（交通运输规划与管理专业论文）信号交叉口公交优先设置方法研究.pdf

学位论文版权使用授权书 f i i i i i f illi i iiii lr lili l lillf y 17 8 0 313 本学位论文作者完全了解北京交通大学有关保留、使用学位论文的规定。特 授权北京交通大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索， 并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国 家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明) 学位论文作者签名物赦镝 签字日期：州f 口年月1 1 日 导师签名彳辱丢印 签字日期：矽f 簿6 月1 日 -iri| f 一 中图分类号：u 4 9 1 1 u d c ：x x x x 学校代码：1 0 0 0 4 密级：公开 北京交通大学 硕士学位论文 信号交叉口公交优先设置方法研究 s t u d yo nd e s i g nm e t h o d so f b u s p r i o r i t ya ts i n g n a l i z e di n t e r s e c t i o n 作者姓名：杨淑娟 导师姓名：彭宏勤 学位类别：工学 学号：0 8 1 2 1 3 5 5 职称：副教授 学位级别：硕士 学科专业：交通运输规划与管理研究方向：城市交通 北京交通大学 2 0 1 0 年6 月 致谢 本论文的工作是在我的导师彭宏勤教授的悉心指导下完成的，彭宏勤教授严 谨的治学态度和科学的工作方法给了我极大的帮助和影响。在此衷心感谢三年来 彭宏勤老师对我的关心和指导。 毛保华教授悉心指导我们完成了实验室的科研工作，在学习上和生活上都给 予了我很大的关心和帮助，在此向毛保华老师表示衷心的谢意。 贾顺平、陈绍宽老师对于我的科研工作和论文都提出了许多的宝贵意见，在 此表示衷心的感谢。 在实验室工作及撰写论文期间，梁肖、高利平、杨远洲、李婷婷、张铁印、 赵菲、王秀芬、唐勃勃、马琳、李昂等同学对我论文中的部分研究工作给予了热 情帮助，在此向他们表达我的感激之情。 另外也感谢我的家人，他们的理解和支持使我能够在学校专心完成我的学业。 r 、 lrri i 中文摘要 摘要：公交优先是缓解城市交通拥堵的有效措施之一，其内容主要涉及公交车在 交叉口、路段、停靠站三个不同通行空间的优先权分配。本文以部分锯齿形公交 优先进口道为主要研究对象，分析信号交叉口公交优先权的设置方法，并着重分 析部分锯齿形公交优先进口道的空间设置、信号设置、效益评价三方面内容，以 此构成论文的框架体系。 在公交优先进口道的空间设置中，介绍了部分锯齿形公交优先进口道的设置 条件、候驶区内公交车的停靠规则；分析了预信号停车线非水平形式的设置方法 及计算模型；建立公交候驶区内主、预信号停车线间距离的计算模型；系统的分 析了不同公交专用道形式下公交优先进口道的设置方法及其优缺点。 在公交优先的信号设置中，分析了直行公交优先进口道占用左转车道的工作 原理及设置部分锯齿形公交优先进口道后叠加相位的设置方法；分析了预信号停 车线非水平设置时主信号配时、预信号配时、预信号红灯提前启亮时间、预信号 绿灯提前启亮时间的设置方法。 在效益评价中，利用对比分析法，通过调整社会车辆离开曲线改进已有模型， 计算分析公交优先进口道占用相同流向车道设置时的各种延误及延误变化( 即时 间效益) ，并建立模型计算直行公交优先进口道占用左转车道设置时的各种延误变 化，最后分别举例对其进行分析。研究得到结论：部分锯齿形公交优先进口道占 用相同流向车道设置后，公交车的各种延误均明显减少，社会车辆的各种延误略 有增加，但进口道总延误减少；直行公交优先进口道占用左转车道设置后，公交 车的各种延误明显减少，社会车辆的各种延误不变，进口道的总延误明显减少。 关键词：公交优先；主信号；预信号；公交优先进口道；公交专用道 分类号：u 4 9 1 1 a bs t r a c t a b s t r a c t ：a so n eo fe f f i c i e n tm e a s u r e s ，b u sp r i o r i t yc o _ r lr e l i e v eu r b a nt r a m c c o n g e s t i o n i tm a i n l yi n v o l v e st h ed i s t r i b u t i o no f p r i o r i t yi ni n t e r s e c t i o n ，s e c t i o na n db u s s t a t i o n i no r d e rt oa n a l y z et h es e t t i n go fb u sp r i o r i t ya ts i g n a l i