公交车辆对道路通行能力的影响分析.docx

1、公交车辆对道路通行能力的影响分析公交车辆对道路通行能力的影响分析摘要 随着城市经济的飞速发展，机动车保有量急剧上升，交通需求迅速膨胀，而道路交通基础设施建设相对滞后，使得交通拥挤成为严重影响城市居民生活的问题之一，而优先发展公共交通正是解决这一问题的有效途径。本文是在前人的基础上，总结分析现有的公交优先措施及其交通流特性，结合公交车的运行方式，分析对道路通行能力的影响。本文首先介绍了国内外公交发展情况以及公交一些概念；然后分别对公交车辆在路段上、交叉口、公交停靠站三个地点道路通行能力的影响做了分析说明；最后得出了结论，又结合我国当前的公交运行现状给出了一些改进措施。关键词 公交车辆 道路通行能

2、力 交叉口 公交停靠站第一章 绪论1.1 研究意义我国城市化进程逐步加快，城市入口急剧增加，大量流动人口涌进城市，人员出行和物资交流频繁，城市交通面临着严峻的局势。全国大中城市普遍存在着道路拥挤、车辆堵塞、交通秩序混乱的现象，如何解决城市交通问题己成为全社会关注的焦点和大众的迫切呼声。为了缓和与改善城市交通紧张的局面，仅仅拓宽马路不能完全解决问题的。因此建设一个高效率的城市公共交通体系成为了城市交通的发展方向。公共交通是指供公众群体使用的各种交通方式，它包括公共电、汽车、地铁、轻轨、出租小汽车、轮渡、缆车、索道等等，本文研究的公共交通主要指公共汽车。但这并不说明实施公交优先就一定能够解决城市交

3、通拥堵问题，我们应该从两个方面去分析这个问题：第一，公交优先措施与城市道路交通之间存在相互适应性的问题；第二，公交优先的实施对其他社会车辆运行的影响程度问题。这两个方面都可以通过公交优先措施对道路通行能力的影响程度来体现，基于此，本文的研究目的在于：总结我国各大城市常用的公交优先措施，分析各种优先技术对道路通行能力的影响程度，并进行量化，在此基础上，得出道路通行能力计算的修正系数，为改善公共交通提供依据和方法。12 国内外研究现状121国外研究现状通常认为，公共交通是20世纪60年代初法国巴黎最早提出的，后来很快在欧美等发达地区的大城市得以推广，在技术、政策等各方面进行了四十多年的探索和实践，

4、取得了丰硕的成果。在公交优先技术应用方面，欧洲76的城市拥有公交专用道系统，设公交专用道的道路总长度超过30公里以上的城市有西班牙的马德里市和巴伦西亚市、英国伦敦市、法国巴黎市，芬兰赫尔辛基市和德国柏林市等。德国奥地利和瑞士80的城市，北欧国家45的城市为公共汽车建立了公共汽车信号分离系统，近几年托美地区主要以美国为代表，也实施了大量的公交信号优西南交通大学硕士研究生学位论文第2页先项目，并广泛应用了包括仿真模拟和试点项目等方法。积累了很多宝贵的经验国外发达国家的交通发展较早，对公共交通的研究发展较快，形成了比较系统的理论，对公共交通的各个方面都有深入的研究在公交运行，停靠对交通流及道路和交叉

5、口通行能力的影响方面。Jaime Gibson等在文献12l针对公交流量大的发展中国家，研究讨论了公交站点处的公交车辆、其他社会车辆和行人的延误。Sam Yagar在根据信号交叉口的信号控制配时、公交车辆到达时间等定性分析了在不同情况下，交叉口上游站点的公交车辆停靠对信号交叉口交通延误的影响JPLebacque等人考虑了公交车的运行与其他车流的运行之间的区别：公交车有固定的线路；公交车与别的车辆在速度与加速度方面有较大的差异；公交车需在特定地点(公交停靠站)停靠以及公交车流不是连续车流等。Herbert SLevinson等定性讨论了当公交停靠站不能满足公交车辆停靠需求时，出现的排队长度及其对

