城市动态公交车道的研究现状及存在的问题分析.pdf

犇 犗 犐：城市动态公交车道的研究现状及存在的问题分析赵晨馨，方舟，郭君军，王凯，赵存彬，（浙江省计量科学研究院 交通与声学计量研究所，浙江 杭州 ；浙江省能源与环境保护计量检测重点实验室，浙江 杭州 ）摘要：动态公交车道可以在公交优先的前提下实现社会车辆的路权共享，有效提高车道利用率，对缓解交通拥堵和推广公交车道具有积极作用。但目前动态公交车道尚处于发展的初级阶段，其方法体系、可行性、适用性尚待探索和深化，相关系统性的研究综述缺乏。文中从动态公交车道的理论研究和应用研究入手，对动态公交车道的研究现状进行综述。首先对城市公交优先策略进行概述，通过回顾传统公交优先策略中信号优先、车道优先措施，引出动态公交车道的时空优先概念；然后回顾和评述动态公交车道的运行规则设计、影响因素分析和运行效益评价等理论研究的进展，并归纳已有车道运行实例的研究报告和应用成效。在此基础上，分析目前研究中存在的主要问题，指出动态公交车道研究新的切入点。最后对中国动态公交车道发展进行展望，并对后续研究提出建议。关键词：城市交通；动态公交车道；公交优先；车道管控中图分类号：文献标志码：文章编号：（）基金项目：国家自然科学基金资助项目（）；浙江省重点研发计划项目（；）；浙江省基础公益研究计划项目（）；浙江省市场监督管理局雏鹰计划项目（）发展公共交通系统、保证公交优先是缓解城市交通拥堵、减轻空气污染的有效方法。公共交通载运量大，占用道路资源较少，可提高道路利用率。推行公交优先，可以为城市出行者提供快速、便捷和安全的交通条件。公交的路权优先是提高公交车运行速度、缩短乘客出行时间、增加公交吸引力的重要保障。设置公交专用道是推行公交优先的主要措施之一，在实现公交路权优先方面收效显著。但目前公交专用道建设中对车道的科学管控和资源利用存在众多问题，主要表现在：）公交专用道的大量设置在一定程度上占用了城市道路中原本属于社会交通的道路资源，使普通车道变得更加拥挤，从车流量的角度降低了路段的通行能力。）大部分公交专用道存在时段性闲置现象，由此造成的道路资源浪费已引起部分公众舆论的质疑，阻碍了公交优先理念的推进。）已有城市（如杭州、沈阳等）尝试采取固定时间段（如非高峰期）允许社会车辆驶入的方式利用公交专用道资源，但这种静态车道管控方法并不能实现车道的充分再利用，且运行效率低下，甚至会导致公交优先失效。）在现有城市路网上新建公交专用道对原有交通秩序影响较大，尤其是在城市中心区域建设公交专用道更加困难，缺少一种在普通车道上就可以保证公交路权优先的技术方法。在城市交通系统中，道路通行能力的提升既包括车道设施规模数量的增加，也包括合理规划和充分利用现有车道资源，其中后者更重要。由于公交线路网络覆盖城市绝大部分区域，在建设公交车道时，最大程度地提高公共交通服务水平的同时最大限度 减 少 社 会交 通 的 延误 本 身 就 是 一 个 悖论。因此，如何在保证公交优先的前提下充分开发和利用现有车道的道路资源，成为当下城市交通系统中亟待解决的问题。近年来，越来越多的学者聚焦于公交优先和公交专用道优化研究 ，动态公交车道是其中研究热点。动态公交车道可以在保证公交优先的前提下有效提高公交车道的利用率，被认为是未来公交专用道的发展趋势，同时被列为美国未来智能交通系统的重要研究方向。目前动态公交车道尚处于发展的初级阶段，其方法体系、可行性、适用性尚待探索和深化，系统性研究综述缺乏。同时，随着动态公交车道在智能交通系统领域的不断发展，新的问题不断涌现，梳理和剖析这些问题，为后续研究者公路与汽运总第 期犎 犻 犵 犺 狑 犪 狔 狊犃 狌 狋 狅 犿 狅 狋 犻 狏 犲犃 狆 狆 犾 犻 犮 犪 狋 犻 狅 狀 狊指明新的切入点，有助于该理论在智能交通系统领域的进步。本文首先对城市公交优先策略进行概述，通过回顾传统公交优先策略中信号优先、车道优先措施，引出动态公交车道时空优先概念；然后从动态公交车道的理论研究和应用研究入手，对动态公交车道的研究现状进行综述，介绍并归纳其研究进展和主要成果，并分析目前研究中存在的主要问题，指出动态公交车道研究新的切入点，为中国城市道路公交车道建设及科学管控提供借鉴。动态公交车道的概念和内涵传统的公交优先策略主要分为两类：第一类是 设 置 公 交 信 号 优 先（，），在时间层面实现公交的优先通行。该方法通过调整交叉口信号配时方案（如绿灯延迟、红灯缩短等），使到达交叉口的公交车获得通行优先权，从而降低公交车在交叉口的延误。