基于Vissim的BRT仿真與評價

吳小丹，黃均豪

（1.北京理工大學珠海學院，廣東珠海 519085；2.廣州高科通信技術有限公司，廣東廣州 510000）

隨著城市交通問題的日益突出，“大力發展公共交通，實行‘公交優先’”戰略已成為現代城市發展交通的明智選擇。快速公交系統（Bus Rapid Transit；簡稱為BRT）因其建設周期短、投資少以及見效快的優勢，已成為諸多城市的首選。BRT是一種新型的城市公共交通方式，服務介于軌道交通和常規公交之間。它具備高質量、低成本、快速、舒適、靈活及便捷的特點，這些特點使得其在大力提倡“公交優先”的背景下顯得尤為重要。

BRT在國內、外均有相關的建設經驗，如：北京南中軸快速公交1號線憑借其先進的公交車輛、車站配套及管理調度系統，令其沿線和周邊的交通環境得到了有效的改善，并且為經濟發展創造了良好的背景。而巴西庫里蒂巴BRT的成功運營對美國BRT的發展產生了重大影響。至今，市民選擇公交出行的比例相當高［1－2］。

作者擬以廣州市的BRT（如圖1所示）為實例進行研究。該系統于2010年正式開通，其沿線全長22.9km（其中：公交專用道長22.5km），線路呈東西走向。全線西起天河廣州大道，東至黃埔夏園，分別由天河路（2.8km）、中山大道（13km）及黃埔東路（7.1km）3條道路所組成。道路中央為雙向的BRT公交專用道，從車站處擴展到雙向4車道，外側社會車道為雙向6～10車道。在26個車站中，對開式的有15座，錯位式的有11座。車站站臺的平均間距為880m，BRT站臺設置封閉式，并設有電子閘門。在高峰時段，公交車的平均占有率達78人次［3］。本研究以仿真模型為基礎，根據仿真數據，通過路段和交叉口的各項指標，評價BRT建成后的交通運行狀況。

圖1 廣州BRT沿線衛星地圖Fig.1 The satellite map of Guangzhou BRT line

1 微觀仿真平臺

1.1 交通仿真

交通仿真可以動態而逼真地模仿交通流和交通事故等各種交通現象。在研究出行者出行行為和各種類型道路交通流運行機理的基礎上，復現交通流的時空變化態勢，深入地分析車輛、駕駛員、行人及道路交通要素的特征，有效地進行交通系統規劃、組織與管理及交通能源節約和物資運輸合理化等方面的研究。在微觀仿真模型中，可以細致地描述系統實體和它們之間的相互作用，通過計算機精確再現路網上的實際交通狀況，靈活地反映各種道路和交通條件的影響。這一特點也使得微觀仿真模型成為評價快速公交系統沿線路段交叉口通行服務水平最合適的工具［4－5］。

1.2 微觀仿真軟件Vissim

Vissim軟件是一種微觀、時間驅動、基于駕駛行為的仿真工具，用以建立模型和分析各種交通條件（車道設置、交通構成、交通信號及公交站點等）下城市交通和公共交通的運行狀況，是評價交通工程設計和城市規劃方案的有效工具［4］。為此，選用Vissim作為仿真工具，對廣州市的BRT建立仿真模型。

2 建立BRT系統的仿真模型

2.1 實地調查

通過調查，得到BRT沿線交通條件和道路條件。交通條件包括：各個交叉口的信號控制方案、各交叉口交通流量流向、各路段社會車輛車速、BRT專用道車輛車速及各公交線路的運營路線等。道路條件包括：車道寬度、社會車輛車道數及BRT專用道車道數等。廣州市BRT的沿線信號控制交叉口一共有23個，其中：黃埔東路路段為11個，中山大道路段為8個，天河路路段為4個。較大的交叉口有5個，即：黃埔東路－港灣路交叉口、中山大道－匯彩路交叉口、中山大道－車陂路交叉口、中山大道－科韻路交叉口及天河路－天河東路交叉口。黃埔東路－港灣路交叉口的相位如圖2所示。BRT全線設有26個車站以及有31條公交線路經過BRT的站點。

2.2 建立BRT沿線的模型

2.2.1 建立模型

對廣州市的BRT沿線建立仿真模型（如圖3所示），其思路為：將衛星地圖導入Vissim，建立全線交叉口、路段、BRT專用道、BRT站點、社會車輛線路、公交線路、沿線交叉口信號控制及數據統計分析設備等模型。

