（交通运输规划与管理专业论文）快速公交信号交叉口优先通行技术研究.pdf

摘要 在我国各地城市积极实施公交优先战略之际，b r t 作为一种经济、高效的大( 中) 运量的公共交通模式已得到了普遍关注和积极探索，但在b r t 信号交叉口优先通行技 术方面的研究却有所欠缺，本文在现有公交优先研究的基础上，针对b r t 信号交叉口 的安全性和通行效率问题，研究了b r t 在空间上和时间上的优先设计方法。 本文首先根据b r t 信号交叉口的特征和优化设计目的，分析了引入b r t 所引起的 安全性和通行效率问题，并提出针对这些问题的b r t 优先技术研究框架，分析了b r t 优先的必要性、设计方法及比选准则。接着研究了b r t 交叉口空间优先设计方法及比 选，并通过设置不同情形提出b r t 空问优先技术组合方法，以某市b r t 规划1 号线的 某交叉口为例，应用了b r t 空间优先技术。针对现有公交被动优先方法存在的问题， 提出了采用h c m 2 0 0 0 延误模型的b r t 被动优先改进方法，并例证了有效性。通过假设 各个流向的车辆到达服从d d 1 的均匀分布，研究了b r t 绿灯提前和绿灯延迟两种主 动优先控制方法的配时调整对b r t 优先相位、非优先相位和整个交叉口的延误变化影 响，并分析了主动优先配时凋整的条件，而后对这两种方法进行基于v i s s i m 仿真，应 用模块v i s v a p 编程，v a p 语言编写相位切换程序。通过对比主动优先和固定配时的仿 真结果表明，b r t 主动优先能有效地减少b r t 延误。 关键词：快速公交，信号交叉口，公交优先，v i s s i m a b s t r a c t a si m p l e m e n t i n gt r a n s i tf i r s tp o l i c ya c t i v e l yi nc h i n e s ec i t i e s ，b u sr a p i dt r a n s i t ( b r t ) a sac o s t l ya n de f f i c i e n t l ym a s s ( o ri n t e r m e d i a t e ) t r a n s i tm o d eh a sb e e np a i dc o m p r e h e n s i v e a t t e n t i o na n db e e ne x p l o r e da c t i v e l y h o w e v e r , t h e r ea r es o m es h o r t c o m i n g sa ts t u d yo nb r t p r i o r i t yt e c h n o l o g i e sa ts i g n a li n t e r s e c t i o n s o ，b a s e do nl i t e r a t u r e sa b o u tt r a n s i tp r i o r i t yi n e x i s t ，t h i sp a p e rs t u d y so nt h em e t h o d so fs p a t i a la n dt e m p o r a lb r t p r i o r i t yt e c h n o l o g i e sa t s i g n a li n t e r s e c t i o n f i r s t l y , a c c o r d i n gt ot h ec h a r a c t e r i s t i c sa n dt h eg o a l so fo p t i m i z i n gd e s i g no fb r ts i g n a l i n t e r s c t i o n ，t h es a f e t ya n de f f i c i e n c yp r o b l e m sa si n t r o d u c e db r ta r ea n a l y s e d a n d c o r r e s p o n d i n gt ot h e s ep r o b l e m s ，t h ec o n t e n t s ，n e e d ，d e s i g nm e t h o d sa n ds e l e c t i n gp r i n c i p l e s o fb r t p r i o r i t yt e c h n o l o g i e sa r eb r o u g h tf o r w a r d t h e n ，t h ed e s i g nm e t h o d sa n ds e l e c t i o no f s p a t i a lb r tp r i o r i t yt e c h n o l o g i e sa r es t u d i e d ，a n dt h em e t h o d so fs p a t i a lt e c h n o l o g i e s i n t e g r a t i o na r ep r