6、路段和交叉口通行能力的影响。在公交站点通行能力方面，国外研究的比较成熟，每一版本的美国通行能力手册都有关于此内容的描述。Rodrigo Fernandez充分考虑了公交的运行特性、上下游交叉口的交通状况等诸多影响因素，改进了计算公交停靠站通行能力的方法。122国内研究现状20世纪80年代初，公交优先概念传入我国。由于当时我国城市机动化水平还比较低，城市道路与交通容量的潜力相对较大。汽车化发展时期产生的诸如停车难，城市生态环境急剧恶化等问题还不十分突出。此后的一段时期内，机动车保有量以每年大约1215的速度增加，在我国许多大城市都先后出现了严重的交通拥堵问题。于是，公交优先被提到了议事日程上来。

7、1997年北京市率先开辟了中国最早的公交优先车道；上海市也将建成协调运营的公共客运服务系统，优先保证公交合理用地、资金投入、高效运营和方便换乘等写入上海市城市交通白皮书；深圳市也提出了到2010年使公交分担率达到50以上的发展目标。同济大学的支吁安首先给出了公交车停靠时间的分布，然后利用交通流返回波理论，计算出公交停靠对交通流的影响范围，进而西南交通大学硕士研究生学位论文讨论了公交停靠站的位置分布问题香港理工大学的SCWong与HaiYang通过利用交通模拟软件MODSIM进行计算机模拟，讨论了上游有公交车停靠站时信号交叉口的延误，根据模拟数据的回归建立了延误和影响因素之间的模型，并对模型参数

8、进行了标定，但是研究仅限于不能超车的单车道进口的信号交叉口同济大学的吕杰在其硕士针对机非分隔道路上的进口道非港湾式停靠站、进口道港湾式公交停靠站和出口道非港湾式公交停靠站的单个公交车辆停靠对交叉口的误影响建立了模型，但建模的假设条件过多，模型过于理想化，丽且许多参数难以调查和确定，实用性不强。同期，华南理工大学的谭满春等人针对交叉口处和笔直路段上的城市公交停靠站的选址给出了离散和连续型数学模型，但模型没有考虑停靠站设置的道路交通条件以及停靠站与交叉口的距离约束。同济大学的彭国雄与莫汉康针对目前城市公交停靠站设置的常见问题，根据道路横断面形式及交叉口的交通状况，从减少公交车辆与其他车辆韵相互干扰

9、出发，通过定性分析，给出了一些公交站点优化设置的解决方案。哈尔滨工业大学的伍拾煤在其硕士论文中，对公交站点处道路通行能力，公交站点对交叉口通行能力的影响以及公交停靠站的设置问题做了一些初步的研究。东南大学的王炜、杨新苗等人在其著作中专门研究了城市公交场站的规划方法，提出了一种基于所有乘客出行时间最小的站间距优化模型，同时还讨论了设置多个同名站点时公交停靠站的通行能力计算方法。尹红亮等在文献中对实测数据进行分析研究，讨论了公交车在站台的停车情况对路段行驶车速有显著的影响，并建立了以交通量和公交停车次数为自变量的二元线性回归公式。台湾大学的lienPen Hsu，HsunJung Cho，YuhT

10、ing wu在文献中，对于具有道路中间公交专用道的信号交叉口，当公交站点设置在交叉口上游且公交流量较大情况下，建立了一个公交优先信号控制模型，通过在台北市某信号交叉口的应用分析，对公交优先影响效益进行了评价。东南大学的李娜、陈学武在文献中通过对南京中心城区典型公交停靠站的调查，对调查数据进行线性和非线性回归分析，分别建立了计算公交停靠站站长的回归模型，并对参数进行了标定东南大学的张卫华在其博士论文中基于调查，建立了不同道路路段公交停靠次数、停靠时间与交通流速度关系的模型。同济大学的王茜和杨晓光在通过对公交到达停靠站时间的分类，较好的分析、建立了交叉口上游公交车辆停靠与交叉口延误的理论西南交通大

11、学硕士研究生学位模型，但也仅限于进口单车道，不允许超车的情况自从温家宝总理和曾培言副总理关于公交优先的批复之后，关于公交优先的研究又上了一个新台阶，公交优先理念逐渐在城市交通战略规划中体现出来。全国各交通院校和科研单位对公交优先的研究做了大量的工作，取得了较大成就研究内容主要集中在公交线网的优化、公交系统的评价、公交枢纽布局、公交优先技术的实施等几个方面，对通行能力的研究也主要集中在对公交线路和站点通行能力的研究(考虑社会车辆对公交车辆运行的延误)。而就公交优先对道路通行能力的影响研究不多主要有哈工大的裴玉龙教授就公交停靠站对无信号交叉口通行能力的影响的研究呻；东南大学交通学院做的公交专用道设

