容量約束的間歇式公交專用道控制策略

林盈盈,董紅召,張 楠,佘翊妮

(1.浙江工業大學 機械工程學院,浙江 杭州 310014;2.浙江開放大學 工程教研部,浙江 杭州 310012)

公交專用道[1](Dedicated bus lane,DBL)雖然能保障公交車通行不受干擾,但是在交通擁堵時公交專用道上較低的車流量會造成道路資源浪費。Viegas[2]提出間歇式公交專用道(Intermittent bus lane,IBL)策略,當公交車不在路段上時將空閑的公交專用道空間分享給社會車輛使用,這種情況下的社會車輛可稱為借道車。公交專用道上可用于社會車輛使用的是相鄰兩輛公交車之間的空間,即可借道空間。公交專用道控制策略的目標是控制進入可借道空間的借道車總量,既可保證借道車行駛不造成后方公交車額外延誤,又能使借道車充分利用公交專用道空閑空間。然而IBL策略不要求已經借道的車輛在公交車到來時離開公交專用道,這就導致其中部分車輛因等待紅燈等原因阻礙公交車行駛。為此許多學者的研究改進了IBL策略,如利用公交車的交通信號優先,將IBL策略與單個路口或者多個路口的信號燈配時協調[2-4];利用公交車的道路空間優先使公交車略過路口停車隊列,減少公交車的延誤[5-6],然而在交通擁堵時,這些措施的調整范圍都是有限的。有的學者嘗試在公交車進入路段后驅離過量借道車離開公交專用道。Eichler[7]在間歇優先公交車道(Bus lanes with intermittent priority,BLIP)策略的研究中提出了清空長度的概念,即在路段的物理長度內驅離公交車前方的借道車輛。董紅召等[8-9]提出公交專用道時分復用(Bus lane with time division multiplexing,BLTDM)策略、Wu等[10]將網聯車技術引入BLIP策略,分別給出了不同的確定清空長度的方法,通過精細控制清空長度減少被驅離的借道車數量。然而在交通流量較大,如接近甚至超過飽和狀態時,清空長度范圍內被驅離的借道車會造成公交車延誤和鄰道交通堵塞。雖然增加清空長度可以換取更長的換道時間以減少對鄰道交通的干擾,但是會降低專用道的空間利用率。吳鼎新[11]的仿真結果顯示即使車聯網環境也無法解決這一問題。還有研究對借道車數量進行控制,策略IBL[2]、BLIP[7]和BLTDM[8-9]均在道路上設置公交車檢索點,當公交車到達檢索點時根據相應策略禁止社會車輛借道。其中BLTDM策略還進一步將路段在空間上分為較小片段,僅在空間片段入口允許車輛進入專用道,分散控制借道車數量。這些控制的時間起點是目標公交車到達檢索點時刻,控制的對象是公交車前方的車道空間。然而控制時間起點之前可能已經有過量的借道車進入目標公交車前方的車道空間,并且這些借道車不能保證在目標公交車到達前及時離開專用道,這就導致控制策略可能失效;而檢索點與路段間的間隔不能適應變化的公交車發車間隔,會使專用道空間不能充分利用。

上述控制策略都沒有考慮相鄰公交車間能夠接受的不妨礙后方公交車行駛的借道車總量,即相鄰公交車間專用道的可借道容量,有的使借道車過多造成公交車延誤,有的使借道車太少造成車道資源浪費。近年來,車輛通信系統的快速發展使道路上的車輛能與其他車輛和基礎設施交換信息,實現更多交通控制[12-13]。因此,筆者提出一種車聯網環境下基于可借道容量的間歇式公交專用道控制策略,首先通過預測前后兩輛公交車在路段上行駛期間交叉口的通行能力,將其作為專用道在路段上兩輛公交車間的可借道容量;然后根據預測的公交車到達時間,以及路段實時交通流量、交叉口信號相位和公交車停站等路段運行參數;最后通過車聯網技術控制可借道容量范圍內的社會車輛借道,從而在確保公交車行駛不受阻礙的前提下充分利用專用道的通行能力。此外,給出了一種非車聯網環境下的替代策略以實現同樣的目標。