z e di n t e r s e c t i o n s ，t h i s p a p e rf o c u s e so nt h ep a r t i a li n d e n t e db u sp r i o r i t ya p p r o a c h i na d d i t o n ，t h i sp a p e r e m p h a t i c a l l ya n a l y z e st h es p a t i a la r r a n g e m e n t ，s i g n a ls e t t i n g sa n db e n e f i te v a l u a t i o n ， w h i c hc o n s t i t u t e st h ef r a m e w o r ko ft h ep a p e r s y s t e m i nt h es p a c es e t t i n go fb u se x c l u s i v ea p p r o a c h ，t h ep a p e ri n t r o d u c e st h es e t t i n g c o n d i t i o n so fp a r t i a li n d e n t e db u sp r i o r i t ya p p r o a c h ，a n dt h ed o c kr u l e si nb u sa d v a n c e d a r e a t h ep a p e ra n a l y z e st h es e t t i n gm e t h o df o rp r e - s i g n a ls t o pl i n eo fn o n - h o r i z o n t a l t y p ea n di t sc a l c u l a t i o nm o d e l ，g i v e sam o d e lo ft h ed i s t a n c eb e t w e e nm a i ns i g n a la n d p r e s i g n a ls t o pl i n e i t a l s od o e sas y s t e m a t i c a n a l y s i sa b o u tt h ed i f f e r e n ts e t t i n g m e t h o d sa n di t sf e a t u r e so fb u se x c l u s i v ea p p r o a c hi nt h ed i f f e r e n tb u sl a n e s i nt h ep a r to fs i g n a l ss e t t i n g , t h ep a p e ra n a l y z e st h ew o r k i n g p r i n c i p l eo fs t r a i g h t b u se x c l u s i v ea p p r o a c ho c c u p i e dl e f tt u r nl a n e ，a n dt h es u p e r p o s i t i o np h a s es e t t i n g m e t h o da f t e rp a r t i a li n d e n t e db u sp r i o r i t ya p p r o a c hs e t t i n g i ta l s oa n a l y z e st h es e t t i n g o fm a i ns i g n a lt i m i n g , p r e s i g n a lt i m i n g , t h er e dp r e - s i g n a ll i g h ta h e a do fl i g h tt i m ea n d t h eg r e e np r e - s i g n a ll i g h ta h e a do fl i g h tt i m ew h e n p r e - s i g n a ls t o pl i n ei nn o n - h o r i z o n t a l t y p es e t t i n g i nt h eb e n e f i te v a l u a t i o np a r t ，b yu s i n gc o n t r a s t i v ea n a l y s i sa n da d j u s t i n gt h es o c i a l v e h i c l e sl e a v ec u r v ew h i c hi m p r o v e st h ee x i s t i n gm o d e l s ，t h ep