2.2.2 主要技術難點

城市交通系統具有復雜性和多樣性。為了使仿真系統在相符性上與現實達到一致，建立模型時，技術關鍵有5個方面：

1）創建BRT公交專用道

設置公交專用道，則需要屏蔽除公交以外的其他類型的車輛。在Vissim的仿真架構中，若要建造路段實現單獨類型車輛通行，則需要在建造路段時在工具欄中設置“車道關閉”功能，使沿線BRT路段實現獨立的專用道。

圖2 黃埔東路－港灣路交叉口相位Fig.2 Huangpu East Road－Gangwan Road intersection phase diagram

圖3 全線仿真模型Fig.3 BRT simulation model

2）交叉口進口道車流選擇狀態

在可切道車道的進口處，需要設置一些選擇標志，以實現車輛的左轉、直行或者右轉。當車輛進入相應的進口道車道時，實現左轉、直行、右轉或掉頭。如果在路口與路口之間只建設一條路段，則無法實現車輛的路徑選擇，車輛就直接沿著這一條路段行走，無法實現左、右轉等效果。因此，在每一個路口所對應的進口道，需要連接所對應的可切道車道，以實現車輛從可變車道進入進口道時選擇相應的車道。

3）交叉口跨相位放行時間設置

城市主干道交叉口往往具備龐大的規模和復雜的交通組織，因此，在交叉口信號控制中，進口道車流的同一個流向往往在多個相位中放行，也稱跨相位放行。如：一個十字交叉口，有東進口直左右、西進口直左右、南北進口直行右轉、北進口左轉及南進口直行左轉5個相位。南進口道直行，除了在南直左相位出現，還會在南北直行的相位出現。因為在Vissim中設置信號控制機時只能出現一個連續的時間段，一條車道只能有一個連續的信號燈組，如果放行時間間隔出現斷層，即跨相位放行。為了實現這樣的設置，需要把2個時間段分別做1個信號燈組，有2組信號燈組。在信號機中輸入放行時間后，在該進口道設置燈組時選擇“或燈組”功能，可以將2個信號燈組組合，使得跨相位放行時間得到拼合，使它們得以在2個隔開的時間段中放行進口道上的車輛。

4）基于港灣式站臺的公交線路設置

廣州BRT的站點類型為港灣式（如圖4所示）。在Vissim仿真環境中，公交線路上默認沒有設立港灣式公交站點。因此，若線路經過BRT站點時，需要把站點激活，BRT仿真車輛才能進入該站點中停靠上、下客。在創建各條公交線路時，需要按照實際調查情況判斷線路是否經過該BRT站點。若是，則在公交專用道的公交線路上創建一個控制點，把線路拉到對應的港灣式站點中進行激活。

圖4 設置公交線路Fig.4 Bus route setting

5）檢測器裝置設置

為了得到仿真數據，需要在仿真模型中加入檢測器裝置：節點檢測器和行程時間檢測器。節點檢測器用于對交叉口中的延誤等數據進行檢測，而行程時間檢測器則是對路段的車輛行駛速度和時間進行檢測［6］。

3 仿真評價

對BRT建立微觀仿真模型。運行該仿真模型，獲取交叉口的延誤和路段行程速度。結合《廣州中山大道BRT試驗線工程設計方案》中未建BRT時路段和交叉口的相關數值，作進一步的對比，實現對現行的廣州市BRT的交通工程分析評價。

3.1 交叉口評價

按美國《道路通行手冊》中規定的信號交叉口服務水平標準（見表1），BRT部分交叉口的仿真延誤和對應服務水平見表2。

表1 交叉口服務水平標準Table 1 Intersection service level standards

從表2中可以看出，除了天河路－體育東路交叉口的路口服務水平為D級外，其余交叉口的服務水平均達到C級以上。根據《道路通行手冊》，C級道路服務水平為車流穩定，有延遲，交通量接近道路通行能力的80%。因此可以判斷達到C級服務水平的交叉口具備穩定的行駛車流，道路上行駛的車輛兩兩影響不大，駕駛員和乘客均具備了較好的駕駛體驗和舒適性［7］。