1 容量約束專用道控制過程

間歇式公交專用道控制策略實施的典型路段如圖1所示。圖1包含一條公交車道和普通車道,其中普通車道僅畫出專用道的鄰道,且處于近飽和狀態。前后相鄰的兩輛公交車之間的專用道是可供社會車輛借用的空間資源,利用交叉口對這樣的空間進行劃分構成了容量約束下間歇式公交專用道的基本控制單元。由于公交車向前行駛而交叉口位置不變,因此基本控制單元的空間范圍是在路段上逐漸變化的。

圖1 間歇式公交專用道控制策略實施的典型路段

以圖1(b)中路段i所包含的基本控制單元(i,j)為例,i表示基本單元所在路段序號,j表示基本單元出現的先后順序,進入公交專用道的車流演化過程為

1)從前車B1進入路段i開始,基本控制單元(i,j)的空間范圍是前車B1和交叉口i之間的專用道空間,且隨著B1的前進逐漸增加。

2)若上游相鄰公交車即后車B2離得較近,在B1到達下游交叉口i-1之前,B2已經到達路段i,則此時基本控制單元的空間達到最大,此后的空間范圍由B1和B2限定,直到B1到達下游交叉口i-1。

3)隨后的空間范圍由交叉口i-1和B2限定,且逐漸減小,直至B2到達交叉口i-1后,基本控制單元(i,j)的生存期結束。

4)若上游相鄰車輛B2離得較遠,在B1到達交叉口i-1時,B2仍未到達路段,則演化過程步驟2)中的空間范圍由交叉口i-1和交叉口i限定,直至B2到達交叉口i,再進入演化過程步驟3)。

演化過程中的前車、后車是相對的概念,對B1和B2組成的相鄰公交車組而言,B1是前車,B2是后車;而對于B2和B3組成的相鄰公交車組而言,B2是前車,B3是后車。為了便于分析,在每一組相鄰公交車組中將前車用Bf表示,后車用Br表示。從時間跨度看,基本單元的控制過程是從前車Bf進入路段開始直到后車Br離開下游交叉口為止。以這樣的劃分規則,可通過分別控制每個基本單元來實現整條公交專用道的控制。由于公交專用道控制策略僅在交通接近或超過飽和狀態時實施才有意義,為了不對近飽和狀態的鄰道交通產生干擾甚至阻塞,規定借道車只能通過下游交叉口離開專用道,不允許其在進入專用道后再通過換道行為離開。

在每個基本控制單元存在期間,劃定單元空間范圍的前后兩輛公交車以及進入該空間的借道車運行過程。當前車Bf進入路段后,借道的社會車輛即可進入基本控制單元,跟隨Bf行駛。在借道初期,因為前車Bf的行駛速度vb小于社會車輛的行駛速度vc,所以前車Bf會在專用道上形成一個移動瓶頸,這個階段借道車無法離開路段。當前車Bf離開下游交叉口后,后方的借道車就不受前車影響,通過交叉口駛離路段,并且在后車Br到達交叉口前,所有的借道車都已離開路段,從而確保不阻礙后車Br的行駛。對基本控制單元而言,由控制過程中交叉口的通行能力限定的且不會阻礙后方公交車行駛的借道車總量就是基本控制單元的可借道容量。

在車聯網環境下,可以控制進入專用道的借道車總量不超過可借道容量(圖1b)。前車Bf到達路段入口后根據預測得到的可借道容量確定控制單元是否允許借道,并將控制單元狀態通過通信網絡向途徑的社會車輛廣播。鄰道上的社會車輛在確定當前控制單元內可借道容量有剩余時進入專用道借道,直到可借道容量飽和,或者后車Br到達下游交叉口使該單元的控制過程結束。