12、置前后路段交通流模型的比较研究I州；潘俊卿、邓卫做的环形交叉口公交优先措施的影响研究，王茜、杨晓光教授关于信号控制交叉口进口道公共汽车停靠影响分析；长安大学的李平凡在其硕士论文中也就公交优先措施的影响做了一定的研究，但其主要是从概念上对公交优先措施进行了一个总体的把握，确定了当前急需解决的问题，同时对被动信号控制策略中信号配时方法进行了探讨。13 本文研究的主要内容131论文研究的目标本文的研究目的是探讨公交优先措施对道路通行能力的影响程度，得到相应的计算公式，为改善城市交通状况服务，并为公共交通系统的规划及评价提供理论依据。132论文研究的主要内容道路通行能力是指单位时间内连续通过车辆的能力

13、，它包括路段通行能力和路口通行能力，鉴于此，本文主要从路段和路口两个方面来总结分析公交优先措施，并就此两个方面分析公交优先对道路通行能力的影响，得出计算公式。 133 拟解决的关键问题本文的关键问题有以下两个方面：一是交通流特性分析，特别是在实施公共交通优先以后，由于公交车的优先通行，对机动车以及非机动的运行速度、运行轨迹都造成了不同程度影响；二是通行能力的计算公式的确定，确定通行能力公式的关键在于修正系数计算方法的确定，这一环节以交通流特性分析为基础。可见，分析交通流特性将是本文的重点和难点。134 研究方法通过调查分析，总结我国大中城市常用的公交优先技术，并进行归纳分类；对交通运行的实际观

14、测或模拟，分析交通流特性；根据现有通行能力计算的方法并参考专家学者在相关问题的研究见解得出新的通行能力计算公式。第二章 公交车辆对道路路段通行能力的影响分析21 道路通行能力的基本概念道路通行能力又称道路容量(Capacity)。简言之，是指道路的某一断面在单位时间内所能通过的最大车辆数。美国HCM对道路通行能力给出了如下定义：通常，一种设施的通行能力，规定为在一定时段和通常道路、交通、管制条件下，能合理地期望人和车辆通过车道或道路的一点或均匀断面上的最大小时流率。HCM还将通行能力分为基本通行能力、可能通行能力和设计通行能力。基本通行能力，是指道路和交通都处于理想条件下，由技术性能相同的一种

15、标准车，以最小的车头间距连续行驶的理想交通流，在单位时间内通过道路断面的最大车辆数。也称理论通行能力，因为它是假定理想条件下的通行能力，实际上不能达到。可能通行能力，是指考虑到道路和交通条件的影响，并对基本通行能力进行修正后得到的通行能力，实际上是指道路所能承担的最大交通量。设计通行能力，是指用来作为道路规划和设计的标准而要求道路承担的通行能力。通行能力的主要影响因素主要有：(1)道路条件道路条件指的是街道或公路的几何特征，包括：交通设施的类型及其所处的环境、每个方向的车道数、车道和路肩宽度、侧向净空、设计速度以及平、纵线形其中，交通设施类型是关键，是否存在不问断交通流，双向交通流之间是否有中

16、央分隔带等都明显地影响交通特性和通行能力。(2)交通条件交通条件，是指交通流中车辆种类的分布(交通组织)，设施中可用车道的交通量和交通分布以及交通流的方向性分布。车辆类型的分布是影响道路通行能力的主要交通流特性。如重型车辆，由于其动力性能校小客车差，尤其是加速、减速和保持上坡车速的能力不如小客车，因此在很多情况下不能保持跟上小客车，从而在车流中行程的大间隙很难由超车来填补，这就造成无法完全避免的道路空间的低效率利用。也正是基于此原因，高速公路在坡度较大的上坡段要考虑爬坡车道。车道使用和方向性分布是影响通行能力的另外两个因素。一般而言，每个方向的交通流各占50左右时，交通运行条件最好。方向性分布