表2 交叉口延誤和對應的服務水平Table 2 Intersection delay and relevant service level

3.2 路段評價

評價一段路網的通行能力水平的高低，除了分析交叉口的運行情況，路段的通行效率也是其中的評價標準之一。美國《道路通行能力手冊》中干道服務水平分級標準見表3。查表3可以得到各路段對應的服務水平。將BRT沿線路段分為：黃埔東路路段、中山大道路段及天河路路段。這3個路段均屬于二級干道，對應的仿真行程速度見表4。

從表3，4中可以看出，建立了BRT后，使得沿線路段的公共交通與其他社會車輛隔開，避免了兩者的沖突，服務水平都較好。特別是在原本擁堵不堪的天河路路段，在運行BRT后，社會車輛車速超過了25km／h。這表明行駛于該路段的車流趨于穩定。

3.3 建立BRT前、后的評價

從仿真結果可以看出，在建立BRT后，無論是交叉口還是路段，所有評價指標都比沒建立前的有所提高。①從延誤指標來看，以天河路一帶為例，以往的天河東路和體育東路交叉口，在高峰時段由于交通量極大且周期大于180s，路口的信號延誤過大，導致該路段交通經常處于擁堵不堪。而BRT建立后，天河東路交叉口的延誤從123s降低到28.9s，體育東路交叉口的延誤從116s降低到36.8s。這說明BRT的建成使沿線交叉口擁堵得到有效的改善。②從路段的行駛速度來看，無論是天河路還是中山大道，在建立BRT后，社會車輛的平均行程速度均提高100%以上。天河路的車輛行程速度從13km／h提高到28km／h，中山大道的車輛行程速度從17km／h提高到35km／h。雖然廣州BRT單獨占用了單方向2條車道，但正是這種各行其道的方式，不但使公共交通的服務水平和通行能力得到了提高，也使社會車輛的延誤和沖突得到了一定程度的改善，滿足了各種交通出行方式的需求。

4 結論

通過實地調查，得到BRT沿線交通條件和道路條件。運用網絡衛星地圖，對廣州市現行的BRT全線路段建立了仿真模型。選取部分交叉口的延誤和路段的行程速度等指標進行了定量分析。仿真結果表明：廣州市現行的BRT沿路段和交叉口的服務水平較好，通行秩序和擁堵狀況也相對于未建立前的有了較大的改善。運用仿真手段來評價BRT項目的實施效果有一定的借鑒價值；同時為ITS項目評價的研究奠定了良好的基礎。

（References）：

［1］王波.快速公交（BRT）系統設計的若干問題研究［D］.西安：西南交通大學，2004.（WANG Bo.Some studies on the BRT system design［D］.Xi’an：Southwest Jiaotong University，2004.（in Chinese））

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［3］陳元朵，徐建閩.基于Vissim的廣州快速公交系統交通仿真建模與分析［J］.科學技術與工程，2010，10（30）：7472－7476.（CHEN Yuan－duo，XU Jianmin.Guangzhou BRT system traffic simulation modeling and analysis based on Vissim［J］.Science Technology and Engineering，2010，10（30）：7472－7476.（in Chinese））

［4］張永忠，鄭媛元，李正熙.城市交通控制在線仿真系統［J］.交通標準化，2008（9）：87－90.（ZHANG Yongzhong，ZHEN Yuan－yuan，LI Zheng－xi.Simulation online system of the city traffic control［J］.Communications Standardization，2008（9）：87－90.（in Chinese））

［5］張永忠，張福生.道路交通在線仿真及控制策略優化系統研制報告［R］.無錫：公安部交通管理科學研究所，2006.（ZHANG Yong－zhong，ZHANG Fu－sheng.System development report of simulation online system and control strategy optimization in road traffic［R］.Wuxi：Traffic Management Institute of Ministry of Public Security，2006.（in Chinese））

［6］余柳.快速公交系統及其微觀仿真研究［D］.北京：北京交通大學，2005.（YU Liu.Study on BRT system and microscopic simulation［D］.Beijing：Beijing Jiaotong University，2005.（in Chinese））

［7］孫慧娟.城市快速公交服務水平評價研究［D］.成都：西南交通大學，2009.（SUN Hui－juan.Research on the evaluation of BRT service level［D］.Chengdu：Southwest Jiaotong University，2009.（in Chinese））