由于車聯網控制方法需要大部分的公交車和社會車輛都要裝備聯網設備,這在目前還沒有全面部署車聯網的情況下難以實施。因此筆者提出了一種適合當前交通設施的控制方法,即通過入口控制來約束進入的借道車總量(圖1a)。由可借道容量和公交專用道入口流量得到允許交通流進入公交專用道的時長。在公交專用道入口處設置可變信息標志(Variable message sign,VMS),顯示“允許借道”和“禁止借道”兩種狀態對應入口的開啟和關閉,同時禁止借道車在路段中間換道進入公交專用道,由此將對借道車總量控制轉化為公交專用道入口的開啟時長控制,最終實現容量約束的公交專用道控制目標。

2 可借道容量計算

可借道容量對應于道路上實時運行的前后相鄰公交車輛劃分的基本控制單元,所以其值的確定與前后公交車到達路段下游交叉口時的車頭時距密切相關,以下研究假設已知公交運行的實時行駛軌跡,包括路段行程時間、停站時間以及車輛位置等,此類信息的獲取可基于相關的預測研究[14-17]。

容量約束的公交專用道控制策略是對到達路段公交車即前車Bf后方的專用道空間進行借用控制,因此對當前控制單元的控制過程可以由前車Bf到達路段入口的條件觸發,稱為前車觸發方式。在路段入口處實時檢測是否有公交車到達路段,當有公交車到達時,將其作為控制單元中的前車Bf并開始該單元的控制過程。

前后公交車Bf,Br與借道車在路段專用道上的演化過程時空圖如圖2所示。以路段交通流量飽和狀態為例進行說明,即每個完整的信號周期中,紅燈相位累積的車輛隊列無法在綠燈相位完全釋放。基本控制單元空間范圍在前方受前車Bf限制時,沒有借道車可以離開路段。只有在前車Bf離開交叉口后,后方借道車才能在綠燈相位期間駛離。基本控制單元交叉口通行能力對可借道容量形成總量約束。

圖2 基本控制單元借道過程時空圖

通過公交車軌跡預測技術和公交信息系統獲得的公交車停站等信息,不僅可以預測出后車Br在時長Tr后到達路段入口,這里Tr已經考慮了后車Br在上游路段的停站時間和交叉口延誤時間,而且可以預測前車Bf和后車Br在當前路段上的行程時間,從而得到兩車到達下游交叉口的信號偏移量tf-ofs和tr-ofs,并進一步得到前車到達當前路段時估計的下游交叉口兩車車頭時距ts,以及其中的綠燈時長g。當信號燈綠燈期間單車道通行能力為qm時,基本控制單元可釋放的最大借道車輛數是可借道容量的總量約束,即

N=qm×g

(1)

此外,基本控制單元的可借道容量還受到信號燈和前車停站引起的社會車輛排隊隊列長度影響。設以綠燈相位為起點的信號周期為C,綠信比為λ,前車Bf到達交叉口時遇到的第一個信號周期為不完整周期(C-tf-ofs)。如果遇到紅燈,借道車仍無法離開,交叉口會形成排隊隊列;當遇到綠燈相位,若排隊車輛無法在剩余綠燈相位內消散完畢,借道車還將繼續在緊接著的紅燈相位排隊,有可能影響后車Br行駛。在此之后借道車在交叉口將以完整的信號周期為單位進行隊列累積或消散。為此假設前車Bf進入路段后即刻允許車輛借道,并允許可借道容量Q范圍內的社會車輛進入公交專用道,以不完整信號周期形成的最長排隊隊列最后一輛借道車V1進入專用道的軌跡為分界,將這一時刻之前進入的借道車總量設為Q1,這之后進入的借道車總量設為Q2,有Q=Q1+Q2,圖2中V2表示可借道容量允許的最后一輛借道車行駛軌跡。則只要保證兩個階段借道過程中累積隊列長度均不阻礙后車Br行駛,即可獲得滿足排隊隊列長度對可借道容量的約束。否則必須減少借道車數量以保證后車的行駛路權。

Q≤N=ld-maxkjam=(n·ld+lr)kjam

(2)

(3)

假設剛好不受后車Br軌跡影響時第一個不完整信號周期內能累積的最大排隊隊列長度為lf,有Q1=lfkjam。且規定一旦借道車總量在交叉口形成的累積隊列長度會阻礙后車Br行駛,即刻關閉當前基本控制單元,并在其生存期內不再開啟。因此可得到前述分析中第二個階段可借道容量Q2需滿足如下關系式中的一種,即

