基于路阻模型的公交專用道的優化設置

史遠，安帥，富迪

摘 要：隨著國民經濟水平逐漸提高，私家車的擁有量迅速增長。但是由于城市道路設施的發展進程慢于私家車輛增加的速度，道路資源顯然不足，交通供給無法滿足日益增長的交通需求，導致交通擁堵現象時常發生。優先發展公共交通是解決問題的重要方法之一，各城市紛紛開展了公交專用道的設置，以改善公交車的出行環境。文章主要研究了設置并優化公交專用道對交通運行情況的影響。文章運用了車速-飽和度模型，定量分析了不同飽和度的路段設置公交專用道前后的社會車輛和公交車輛的車速比值，并進一步確定設置公交專用道的路段。

關鍵詞：公交專用道;優化設置;交通運行情況;路阻函數模型

中圖分類號：D035.37 ?文獻標識碼：A ?文章編號：1671-7988（2019）23-84-03

Optimization setting of bus lanes based on road resistance model

Shi Yua， An Shuai， Fu Di

（ Chang'an University， College of Automotive， Shaanxi Xi'an 710064 ）

Abstract： With the gradual improvement of the national economy， the ownership of private cars has grown rapidly. However， as the development of urban road facilities is slower than the increase of private vehicles， road resources are obviously insufficient， and transportation supply cannot meet the increasing traffic demand， resulting in traffic congestion. Giving priority to the development of public transportation is one of the important ways to solve the problem. Various cities have set up bus lanes to improve the travel environment of buses. This paper mainly studies the impact of setting and optimizing bus lanes on traffic conditions. In this paper， the vehicle speed-saturation model is used to quantitatively analyze the ratio of the speed of social vehicles and buses before and after the bus lanes in different saturation sections， and further determine the section of the bus lane.

Keywords： Bus lane; Optimization setting; Traffic operation; Road resistance function model

CLC NO.： D035.37 ?Document Code： A ?Article ID： 1671-7988（2019）23-84-03

前言

近幾年來，隨著城市的快速發展，城市化水平不斷提高，大量問題隨之而來，交通擁堵逐漸成為困擾廣大出行者的問題之一，我國學者在研究了國外交通設施的這一基礎上，提出了設置并優化公交專用道的方法，這一方法被視為解決我國現有交通狀況的有效途徑之一，既能緩解交通擁堵，又能優化公交車的出行環境。

目前，國內外學者通過對公交專用道的研究，得出了大量的影響分析評價模型。Shalaby[1]等人利用TRANSYT7F軟件模擬和評估了公交車道及其 相關輔助設施的收益，并且更準確地模擬出了公交專用車道的車輛速度和車輛延遲。D.Jeason[2]進行了一項關于公交車道對交通狀況影響的研究，公交專用道前后車輛在路段上、交叉路口的延誤和行人延誤的差值，在不同的交通條件和交通流量下，獲得最佳公交比例和最佳客流量。Alber Gan[3]提出了公交專用道設置效果的評估和決策模型，用于評估主干道公交專用道設置的合理性.Jose Viegas[4]研究了在這種情況下公交專用道的不斷使用和交通信號燈控制的情況。楊曉光[5]教授對于公交專用道的設置要求、設置形式做了一部分的研究。邵俊[6]分兩種情況討論了公交專用進口道和鋸齒形口道的優先控制信號設計前后的交通效益。

至今為止，國外學者對道路公交設施和交通情況已有研究，但是在我國，這方面的研究相對較少，尤其在優化或增設公交專用道路權的方面研究。然而從現有的公交專用道的設置和社會車輛的運行來看，在設置公交專用道的基礎上，社會車輛的無限制運行，車流量龐大導致交通擁堵愈發嚴重的狀況普遍存在。所以，本文對道路設置公交專用道的基礎上，對公交專用道的路權進行優化作為重點進行研究，具有重要的意義。在國內外大量優秀研究成果的基礎上，對公交專用道的優化設置進行進一步的研究和分析。

1 模型設置

路權的分配是影響公交專用道的主要因素之一。所以在研究路權分配對道路交通的影響之前，應先建立數學模型對公交專用道對道路交通的影響做一個定量的研究分析。

1.1 道路車速與飽和度的關系模型

1.1.1 設置公交專用道前交通流模型

目前交通流模型中普遍用的是車輛行駛時間—路段飽和度之間的函數關系模型。采用路段飽和度作為比較車速的參數。這種模型描述的是車輛在道路上行駛的阻抗力，所以稱為路阻函數。國內常用的是美國聯邦公路局提出的路阻函數模型—BPR函數模型，該模型在交通建設規劃中用途最大，能夠應用的范圍也最廣。