o v i d e db ys e t i n gd i f f e r e n tc a s e s t a k i n go n ei n t e r s e c t i o no fb r tc o r r i d o ri n s o m ec i t ya sa ne x a m p l e ，t h es p a t i a lt e c h n o l o g i e sa r ea p p l i e d t os o l v et h ep r o b l e m so ft r a n s i t s i g n a lp a s s i v ep r i o r i t ym e t h o d s ，a ni m p r o v e dm e t h o db a s e do nt h ed e l a ym o d e lo fh c m 2 0 0 0 i sp r o v i d e d ，a n di t sv a l i d i t yi sd e m o n s t r a t e db yd e t a i le x a m p l e a s s u m i n gd d 1u n i f o r m l y d i s t r i b u t e dv e h i c l ei n p u to ne v e r yd i r e c t i o n ，t h ed e l a yi m p a c to fe a r l yg r e e na n de x t e n d e d g r e e nt ob r tp h a s e ，n o n - p r i o r i t yp h a s ea n dw h o l ei n t e r s e c t i o n ，a n ds i g n a lt i m i n ga d j u s t i v e c o n d i t i o n so fb r ta c t i v ep r i o r i t ya r ea n a l y s e d t h e n ，am i c r o s c o p i cs i m u l a t i o nt o o l ，v i s s i m ， i sa p p l i e df o ra n a l y z i n gt h et w os t r a t e g i e s ，u s i n gv i s v a pm o d u l et op r o g r a mc o n t r o ll o g i c a n dv a p l a n g u a g et op r o g r a mp h a s et r a n s i t i o n c o m p a r i n gt h er e s u l t so fb r ta c t i v ep r i o r i t y a n df i x e dt i m i n gs i m u l a t i o n ，i ti se f f e c t i v et or e d u c eb r t d e l a yb ya c t i v ep r i o r i t ys t r a t e g i e s a p p l i c a t i o n k e yw o r d s ：b u sr a p i dt r a n s i t ，s i g n a li n t e r s c t i o n ，t r a n s i tp r i o r i t y , v i s s i m 论文独创性声明 本人声明：本人所呈交的学位论文是在导师的指导下，独立进行研究工 作所取得的成果。除论文中已经注明引用的内容外，对论文的研究做出重 要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本论文中不包含任何 未加明确注明的其他个人或集体已经公开发表的成果。 本声明的法律责任由本人承担。 论文作者签名：链廖储与胗日 论文知识产权权属声明 本人在导师指导下所完成的论文及相关的职务作品，知识产权归属学 校。学校享有以任何方式发表、复制、公开阅览、借阅以及申请专利等权 利。本人离校后发表或使用学位论文或与该论文直接相关的学术论文或成 果时，署名单位仍然为长安大学。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名： 导师签名： 障之亲 1 ) 批苇 n1 l 硼辟岁月弓。日 二鼬乏年5 具j 1e l k 安大学硕士学位论文 1 1 研究背景 第一章绪论 随着国民经济的飞速发展和城市化进程的加快，城市规模日益扩展，人口得到空前 的聚集和增长，同时小汽车普遍进入家庭，使汽车保有量急剧上升。随之而来，交通出 行更为频繁、复杂，不断打破城市交通需求和道路供给的原有平衡，交通拥堵迅速蔓延， 土地资源的有限性决定了一味增加道路供给的被动式发展显然无法持续，于是提高道路 利用率和控制小汽车增长就自然而然地成为了解决该供需矛盾的必然手段，而发达国家 的经验表明，优先发展公共交通是城市交通可持续发展的一条行之有效的途径，健康高 效的公交行业对提高城市出行水平是最重要的【1 1 。 