快速公交BRT交叉路口信号优先车辆延误分析

快速公交（BRT）交叉路口信号优先车辆延误分析刘启强1，李杰1，2（1 武汉工业学院交通工程研究所，武汉，430023；2 华中科技大学土木工程学院，武汉，430074）摘要：快速公交（BRT）称为“轨道式的公共交通”的形式在国际许多大城市中得到快速发展。公交延误最主要为路段延误与交叉口延误，作为拥有专用路权的BRT系统，研究其在交叉口的延误则具有十分重要的意义。本文将通过交叉口中最典型的十字交叉路口来对BRT车辆信号优先情况下的交叉口车辆延误进行阐述。关键词：快速公交 交叉路口 信号优先 车辆延误 Analysis of the vehicle delay in the Bus Rapid Transit (BRT) signal priority intersectionLiu Qi qiang ,Li Jie（Institute of Traffic，Wuhan Polytechnic University，Wuhan 430023，China ）Abstract: As the “Think rail, use bus” ,Bus Rapid Transit(BRT) is developed rapidly in many cities in the world .The delay of bus are consist of road delay and intersection delay .Study the delay of intersection delay is very important, because the proprietary way in the BRT system. The paper wills analysis of the vehicle delay in intersection when the priority signals for BRT vehicles are implemented.Key Words: Bus Rapid transit intersection signal priority vehicle delay1.引言 BRT（Bus Rapid Transit）系统是继传统公交模式与轨道交通模式之后的第三种方式。它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, 保持轨道交通特性且具备普通公交灵活性的一种便利、快速的公共交通方式1。由于快速公交（Bus Rapid Transit）系统建设成本较低，需要的投资比轨道低10倍左右；建设期短（BRT3年）；实施的灵活性；载客量往往与轻轨系统相当，造价却比其少很多；有效抑制因私家车增加导致的公交载客量下降；公共交通引导城市发展等优点。自1974 年巴西库里提巴市建成第一条快速公交线以来，BRT迅速风靡全球。 专用BRT车道的设置、交叉口如何给予BRT车辆信号优先及其停靠站和智能收费问题是BRT系统中研究的几个重要领域。由于在城市道路中不可避免的会遇到各种各样信号控制的交叉路口。有数据表明，交叉口延误占公交整个行程时间的10-20%，占整个延误时间的50%2，因此交叉路口BRT车辆的信号优先将是其快速、准点的可靠保障。目前已有交通学者在这方面作了比较深入的研究，提出交叉路口公交预信号及其信号优先的方案。从而确保快速公交系统的稳定运行。本文将通过在交叉路口实行路中型BRT专用路为例，探讨信号优先对交叉口车辆的延误影响并进行分析、比较。2.交叉口BRT车辆信号优先控制 公交信号优先控制策略大体分为3类：被动优先、主动优先和实时优先34。在信号主动优先中主要有：在BRT车辆中间的门上安装一个异频雷达收发机（transponders），结合车辆自动定位（Automatic Vehicle Location）技术预测BRT车辆通过交叉口停车线时刻，估算其抵达前方BRT车站所需时间，公共汽车向交叉口的信号机提出信号优先请求提供信号优先服务5；在车辆上安装传感器后,车辆可以通过移动通信技术可靠地向数据接收存储设备报告其位置、速度和其他信息。这样在采用交通信号控制的地方感应线圈检测器可以省掉，等待排队的车辆可以把它们的位置信息直接传输给信号控制系统6。本文仅以主动优先中的绿灯延长进行分析。 2.1信号控制基本参数 令信号周期时间为，有效绿灯时间为g，红灯时间为r。BRT车辆到达率为（vehs-1），驶离率为（vehs-1），社会车辆到达率为（vehs-1），驶离率为（vehs-1），车辆饱和流率为(pcus - 1lane - 1) (pcu为标准单位小汽车)；BRT车辆折算为小汽车的折算系数为，假设社会车辆平均载客数为（人veh-1），BRT车辆平均载客数为（人veh-1）。 2.2 基本假定 为了简化其计算，对BRT车辆信号优先做以下假设： 假定1 信号控制交叉口BRT车辆信号优先策略为主动优先（有条件优先/部分优先策略）信号控制，即公交车辆抵达交叉口时控制系统分析公交车是否满足设定的约束条件来决定是否给予BRT车辆信号优先。 假定2 交叉口进口道BRT车辆不受公交车停靠站的影响。 假定3 每辆BRT车辆在交叉口具有同等优先通过权，即不考虑车上是否满载。2.3 BRT交叉口信号优先的方式 信号优先交叉口条件是需要有剩余绿灯时间；在考虑交叉口信号优先的同时需要考虑公交车到达下个交叉口的时间，这个交叉口的提前绿灯可能导致下游交叉口的延误增加7。因此应保持各个交叉口之间交通控制信号的协调，交叉口的信号周期一般应是固定的。