a p e ra n a l y z e st h ed e l a y c h a n g e sw h e nt h eb u sp r i o r i t ya p p r o a c ho c c u p i e ds a m ef l o wl a n e ，a n db u i l d st h em o d e l t oa n a l y s i sd e l a yc h a n g e sw h e nb u se x c l u s i v ea p p r o a c ho fs t r a i g h to c c u p i e dl e f tt u r n l a n e a tt h ee n d ，t h e r eg i v e sa ne x a m p l ea n da n a l y z e si t t h ef o l l o w i n ga r et h e c o n c l u s i o n so ft h ee x a m p l e a f t e rt h eb u sp r i o r i t ya p p r o a c ho c c u p i e ds a m ef l o wl a n e ， v a r i o u sk i n d so fb u sd e l a y sw e r es i g n i f i c a n t l yr e d u c e d ，t h es o c i a lr a n g eo fv e h i c l e sw e r e i n c r e a s e dal i t t l e ，a n dt h et o t a l d e l a yw e r er e d u c e di nt h ee n t r a n c el a n e a f t e rt h e e x c l u s i v ea p p r o a c ho fs t r a i g h to c c u p i e dl e f tt u r nl a n e ，t h ev a r i o u sk i n d so fb u sd e l a y s w e r es i g n i f i c a n t l yr e d u c e d ，a n dt h ed e l a y so ft h es o c i a lv e h i c l e sw e r ea tt h es a m e ，a n d t h et o t a ld e l a y si ne n t r a n c el a n ew e r es i g n i f i c a n t l yr e d u c e d k e y w o r d s ：b u sp r i o r i t y ；m a i ns i g n a l ；p r e - s i g n a l ；b u se x c l u s i v ea p p r o a c h ；b u sl a n e c l a s s n o ：i 4 9 1 1 l o- 目录 中文摘要i i i a b s t r a c t i v l 绪论1 1 1研究背景和意义。1 1 1 1 研究背景1 1 1 2 研究意义2 1 2国内外研究现状。4 1 2 1 国外研究现状4 1 2 2 国内研究现状5 1 3研究的主要内容及技术路线一7 2公交优先进口道的设置。9 2 1 概述9 2 1 1 公交优先进口道的研究内容9 2 1 2 公交优先进口道的基本方法1 0 2 2部分锯齿形公交优先进口道的设置条件1 3 2 2 1 道路条件13 2 2 2 交通条件1 4 2 3部分锯齿形公交优先进口道候驶区的设置方法1 5 2 3 1 候驶区公交车的停靠规则1 5 2 3 2 预信号停车线的设置方法1 6 2 3 3 公交候驶区长度计算一18 2 4部分锯齿形公交优先进口道的设置形式2 0 2 4 1 直行公交优先进口道2 0 2 4 2 左转公交优先进口道2 5 2 4 3 右转公交优先进口道2 7 2 5小结2 8 3公交优先的信号设置3 0 3 1 概j 苤3 0 3 2部分锯齿形公交优先进口道的工作原理31 3 2 1 主信号与预信号的协调分析3 1 3 2 2 公交优先进口道占用相同流向车道的工作原理3 2 3 2 3 直行公交优先进口道占用左转车道的工作原理3 3 3 3部分锯齿形公交优先进口道信号的设置方法3 4 3 3 1 信号相位设置3 4 3 3 2 信号配时参数3 6 3 3 3 主信号配时3 8 3 3 4 预信号配时3 8 3 4小结4 0 4公交优先的效益评价4 1 4 1概述4 l 4 2设置部分锯齿形公交优先进口道的交通效益4 2 4 2 1 公交车的延误及延误变化4 2 4 2 2 社会车辆的延误及延误变化4 5 4 2 3 总延误以及总延误变化4 7 4 3案例分析5 0 4 3 1 案例一5 1 4 3 2 案例二5 2 4 4小结5 4 5结论。