我国政府已确定公共交通在城市交通中的优先地位，各地在推动公共交通行业改革 方面开展了积极探索，正在努力把优先发展城市公共交通由一种战略思想变成实际行 动，由一种精神理念变成客观现实。当前，如何可持续地优先发展公共交通系统已然成 为关键问题。 公共交通作为城市交通出行的主导模式，仅仅依靠运量有限、速度慢的常规公交难 于胜任形成大规模的客流网络通道，还需要大力发展大、中运量的快速公共交通作为城 市交通的主骨架，从而构成多模式、多层次、可满足多元出行需求的公共交通系统，全 面吸引交通出行者和解决乘车难问题。 快速公交( b u sr a p i dt r a n s i t ，b r t ) 是利用改良型的公交车辆，运营在公共交通专 用道路空间上，保持轨道交通运营特性且具备普通公交灵活性的一种快捷的公共交通方 式。与轨道交通相比，b r t 具有建设周期短、见效快、灵活性高、经济性好等优势，已 得到国际交通界的密切关注。目i j ，在我国的北京、杭州、常州等多个城市已建成b r t 系统，明显提高了地面公共交通的服务质量。b r t 是个由专用道、车站、车辆、线路组 织、智能交通等要素集成的系统，只有当各个组成要素合理组合调配，才能发挥类似轨 道交通的特性。当高度集成的b r t 系统难于实施时，其很多组成要素也能很好地运用 到常规公交系统以提高速度、可靠性和吸引力【2 】。因此，b r t 理念的实施不单单要引入 b r t 系统，还应以发展b r t 为契机，提高常规公交服务水平。 实施b r t 需要以占用一定的道路资源和可能对地面交通产生负面影响等为代 价。在北美，由于公交优先需与交通流高度兼容，公交优先从运作上和政策上实施起 第一章绪论 来甚至比轨道交通还要困难，迫于政治压力，很多公交优先措施被淡化或取消了【3 1 。 因此，在实施b r t 优先的同时，必须使b r t 与其他地面交通模式兼容。根据“木桶 原理”，某一事物性能的好坏不是取决于最优的条件，而是取决于最差的条件。交通 流的瓶颈在交叉口，而b r t 系统在路段上有专用路权和车站水平登降和车下售检票 的条件下，最大的瓶颈也是交叉口，因此，交叉口是b r t 车辆在专用道上运行时可 能受到外界干扰最大的区域，也是其他车辆受b r t 车辆运行影响最大的区域。交叉 口设计的合理与否，直接影响着整个道路系统的安全性和通行效率，所以b r t 专用 道的平面交叉口必须进行适当处理，使由于建设b r t 而对道路交通系统造成的不利 影响降低到最低程度。 因此，如何使b r t 在交叉口处能快速通过，且对交叉口整体交通影响最小，是本 文研究的重点。 1 2 国内外研究概况 1 2 1 国外研究概况 i t sa m e r i c a 的研究成果a no v e r v i e wo ft r a n s i ts i g n a lp r i o r i t y ) ) ( 2 0 0 2 ) 简要介 绍了公交信号优先实施和运营的基础问题【4 1 ，在( ( t r a n s i ts i g n a lp r i o r i t y ( t s p ) ：a p l a n n i n ga n di m p l e m e n t a t i o nh a n d b o o k ( 2 0 0 5 ) 中又增加了公交信号优先规划和在美 国的实施情况和技术支持等方面的内容【5 1 。( ( t c r pr e p o r t1 0 0 ：t r a n s i tc a p a c i t ya n d q u a l i t yo fs e r v i c em a n u a l ，2 n de d i t i o n ) ) ( 2 0 0 3 ) 对交叉口公交信号优先进行阐述，并 对公交信号优先策略提出了应用要点【6 1 。此外，l e v il i 用物理排队模型( p h y s i c a l q u e u em o d e l ) 分析了交叉口公交车和排队之间的内在关系，而且评价了各种公交优 先策略【7 】；r o ns t e w a r t 和m i k ec o r b y 描述了典型公交信号优先系统的运作，并总结 了加拿大的y o r k ，m i s s i s s a u g a 城市的公交信号优先的经验教训【8 】；j i ez h a n g 用解析法 评价了公交信号优先中绿灯提前和绿灯延长两种主动优先方式【9 1 ；s u h y e o nk i m 等提 出通过对限定公交车辆进行信号优先的策略选择，使提高公交服务质量的同时对其它 车辆产生的延误很小【1 0 1 。 针对b r t ，( ( t c r pr e p o r t9 0 ：b u sr a p i dt r a n s i tv o l u m e2 ：i m p l e m e n t a t i o ng u i d e l i n e s ) ) ( 2 0 0 3 ) 对各种优先策略进行了较为详细的阐述【l l 】。( ( t c r pr e p o r t1 1 8 ：b u sr a p i d t r a n s i t p r a c t i t i o n e r sg u i d e ) ) ( 2 0 0 7 ) 在t c r p 报告9 0 和报告1 0 0 的皋础上，提出公交信号优先 2 长安大学硕卜学位论文 更为具体的应用条件，并给出了实施效果评价12 1 。