BRT车辆到达入口检测器时有两种情况：一是到达时为绿灯，设其速度为，检测器离路口距离为，则车辆到达BRT专用道路口所需时间为/。因此当所剩绿灯时间/时车辆直接通过，当所剩绿灯时间/时检测是否可以提前绿灯，设绿灯提前最大时间为，当-/车辆通过，否则车辆停车等待9。信号配时如图1所示。假设每个相位的绿灯时间分别为、，当BRT车辆到达交叉口，需要延长的绿灯时间为，因周期长度不变，就需要压缩其他相位的绿灯时长，设其他相位的绿灯的压缩值分别为、。若根据第2、3、4相位的车流量多少按比例来分配调整时间，即2、3、4相位分别压缩绿灯时间为，。（因信号控制对右转车流的影响较小，文中不考虑右转车辆）。图1 交叉口的信号配时3.交叉口信号优先的车辆延误分析3.1未设信号优先时的车辆延误 当不设置预先信号时BRT车辆与社会车辆具有同样的平均延误8。没有信号优先时一个周期内的总延误；社会车辆的车均延误，BRT车辆车均延误=；一个周期内人的总延误；一个周期内人均延误=。3.2设置BRT信号优先后的车辆延误3.2.1 BRT车辆延误分析 由图可知，只有第一相位为BRT车辆相位。设第一相位初始时刻为0，周期开始时的初始队长。则在绿灯时刻的队长-+ 0 (1)设为队长变为零的临界时刻，则-+=0 (2)出现绿灯延时：当时，则此相位延误为=-+ (3)当时，即表明在一个周期中并不能完全消散交叉口的排队车辆，在时刻仍不能通过交叉口的车辆排队等待下一周期。此时BRT车辆相位延误为：=-+(4) 即BRT车辆的延误： =+=-+-+ (5)3.2.2社会车辆延误分析由以上的BRT车辆延误分析可以知道，在2、3、4相位里的社会车辆延误计算如下：设第二相位初始时刻为=+（相位损失时间），周期开始时的初始队长。设为队长变为零的临界时刻，则-+=0 （6）当+时，则此相位延误为=（-）-(-)2+ (7)当+时，=()-()2+ (8)则第二相位总延误：=+=（-）-(-)2+(+)-(+)2+ (9)同理可以得出3相位的延误时间，即与第二相位的公式有相同的表达式，只用将脚标作相应的修改。同时=，因此可得一个绿灯延长周期里的总延误时间： =+2+则当辆小汽车延误=/ (10)一个周期里的乘客人均延误=（+）/ (11)同理，当信号为绿灯提前的时候亦可用同样的方法得出其延误表达式。4.案例分析 假设计交叉口进口道为四车道，其中一个BRT专用道，两个社会车辆直行道，一个社会车辆右转车道。南北方向为两车道，一个直行车道一个右转车道。令=3人，=180人，=6，=110s，=12，BRT车辆驶离率=100。一二三四相位绿灯时间分别为40s、20s、20s、20s，=10s。则正常信号周期时一个周期内的车均延误与人均延误均为42.5s。假设车辆在交叉口没有二次排队现象，即在延长绿灯时间时间里车辆均能通过交叉口，此处假设延长9s，即二三四相位分别压时3s、3s、3s。 计算如下表所示： 周期（s）车流方向到达率veh/h驶离率veh/h饱和流率veh/h车道数车辆延误（s）车均延误（s）车均延误减少值(%)人均延误减少值(%)110东西直流125612563600235.138.453.63.6东西左转1891891800143.9南北直流2342341800145.1南北左7110东西直流231223123600245.745.45-6.9%-6.9%东西左转2142141800144.6南北直流4204201800151.3南北左转38381800140.2BRT车辆1212100138.438.49.6%9.6%5.结语在可能实施BRT车辆的交叉口（即有剩余绿灯时间）信号交叉口实行BRT车辆信号优先可以得出下面的一些结论：1 同设置BRT车辆信号优先之前相比，BRT车辆的延误将得到较大的减少。2 当与BRT车辆同线路的社会车辆的交通流量比较大的时候而其它方向的交通流量较小时，实行BRT车辆优先同时亦给了社会车辆中较大流量的车辆优先权，BRT车辆延误减小的同时社会车辆延误亦相对减小。3 当各方向的社会车辆流量较大的时候但未接近饱和时社会车辆延误增加。而交叉口人均延误亦是减小的。4 交叉口的流量很大时，达到饱和或者是过饱和的情况下，实行BRT车辆优先会较大增加交叉口社会车辆延误，减小其通行能力。即交叉口的流量达到饱和或者是过饱和的情况下不适宜信号优先。但为了更好的引导城市“公交优先”方向发展，可以考虑执行实时公交信号优先策略，社会车辆的极大拥堵与公交车辆的畅通无阻将极大的引导人们出行首选公共交通，实现城市可持续发展。参考文献1贾倩,贾侃，赵强. 发展巴士快速公共交通系统的建议J.综合运输，2005,(3):21.2Herbert S.L.,Scoott R.,Eric B.TCRP report90:Bus Rapid TransitR.Transportation Research Board.2003.3 段里仁.一个城市交通的国际典范巴西库里蒂巴市整合公共交通系统J.城市车辆.2001, (1):11-14.4刘迁,周楠森.从库里蒂巴的经验思考北京BRT系统建设J.交通运输工程与信息学报.2004.5IBI Group. 98 Line Bus Rapid Transit Evaluation Study EB/OL. /products/media, 9th.20036 Burcu Akinci, Chris Hendrickson , Itir Karaesmen. 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