(4)

或者

(5)

其中式(4)表示第一階段借道車形成的排隊隊列長度不會阻礙后車Br行駛,可根據基本控制單元的車輛釋放能力確定第二階段可借道容量Q2;式(5)表示第一階段借道車形成的排隊隊列阻礙了后車Br行駛,只能以后車軌跡約束的隊列長度lf作為借道車總量約束,因此第二階段可借道容量Q2為0。根據累積隊列長度lf獲得第一階段的可借道容量為

(6)

最終求得基本控制單元總的可借道容量為

Q=Q1+Q2

(7)

(8)

3 容量約束的專用道控制策略

容量約束的公交專用道控制策略實施時根據已有的公交車行程時間預測方法得到相鄰公交車間的車頭時距,然后通過上述步驟求得各基本控制單元的可借道容量Q,并在其約束下對借道車總量進行控制。在車聯網環境下采用車聯網控制方法(Connected vehicle capacity control in intermittent bus lane,CVCC-IBL),當沒有車聯網環境時采用替代的入口控制方法(Entrance capacity control in intermittent bus lane,ECC-IBL)。

3.1 車聯網控制方法

為了在策略實施過程中控制借道車總量,需要在控制系統中保存每個基本控制單元的剩余可借道容量,即容量約束條件。以圖1(b)中路段i+1上的3個基本控制單元為例,建立如表1所示的路段控制單元信息表,包括控制單元的空間范圍和剩余的可借道容量Qleft,其中空間范圍用路段上離路段入口的距離l表示。每當有新的公交車到達路段入口時,在表1中新增1個控制單元信息,此時相鄰的后車還未達到,后車位置用路段的入口位置l=0代替,剩余容量Qleft為預測的可借道容量Q,由第2節方法求得,如表1中單元j+1。當有公交車離開路段后,其作為后車的控制單元空間變為0,該單元的控制過程自然結束,從表1中刪除單元信息;而其作為前車的控制單元信息繼續保留,前車位置由路段出口位置l=L代替,L為路段長度,如表1中單元j-1。當有借道車進入路段,對其所在控制單元的剩余容量進行更新。

表1 路段i+1控制單元信息表(以圖1b中的單元布局為例)

當新的公交車到達路段入口時,就要確定前后公交車在下游交叉口的車頭時距ts和有效綠燈時間g,再根據前一小節中模型計算可借道容量Q。首先確定車頭時距ts。設前車Bf到達路段的時刻為借道過程開始時刻t0,根據后車Br在上游各個路段的預測行程時間估計兩車此時的車頭時距Tr,并預測兩車在當前路段的行程時間。文中為了示意,用公交車勻速行駛時間作為當前路段的預測行程時間進行控制,即L/vb。之后結合下游交叉口實時相位得到Bf到達下游交叉口的信號偏移量tofs,則相鄰公交車到達下游交叉口的時刻tf和tr分別為

(9)

式中:αf,αr分別為前、后公交車的停站選擇參數;tpf,tpr分別為預測得到的前、后公交車在當前路段公交站的停車時長。由于后車Br不能超越前車Bf,則前車到達當前路段時估計的下游交叉口兩車車頭時距為

ts=max(tr-tf,0)=max(αrtpr-αftpf+Tr,0)

(10)

接著計算車頭時距ts內交叉口能用于釋放借道車的有效綠燈時間g。這與前車Bf和后車Br到達下游交叉口的信號偏移量tf-ofs和tr-ofs有關,分別為

tf-ofs=(tofs+tf-t0)modC

tr-ofs=(tofs+tr-t0)modC

式中:tofs為前車Bf到達路段入口時下游交叉口的信號偏移量;C為信號周期。對前車Bf而言,到達時刻所在信號周期中偏移量以后的綠燈時間max(λC-tf-ofs,0)屬于有效綠燈時間;對后車Br而言,到達時刻所在信號周期中偏移量以內的綠燈時間min(tf-ofs,λC)屬于有效綠燈時間。當前后兩車在不同信號周期到達,即tr-tf+tf-ofs>C時(圖3a)車頭時距ts內的有效綠燈時間為