( ( t c r pr e p o r t1 1 7 ：d e s i g n ，o p e r a t i o n ， a n d s a f e t yo f a t g r a d ec r o s s i n g so fe x c l u s i v eb u s w a y s ) ) ( 2 0 0 7 ) 则对公交专用道交叉口的 设计、运营和安全等进行研究，并且在附件( ( t c r pw e b o n l yd o c u m e n t3 6 ：a p p e n d i x e st o t c r pr e p o r t1 1 7 ) ) 中对北美典型的b r t 系统的专用道进行描述和评价，总结了经验教 训【l3 1 。i t d p 的报告( ( b u sr a p i dt r a n s i tp l a n n i n gg u i d e ) ) ( 2 0 0 6 版、2 0 0 7 版) 中研究了 b r t 交叉口流向禁限和组织、信号相位设计、处理与停靠站的位置关系等，并指出b r t 交叉口优先策略为被动优先或主动优先，且对实施b r t 信号优先的条件和带来的可能 后果给出了简要的介绍【l 4 1 。 1 2 2 国内研究概况 国内对公交优先通行技术的研究起步较晚，对于公交信号优先技术的研究也是近几 年才有所进展。张卫华等，对交叉口公交优先通行措施的设置方法和适用条件进行了研 究，并对实施效果进行了定量化的分析，还提出了基于公交优先通行的信号相位设计与 配时方法【1 5 ，16 1 。季彦婕，提出按各流向的客流量差异来调整信号相位或插入叠加相位， 并以一个周期内人总延误最小为目标函数，研究了公交专用进口道公交优先配时设计； 以延长绿灯时间交叉口的延误变化引起的正效益为约束条件，研究了设置公共汽车检测 器的进口道公交优先配时设计；以及锯齿形进e l 道等公交优先配时设计【1 7 】。周乐，沿用 了季彦婕的信号相位和公交专用进口道的配时设计方法，并运用v i s s i m 软件平台进行 仿真。冯岩等，在张卫华和季彦婕研究的基础上，以交叉口人均延误最小为目标，基 于单一相位定周期公交优先感应信号配时方法，建立了多相位定周期公交优先感应信号 配时算法和建立了定时式单点公交优先交叉口信号配时模型【1 9 】。王波，提出了以乘客流 量大小来进行交叉口信号配时设计【2 们。阴炳成，在满足车辆固有的行驶时刻表，且兼顾 其它车辆运行情况的前提下，运用绿灯时问延长和相位提前激活两种方法，给予晚点公 交车优先的通行信号，并把进口道的车辆总延误和总停车次数、公交专用道的公交车延 误和总停车次数、公交车时刻表偏移值加权建立控制数学规划模型【2 。林赐云，对公交 信号优先系统的设计及实施技术展开了研究【2 2 1 。马万经，研究了信号控制交叉口1 个进 口道的车道功能划分与绿信比分配的相互制约和转化关系，在此基础上提出了考虑时空 资源组合优化的被动优先模型2 3 】。 在b r t 的交叉口优先技术的研究方面，张卫华等，对保障b r t 实施效果的平面交 叉口处理技术进行探讨【2 4 1 。戴英姿，沿用了张卫华等的算法，并研究了在周期固定时 3 第一章绪论 b r t 车辆优先行驶的信号配时；且以交叉口人的节约时间大于零为约束，研究了设置入 口检测器的b r t 专用道公交优先信号配时调整【2 5 1 。陈光勤，以车头时距为约束条件， 利用车辆自动定位技术( a u t o m a t i cv e h i c l el o c a t i o n ，a v l ) 预测b r t 车辆通过交叉口停 车线时刻，估算其抵达前方b r t 车站所需时间，并据此判断是否应提供信号优先服务【2 6 】。 陈光勤，提出了以等待延误大小为约束条件，利用检测系统检测b r t 车辆抵达交叉口 遇红灯开始排队待行的时刻，依据所有待行b r t 车辆的最大等待延误判断是否提供信 号优先服务【2 7 1 。 1 2 3 国内外研究情况评述 国外对公交优先策略及其评估有比较丰富的研究成果，但主要都是针对公交车与社 会车混行的情形。针对b r t 交叉口优先技术的研究，主要有t c r p 和i t d p 的研究报告， 其特点是以定性分析、典型案例描述和粗略评估为主，缺乏对公交信号优先方法与b r t 交叉口特征进行结合分析。 国内对公交优先技术主要是针对有公交专用进口道的信号交叉口进行信号相位和 配时设计，并且是以被动优先策略为主，而对主动优先等策略更多的是提出构想，缺乏 深入研究。针对由于b r t 交叉口优先技术的研究与公交优先技术的研究相似，沿用其 算法，且仍然以被动优先策略为主，但也研究了主动条件优先，而对由于b r t 交叉口 特征和存在安全性和通行效率等问题方面考虑较少，对各种优先措施的可行性研究也甚 为不足。 因此，本文将针对b r t 交叉口特征和存在的安全性和通行效率等问题，如何兼顾 其他交通流，以交叉口整体优化为前提，从空间优先与时间优先两个方面，研究b r t 交叉口的优先通行技术。 