17、很不平衡时，通行能力就会下降。车道分布则体现出靠路肩的车道承担的交通量校其他车道少。(3)管制条件间断流设施(如平面交叉口)对交通流流向实行有效的时间管制，是影响道路通行能力的另一关键因素。这类交通设施中最关键的控制设施是交通信号。使用的控制设备、信号相位、绿灯时间分配和信号周期长度均影响车辆运行。停车和让路标志也影响通行能力，但不起决定作用。停车或让路标志将优先通行权永久分配给主要车道或街道，次要道路的车辆必须在主线交通流中寻找间隙穿越。因此，次要道路的通行能力就取决于主要道路的交通条件 ，能显著影响通行能力的管制条件还有限制路边停车，车辆转弯限制以及车道使用管制等。如限制路边停车能增加公路

18、或街道的有效车道数，转弯限制能消除交叉口车流的冲突点而提高通行能力，车道使用管制可给各种流向明确地分配有效道路空间他们既可以在交叉口使用，也可以在关键的干道上开辟变向车道。22 公交车辆对路段通行能力的影响分析路段上的公交优先措施主要是设置公交专用道和公交优先道，当设置公交专用道的时候，路段通行能力即为一条公共汽车道的通行能力与其他道路的通行能力之和。公交停靠站作为一种最基础的公交设施，是公交系统面向乘客服务的窗口。虽然它只是城市道路中很短的一段，但公交车在此停靠占用的几乎是一条车道，形成时空上的瓶颈，对道路通行能力的影响很大，它已经成为造成交通堵塞的重要因素。不同的公交停靠站设置对道路交通流

19、和通行能力的影响是不同的，因此以下分析公交停靠站对道路通行能力的影响。第三章 公交停靠站对道路通行能力的影响3.1 公交停靠站的设置分类不同的道路条件使得公交停靠站的设置存在着多种形式，具体可以归纳为以下几种：设置在机非分隔带上直线式、设置在机非分隔带上港湾式、设置在人行道上直线式、设置在人行道上港湾式、有公交专用道设置人行道上港湾式、有公交专用到设置在机非分隔带上港湾式。为了便于分析，将以上的6种公交站点形式分为四类：I类公交车站包括A类形式公交站，其特点为；公交车进站停靠时占用机动车道，形成时间上的瓶颈；不停站超车的公交车辆对相邻机动车道的车辆运行产生较大影响。类公交车站包括B类形式公交站

20、，其特点为：当公交站点繁忙时，准备进站停靠的公交车辆在机动车道上进行排队等待；公交车辆驶入原机动车道时，影响其他社会车辆的运行。类公交站包括C、D两种形式公交站，其特点为：公交车辆进站停靠占用非机动车道(直线式停靠站，公交车直接占用非机动车道；港湾式停靠站，当停车泊位不足时，公交车占用非机动车道)，非机动车为绕过障碍而占用相邻的机动车道，对机动车的行驶造成影响。类公交站包括E、F两种形式公交站，按此种类型设置的公交车站，公交车在运行时对其他社会车辆的干扰并不十分明显，但对公交专用车道本身的能力却有着不同程度的影响，这里不做讨论。32公交车辆在停靠站的运行分析根据研究发现，公交车辆的到达时间分隔

21、分布可以用负指数分布进行拟合，到达率为且：公交车辆在公交车站停靠的时间服从负指数分布，服务率为硒服务强度夕-。同对，公交车站的c个停靠泊位数可以看作c个服务台，则公交站点的排队现象可以用MMC系统进行近似分析“。其中：式中：一研究站点的公交车辆到达率(vehs)；一公交站点对公交车辆的服务率(vehs)； i一经过研究站点的第f条公交线路的发车频率(vehs)；m一经过研究站点的公交线路总数。td一公交车辆的驻车时间(s)：td=t1+t2式中：t1一乘客上下车占用时间(s)； t2一车辆开门和关门的时间，为34s。33公交停靠站对道路通行能力的影响20世纪80年代初，我国开始大力发展公共交通

