快速公交时空优先策略及其建模的研究

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1、中文摘要随着城市地区交通拥挤的加剧，快速公交(BusRapidTransit，BRT)在许多城市得到了长足发展。到2009年底，我国已有11个城市正式运营了快速公交系统，更多城市正在积极规划、设计和建设。快速公交系统通过设置专用道和信号优先控制分别实现路段“空间优先”通行和交叉口“时间优先”通行，同时也不可避免地给竞争方向车流运行带来了负面影响。因此，开展快速公交优先通行问题研究，实现快速公交优先通行和竞争方向车流负面影响小的双赢，不仅有利于深刻认识“以人为本”、“效率优先”及“路权优先”等公交优先理念内涵，丰富和深化优先通行理论体系，具有重要的学术价值，对

2、于促进现代智能交通系统的发展，缓解城市交通拥堵也具有重要现实意义。本文在对国内外相关研究进行分析的基础上，重点针对快速公交优先通行的信号优先控制策略、信号优先控制方法、专用道设置方法及优先通行效益评估等畸1方面进行了一些有益探讨，主要研究内容及结论如下：①在分析快速公交特征及优先控制系统结构和功能的基础上，探讨了快速公交不同类型专用道的规划技术及其适应性；结合我国城市道路交通的特征，研究信号优先控制模式、控制策略和车辆检测／定位技术的主要特征，提出了相应的发展策略；论文以北京市南中轴快速公交系统为例，说明了优先通行措施的有效性。②构建了基于元胞自动机的快速公

3、交信号优先策略仿真模型，提出了以平均速度、车流密度及车流量等为指标来评价交叉口交通流特征变化的方法，建立了快速公交信号优先参数(最大绿灯延长时间g黔和最大红灯早断时间秽)、信号优先检测器离交叉口距离￡及产生概率O／t,rt对交叉1：3车流影响的模拟模型。算例研究表明，在信号周期固定的条件下，信号优先控制需要优先考虑增大g嚣1，减少rff"，以降低对社会车流的影响程度；另一方面，在给定g孑和臂‘的条件下，三需控制在合理的范围内。￡过短会使信号优先绿灯延长的时间很短，受益的快速公交车辆较少，同时受随机因素影响明显，波动性增强。￡过大会使快速公交车辆要求的绿灯延长

4、时间大于g劳的限制，信号优先失效；其次，在给定g嚣。、臂1及三的条件下，过度地增大％。，会使快速公交车流密度急剧增大，车流速度相应降低。特别是随着口。。的增大，快速公交实施信号优先的频次增高，要求延长的信号时长逐步接近g≯，直到不满足信号优先条件，等同于固定信号配时。③构建了考虑信号优先条件的快速公交信号优先两级模糊控制模型，并给出了控制的流程及算法的具体实现方法。与传统的单级模糊控制相比，该方法具有2北京交通人学博十学位论文个特点：一是设置了信号优先条件，即以快速公交车辆到达时刻偏离时刻表时间、满载率及系统综合效益等作为信号优先控制的准入条件，可以屏蔽效率

5、相对较低时的信号控制优先程度，减少无效控制，提高控制效率；二是兼顾了非优先相位车流效益，即通过信号优先相位下的快速公交车流和社会车流运行情况来修正了相位绿灯的优先程度，通过红灯相位下排队等待通行的社会车辆数和下一个即将点亮的绿灯相位等待排队的车辆数考虑了非优先相位的车流拥挤程度。④以路阻函数和车流通行能力计算为基础，在考虑专用道的设置产生诱增交通流的前提下，构建了快速公交专用道设置前后车流行驶时间变化模型，并分析了压缩现有车道、扩宽道路等增加专用道情况下的车流行驶时问变化。算例研究表明，压缩既有车道增加专用道，随着压缩程度的增大，系统和公交车流受到的负面影响

6、将急剧增加；而扩宽道路增加专用道则可整合了原有公交线路，改善社会车流的行驶环境。在此基础上，从宏观、中观和微观等三个层面，提出了快速公交专用道设置的框架，并阐述了各个层面的具体工作内容与方法。与传统的专用道设置方法相比，该框架能够充分吸收不同层次规划人员的经验，便于把握专用道设置的总体架构，使上层和下层之间具有指导和反馈的作用。⑤以路口通过率为基础，从“线”的角度构建了快速公交线路优先通行的效益变化评估模型，提出了车流总体收益变化率和单位成本车流收益变化率等评估指标，并模拟了优先通行效益变化对路段运行速度、非优先相位信号压缩比例系数及车流红灯平均等待时间比例

7、系数的敏感度分析。与既有的效益评估模型相比，该模型从整体上研究了快速公交实施优先通行带来的效益变化，不仅考虑了实施信号优先控制和专用道设置的效益变化，也考虑了快速公交沿线的社会车流效益的变化，弥补了既有研究仅考虑信号优先控制收益，未考虑专用道设置的收益和对社会车流负面影响的不足，进一步完善了快速公交优先通行的效益评估方法。⑥从“点”的角度构建了快速公交优先通行条件下单交叉口车流的绿灯延长、红灯早断优先策略的车流效益变化评估模型，提出了当量小汽车折算、人均折算的效益变化的计算方法，并以绿灯延长策略进行了算例分析。算例研究表明，交叉口实施绿灯延长信号优先策略，提

8、升了快速公交车辆的路口通过率，使交叉口的当量小汽车折