1 3 研究目的和内容 1 3 1 研究目的 本文在借鉴国内外现有信号交叉口公交优先通行技术研究的基础上，研究b r t 如 何在信号交叉口优先通行。研究目的是通过时间优先和空间优先两个方面设计，确保 b r t 车辆在信号交叉口优先通行的同时，对其他车辆运行不造成过分影响，使得交叉口 人均延误最小。 4 长安人学硕士学位论文 1 3 2 研究内容和技术路线 第一章：绪论，介绍研究背景、国内外研究概况，以及研究目的和内容； 第二章：b r t 信号交叉口存在问题和优先技术研究框架，首先分析了b r t 信号交 叉口的特征及优化设计目的，接着分析了由于b r t 信号交叉口的特征带来的安全性和 通行效率等问题；而后，讨论了b r t 信号交叉口实行优先的必要性，针对提高安全性 和通行效率提出了b r t 时间和空间两个方面的优先技术方法，并分析了它们的作用和 影响；最后，提出了b r t 优先技术方法比选的必要性和准则。 第三章：研究了b r t 信号交叉口空间优先技术的交通组织优化和交通渠化优化设 计两个方面，其中交通组织优化包括转向交通禁限、b r t 线路组织优化；交通渠化优 化设计包括进口车道功能划分、b r t 进口车道设置、交通流线规制、行人过街处理； 对各种优先方法根据比选准则和具体的实施条件进行了比选分析；接着，研究了在不 同情形下b r t 信号交叉口空间优先技术的组合方法；最后以某市b r t 规划1 号线的 某信号交叉口为实例，进行了b r t 信号交叉口空间优先技术应用研究。 第四章：研究了b r t 信号交叉口被动优先技术方法，首先分析了b r t 被动优先的 适用性；接着针对现有公交被动优先技术方法存在的问题提出改进方法，最后用实例论 证了改进方法的有效性。 第五章：研究了b r t 信号交叉口主动优先技术方法，首先分析了b r t 主动优先的 适用性；接着，针对主动优先最常用的绿灯延长和绿灯提前两种策略，进行交叉口延误 变化和信号配时调整分析，并提出了不对其他交通产生过分影响的b r t 主动优先配时 调整条件；最后，应用v i s s i m 软件进行模拟仿真研究，应用模块v i s v a p 编写控制逻 辑程序和v a p 语言编写相位切换程序，分析绿灯延长和绿灯提前两种策略对b r t 信号 交叉口的影响。 第六章：结论，总结本文研究的主要研究成果，并提出有待进一步研究的问题。 根据研究内容，本文的研究技术路线可用图1 1 表示。 第一章绪论 b r t 信号交叉口的特征及优化设汁口的 b r t 信号交叉口存在安全性和通行效率问题 b r t 信号交叉口优先通行技术研究框架 b r t 空间优先技术方法 b r t 时间优先技术方法 交通组织优化li 交通渠化优化设计i 被动优先主动优先 转 向 交 通 禁 限 b r t 线 路 组 织 优 化 进 口 车 道 功 能 划 分 b r t 进 口 争 道 设 置 交 通 流 线 规 制 行 人 过 街 处 理 b r t 空间优先技术组合 b r t 空间优先设计实例 现有b r t 被动 优先方法存在 问题分析 b r t 主动优先 配时调整分析 ，黑熙。il 器翥蕊囊 被动优先方法il ”祥棼薪。不 实例论证 基于v i s s i m 的 b r t 主动优先 仿真 图1 1 本文研究的技术路线 6 长安火学硕 ：学位论文 第二章b r t 交叉口存在问题及优先技术研究框架 2 1b r t 信号交叉口存在问题分析 2 1 1b r t 交叉口特征及优化设计目的 与其他交叉口一样，b r t 交叉口也是车辆通行的主要瓶颈。但由于b r t 系统的特 殊性，其走廊的交叉口亦有显著特征，主要包括： ( 1 ) b r t 的引入使交叉口交通流向的冲突点大量增加； ( 2 ) 与其他车辆相比，b r t 车辆体型庞大，通过交叉口的时间比其他车辆要长； ( 3 ) 与普通公交相比，b r t 线路较少，车流量和流率也较小。 通常，b r t 交叉口优化设计的目的是： ( 1 ) 提高车辆和行人的通行安全性； ( 2 ) 最小化交叉口整体的人均延误； ( 3 ) 减少b r t 车辆延误。 本文认为，交叉口是b r t 运营和社会车辆通行的共同瓶颈，在赋予b r t 优先通行 权的同时，必须兼顾社会车辆的通行效率，不能对社会车辆的通行造成过分的影响，致 使交通量难于在给定的通行时间内处理完。b r t 交叉口优先必须要与交叉口优化处理结 合起来，在交叉口优化的过程中实现b r t 通行优先，在交叉口整体优化的基础上给予 b r t 通行的优先权。 2 1 2b r t 交叉口安全性分析 一般而言，交叉口的交通环境信息要比路段上复杂许多，特别在引入b r t 之后， 其信息量会更加丰富，当交通出行者临近交叉口时，就要付出更多的注意力、判断力以 避免发生交通事故。交叉口安全包括车辆通行安全和行人过街安全，根据b r t 交叉口 的特征，b r t 引入会产生车辆通行的冲突点增加、同向其他车辆冒险通过、其他车辆非 法驶入b r t 专用道等安全问题。行人和非机动车是交通出行中的弱者，在b r t 交叉口 设计中应确保行人过街安全和非机动车通行安全，由于非机动车可以采用与行人同时放 行的通行方法【4 1 1 ，本文研究中不考虑非机动车问题。 ( 1 ) 冲突点增加 交叉口是各流向交通汇集的场所，相互之问的冲突引起通行权的竞争，使交叉口通 7 第一二章b r t 交叉 j 存相：问题及优先技术研究框架 行能力较路段减少很多，而且存在交通事故隐患。 交叉口冲突点数量与交通流线多少成f 相关，图2 1 为各个流向只有一条流线的传 统十字交叉口的冲突点分布，其中交叉冲突点1 6 个，分流冲突点8 个、合流冲突点8 个。 当其中一条道路的中央车道引入b r t 之后，如图2 2 所示，交叉冲突点增至2 8 个。 增加的1 2 个冲突点为b r t 与同路口的左转4 个、与相交道路的直行4 个、与相交道路 的左转4 个。 当其中一条道路的边侧车道引入b r t 之后，如图2 3 所示，交叉冲突点增至2 8 个。 增加的1 2 个冲突点为b r t 与同路口的左转2 个、与同路口的右转2 个、与相交道路的 直行4 个、与相交道路的左转2 个、与相交道路的右转2 个。 当交叉口引入转弯b r t 之后，以中央转弯b r t 为例，如图2 4 所示，交叉冲突点 增至2 4 个。增加的8 个冲突点为b r t 与同路口的直行2 个、与相交路口的直行2 个、 与相交路口的左转4 个。由于在边侧b r t 转弯中b r t 车辆运行的轨迹很长，对交叉口 影响较大，一般不提倡。 图2 1 传统十字交叉口冲突点分布 图2 2中央直行b r t 的冲突点分布 长安大学硕十学位论文 图2 3 边侧直行b r t 的冲突点分布图2 4 中央转弯b r t 的冲突点分布 从以上各种b r t 通过方式的分析可知，b r t 的引入使得交叉口的交叉冲突点大量 d 增加，而且产生冲突点的交通流向各异，这使得分离冲突点的难度很大，往往需要通过 禁限转向交通流向而达到简化交叉口、分离冲突点的目的。若在信号相位设计之前，不 对转向交通流向进行禁限，则b r t 交叉口至少需要3 个相位，即东西相位、南北相位 和b r t 专用相位。此时的东西相位和南北相位都为左转许可相位，对交通安全不利， 且b r t 的通行容易受到速度较慢的左转交通的影响和阻碍，也难于采取信号优先策略虬 ( 2 ) b r t 的同向车辆冒险通过交叉口 由于b r t 车辆通常比普通机动车辆长2 3 倍，b r t 车辆通过交叉口所需的清场时 间比其他车辆要长。由于b r t 车辆的性能比常规公交车辆的高，与社会车辆相近，为 简便分析，设b r t 的车速与社会车辆的车速相等，并认为车辆完全通过冲突点之后为 安全。如果b r t 没有专用信号，而是与同向车辆采用相同的信号控制，黄灯开始时刻 b r t 车辆和同向车辆刚好越过停车线，则交叉口车辆清场有两种情形( 见图2 5 ) ： 情形1 ：若采用社会车辆的清场时间，则在全红灯结束时刻，社会车辆刚好完全通 过冲突点，而b r t 车辆较长无法完全通过，存在与相交道路车辆冲突或碰撞的危险。 此时，b r t 车辆只能加速通过交叉口或提前减速停车才能避险。但是让b r t 车辆在交 叉口处加速通过并不现实，且可能诱发更为严重的交通事故。 9 第二章b r t 交叉u 存在问题及优先技术研究框架 情形1 ：以社会车辆为准情形2 ：以b r t 车辆为准 图2 5b r t 和同向车辆通过交叉口的两种情形及安全性分析 情形2 ：若采用与b r t 专用信号控制相同的清场时间，由于社会车辆通过时间较短， 可能使后续的同向车辆在黄灯开始之后进入交叉口内，冒险通过交叉口。 交叉口的清场时间可由公式( 2 1 ) 求得【3 2 】： ，：y e + 彳r ：f + j 二+ 三生 ( 2 1 ) 2 a 1 ， 式中，y e 为黄灯时间，s ，陋：t + ； a r 为全红灯时间，s ，a r ：盟；f 式中， 为黄灯时间，s ，陋= + 1 亡； 为全红灯时间，s ，= 卫；f z 口1 ， 为驾驶员反应时间，s ，一般平均值可取o 7 s ；v 为黄灯开始时的车速，r n s ；a 为开始 刹车至停车为止的平均减速度，m s 2 ，一般小于3 m s 2 ；，为停车线至冲突点的距离，m ； 厶为车辆长度，m 。 根据公式( 2 1 ) ，若设b r t 的加速性能和速度与社会车辆相同，b r t 车辆长度为 1 8 m ，社会车辆长度为6 m ，加速度为3 m s 2 ，反应时间取0 7 s ，则在不同停车线至冲突 点距离和黄灯开始时车速的情况下，情形1 和情形2 对应清场时间计算值见表2 1 。从 表中可以看出，情形2 比情形1 的清场时问基本上多l s 左右，在实际交叉口运行中， 并不会产生很明显的影响。所以从安全性角度讲，清场时间的确定应该按情形2 进行计 算，并给出建议值见表2 1 。 1 0 长安大学硕十学位论文 表2 1 清场时间计算值和建议值( s ) 停车线至冲突点距离( m ) 1 02 03 0 情形情形建议情形情形 建议情形 情形 建议 黄灯开始时车速( k m h ) 12 值 12 值 12 值 3 0 4 05 465 26 676 47 88 4 04 05 154 96 o65 8 6 97 5 0 4 25 054 95 865 66 57 ( 3 ) 社会车辆非法驶入b r t 专用道 由于冲突交通流向的存在，b r t 专用道在交叉口处必须断开，这就可能导致社会车 辆非法或误驶入b r t 专用道，特别是当b r t 专用道与社会车道采用物理隔离时，社会 车辆只能等到下个路口才能驶出，会干扰b r t 车辆运行而产生严重的安全问题。 