5 5 5 1研究成果5 5 5 2有待改进内容5 6 参考文献5 7 作者简历6 0 独创性声明6 l 学位论文数据集6 2 1 绪论 1 1 研究背景和意义 1 1 1研究背景 我国社会经济快速腾飞，使得国民生活水平不断提高，进而引领汽车工业迅 猛发展，随之而来的是城市机动车保有量急剧增长，交通需求迅速膨胀。但是， 道路交通基础设施建设、交通科学管理水平、交通系统服务水平都相对滞后，这 就必然导致一系列的交通问题、环境问题、资源分配和能源利用问题。随着社会 经济发展，现代城市居民对生活质量要求越来越高，城市交通拥堵问题己成为严 重影响居民生活质量的主要问题之一。此外，世界银行发布的关于中国环境污染 状况调查报告指出【l 】：中国环境污染的规模位居世界前列，中国大城市的环境污染 状况尤其严重，而机动车的尾气污染则是造成城市空气污染的重要原因。从资源、 能源利用角度来说，虽然目前我国交通系统能耗占总能耗的比例还不是特别高， 交通工具消耗燃油的比例一般在3 0 左右，但是随着我国机动车保有量的快速增 长，交通能源消耗所占比例会逐年加大，并逐渐影响到我国未来城市的社会经济 发展。 城市交通系统中的拥堵问题和由此带来的环境污染与能源消耗问题已经严重 影响了我国城市居民的生活质量，降低了城市运作效率，制约了城市经济的发展。 我国每年投入大量的人力、物力、财力用于城市道路等交通基础设施建设，但是 由于我国人口众多，土地资源有限，特别是一些大中城市，新建道路的空间已经 非常有限，导致道路的年均增长率远远低于机动车的年均增长率，使城市道路建 设速度赶不上道路交通量的增长速度，导致城市道路网拥堵严重。 城市道路拥堵问题不仅存在于中国，同时也存在于世界上许多其他国家。在 这样的背景下，发展什么样的交通系统才能做到既可以有效缓解城市交通系统拥 堵问题，又可以保护环境、节约能源，即寻找可持续的城市交通运输方式成为交 通领域专家学者们所关心的问题。 为了解决城市道路拥挤问题，不同国家、不同城市都先后采取了许多方法， 如：建设更多的城市道路、限制汽车的使用、公共交通优先等方法。建设更多的 城市道路在一定时间内可以缓解部分交通压力，但是建设新的道路就会诱发新的 交通需求，而且增加城市道路还会受到土地资源的限制，可见单靠增加道路面积 _ | k 很难从根本上解决城市交通问题。限制汽车使用不仅存在公平问题，还会在一定 程度上制约汽车工业的发展，影响社会经济的发展。公共交通优先便成为比较可 行的措施，因为交通运输的目的是人、货物在交通网络上的空间移动，而不是车 辆的移动，与此相应公共交通具有运量大的特点，所以改善公共交通的服务质量， 提倡人们出行多选择公共交通，减少路网上的车流量，才能更好的解决城市交通 拥堵问题。 公共交通又有多种形式，如轨道交通和地面常规公交等。轨道交通具有运量 大、速度快的特点，是解决城市交通拥堵非常有效的方法，但是轨道交通同时也 有建设周期长、投资大、成本回收周期长的特点，并不适合所有的城市，特别是 中小城市。与地铁和轻轨昂贵的建设费用相比，建设公交专用道系统则更加经济。 据分析，地铁平均每公里的造价约为2 亿至7 亿人民币，而公交专用道系统平均 每公里的造价约为2 0 0 0 万至7 0 0 0 万人民币【卫。可见地面常规公交具有灵活性强、 投资少、建设速度快等特点，地面常规公交也自然成为人们研究的热点。 一些专家学者提出公交专用道的思想，即在地面设置仅供公交车行驶的专用 通道。2 0 世纪6 0 年代，法国最先开始建设公交专用车道，经过五十年的发展，法 国已经具备较为完善的公交专用道系统【3 】。8 0 年代，美国的公交专用道系统也得 到了迅速的发展【4 】。欧洲的格勒诺布尔、里昂、南锡、巴黎克莱蒙费郎区、利兹、 伦敦、雷丁及伊普斯威奇，南美洲的库里蒂巴、圣保罗、波哥大、基多，澳洲的 布里斯班、悉尼，以及亚洲的泰国、日本等城市也都纷纷加入了修建公交专用道 这一行列，并取得了良好的运营效果【5 】。 虽然公交专用道系统在中国仍处于发展时期，但其发展空间却极为广阔。很 多城市已经先后实施了不同形式的公交专用道系统。例如，北京已有快速公交1 号线、2 号线和3 号线，并且在许多已有和新建道路上铺划了大量的公交专用道； 昆明修建了路中式快速公交专用车道；济南东西主干道上修建了中央式快速公交 专用道：沈阳东西快速高架道路下修建了中央公交专用道；此外，深圳、上海、 南京、广州、成都、重庆、青岛、合肥、西安、杭州等城市都在不同程度上修建 了公交专用道或公交优先车道【6 1 。上述公交优先道路的实施不仅为今后发展快速公 交系统提供了必要的基础设施与交通管理条件，同时也体现了公交专用道所具有 的优势。 1 1 2研究意义 公交专用道是指在较宽的车道上，用交通标线或硬质分离的方法划出一条或 几条车道作为公共汽车的专用道，在特定时间段内供公共汽车行驶，而不允许其 2 他车辆通行【刀。