一路一线全覆盖模式解决城市交通拥堵的研究_程耀林.pdf

762023/4人民公交PEOPLES PUBLIC TRANSPORTATION总第 160 期引言 要解决城市交通的拥堵问题，停车难的问题，关键是要解决公交系统的问题，因为公交车对道路资源的利用效率最高。近年来，地面公交客流不断下降，轨道交通客流不断上升1，其原因除了地铁、私家车、网约车、电动车等交通工具的使用规模不断扩大之外，还有一个重要原因就是地面公交存在一些固有的缺陷，例如，等车时间长，重复系数大、乘车不方便等，主要由两个方面的原因造成一路一线全覆盖模式解决城市交通拥堵的研究程耀林 中南民族大学电子信息工程学院 智能无线通信湖北省重点实验室的，其一是当前的地面公交网络是一种“直达型”网络，发车频率低，造成等车时间长和重复系数大等缺点。其二是地面公交中存在较多的公交盲区，包括“最后一公里”区域和没有公交的支线道路，事实上，没有公交的支线比较多。公交盲区造成了乘坐公交不方便，甚至有时换乘也要穿过公交盲区。电动车和共享单车方便短途出行，公交盲区的存在导致了电动车和共享单车越来越多，这些代步的非机动车流不易于管理，不遵守交通规则的行为时有发生，其数量多，无车牌，难于控制，停靠时占用公共地面资源，运行时对道路资源的利用效率不高，同时大大增加了交通流中的冲突点，这些特点会导致机动车流速度下降，对交叉口处的通行能力和安全性都有较大的负面影响。轨道交通的优点很明显，缺点是进站、出站和换乘都要步行较长的距离，该缺点并不易于改变,所以轨道交通的发展目标之一应该是扩大规模，增加其覆盖区域。地面公交发展摘要:当前常规公交存在着两个主要问题，其一是公交线重复系数过大、等车时间长、公交资源浪费大等问题，其二是“最后一公里”公交盲区问题，这些问题导致了乘坐公交不方便，所以共享单车、电动车泛滥，难于管理，也是小汽车、网约车增加的原因之一。本文提出了“一路一线”全覆盖模式，同时解决了公交线网改革和公交盲区的问题。“一路一线”全覆盖模式是指公交线网和路网重合，不管是主干道还是支线，每条道路都运行一路公交车，而且公交车覆盖到生活小区内部，小区内运行一路公交车，在内部循环，在小区门口换乘。指出了全覆盖模式需要解决的关键问题，即快速换乘技术、分布式停车点模型、实时客流数据的采集、实时调度、全覆盖模式的规划、过度、运营与管理等。介绍了当前出现的三种快速换乘技术，其中使用了右转控制和换乘车。例如，在十字交叉口和丁字交叉口，可以实现所有交通流之间零冲突，换乘距离 50 米左右，换乘不过街。分析了全覆盖模式对城市交通的影响，例如，共享单车将大量减少，而电动车将明显减少，的士、网约车也会减少，公交资源利用效率提高，主干道上公交车总量减少，运营成本下降，地面公交客流上升。全覆盖模式和右转控制技术、无人驾驶技术、共享小汽车系统或者共享无人驾驶车辆交通系统相结合，将使城市的交通拥堵得到较大的缓解,同时也将解决停车难的问题。关键词：交通工程；一路一线全覆盖模式；快速换乘；公交盲区；公交线网改革；实时调度DOI:10.16857/11-5903/u.2023.04.0242023/477技术前沿JI SHU QIAN YAN的重点目标之一应该是进行改革，因为地面公交存在很大的改进空间，上述的两个方面，即公交网络和公交盲区问题都可以改革。美国的地面公交网络改革实施于2012 年并取得了显著效果，其核心是将传统的“直达型”公交线网变革为“换乘型”公交线网，不管城市的路网是否是方格布局，都把公交线网规划为“井”型的类似方格网（基于路网现状，方格公交网上也可以布局几条斜线），具有结构简单、发车频率高、换乘方便等特征。“换乘型”网络虽然换乘较多，但等车时间大幅缩短，且换乘快捷，乘客平均总出行时间缩短，地面公交客流明显回升1-3。在国内，王炜教授在2008 年提出了类似模式，即“一路一线”模式4，但和国外的“换乘型”网络并不完全相同1-7。