圖3 前后兩車到達交叉口時信號周期的關系

min(tr-ofs,λC)

當前后兩車在同一信號周期到達,即tr-tf+tf-ofs≤C時(圖3b),有效綠燈時間為

g=max(λC-tf-ofs,0)-max(λC-tr-ofs,0)

上述兩種有效綠燈時間的表達式可合并為

(11)

在控制中還需要考慮的問題是借道時間條件。當后車Br在交叉口碰到紅燈時,要保證此紅燈相位開始前所有借道車均能離開公交專用道,此時的紅燈相位開始時刻tshut=tr-(tr-ofs-λC)。則借道時間條件為

(12)

式中:l為期望借道的社會車輛離路段入口的距離;t為當前系統時刻。若考慮車聯網中的信息傳輸延時,還應在時間條件上扣除可能最大的時間延誤,即減小tshut,用更嚴格的時間條件保證借道車能按時離開路段。

當有借道車申請借道,則判斷借道車是否滿足容量條件和時間條件,滿足的話允許借道。在每個時間系統更新信息表中的公交車位置,并與各單元可借道剩余容量Qleft一起向途徑社會車輛廣播。Qleft=0時單元被關閉。

由于預測的公交車行程時間與實際行程時間存在一定誤差,因此在控制策略中對此類誤差作出反饋,以提高策略的適應能力。車聯網控制方法中,只要滿足容量條件和時間條件,借道車在基本控制單元生存期結束前都能繼續借道,因此在控制策略實施過程中可充分利用后車行駛的實際數據對可借道容量進行修正。理論上看對誤差的修正可以在整個單元生存期間進行。但考慮到行程時間預測在很短的時間內變化不明顯,僅在后車到達路段時進行一次反饋。修正過程為

步驟1預測前車Bf到達路段時其在當前路段的行程時間:獲得停站選擇αf,若αf=1則表示在車站停靠,預測停靠時間tpf和行程時間,計算前車Bf到達下游交叉口的信號偏移量tf-ofs,再估計等待紅燈時間。

步驟2估算可借道容量:當前車Bf到達路段時獲取后車Br在上游的位置信息,根據與前車Bf同樣的預測技術估計其經過上游各路段后到達下游交叉口的時刻,并估計前后車在下游交叉口的車頭時距ts,利用第2節方法計算可借道容量Q。

步驟3修正可借道容量:當后車Br到達當前路段時,可以獲得后車Br在上游路段的實際行程時間,并利用當前行駛數據對Br在當前路段上的行程時間再進行一次預測后利用第2節方法求得修正后的可借道容量Q′,并根據修正值Q′與第一次估計值Q的差值對剩余容量進行更新。當Q′>Q時,在剩余容量上追加可借道容量。當Q′≤Q時,能否修正與剩余容量Qleft有關,當Qleft>(Q-Q′)時,剩余容量修正為Qleft-(Q-Q′),這往往發生在相鄰兩者車頭時距較大的情況。當Qleft≤(Q-Q′)時,由于控制策略中約定已經進入公交專用道的借道車不能通過換道離開車道,只能放棄對可借道容量的修正,或者通過增加修正次數以進一步減少誤差。上述剩余容量Q′left的修正規則可合并為

(13)

將剩余容量的修正結果更新到路段控制單元信息表中。根據行程時間預測時更短距離和更近時間的預測結果更優的特點可知修正值Q′優于第一次估計值Q,從而提高了控制系統對可借道容量預測結果精度的適應能力。

上述車聯網控制方法流程如圖4所示。

圖4 車聯網控制方法系統流程圖

3.2 入口控制方法

(14)

由于該方法中基本控制單元的控制過程在后車Br到達路段入口時結束,因此無法對預測的公交車行程時間進行修正,但可以根據預測容量約束下借道車對公交車的行程時間影響程度設置一定的保護閾值,即通過減少預測的可借道容量來保障公交車的優先路權。