分析对比公交专用道与轨道交通的优缺点，总结公交专用道系统的 优点如下博j ： ( 1 ) 灵活性：由于公交车可以在中途进入和离开公交专用道，许多线路可以拥 有广泛的服务区域，与固定轨道系统相比，乘客换乘系数明显减少，并且公交专 用道的通行能力和服务质量可以顺应乘客需求的变化。 ( 2 ) 经济性：据国外经验估计，沿着现有道路修建一条地面公交专用道的成本 受设施拆迁和其它当地因素的影响，约为2 0 0 0 至7 0 0 0 万人民币。这个价格中包 含了改进公交车道和控制设备的费用，但是不包括公交车辆、首末站和集散系统 的费用。同时，由于同样里程的公交专用车道与轨道系统相比建设工程量要小的 多，所以公交专用道比轨道交通的建设速度要快的多。 ( 3 ) 持续性：公交专用道系统可以分期建设，甚至几百米路段也是有益的，而 轨道交通则要求先有车场和一定的线路长度，才能吸引足够的乘客。公交专用道 可以一点点扩展，也可以一步步加强，比如：在重要交叉口隔离、采用车下票务 ( 济南公交b r t - 1 号线采用车下票务) 等。 ( 4 ) 可借鉴性：公交专用道加强了对公交车的使用。公交车现在是，并且将来 仍然是大多数城市的主要公共交通手段。为了更有效地利用公交车，公交专用道 系统将吸取和发扬现有的公交运营的丰富经验和教训。 通过对比分析可知，优先发展常规公共交通具有很明显的优势，公交专用道 系统自然成为常规公交优先的首先措施。 通常情况下，行驶在公交专用道路段上的公交车与社会车辆相互干扰较少。 合理安排线路和发车频率，可以保证公交车在路段上的行驶速度和服务水平。但 是在城市道路交叉口与公交停靠站位置却十分容易发生交通延误及拥堵情况。公 交停靠站的延误及拥堵问题主要是由于公交车排队进出站以及公交车在停靠站位 置的超车引起的。道路交叉口是公交车与社会车辆相互干扰最为严重的地段，要 提高公交专用道系统的服务水平，就必须处理好公交专用道在交叉口的优先问题， 即从减少交通流冲突和提高通行能力两个方面来处理。实质上是要求对城市道路 交叉口空间和时间资源的利用情况进行科学合理的研究。 公交专用道的平面道路交叉口的通行能力和运行效率主要是由平面交叉口的 几何设置、公交优先进口道的设置、渠化组织策略与信号控制策略共同决定【9 】。因 此，对于设置公交专用道的城市道路交叉口，不同公交优先进口道形式的交通组 织管理和信号控制策略的研究应该着重于以下几个方面： ( 1 ) 保证对平面交叉口空间资源的最佳利用； ( 2 ) 保证对平面交叉口时间资源的最优分配； ( 3 ) 保证公交优先进口道的服务水平最优。 因此，本文在以上三个问题的基础上，针对设置公交专用道的城市道路交叉 口，按照不同的公交专用道形式对公交优先进口道的设置形式与信号控制策略进 行研究。 综上所述，针对城市道路交通拥堵情况，优先发展公共交通系统，缓解城市 交通拥堵的根本出发点是以公交优先发展为主导，优化城市客运交通结构，最终 实现道路交通基础设施发展与交通需求增长的平衡。公交专用道是公交优先发展 的一个重要措施，但是目前各城市设置非物理隔离公交专用道时，在交叉口导向 车道前终止了公交专用车道，而车辆在交叉口延误所占比例要远远大于路段延误。 所以，从技术上实现公交优先通行，不仅要在路段上设置公交专用车道，还要着 重考虑公交车在交叉口的优先问题。设置公交优先进口道是解决该问题的有效措 施。所以，本文深入研究了城市道路信号交叉口公交优先进口道的设置方法及其 交通效益，以保证公交车在信号交叉口的优先通行权，从而提高公交车在城市道 路交通网络中的运行效率和服务水平，真正实现公交优先，解决城市道路交通拥 堵问题。 1 2 国内外研究现状 1 2 1国外研究现状 2 0 世纪6 0 年代，法国最先开始建设公交专用车道，并取得了良好的运营效果， 目前法国已经具备完善的公交专用道系统【3 1 。此后公交专用道系统在欧美城市得到 了广泛应用和发展，同时也得到世界其他国家的认可，公交专用道系统得到了迅 速发展。其中巴西库里蒂巴的公交系统是世界上最成功的系统之一，也因此使库 里蒂巴成为世界上公交系统应用的典型城市。到目前为止，库里蒂巴已经建成综 合公共交通系统线路3 4 0 条，覆盖了该市1 1 0 0 k m 的道路，其中公共汽车专用道为 5 8 k m ，公共汽车日行驶里程为3 8 0 0 0 k m ，公交专用道投入运营后，运行速度提高 了1 0 3 0 ，达到了2 0 3 5 k m h t 3 l 。 1 9 5 9 年1 月，美国c i v i le n g i n e e r i n gr e p o r t 中发表了一篇“国家首都地区的 交通调查 的文章，在这篇文章中提出应该在机动车道的中央分离带上设置公交 专用道【1 0 1 。 1 9 5 9 年美国圣路易斯市交通计划中，提出了一种高架公交专用道的布置形式， 后来美国公交专用道的设计与建设很多采用了高架的形式【l l 】。 