“一路一线”公交模式有很多优点，是解决现有公交问题（如等车时间长，公交站拥挤，重复系数大，公交资源浪费大，客流不均衡，客流下降等）的一种有效模式，其缺点是换乘多，只有实现快速换乘，“一路一线”模式才有实用价值4-8，但快速换乘问题长期没有得到解决，直到2018 年之后，程耀林陆续提出了十字交叉口、丁字交叉口和环形交叉口的快速换乘解决方案，例如，在十字交叉口和丁字交叉口，可以实现换乘距离达到50 米左右，换乘不过街，所有的交通流之间都是零冲突9-12。国外的“换乘型”公交网和国内的“一路一线”模式极为相似，都是对传统公交网络的改革。对于公交盲区问题，其解决方法在国外很难找到相关的报道，国内使用了微型公交，但覆盖范围有限，人们还是习惯用电动车、共享单车、私家车、的士、网约车来解决。本文首先提出了“一路一线”全覆盖模式，该模式同时解决了公交网络改革和公交盲区的问题，继而介绍了“一路一线”模式中的快速换乘技术，最后分析了“一路一线”全覆盖模式能解决城市交通拥堵的几点理由。1、“一路一线”全覆盖模式“一路一线”全覆盖模式是指公交线网和路网重合，不管是主干道还是支线，每条道路都运行一路公交车，而且公交车覆盖到生活小区内部，小区内运行一路公交车，在内部循环，在小区门口换乘，公交站的设计要求是居民下楼步行不超过50 米即可到达公交站。全覆盖模式在大多数城市区域路网即公交网，但不排除少数城市区域将相邻的密集短支线合并为一条线路，最明显的优点是没有公交盲区,而且发车频率高，所以等车时间短，最明显的缺点是换乘多，所以首先需要解决快速换乘的技术问题。关于“一路一线”全覆盖模式，有如下一些问题需要研究和探讨：1）适用范围自从“一路一线”模式提出后，一些专家认为该模式只适合于路网是方格布局的城市或者区域。本文的观点如下：“一路一线”最适合方格路网的区域，因为乘客最多换乘1 次即可到达目的地。不是方格路网的城市区域同样可以使用“一路一线”模式，只是需要多次换乘，可以使用主干道树的模式进行运营和管理8，也可以借鉴国外的模式，将公交线网规划为近似方格网1-3。对于支线短而密集的区域可以使用“多路一线”的模式，避免换乘太频繁8。至于道路不规则的区域，总可以找到方法来与“一路一线”模式衔接，况且这种区域占极少比例。一个城市绝大部分区域可以实现“一路一线”模式全覆盖。2）需要解决的关键问题快速换乘技术（包括主干道之间、主干道和支线之间、支线之间的快速换乘技术）、分布式停车点（指微型停车场）模型、实时客流数据的采集、调度算法（包括实时调度算法）13、运营和管理模式、当前公交系统向“一路一线”模式的过度和道路改造、单行道等问题是“一路一线”全覆盖模式需要解决的关键问题，最终实现分782023/4人民公交PEOPLES PUBLIC TRANSPORTATION总第 160 期布式停车点模式、实时调度、相邻线路公交车共享、公交车无人驾驶以及与其他公交系统的无缝衔接等。2、“一路一线”全覆盖模式的快速换乘技术简介目前，主干道（指单向车道数大于或者等于三）之间的快速换乘方案有三种，包括十字交叉口、丁字交叉口和环形交叉口9-12，而主干道和窄路支线、窄路支线之间和不规则交叉口的快速换乘方案有待于进一步研究。2.1、十字交叉口的快速换乘技术十字交叉口的综合布局和交通信号控制相位如图1 所示。公交站布局使用了8 站模型，即设置4 个左站和4 个右站，公交车到达交叉口后停靠2 个站，需要左拐的乘客在左站下车换乘，需要右拐的乘客在右站下车换乘。取消了普遍使用的右转专用道而代之以右转进口道和出口道，对右转车流进行控制。其中EB、SB、WB、NB 分别表示四个方向的公交车流，EP、SP、WP、NP 分别表示四个位置的行人交通流，其他交通流的名称、方向和车道布局如图1 所示。图中1 所指的双箭头有4 个，都是换乘线路，对一般主干道而言，这个距离估计是50 米左右或者更短，而且换乘不过街。使用四相位控制方案，依次放行来自东南西北四个方向的车流，右转车流落后一个相位，每个相位的时间可以根据检测到的流量来计算，流量大的方向相位时间长，实现动态配时。