22、，每个城市都建立起自己的公共交通系统，并呈逐年发展的趋势，作为公交系统重要组成部分的停靠站分布在任何有公交车运行的道路上，它不但影响着公交车辆的运行速度，也影响着路段的通行能力以及其他社会车辆的通行能力。道路设计通行能力是指要求道路承担的通行能力，它的计算可以根据一个车道的理论通行能力修正而得。其计算公式为：式中： C d一设计通行能力(pcuh)；C一理论通行能力(pcuh)；一自行车影响修正系数；一车道宽影响修正系数；一交叉口影响修正系数；n一车道数修正系数。由上面的公式可以看出，在传统道路通行能力的计算中，并没有考虑公交停靠站对道路通行能力的影响，显然不能很好地适应现今的道路规划与设计，

23、因此，在新的时期，对道路通行能力的计算有必要加入公交停靠站的影响修正系数 公交停靠站对道路通行能力的影响主要体现在公交车辆在停靠时对其他车辆运行产生延误而不同形式的公交车站对通行能力的影响又存在明显的差异，下面就对此进行具体的探讨。1. I类公交车站对通行能力的影响I类公交车站对道路通行能力的影响主要表现在公交车辆停靠上下客时对机动车道的占用，其影响程度主要取决于公交车辆在公交站点的消耗时间1。本文正是以此为基础，利用车道的时间利用率(即扣除因公交停靠时间影响后，车道实际用来通行的时间比率)来确定I类公交车站对道路通行能力的修正系数，设相邻机动车到流量为Q(vehh)，驻车时间为td(s)。当

24、td3600Q时公交车停靠占用机动车道时间t=(td-3600Q)则I类公交车站对道路通行能力的修正系数fj可用下式计算： 2.类公交车站对通行能力的影响类公交车站内，公交车辆在加速驶离车站而汇入相邻机动车道时，公交车辆于相邻机动车道的直行车流侧向摩擦、合流，驾驶员为了避免发生撞车事故而降低车速，致使交通流速度受到了较大影响。合流理论主要研究混合车流可接受间隙的概率分布，于是研究汇入相邻机动车道公交车数量的模型可以转化为无信号交叉口之路通行能力的模型】t【。故用其相似理论分析类公交车站对通行能力的影响，并确定修正系数f2。设交通流中公交车比例为口，相邻机动车道交通流量为q(vehs)，则H类公

25、交车站对通行能力的修正系数f2可用下式计算： 式中：t一公交车辆汇入机动车流的临界间隙时间(s)。3.类公交车站对通行能力的影响按照类公交车站类型设置的车站，公交车在进站停靠时占用非机动车道，非机动车道在公交站点处变窄，当非机动车流饱和时，非机动车为避开障碍而不得不占用与其I旌近的机动车道，从而影响了机动车的运行。鉴于此，参照非机动车对道路通行能力的影响系数的计算方法，得出类公交车站对通行能力的修正系数f3。 式中；Q一自行车交通量(辆h)；C一每米宽自行车道的使用通行能力(辆h)；W2一单向非机动车道宽度m：W1一单向机动车道宽度m；L一公交车辆宽度m；一公交车辆占用非机动车道概率，3.4

26、公交停靠站通行能力的分析计算前面分析了不同形式的公交停靠站对道路通行能力的影响，此情况很大一部分原因是在公交车在停靠站出现排队现象，由于不能及时消散而对后面的社会车辆造成阻塞，那么解决这个问题，加大停靠站的通行能力是一个途径，使公交车辆能够及时停靠驶出，减少对道路通行能力的影响。然而在各大、中城市常常可以看到这样的现象；在公交停靠站(主要是在交叉口附近)由于有多条公交运营咎路在此停靠，虽然已经停满公交车辆，但依然有相当多的公交车在等待停靠，造成大量车辆排队，直接影响到道路的正常交通运行，严重削弱了道路通行能力停靠站中公交车辆的停靠有如下特征：(1)公交车辆到达随机性大原因是公交车辆的运行受行驶

27、路段交通量、信号控制的扰动，使得原本是按均匀时间问隔发车的公交车流形成了潮汐式的公交车群。这样很容易造成车辆的排队停靠，使得站台长度不能满足到达车辆停靠及乘客上下车的要求。(2)在主要的公交换乘站，乘客上下车时间较长，公交车辆在站的滞留时间加长，后继公交车辆到达容易形成排队停靠，因此在站滞留时间长成为造成公交车辆在站排队停靠的因素。(3)在公交专用道的中途停靠站，公交车辆的运行受到路段车流扰动的影响相对小些不易形成潮汐式公交车流。这一方面是因为各公交线路在调度安排时没有协调考虑，但更主要的原因是公交停靠站处能够通过多条线路的公交车数量不够，也就是说公交停靠站的通行能力不够。解决这问题可以采用建