1 9 6 6 年美国汽车商协会在研究报告“城市未来交通和停车问题 中指出：在 市中心的闹市区，最好规划出公交专用道，而且线路应该多【1 2 1 。 4 19 8 9 年，j a i m eg i b s o n 等在“b u s s t o p s ，c o n g e s t i o na n dc o n g e s t e db u s - s t o p s ”一 文中，就公交车流量大的发展中国家，研究讨论了公交停靠站处的公交车辆、社 会车辆和行人的延误i i 引。 1 9 9 1 年，s a ny a g a r 等在“r e p r e s e n t i n gt h ee f f e c t so ft r a n s i tm o p sa ts i g n a l i z e d i n t e r s e c t i o n s 一文中，根据信号交叉口的信号控制配时与公交车辆到达时间等因 素，定性分析了不同情况下，在交叉口进出口道停靠站处，由于公交车辆停靠对 信号交叉口造成交通延误的影响【l4 1 。 19 9 8 年，j p l e b a c q u e 等在“i n t r o d u c i n gb u si n t of i r s t - o r d e rm a e r o s c o p i e cf l o w m o d e l s ”一文中，考虑了公交车运行与社会车流运行的区别，例如：公交车具有 固定的运行线路、公交车与社会车辆在速度和加速度方面有较大的差异、公交车 要在公交停靠站停靠以及公交车流不是连续车流等【1 5 】。 2 0 0 3 年，“a n a l y s i so f t r a f f i ca tp r e - s i g n a l i z e di n t e r s e c t i o n s ”一文介绍了一种预 信号交叉1 2 1 的设计方法，从而进一步扩充了交叉口处理的方法【l6 1 。 1 2 2国内研究现状 1 9 9 7 年3 月2 5 日，我国第一条路侧式公交专用道在北京长安街建成【17 1 ，随着 公交优先、快速公交理念的引入，我国一些城市已经对公交专用道系统进行了研 究。如周玉民、阎琪、胡润周等介绍了国内外城市公交专用道的发展、建设、运 营状况和主要经验，提倡在城市道路上修建公交专用道系统【2 】。杨路对公交专用道 设立的可行性进行了研究【i 引。下面根据本文研究内容，从公交优先进口道的设置、 公交优先信号设置、公交优先的效益评价三方面分析国内研究现状。 ( 1 ) 公交优先进口道设置的研究 陆建、黄艳君等分别从不同角度对公交专用道的设置条件进行了研究，同时 还研究了公交专用道的设置标准【1 9 】。史春华、孙庆东等对公交专用道的设置方式、 形式、尺寸及停靠站的设计和交叉口处专用道的处理方法等进行了探讨。王炜等 分析了一些信号交叉口公交专用道设置不合理的情况，分别按直行、左转、右转 对公交专用进口道的设置方法进行了研究，并对公交进口道的设置条件和设置长 度进行了分析【7 】【2 0 1 。薛原等研究了锯齿形公交优先进口道，特别是部分锯齿形公交 优先进口道的设计与分析，包括对公交优先进口道的工作流程分析和进口道尺寸 设训2 1 】。孙庆东、裴玉龙等对交叉1 3 回授线的设置进行了介绍【5 1 。此外，杨晓光、 裴玉龙、张卫华、黄俊等都从不同角度对公交优先进口道的设置条件、设置形式 进行了研刭列。 ( 2 ) 公交优先信号设置的研究 杨晓光等研究了信号交叉口公交优先信号的确定方法，提出了系统最优的线 性规划模型，并利用算例演示了定周期条件下公交优先信号的确定过程【2 引。王炜 在分析公交优先感应信号控制交叉口车辆延误计算方法的基础上，讨论了传统方 法中公交优先感应信号控制以车总延误最小为配时优化目标的不足，提出了以交 。叉口减少的人总延误最小为优化目标，以保障交叉口其余相位能正常通行为约束 条件的公交优先感应信号控制配时优化方法【2 0 】。马万经、吴志周等认为对已有公 交优先控制策略缺乏对关联交叉口间公交优先信号协调的考虑，且仅对“晚点” 车辆提供优先而忽视了“早到 车辆对系统可能造成的不利影响等问题的考虑， 提出以交叉口群为控制对象，以车辆通过交叉口群延误偏差( 正、负) 最小化为 控制目标的公交优先协调控制方法，提出分别面向“晚点 和“早到”车辆的“降 低公交延误”和“增加公交延误 两类优先策略，并深入研究了构成该方法的公 交延误预测，优先申请生成、优先策略及其延误计算、优先时间分配和优先策略 协调优化5 个子模型f 2 4 1 。季彦婕、邓卫等在十字型信号控制交叉口典型相位设计 基础上，对基于公交优先通行的相位设计方法进行了研究和探讨【2 5 1 。何华斌提出 基于公交优先的变相序交通信号多相位模糊智能优化控制方法，兼顾公平与效率， 对小客车与公交车区别对待，在相序的选取上考虑车辆排队长度、公交车辆数， 使乘客量多的相位优先，提出了以平均乘客延误最小为评价指标的变相序模糊控 制方法，获得绿灯增益时削2 6 1 。 ( 3 ) 公交优先交通效益的研究 张卫华、陆化普对已有研究中所确定的主信号与预信号相互协调关系的不足 进行了分析，并对其进行了改进；然后对主信号处车辆到达和离开过程进行了分 析，在此基础上，分别对设置预信号前后公交车辆与社会车辆延误变化的计算方 法进行了研究【2 7 】【2 8 】。郑长江、陈淑燕等探讨了交叉口公交优先通行方案的多指标 微观评价问题。首先以一个备选评价指标集为基础，运用指标筛选方法，构造相 应的交叉口公交优先通行方案评价指标体系，而后采用物元分析方法进行公交优 先通行方案的评价【2 9 1 。赵靖等通过分析各种实测饱和车头时距，提出考虑公共汽 车形成车队行驶影响的交叉口进口道通行能力大车修正，提出有、无公交专用进 口道情况下的社会车辆、公交车辆和车道组的通行能力计算模型，一方面，对公 交专用进口道设置前后交叉口运行水平做出评价，定量分析其对公交车辆运行的 改善效果及对社会车辆的影响；另一方面，进一步完善信号控制交叉口通行能力 计算的理论体系【2 2 】。白玉等通过对公交专用道设置前后交叉口及整条道路的研究， 从通行能力、交叉1 ：3 延误和饱和度等方面进行了分析，并对公交专用道效益进行 了评价【1 1 。 6 1 3 研究的主要内容及技术路线 根据现有国内外关于公交专用道方面的资料和文献，分析该项研究中存在的 不足和有待改进的地方。本文主要从三个方面进行进一步的研究分析，即公交优 先进口道的设置方法、公交优先信号的设置方法和公交优先的交通效益评价。本 文分为五章，第一章为绪论，第二章、第三章、第四章是本文的核心部分，第五 章为结论。主要研究内容具体如下： 第二章：公交优先进口道的设置方法。本章主要探讨部分锯齿形公交优先进 口道的设置方法，包括部分锯齿形公交优先进口道的设置条件( 道路条件、交通 条件) 、预信号停车线非水平形式的设置方法、公交候驶区长度的计算、不同流向 ( 直行、左转、右转) 部分锯齿形公交优先进口道的具体空间设置形式，还特别 分析了直行部分锯齿形公交优先进口道占用左转车道时的设置方法。 第三章：公交优先信号的设置方法。本章主要是探讨信号交叉口设置部分锯 齿形公交优先进口道之后，信号应该如何改进，包括主信号与预信号的协调关系、 公交候驶区占用相同流向车道设置时的工作原理和公交候驶区占用不同流向车道 的工作原理( 本文以直行部分锯齿形公交优先进口道占用左转车道为例) 、主信号 配时、预信号配时，还分析了设置部分锯齿形公交优先进口道之后整个交叉口的 相位配时。 图1 - 1 技术路线 f i g 1 1t e c h n i c a lr o u t e 7 第四章：公交优先的效益评价。本章主要是研究设置部分锯齿形公交优先进 口道之后公交车、社会车辆在交叉口的延误及延误变化与该进口道的总延误及延 误变化。在分析社会车辆延误时修改了受预信号控制社会车辆的离开曲线，在前 人研究的基础上对效益模型进行了改进，同时分析了直行部分锯齿形公交优先进 口道占用左转车道的交通效益，并用两个案例( 直行部分锯齿形公交优先进口道 占用直行车道设置、直行部分锯齿形公交优先进口道占用左转车道设置) 分析设 置部分锯齿形公交优先进口道的交通效益。 第五章：结论。对本文的研究成果和有待进一步完善的地方进行总结。 本文的研究内容的技术路线如图1 1 所示。 2 公交优先进口道的设置 2 1 概述 公交车在交叉口通行效率的高低将直接影响公交系统的整体服务水平。众所 周知，交叉口的通行能力小于路段通行能力，是交通路网的瓶颈。并且公交车在 交叉口与其他交通方式的冲突点也最多。因此仅在路段设置公交专用道，而交叉 口没有相应的措施提高其在交叉口的通行效率，公交车在整个路网上通行效率的 提高将是有限的。 2 1 1公交优先进口道的研究内容 公交优先进口道主要是指公交车在空间上的优先权，即公交车在交叉口进口 道上不仅具有道路使用权，还具有道路使用的优先权。通常情况下交叉口的处理 可分为进道口处理和出道口处理，其中进道口是影响整个交叉口通行能力的主要 因素，因此，讨论公交优先处理方法时也主要讨论其在进口道上的处理方法。 国内外许多专家学者都有对公交车在交叉口进口道上优先方法进行研究，提 出许多处理方法，一种是设置方法比较简单，一般只涉及道路标志标线或者是道 路局部渠化的方法，并且已经在许多城市得到应用，如交叉口拓宽、设置回授线、 公交专用进口道等方法；另一种方法是将第一种方法中的处理措施综合到一起， 但现在主要处于理论阶段，还很少被使用，如锯齿形公交优先进口道( 全部占用 进口车道和部分占用进口车道两种形式) 。 将交叉口拓宽处理方法是城市道路网中最常见的处理方式，该方法不仅是解 决公交车在交叉口进口道优先问题的方法，同时也是解决社会车辆在交叉口延误 的方法，很多与城市道路规划相关的文献、书籍中都有对其论述。设置回授线的 方法主要是针对在路段上设置公交专用车道，而交叉口处公交专用车道被取消的 情况，在路段公交专用车道和交叉口导向车道之间设置回授线，解决变化车道产 生的冲突问题。