入口控制的流程:檢測到有新的公交車(即前車Bf)到達路段,根據可借道容量計算模型求得Q,之后根據式(14)求得入口開啟時長ton,賦給計時變量time。當time>0時,保持入口開啟狀態;當time=0時,即可關閉入口。然而無論入口狀態為開啟或者關閉,系統都需要繼續檢測是否有新的公交車(即后車Br)到達路段入口,一旦新車到達則即可切換到以新車作為前車的下一個基本單元的控制過程。控制流程如圖5所示。

圖5 入口控制方法系統流程圖

4 仿真分析

4.1 仿真設置

為了評估提出的兩種容量約束間歇式公交專用道控制策略(車聯網控制方法CVCC-IBL和入口控制方法ECC-IBL)的效果,使用SUMO[18]仿真軟件建立交通場景,采用TRACI編程開發了控制程序,對上述策略的車道行駛權限以及相應專用道空間的開啟、關閉狀態實現控制,對交通飽和度、公交車發車間隔、公交車站等不同因素影響下的場景進行仿真。將得到的路段交通性能(包括公交車和社會車輛行程時間以及交通流量)與不共享車道的公交專用道(DBL)策略和傳統間歇式公交專用道(IBL)策略進行對比。

建立三車道路段模型,右側是公交車道,另外兩條為普通車道。不考慮信號燈影響時路段單車道的飽和流量為qm,普通車道的單車道到達流量為qc。將路段實際交通流量與普通三車道通行能力的比值作為交通流飽和度S。在下游交叉口設置兩相位信號燈,體現城市交通中的間歇式交通流現象,路段上游不設置信號燈。設置兩組公交車發車間隔,即busPeriod=150,300 s。其余有關參數如表2所示。

表2 仿真實驗參數

4.2 仿真分析

4.2.1 控制策略的交通性能分析

在不同的公交專用道策略控制下路段上公交車的行程時間如圖6所示。路段在容量約束的控制策略CVCC-IBL、ECC-IBL和IBL控制下,公交車的行駛與DBL相比都產生了額外的延誤。在低交通飽和度時,幾種控制策略引起的公交車額外延誤均不明顯,這是合理的,此時社會車輛不需要借用專用道也能通暢行駛。在高交通飽和度時,IBL策略中公交車的額外延誤增加明顯,而CVCC-IBL和ECC-IBL策略通過在借道過程開始前對可借道容量進行估計,不允許過多的借道車進入專用道,從而使公交車的額外延誤均低于IBL策略。當飽和度S=1.2,公交車發車間隔busPeriod=150 s時,IBL策略中公交車行程時間比DBL時增加了23.6%,而策略CVCC-IBL和ECC-IBL比DBL僅增加了2%和3%。公交車發車間隔busPeriod=300 s時,前方公交車對借道車的影響不會傳遞到后方公交車所在路段,因此IBL策略中公交車延誤僅比DBL模式增加了7.7%。說明在飽和交通時,IBL僅在發車頻率較低的情況下能保證公交車的延誤不會大幅增加,即通過增加公交車間隔,也就是增加社會車輛釋放時間,讓過量借道車在后方公交車到來前離開交叉口。這與Zyryanov等[19]的結論一致。而容量約束的兩種控制策略即使在高飽和度和公交車發車間隔較小的情況下性能也接近于DBL,比IBL具有更大的適用范圍。這里基于可借道容量的兩種控制策略中公交車產生的少量延誤,原因可能是借道車在交叉口前等待紅燈時形成的交通隊列長度預測偏差造成的。而CVCC-IBL策略中還可能由于借道車在控制單元中分布不均,當較多的借道車集中在后車Br近前方時也容易使后車產生額外延誤。