当b r t 专用道设于中央时( 见图2 6 ) ，可能出现相交道路的左转车辆由于视距不 足或驾驶员疏忽而误驶入b r t 专用道出口车道；同路i s 直行车辆由于驾驶员的驾驶习 惯而误驶入b r t 专用出口车道，特别是当b r t 发车频次较低、b r t 专用道使用率不高、 进出口车道存在横向偏差时，这种情况更有可能出现。 当b r t 专用道设于边侧时( 见图2 7 ) ，由于存在与中央专用道的类似原因，可能 出现相交道路右转车辆和同路口直行车辆误驶入b r t 专用出口道。 图2 6 社会车辆非法驶入中央b r t 专用道 图2 7 社会车辆非法驶入边侧b r t 专用道 ( 4 ) 行人过街安全 行人过街安全问题是所有平面过街交叉口必须考虑的问题，b r t 交叉口也不例外。 但是由于b r t 的引入，行人过街还可能存在以下两个新的问题： 由于b r t 专用道的设置占用了路口横宽，为了不过分降低社会车道的通行能力， 第一二章b r t 交叉口存往问题及优先技术研究框架 可能需要通过拓宽路口获得新车道，这就增加了行人过街的人行横道长度，也就增加了 行人和机动车辆相互冲突的机会。 当交叉口考虑b r t 信号优先时，由于通行权分配的差异，b r t 优先最优的信号 配时调整可能会使行人过街的最小绿灯要求不能满足。 2 1 3b r t 交叉口通行效率分析 由于交叉口通行效率与消耗的时间直接相关，所以通常以延误为主要指标来衡量。 影响交叉口延误的主要因素包括：安全性、损失时间和有效通行时间利用率。因为交叉 口发生交通事故可造成难于估量的通行时间损失，所以只有在提高交叉口安全性，避免 事故发生的前提下，才能通过减少损失时间和提高有效通行时间利用率来减少交叉口的 延误，最终达到提高交叉口通行效率的目的。 当信号交叉口引入b r t 时，若不对交叉口进行合理处理，除了会引起如2 1 2 节中 提及的安全问题之外，还会对交叉口通行效率产生负面影响，主要表现为： ( 1 ) 损失时间增加 根据2 1 2 节b r t 交叉口的冲突点分析，由于引入b r t 使交叉口的冲突点数大量增 加，基于安全性的考虑，必须设置多个信号相位以消灭和减少冲突点。随着相位数的增 加，所需的绿灯间隔个数和时间也都会增加，而绿灯间隔时间是交叉口总损失时问主要 组成部分，所以交叉口的损失时间也会增加，从而减少了车辆有效通行时间，使交叉口 通行效率降低。 ( 2 ) 有效通行时间利用率降低 由于引入b r t 之后，b r t 须占有部分的通行时间，使得社会车辆的有效通行时间 减少，延误增加。由于b r t 车辆到达率远小于社会车辆的到达率，单位时间内b r t 专 用相位通过的车辆远比其他相位少，致使交叉口的车辆有效通行时间利用率降低，交叉 口通行效率降低。但若以人来计算有效通行时间利用率，则不一定降低。 2 2b r t 交叉口优先技术研究框架 2 2 1b r t 交叉口优先必要性 由于b r t 引入使交叉口产生如上文所述的安全性和通行效率的诸多问题，所以必 须对b r t 交叉口协调优化处理，以达到提高交叉口安全性和通行效率的目的。又由于 公共交通对城市的交通运行具有基础性的重要作用，且载客量远大于社会车辆。若社会 1 2 长安火学硕士学位论文 车辆的平均载客量为3 人辆，b r t 车辆的平均载客量可达1 6 0 人辆左右，则是社会车 辆的5 0 多倍。随着交通决策观念从“车本观”向“人本观”转变，充分体现出行公平原则， 信号交叉口的优化设计和改善也均以人均延误最小化为主要目标，这就有必要赋予公交 车辆优先通行权，减少信号交叉口的人均延误。 有数据表明，交叉口延误占公交整个行程时间的1 0 - - - 2 0 ，占整个延误时问的 5 0 t 1 1 】。所以，如果不在信号交叉口实行公交优先，即使设有公交专用道，公交车运营 节省的时间也十分有限( 统计数字表明仅节省5 1 0 左右【2 8 1 ) 。 城市公共汽车的行程时间主要包括路段行驶时间、站点停靠服务时间、信号交叉口 延误时间。b r t 系统作为一种公共汽车的质量“升级”形式，具有专用路权、高档车辆、 水平登降、车下售验票、线路整合以减少公交线路和车流量等特点，已从路权上和技术 上全面地改善公交服务，且这些特点也较容易获得，这使得路段行驶时间、站点服务时 间都大大地减少，同时也让信号交叉口延误的问题更为突出。 减少公交车信号交叉口延误最有效的措施是采用公交优先的控制策略2 9 1 。很多城市 实施公交信号优先却没有实施b r t ，然而只有少数的城市实施没有信号优先的b r t 系 统【5 1 。公交信号优先是b r t 系统赢得快速、可靠的重要保障，这样方可更大程度地发挥 b r t 的优势。 2 2 2b r t 交叉口优先设计方法 根据交通流通行的时空分布特性，信号交叉口优化设计包括空间优化和时间优化两 个方面，于是公交优先也就表现为空间上优先和时间上优先两个方面。