裴玉龙、孙庆东等在其各自相关的文章中都有对回授线的设置进 行研究。而设置专用进口道是在路段上设置公交专用车道的前提下，将路段公交 专用车道延伸至交叉口停车线，许多专家对该种处理方法进行了研究，如张卫华 等分别研究了信号交叉口设置公交专用进口道的设置条件、公交专用进口道的设 置长度、不同流向公交专用道的设置方法等内容。这些方法在城市道路交叉口的 实际建设和组织优化时都得到了应用，也取得了一定的效果。 9 同样，国内外有许多学者、专家对锯齿形公交优先进口道的设置方法也进行 了研究，如杨晓光、张卫华、王炜、薛原、曾奕林等分别讨论过部分锯齿形公交 优先进口道的设置条件、预信号停车线的设置方法等。但是部分锯齿形公交优先 进口道的设置方法中仍有需要改进的地方，如已有文献对预信号停车线的设置都 是基于水平式设置的，没有考虑到公交车变换车道所需的转弯距离，同时也缺少 对部分锯齿形公交优先进口道设置形式进行系统性研究。因此本章的重点就是研 究非水平形式的预信号停车线、公交候驶区的长度的计算以及系统性的分析部分 锯齿形公交优先进口道的设置形式。 2 1 2公交优先进口道的基本方法 ( 1 ) 交叉口进口道拓宽 交叉口一个最重要的作用就是满足行驶车辆变换行驶方向，我们都知道交叉 口进口道上一般分直行、左转、右转三个流向，在道路条件允许的情况下为三个 流向的车流分别设置不同的导向车道，让其各行其道，减少不同流向车流问的相 互干扰。最好的做法是增加交叉口进口车道数量，使其大于路段上车道的数量。 一般情况下，三个不同流向的车流中直行车流最大，为了保证交叉口的通行能力， 在道路条件允许的条件下，直行车流的导向车道数量尽可能的接近路段上车道的 数量，将其左右分别拓宽一条车道，设置为左转导向车道和右转导向车道。增加 直行导向车道的数量，就可以减少直行车辆的排队长度，同时公交车在交叉口的 排队等待时间也就相应减少，进口道的拓宽示意图如图2 1 所示。 图2 1 进口道拓宽示意图 f i g 2 1s c h e m a t i cd i a g r a mo fw i d e ne n t r a n c el a n e ( 2 ) 设置回授线 路段上设置公交专用车道，在接近交叉口导向车道时取消公交专用车道，即 公交车在交叉口失去道路使用的优先权，需要与社会车辆一同在导向车道排队等 待信号灯。这样设置主要是考虑到两个问题：一个是公交专用车道的使用效率问 1 0 题：即将公交专用车道延伸到交叉口停车线后，会不会出现社会车辆排长队，而 公交专用车道很少有车辆排队的情况；另一个是如何处理不同转向车流问题：即 公交专用车道设置为路侧式时，右转车流如何处理( 右转车流与直行、左转公交 车冲突) ，设置为中央式时，左转车流如何处理( 左转车流与直行公交冲突) 。 为了减少交叉口冲突点，最大限度使用每一条进口车道，国外一些专家提出 在交叉口设置回授线的方法，即公交专用车道在停车线前一段距离终止，这个距 离称作“回授距离”或“回授线”，如图2 2 所示。通常情况下规定仅当回授线内 无公交车时才允许社会车辆驶入，即公交车在回授线上依然具有道路优先使用权。 图2 - 2 n l 授线示意图 f i g 2 2s c h e m a t i cd i a g r a mo ff e e d b a c ki n h i b i t o rl i n e 回授线一般设置在车道数较少，各进口道车流接近饱和且道路条件不允许渠 化的路口。驶入导向车道之前，左转社会车辆需要变换车道，同样直行、右转的 公交车也需要变换车道，社会车辆与公交车之间就会产生冲突点，因此需要在回 授线的末端设置交织区供社会车辆与公交车交织，一般选用“禁停”的黄方格表 示，如图2 2 所示。 以下为确定回授线长度的原则【5 】 回授线的最短长度不能小于公交车和社会车辆的最短交织长度。 当受信号控制时，回授线的长度应能使转弯车辆从直行车道最长的等候车 队的尾车后驶入回授线，因此，其长度应不小于直行车的最大排队长度加上右转 车过渡到回授段的长度，可按下式确定： l s = 厶+ 凇 ( 2 一1 ) 式中： 栉一次红灯受阻直行车的平均排队辆数，可用下式计算： 交叉口每条直行车道的直行车辆数 ，、 、 ”每小时周期数该向红灯周期长的比例 p 叫 s 平均车头间距，单位：m ，标准小汽车的s 约为7m ； 如右转车过渡长度，单位：m ，其长度可按转弯车辆以路段平均行驶 速度v 行驶，每秒横移1 0 m 计算3 7 1 ，即： t v j l d = 一口 3 6 ( 2 - 3 ) 式中： 1 ，路段平均行驶速度，单位：k m h ； d 回授线车道宽度，单位：m 。 当交叉口附近有停靠站时，回授线一般延伸到停靠站。同时为了方便乘客， 回授线应越短越好。 ( 3 ) 公交专用进口道 公交专用道是将路段公交专用车道延伸至停车线。将路段公交专用车道延伸 至停车线后，可以保证社会车