动态公交专用道运行机理与优化方法研究

Dynamic bus lane is a new method to improve road capacity, ensure bus priority and relieve traffic congestion. By detecting bus’s arrival and departure on-line, dynamic bus lane is accessible to other vehicle types dynamically. Literatures on this problem merely focus on analyzing design ideas and verifying the effectiveness of dynamic bus lanes, and lack of relevant studies about operation mechanism and optimization methods. This project will: (1) analyze the evolutive characteristics of the dynamic-bus-lanes states by considering multidimensional factors like time elements, space elements and traffic conditions elements. (2) propose the optimization theory and methods for dynamic bus lanes to bring better traffic efficiency by optimizing spatial parameter, operation rules and traffic signs. (3) Based on modeling driver’s behavior, establish the simulation and experimental methods for dynamic bus lanes. The research findings will enrich the theoritical study and help improve the road capacity and competence of public transportation system.

动态公交专用道通过实时检测公交车辆的到达与离去，动态开放公交专用道供其他交通流使用，是提高道路通行能力、保障公交优先的同时对策交通拥堵的新思路。已有研究集中在分析动态公交专用道的设计思想、验证其有效性的阶段，缺乏对该通行模式运行机理与优化方法的明晰化研究。本课题将：①揭示不同空间要素、不同时间要素和不同交通需求要素等不同维度影响因素作用下动态公交专用道运行状态的演变机理，进而建立动态公交专用道影响因素特征分析模型；②建立能发挥动态公交专用道最大通行效益的空间几何参数、交通行驶规则和交通语言系统优化理论与方法；③在对驾驶人行为建模的基础上，实现动态公交专用道的交通仿真与实验方法。研究为我国城市公交规划、道路通行能力分析的理论体系提供补充，为完善公交优先的方法体系提供技术支持，并为政府优先发展公共交通、缓解交通拥堵的相关决策提供政策依据，具有显著的理论和现实意义。

保障公交优先是对策交通拥堵的有效途径。公交优先包括空间优先和时间优先，动态公交专用道为空间优先的一种，是近年来交通工程领域研究的新问题，旨在保障公交优先的同时，最大程度地利用道路空间资源。本项目的主要研究内容包括：①在把握动态公交专用道运行机理的基础上，建立动态公交专用道通行能力模型。模型以交通波理论为基础，以城市道路交叉口区域三种常规情况：分别为无公交停靠站影响、有上游停靠站影响和有下游停靠站影响为建模背景，分析动态公交专用道因公交停靠站设置的不同、饱和度大小的不同、公交车辆到达时信号状态的不同所引起的集结波、停车波、消散波的传递规律，建立不同情况下的动态公交专用道通行能力理论模型。②针对动态公交专用道的关键空间参数，即清空距离进行重点研究，发明了动态公交专用道清空距离的动态计算算法。从公交当前位置交叉口依次向下游搜索各交叉口，当首次出现理论最小到达时间大于理论最大清空时间的情况，确定该交叉口为参考交叉口。再从参考交叉口依次向上游搜索，计算公交到达该交叉口的实际到达时间，当出现实际到达时间小于最大清空时间，则确定该交叉口的下游第一个交叉口为关键交叉口，最后使用关键交叉口计算清空距离。③面向动态公交专用道，基于滚动时间窗优化方法和最大绿波带宽理念，综合考虑公交与社会车辆的通行需求，动态划分协调控制区域，在满足公交车绿波通行需求基础上，以社会车辆绿波带宽最大为控制目标，提出了面向动态公交专用道的动态绿波协调的混合整数规划模型，并对模型进行求解。④使用C++程序语言、VISSIM 5.3仿真软件、DriverModel协议，搭建了动态公交专用道仿真平台。通过平台进行仿真实验，对比模型计算值与仿真实验值，验证本项目提出的理论模型的有效性与可靠性。研究结论总体表明：动态公交专用道能在饱和度较高（大于0.7）的情况下，在保障小汽车交通流服务水平的基础上，有效地为公交提供空间优先通行权，大幅降低公交的通行延误，保障公交优先。