將遠(yuǎn)大于路段延誤，就很難實(shí)現(xiàn)真正意義上的公交優(yōu)先。

基于以上背景，本文嘗試重新設(shè)計(jì)路口交通組織方式，實(shí)現(xiàn)飽和路口的公交優(yōu)先，同時(shí)不減少路口的通行水平。其方案的推廣將有著重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 平交口公交優(yōu)先概述

平交口公交優(yōu)先包括兩個(gè)方面，即空間優(yōu)先和時(shí)間優(yōu)先。“空間優(yōu)先”是指在公交車輛通行時(shí)給予空間上的優(yōu)先權(quán)，如在路口設(shè)置公交專用道。“時(shí)間優(yōu)先”是指在交叉路口給公交車輛提供優(yōu)先通行的信號(hào)[1]。

1.1 空間優(yōu)先

空間優(yōu)先是設(shè)置專門的公交車道，實(shí)現(xiàn)公交的專用路權(quán)。空間優(yōu)先由路段公交優(yōu)先及路口公交優(yōu)先兩部分構(gòu)成。

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

路口優(yōu)先根據(jù)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(cè)）和直左公交專用道（路側(cè)）。

1.1.1 單左公交專用道（路中）

適用條件：公交車左轉(zhuǎn)車流量占絕對多數(shù)，直行車很少。

優(yōu)點(diǎn)：設(shè)置簡單，符合駕駛習(xí)慣，易于交通管理。

缺點(diǎn)：通行能力有限，直行公交不能優(yōu)先，禁停區(qū)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(zhuǎn)流量較大，直左信號(hào)。

優(yōu)點(diǎn)：設(shè)置簡單，符合駕駛習(xí)慣，易于交通管理，兼顧直行左轉(zhuǎn)公交。

缺點(diǎn)：通行能力有限，交織段對社會(huì)車有一定影響。

1.1.3 單直公交專用道（路側(cè)）

適用條件：公交車直行車流量占絕對多數(shù)，左轉(zhuǎn)車很小可不考慮。

優(yōu)點(diǎn)：設(shè)置簡單，符合駕駛習(xí)慣，易于交通管理。

缺點(diǎn)：通行能力較小，左轉(zhuǎn)公交不能優(yōu)先。

1.1.4 直左公交專用道（路側(cè)）

適用條件：公交車直行車流量較大，左轉(zhuǎn)車較小。

優(yōu)點(diǎn)：設(shè)置簡單，易于交通管理。

缺點(diǎn)：需要公交專用直左信號(hào)，明顯降低社會(huì)車通行能力。

1.2 時(shí)間優(yōu)先[1]

時(shí)間優(yōu)先根據(jù)優(yōu)先機(jī)理可分為三類，被動(dòng)優(yōu)先、主動(dòng)優(yōu)先和預(yù)信號(hào)優(yōu)先。

1.2.1 被動(dòng)優(yōu)先

被動(dòng)優(yōu)先控制策略主要是通過固定信號(hào)配時(shí)來減少公交車在信號(hào)交叉口的延誤，主要包含調(diào)整信號(hào)交叉口的綠信比，縮短信號(hào)周期，壓縮相位時(shí)間等。

被動(dòng)優(yōu)先對公交車延誤和通行能力改善明顯，但是對交叉口社會(huì)車輛的通行能力和延誤影響較大。

1.2.2 主動(dòng)優(yōu)先

主動(dòng)優(yōu)先信號(hào)通過適時(shí)地、動(dòng)態(tài)地調(diào)整信號(hào)設(shè)置，其應(yīng)用較多的包括延長綠燈時(shí)間、縮短紅燈時(shí)間。

主動(dòng)優(yōu)先的實(shí)際應(yīng)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(yù)信號(hào)優(yōu)先