（1）

式1中：Tq為當路段流量為q時車輛在道路上的行駛時間，單位/秒;T0為當路段0流量時車輛在道路上的自由行駛時間，單位/秒;q為路段上的車流量;c為路段的道路通行能力;αβ為模型參數，用最小二乘法確定。

由于在不同路段的不同交通情況下，αβ的參數值也不相同，所以可以采用回歸算法，對具體路段上的車速和實際交通流量來計算路阻函數模型參數。考慮到路段上各種因素的影響，我們把路阻函數轉換成用速度表現的形式：

（2）

由于城市道路的設置不同，機動車道之間或機動車道與非機動車道之間的隔離帶也不同，俗稱板塊。城市道路分為：一幅路：路面無隔離帶;二幅路：路面有一條隔離帶;三幅路：路面有兩條隔離帶;四幅路：路面有三條隔離帶。

本文以三幅路為研究對象，查閱實際數據后進行計算，得到的模型如下：

（3）

（4）

1.1.2 設置公交專用道后的交通流模型

由于設置公交專用道后，道路的車道功能發生了變化，社會車輛和公交車輛的運行情況也發生變化，此時BPR路阻函數不再適用。社會車輛和公交車輛分開形式，那么各自路段的飽和度也發生了變化，社會車輛和公交車輛之間也存在著相互影響。所以我們統一用以下模型表示：

（5）

qf為社會車輛在路段上的交通流量，pcu/h;cf為社會車輛在路段上的的通行能力，pcu/h;qb為公交車輛在公交專用道上的車流量，換算成標準小客車當量，vel/h;cb為公交車輛在公交專用道的通行能力，vel/h。

1.1.3 設置公交專用道前后車速比

評價設置公交專用道后對道路交通的影響，其參考指標之一是車速的變化。通過設置公交專用道前后車速的比值，定量分析公交專用道設置后的效果。

根據現有模型，得到下列模型對比公式：

公交車輛模型：

（6）

社會車輛模型：

（7）

2 案例分析

選取西安市四條車輛飽和度不同主干道的進行車流量調查，根據路段的流量，用1.1中的公式計算出各個路段設置公交專用道前后車輛的速度比值，定量分析在不同路段飽和度下設置公交專用道對路段交通的影響。選取路段的數據特征具體見表1。

表1 ?路段情況調查

據路段公交車輛和社會車輛的路段飽和度和路段的車輛通行能力，分別計算各路段設置公交專用道前后速度的比值。可使本文引用的模型具有普遍性。

按照調查結果和表格數據的分析，不同飽和度的路段在設置公交專用道前后社會車輛和公交車輛的速度均發生了改變。具有相似的路段道路設施和路段飽和度在0.5～0.8范圍內的建工路和友誼西路，設置公交專用道前后，社會車輛和公交車輛的速度均有提高。而在路段飽和度低于0.5的經二路上，由于道路飽和度和車流量本身就小，設置公交專用道更加使得社會車輛和公交車輛的速度大大提升。而在飽和度高于0.8的咸寧路上，設置公交專用道后，社會車輛和公交車輛的速度不僅沒有提高，反而大大降低。

3?結論

通過對路段具體數據的調查，用相應的數學模型進行研究分析。并根據現有數據，對西安市四條路段設置公交專用道前后車輛的運行速度進行統計，比較并分析設置公交專用道前后，路段上車輛車速的變化情況，量化評價公交專用道的設置對路段車輛車速的影響。并且分析得到在飽和度一定的路段上，設置公交專用道才會提高社會車輛和公交車輛在

路段上的行駛速度，解決交通擁堵問題。

參考文獻

[1] AS Shalaby.Simulating Performance Impacts of Bus Lanes and Supporting Measures[J].Journal of Transportation Engineering. 1999.

[2] D Jeason and E.Ferreira. Assessing Travel Time Impacts of Measure to Enhance Bus Operation Part2：Study Methodology and Main Findings. 2000.

[3] Alber Gan，Hhuan Yue，Ike Ubaka， Fang Zhao. Development of opera -tional performance and decision models for arterial bus lane. The 82nd Annual Meeting Transportation Research Board. 2003.

[4] Viegas J，Lu B.Traffic control system wiith intermittent bus lanes [C].In：B IFACS ymposium on Transportation Systems，Chania， Greece，1997：16-18.

[5] 楊曉光，周光偉，杭明升公交優先技術方法[J].城市交通，2002，2：3-5.

[6] 邵俊，楊曉光，史春華.部分鋸齒形公交優先進口道的交通設計與分析[J].同濟大學學報，2001，10：1175-1180.