每个相位放行6股交通流（含2 股右转车流），四个相位中所有的交通流之间都是零冲突，而且行人和不过街的非机动车之间也是零冲突。每个相位周期内右转车流被放行2 次，其他交通流只放行1 次,所以右转车流更畅通。详细说明见文献9-10。2.2、丁字交叉口的快速换乘技术丁字交叉口的综合布局和交通信号控制相位如图2 所示。公交站布局使用了5 站模型，即设置3 个左站和2 个右站，公交车到达交叉口后经过的站都要停靠，左站和右站的含义如上所述。取消了普遍使用的右转专用道而代之以右转进口道和出口道，对右转车流进行控制。其中LB、RB、DB、UB 分别表示四个方向的公交车流，LP、RP、DP 分别表示三个位置的行人交通流，其他交通流的名称、方向和车道布局如图2 所示。图2 中2 所指的双箭头有2 个，都是换乘线路，对一般主干道而言，这个距离估计是50 米左右或者更短，而且换乘不过街。在U 左站处无需步行直接换乘。使用三相位控制方案，三个相位中所有的交通流之间都是零冲突，而且行人和不过街的非机动车之间也是零冲突。详细说明见文献11。2.3、环形交叉口的快速换乘技术环形交叉口的综合布局如图3 所示。1 为公交站，均匀布局在环岛内而不是环岛外，可以减少换乘距离。2为公交专用道，只设置在公交站处，方便上下乘客。3 为换乘车，只在环岛内循环运行，乘坐换乘车可以更快到达目标换乘站。4 为公交进口道，5 为公交出口道。公交车进入环岛后使用一站停模式而不是站站停，即只在出口站停靠，不在其他经过的站停靠，乘客在出口站下车后，可以步行或者乘坐换乘车到达目标换乘站。出口站是指公交车在环岛内经过的站中最后一个站，也是离出口最近的站。上述方案可以实现在环形交叉口内的快速换乘，详细说明见文献12。3、“一路一线”全覆盖模式对城市交通的影响实现“一路一线”全覆盖模式的基本条件是：交叉口能实现快速换乘，同时建立分布式停车点（指微型停车场）模型及相应的调度机制。全覆盖模式消除了公交盲区，对城市交通将产生重大影响，表现在如下几个方面：（1）共享单车的使用数量将大量减少，而电动车也会明显减少，的士、网约车也2023/479技术前沿JI SHU QIAN YAN会减少，地面公交客流将会上升。因为居民下楼即可乘公交，公交随处可以乘坐，加之等车时间短，换乘快捷，人们更愿意乘坐公交，特别是短距离出行时人们将减少使用私家车和共享单车而增加选择公交车，选择电动车的也将会减少。这些短途交通工具的大量减少反过来会造成道路上的车辆和行人减少，使交通更畅通，从而实现良性循环。由于乘坐公交很方便，的士和网约车也会减少，地面公交客流将会上升。（2）当实时调度和无人驾驶技术应用到“一路一线”全覆盖模式时，其服务质量会得到更大的提升，地面公交会发挥更大的作用。“一路一线”模式结构简单，实时调度成为可能。实时调度能使公交资源实时配置，实现配置动态化、配置最合理，即资源使用效率最大化，使乘客舒适度合理化，能及时缓解拥堵。无人驾驶的公交可以24 小时运行，只要乘客进入公交站输入目标地址，公交系统能自动感知，附近的公交车将自动为乘客服务。（3）公交资源浪费明显减少，主干道上公交车总数将减少，公交系统运营成本下降。实时调度既能提高满载率，又能减少拥挤。在主干道上客流较大，实时调度能使公交车的使用效率更高，而支线上的公交车不汇入主干道，基于这两个因素主干道上的公交车总数将减少。对于全覆盖模式，路网即线网，减少了规划工作的内容。如果客流变化，实时调度能及时调整公交车密度以到达不减少乘客舒适度和不浪费公交资源的目的。综合各个方面，公交系统运营成本将会下降。（4）右转控制普遍使用如上所述，十字交叉口和丁字交叉口的快速换乘都是基于右转控制，其优点如下：能实现所有的交通流相互之间都是零冲突（包括行人和非机动车之间）。零冲突不仅意味着安全性最高，而且表示通行能力提高。因为如果在某个相位期间放行的交通流有冲突，为了避免事故，冲突的交通流要减速甚至停下，导致时间损失，所以通行