預(yù)信號(hào)優(yōu)先是指同時(shí)設(shè)置主信號(hào)和預(yù)信號(hào)，通過協(xié)調(diào)主信號(hào)與預(yù)信號(hào)實(shí)現(xiàn)公交優(yōu)先。一般當(dāng)信號(hào)交叉口的主信號(hào)還為綠燈時(shí)，預(yù)信號(hào)提前紅燈，此時(shí)預(yù)信號(hào)車道上的社會(huì)車輛在預(yù)信號(hào)停車線前停止，候駛區(qū)清空；當(dāng)主信號(hào)為紅燈時(shí)，通過預(yù)信號(hào)控制，公交車輛優(yōu)先進(jìn)人候駛區(qū)排隊(duì)。

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(shí)間優(yōu)先策略。

交通負(fù)荷很小的平交口（負(fù)荷度0.5以下）可采用主動(dòng)優(yōu)先方式。在公交車進(jìn)入路口范圍時(shí)，自動(dòng)調(diào)整為綠燈信號(hào)。由于路段社會(huì)車流量不大，對其影響是可接受的。

負(fù)荷較大的平交口（負(fù)荷度0.5～0.8）可通過被動(dòng)優(yōu)先減少公交車在信號(hào)交叉口的延誤，調(diào)整公交線路集中車道有效綠燈時(shí)間，或縮短信號(hào)周期。該方法宜在現(xiàn)有信號(hào)配時(shí)基礎(chǔ)上進(jìn)行微調(diào)，否則對現(xiàn)況社會(huì)交通影響過大。

飽和平交口（負(fù)荷度0.8以上）可采用預(yù)信號(hào)優(yōu)先方式。飽和平交口公交優(yōu)先必須空間優(yōu)先和時(shí)間優(yōu)先相結(jié)合。只單一的空間優(yōu)先，進(jìn)口車道數(shù)減少，社會(huì)車輛通行能力受影響，只有結(jié)合預(yù)信號(hào)優(yōu)先才能解決公交優(yōu)先對社會(huì)車輛通行能力影響過大的問題。

本文通過深入研究預(yù)信號(hào)優(yōu)先，在不降低社會(huì)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(shí)現(xiàn)路口公交優(yōu)先。

2 新型交通組織方案

2.1 總體思路

預(yù)信號(hào)控制的核心思想就是建立一個(gè)由主信號(hào)和預(yù)信號(hào)聯(lián)控機(jī)制，主信號(hào)配時(shí)和候駛區(qū)容量決定整個(gè)進(jìn)口道的通行能力，預(yù)信號(hào)保障公交車優(yōu)先進(jìn)入候駛區(qū)。

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(gè)條件：信號(hào)周期基本不變，公交專用進(jìn)口道綠信比不變和候駛區(qū)容量充足。

如果原路口各相位配時(shí)合理，候駛區(qū)長度可由相位綠燈時(shí)間確定。充分挖掘路口富余空間，候駛區(qū)深入路口，可減少候駛區(qū)對路段空間占用，也可減少車輛通過路口時(shí)間。為便于候駛區(qū)清空，信號(hào)配時(shí)應(yīng)調(diào)整為標(biāo)準(zhǔn)四相位，且同一方向直左位于同一相位。

通行能力為綠燈時(shí)間內(nèi)的車輛通過量，預(yù)信號(hào)設(shè)置合理可保證所有綠燈時(shí)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(shí)間公交車均可最先駛離。

2.2 關(guān)鍵點(diǎn)設(shè)計(jì)

預(yù)信號(hào)優(yōu)先成功與否的關(guān)鍵點(diǎn)為公交車候駛區(qū)、信號(hào)配時(shí)（包括主信號(hào)和預(yù)信號(hào)）、社會(huì)右轉(zhuǎn)車輛處理，其中公交車候駛區(qū)和信號(hào)配時(shí)兩者相互影響。

2.2.1 公交車候駛區(qū)

路口公交專用道可供直行和左轉(zhuǎn)公交車使用，以便綠燈信號(hào)相位時(shí)直行和左轉(zhuǎn)公交車能同時(shí)放行。借鑒路口左彎待轉(zhuǎn)區(qū)交通組織思路，本文重新設(shè)計(jì)路口空間交通組織方式，將候駛區(qū)設(shè)置在路口范圍內(nèi)，只避開上一信號(hào)相位左轉(zhuǎn)車輛行駛路線，形成扇形區(qū)域，如圖1所示。