通过b r t 交叉 口时空优化，实质上是在确保安全的基础上挖掘信号交叉口的富余通行能力；而b r t 优先实质上就是在交叉口的富余通行能力的分配上，赋予b r t 相位更多。 b r t 交叉口优先技术从空间上表现为在交叉口的交通组织优化和交通渠化优化设 计过程中体现b r t 优先。空间优化可以直接或间接地体现b r t 优先，其中通过交通组 织优化，尽力消灭与b r t 流向相关的冲突点，直接体现b r t 优先；通过交通渠化设计， 分离和规制冲突点使有利于信号配时调整，间接体现b r t 优先。b r t 交叉口优先技术 从时间上表现为信号优先设计，为b r t 车辆创造更多通行机会，减少b r t 延误。 通过以上分析，b r t 优先技术对交叉口提高安全性和通行效率的主要作用可用表 2 2 来描述。 第二章b r t 交叉u 存在问题及优先技术研究框架 表2 2b r t 优先技术对交叉口提高安全性和通行效率的主要作用 优先方面b r t 优先技术安全性通行效率 交通组织优化减少冲突点数，转移冲突点减少相位数，减少损失时间 空间优先空间上分离和规制冲突点；提高 平衡各流向流量比，提高有效时间 交通渠化设计 行人过街安全性利用率：减小行人最小绿灯需求 时间优先信号优先设计时间上分离冲突点减少b r t 延误，人均延误最小化 ( 1 ) b r t 空间优先设计方法 1 ) b r t 空间优先设计方法研究框架 b r t 空间优先设计包括交通组织优化和交通渠化优化设计两个方面。 交通组织优化是在有限的道路空间上，科学合理地分时、分路、分车种、分流向使 用道路，使道路交通始终处于有序、高效运行状态【3 0 1 。b r t 交叉口的交通组织优化主要 包括社会转向交通禁限和b r t 流向组织优化。社会转向交通禁限，是指对社会车流中 左转弯和右转弯的禁限，是区域流向组织中的重要组成部分。b r t 流向组织优化，是指 对交叉口多条b r t 线路的组织和b r t 转弯的优化设计。从交通工程和管理角度分析， 交通组织设计应遵循的原则包括：明确交通流的主从关系、优先与非优先关系；分 离不同流向或不同种类的交通流，避免发生交通冲突；转移交通压力，均分交通负荷， 使交通流高效利用和分享道路空间资源。 通过对b r t 交叉口交通组织优化，确定了路口放行方法以后，需要进行交叉口渠 化，来确定b r t 进口车道设置、不同流向车道功能划分、交通流线规制和行人过街处 理。交通渠化就是，在道路上用交通标志、标线或各种岛状构造物，或利用路面刷漆成 不同颜色、护栏、分隔带、隔离墩及其他设施和方法，对行人和各种不同车型、不同方 向、不同速度及不同运动状态的交通流进行引导、隔离和规制，使交通流实体像渠内水 流一样顺着一定的方向和线路，互不干扰地安全而有秩序地运行，以达到分离和规制交 通流的目的【3 l 】。交通渠化设计应遵循的原则包括：使交叉口简单易懂；流向交叉直 角化；交叉口面积合理化；渠化方案与交通控制方法相匹配。 2 ) b r t 空间优先设计方法的影响分析 根据表2 2 和上文分析，b r t 空间优先设计方法对交叉口安全性的影响包括：通过 社会转向交通禁限和或b r t 线路组织优化减少冲突点数和转移冲突点；通过b r t 进口 车道设置和交通流线规制从空问上分离和规制冲突点；通过对行人平面过街通道处理以 1 4 长安人学硕j 二学位论文 提高行人过街安全性。 b r t 空间优先设计方法是通过改善交叉口信号配时设计参数而影响通行效率的，具 体来说包括：通过社会转向交通禁限和或b r t 线路组织优化减少信号相位数，减少交 叉口总延误时问；通过进口道车道功能划分配合信号相位设计，平衡各流向的流量比， 使同相位的车流通过交叉口的时问相近，提高有效时间利用率；通过设置行人过街安全 岛而分段处理较长的人行横道，减小行人最小绿灯需求。 ( 2 ) b r t 时间优先设计方法 1 ) b r t 时间优先设计方法研究框架 公交信号优先( t r a n s i ts i g n a lp r i o r i t y ，t s p ) 是一种便于公交车辆通过信号交叉口 的运营策略，通过减少公交车辆信号路口延误，能降低公交延误和行程时间，提高公交 运服务可靠性，最终提高公交的整体服务质量。公交信号优先具有使以人为单位的延误 最小化且对其他道路使用者影响最小的潜力【5 】。 在具体的信号优先控制上，有两个概念必须进行区分，即信号优先与强制优先。 强制优先( p r e e m p t i o n ) ：将正常的交通信号强制转换成为火车、应急车辆、大运量 客运车辆及执行其他特殊任务的特种车辆通行服务的特殊信号控制模式。在这种控制模 式下，当车辆到达时，将立即切断正常的信号控制模式，强制进行特定的信号控制状态。 信号优先( p r i o r i t y ) ：在信号控制交叉口，一种类型的车辆( 公交车辆、应急车辆、 商业车队) 优先于其他类型的车辆，在不改变信号或严重影响信号协调关系的前提下。 通过改变当前的信号相位时间、相位相序、插入专用相位等方法为优先车辆提供信号优 先【5 1 。 据公交信号优先的实施理念，以及强制优先和信号优先的区别，可认为公交信号优 先是混行交通与公交通行权之间竞争的折中策略，是比强制优先更为温和的方法【3 5 3 6 1 。 2 0 世纪9 0 年代以来开发的公交信号优