圖6 不同飽和度時的公交車行程時間

在不同控制策略下路段上社會車輛的行程時間如圖7所示。在較高的交通飽和度情況下(S≥1),因為策略CVCC-IBL、ECC-IBL以及普通IBL都在一定程度上利用了空閑的專用道空間,提高了道路交通流量,所以社會車輛的行程時間比減少了一條車道的DBL策略大幅減少。當交通進入高飽和狀態后(S=1.2),由于道路交通擁堵,即使專用道空間得到利用,也無法滿足交通需求,3種利用公交專用道的策略下社會車輛的行程時間均明顯增加,說明此時道路上的車輛已接近飽和,而增加發車間隔能緩解社會車輛的行程時間增加程度。當公交車發車間隔busPeriod=150 s時,CVCC-IBL和ECC-IBL策略下社會車輛行程時間相近,雖然比IBL稍有增加,但是能保證公交車行駛不受阻礙;當busPeriod=300 s時,隨著IBL策略的專用道空間中受公交車影響的占比減少,容許公交車有一定的延誤,借用專用道行駛的車輛數增加,行程時間減少。策略CVCC-IBL和ECC-IBL則是優先保證公交車行駛,弊端是社會車輛行程時間比IBL增加了20.6%。

圖7 不同飽和度時的社會車輛行程時間

4.2.2 公交車停站對控制策略性能的影響

公交車停站對公交車行程時間的影響如圖8所示。當busPeriod=150 s時,IBL策略的行程時間比DBL增加了25.4%;當busPeriod=300 s時,則增加了78.9%。在高飽和交通中大量社會車輛不僅會形成交叉口交通隊列,而且會因公交車停站形成交通隊列,當兩個因素疊加時更容易對后方公交車產生阻礙。特別是在公交車發車間隔較大時,路段上沒有公交車的時間較多,借道車總量增加后形成的隊列長度也增加,造成公交車行程時間大幅增加。而策略CVCC-IBL和ECC-IBL中因為考慮了公交車停站因素,借道車能利用公交車到達前的綠燈時間離開路段,所以公交車行程時間沒有增加。

圖8 公交車停站影響下,不同飽和度時的公交車行程時間

公交車停站對社會車輛行程時間的影響如圖9所示。相較于圖7所示的情況,當S=1.2時,即使較大的公交車發車間隔,也不能緩解社會車輛行程時間的增加,說明在高飽和交通情況下,公交車停站降低了控制策略對社會車輛行程時間的保障能力。

圖9 公交車停站影響下,不同飽和度時的社會車輛行程時間

對比CVCC-IBL和ECC-IBL策略中公交車和社會車輛的行程時間,雖然兩者的性能差異并不明顯,但是基于車聯網技術的CVCC-IBL策略使社會車輛可以在控制過程的時間范圍內均有借道機會,借道車可以根據所處的交通條件來選擇最佳的換道時機,不僅提高了借道過程的穩定性,而且能提高專用道空間的利用率,是理想的公交專用道控制方法。而入口控制的方法中,由于道路空間中留給借道入口的空間不會太大,社會車輛只能在進入車道的短暫時間內決定是否借道。因為社會車輛不能換道進入公交專用道,當后車Br到達路段使入口關閉后,即使基本控制單元內仍有可借道空間剩余也不能繼續提供給社會車輛使用,所以適合在非車聯網環境下作為替代方案。

5 結 論

筆者提出了一種車聯網環境下基于可借道容量的間歇式公交專用道控制策略,在確保不阻礙公交車行駛的前提下充分利用公交專用道的空閑空間。首先,將前后相鄰的兩輛公交車在路段公交專用道上的空間作為基本控制單元的空間范圍,將前一輛公交車到達路段到后一輛公交車離開路段的時間間隔作為控制單元的時間范圍;然后,將該時間范圍內路段下游交叉口的通行能力作為基本控制單元的可借道容量;最后,利用車間通信技術對借道進入該單元的社會車輛進行總量控制。此外,在車聯網還未普及的情況下,筆者提出了一種可通過入口控制方法實現的控制策略替代方案。通過SUMO設置道路場景對兩種控制策略進行建模仿真,在不同的交通飽和度、公交車發車間隔以及公交車停站情況下,提出的基于可借道容量的控制策略比傳統的間歇式公交專用道策略具有更少的公交車和社會車輛行程時間,即使在高飽和度情況下仍能保持更優的性能。