28、设港湾式停车站的方法。这个方法由于一次性投资较大，建成后难以调整，所以在重点地段的港湾式停车站的建设一定要进行通行能力验算，否则一个通行能力严重不足的港湾式停车站反而不如不建设。根据公交中途停靠站的上述停靠特征，可知产生公交停靠需求是由公交车流状和停靠时间长短决定的。而公交车流由公交车流量和路段交通状况产生，路段交通状况是由路段流量、信号控制和交通管制方式决定的。进站公交车流量受该站公交线路的多少、每条营运线路的车辆数和发车频率影响；在站平均停滞时间反映了乘客上下车数量及时间。车站公交车的停靠需求，就是停靠排队长度的问题。因此研究站台长度适应性，就是通过路段交通量、进站公交车流量和在站平均停滞

29、时间计算高峰期最大平均，停靠长度，设计的站台长度应该满足这个停靠需求。所谓公交停靠站的通行能力是指在现有通常的道路、交通及管理条件下，在一定时间所能通过停靠站断面的最大公交车辆数。我国城市交通在很多情况下是混合交通，在这种交通条件下，公交车与其说是通过停靠站断面，不如说是要通过一个包括停靠站断面在内的干扰区。这个干扰区实际上是一个阻塞段，在这个阻塞段内，公交车必须花费的时间是在停靠站的停靠时间，而其余受阻的时间就是通常意义上所说的延误。这个延误和停靠时问的大小，在很大程度上决定了公交停靠站的通行能力公交停靠站的通行能力的计算方法如下： 式中：Qb一公交停靠站的通行能力(辆m)；Nb-一公交停靠

30、站能提供的有效泊位数；tc一连续两辆公交车的最小车头时距，通常可取5s；ts一公交车在停靠站的停靠时间，取决于上下车的乘客流量；dB一公交车在干扰区的延误(s)td一公交车减速进站的时间(s)；ta一一公交车加速出站的时间(s)；to一公交车在正常条件下加减速时间之和(s)；g/C一下游交叉口剩余的绿灯时间与该交叉口信号周期之比；R一由于误点等原因产生的折减系数，美国道路通行能力手册建议取R=0833，在我国，R可能会更低； n一在此停靠站停靠的公交线路数。3.5 公交停靠通行能力的检验及题例一条线路的公交车交通量可以按下式计算： 式中：Qmax一线路最大断面客流量(人h)；r一公交车满载率，

31、高峰时取085；R一公交车辆定载客数,与车型有关。通常，一个路段上有多条公交线路通过，并在同一路段上设站，此时该路段的公交车交通量为停靠在此的各条线路交通量之和。所以，一个港湾式停车站的通行能力与在此停靠的公交车交通量必须满足如下关系： 式中：m一在该港湾式停车站停靠的公交线路数则该港湾式停车站应提供的有效泊位数为： 公交停靠站要尽量满足多个公交线路的停车上下客需求，从而尽量避免出现站外排队现象，减少对旁侧交通的影响，提高道路通行能力某路段单向枫动车道宽为8m，交叉口间距为300m，两端交叉口采用信号控制，绿信比为048，机动车道与非机动车道之间设有隔离带。已知：相邻机动车道流量为800vehh，交通流中公交车比例为02，公交车汇入临界问隙为7s。计算得到该条道路的设计通行能力为2239pcuh；按照B类设置公交停靠站如下图， 这类公交停靠站属于划分的II类，在考虑到公交停靠站的影响时，根据II类公交车站对通行能力的修正系数计算： 其他的停靠站可以参照此方法来计算。通过比较可以看出，传统的方法计算得到的数值明显偏大，使得在规划设计中对道路的能力期望过高，给今后的运行造成不利的影响。而在计算中加入公交停靠站的修正系数恰恰可以在一定程度上消除这方面的影响，具有一定的现实意义。第四章 公交车辆对路口通行能力的