圖1 交叉口公交優(yōu)先空間布置圖

候駛區(qū)長度可由每個(gè)信號(hào)周期紅燈時(shí)間公交車到達(dá)數(shù)確定，包括兩部分公交車排隊(duì)長度和公交車換到進(jìn)入候駛區(qū)的過渡段長度。假設(shè)公交車排隊(duì)車輛數(shù)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(dāng)變換2車道時(shí)，Lh取15 m；當(dāng)變換3車道時(shí)，Lh取30 m；當(dāng)變換4車道時(shí)，Lh取 40 m[3]。

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

2.2.2 信號(hào)配時(shí)

信號(hào)周期和各車道信號(hào)綠信比不變，主信號(hào)綠燈時(shí)間也就不變。為保障新型交通組織方式實(shí)現(xiàn)，需要將信號(hào)周期調(diào)整為標(biāo)準(zhǔn)四相位，且各相位須順時(shí)針變化，如圖2所示。

圖2 信號(hào)相位示意圖

預(yù)信號(hào)公交車綠燈時(shí)間由每個(gè)信號(hào)周期到達(dá)公交車輛數(shù)決定，其隨上一相位主信號(hào)放行時(shí)變綠。這里為便于表示，假設(shè)某相位預(yù)信號(hào)公交車綠燈時(shí)間和上一相位主信號(hào)綠燈時(shí)間相同。

為保障公交車候駛區(qū)完全清空，預(yù)信號(hào)社會(huì)車輛綠燈信號(hào)需要比主信號(hào)先綠，根據(jù)兩信號(hào)間的距離計(jì)算確定。

路口行人及非機(jī)動(dòng)車輛可利用各相位的時(shí)間采用二次過街的方式組織。

2.2.3 社會(huì)右轉(zhuǎn)車輛處理

為避免右轉(zhuǎn)社會(huì)車輛和公交車相互干擾，設(shè)置禁停車區(qū)域，該區(qū)域起始于路口拓寬過渡段起點(diǎn)，長度最大為過渡段長度。

2.3 工程應(yīng)用模型分析

2.3.1 工程簡介

某南方城市設(shè)置“五縱五橫”公交專用道路網(wǎng)，難點(diǎn)為如何實(shí)現(xiàn)其中飽和路口公交優(yōu)先，這也是保障公交專用道網(wǎng)整體效率的關(guān)鍵點(diǎn)。

以其中一個(gè)路口為例，根據(jù)調(diào)查，該路口各進(jìn)口道都為5車道，2左轉(zhuǎn)車道和3直行車道；路口公交車排隊(duì)車輛數(shù)3，公交車平均長度9 m，公交車候駛區(qū)長度為70.5m；路口車輛禁停區(qū)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(jìn)行評估，信號(hào)配時(shí)和交通參數(shù)采用2013年5月15日早高峰實(shí)測數(shù)據(jù)。信號(hào)周期為210 S，其中東西向綠燈時(shí)間各位45 S，南北向綠燈時(shí)間為60 S。按照新型交通組織該飽和路口，信號(hào)配時(shí)各方向主信號(hào)綠燈時(shí)間不變，預(yù)信號(hào)公交車綠燈時(shí)間為60 S，預(yù)信號(hào)社會(huì)車輛先紅時(shí)間為5 S。

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

3 結(jié)論

本文基于預(yù)信號(hào)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(yōu)先的新型交通組織方式。經(jīng)深入研究方案中公交車候駛區(qū)和信號(hào)配時(shí)等關(guān)鍵點(diǎn)設(shè)計(jì)，并通過仿真實(shí)例評估其效果，表明該方案確實(shí)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(hào)優(yōu)先策略研究[J].網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)與應(yīng)用，2011，（15）:30～33.

[2]陳云飛.公交專用道的設(shè)置條件及效益評價(jià)研究[D].上海：同濟(jì)大學(xué)，2008：11～13.

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