近年来，国内外学者对 策略进行了大量研究，主要集中在单点公交信号优先和干线公交信号优先控制方面 ，一系列研究成果也证明了 策略的有效性 ，并且已 在 当 前 的 实 时 交 通 控 制 系 统（如 英 国 的 系统和澳大利亚的 系统）中得到应用。然而在拥堵（高流量）的交通环境下，的效益会大大降低，这是由于交通信号中绿色相位必须同时顾及公交和嵌入的社会交通，在高流量环境下难以协调公交车与社会车辆的不同时空特征 ，在保证公交优先的同时必然会增加对社会交通的干扰。第二类是设置公交专用道（包括公交专用进口道），在空间层面实现公交的优先通行。该方法通过隔离的方式（划线隔离或物理隔离）给公交车划分出一条完整的车道，并赋予公交车绝对的行驶路权，使公交车的行驶不受社会交通干扰，从而提高公交车的运行效率及稳定性。为推行公交优先，发达国家建有大量公交专用道，欧洲超过、美国有、日本有 的城市建有公交专用道。在公交专用道得到广泛应用的同时，国内外学者对其设置方法、规划布局和效益评估等进行了大量研究 ，形成了较成熟的理论模型和效果评价方法 。然而公交专用道的设置需要从原有社会车道中分离出至少一条车道，这会降低社会交通的通行能力，并增加路段交通系统的脆弱性。公交专用道仅适用于低流量（非拥堵）的交通环境和多车道的道路条件，这与设置公交专用道以缓解大流量交通环境下拥堵的初衷背道而驰。为了克服以上两类公交优先策略在拥堵交通下的局限性，缓解公交优先与社会交通对道路资源迫切需求之间的矛盾，动态公交车道系统应运而生。动态公交车道通过信号与车道的动态协同控制实现公交优先在时空层面的优化。如图所示，当公交车不使用公交专用道时，动态地向社会车辆开放公交专用道：当有公交车驶入（或靠近）路段时，其行驶车道变为公交专用道；而当公交车驶离时，该车道又变为普通车道。基于此，在保证公交优先的前提下，何时、何地对社会车辆开放公交专用道是动态公交车道的运行关键。作为一种新颖且有前途的公交优先策略，动态公交车道为城市道路公交车道的科学建设提供了可行的实现方案，近年来受到国内外学者的广泛关注，与之相关的研究成果也日益丰富，并产生了众多概念变体，如间歇式公交专用道（，）、间歇优先公交车道（，）等。图动态公交车道示意图动态公交车道的研究现状理论研究迄今为止，有关动态公交车道的理论研究主要集中在方法策略、系统架构及运行评估上，表为进行动态公交车道理论研究的主要文献。为提高公交车道的运行效率，等于 年首次提出 概念，通过信号提示等手段为即将到来的公交车设置临时公交专用道，在公交车通过后又恢复为普通车道。如图所示，的车道状态可以随公交车在其空间域中的存在与否而变化，当有公交车迫近或驶入 路段时，路段中公路与汽运 年月表动态公交车道理论研究的文献分类研究范围作者年份主要研究成果方法策略 等 提出了 概念及初步理论体系 在 概念的基础上提出了 控制策略 等 提出了公交专用道时分复用概念及其控制策略 等 提出了一种社会车辆与公交车共享瓶颈容量的车道共享策略谢秋峰等 提出了一种交叉口处间歇式公交专用进口道的控制方法系统架构 等 ；研究了 中公交车和社会车辆的运行规则、交通控制系统及交叉口信号设置等问题 等 ；设计了公交专用道时分复用控制策略的系统架构，进一步完善了其方法体系常玉林等 设计并优化了间歇式公交专用进口道控制系统，并研究了优化后交叉口社会交通延误问题刘海洋 研究了 在网络层面的布设规划问题运行评估 等 基于运动波理论对 的通行能力和运行效果进行了分析评估 等 运用微观交通仿真软件 对动态公交车道的运行效果进行了评估 基于元胞自动机建立 双车道交通流模型，对 的运行效果进行了对比评估 ，等 采用有界加速度的扩展运动波模型分析 策略的启用效果，并对启用过程中车辆换道行为进行了仿真模拟 等 运用微观交通仿真软件 评估了 的运行效果刘昱岗等 基于交通波理论分析了不同公交站点位置对 中公交车道预留长度的影响 等 基于元胞自动机模型研究了 策略对路段交通密度、速度和通行能力的影响 等 基于元胞自动机模型分析了车联网环境下 路段的交通流特征，并评估了策略的运行效果 等 完成了公交时分复用车道的微观建模和仿真评估，并研究了其适用范围和车道设置条件图间歇式公交专用道的控制策略的 会转换为公交专用道并禁止社会车辆驶入；当公交车驶离该路段后，该车道恢复为普通车道，重新对社会车辆开放。值得注意的是，该系统仅限制公交车前的社会车辆驶入公交车道，但不强制已处 年 第期赵晨馨，等：城市动态公交车道的研究现状及存在的问题分析于公交车道内公交车前的社会车辆离开车道，因此该系统需要配合 以冲走下游交叉口处的排队车辆，使公交车前的社会车辆快速驶出路段，避免公交车在 交 叉 口 处 产 生 排 队。在 随 后 的 年 里，等进一步发展了自己的理论和方法，研究了 策略中公交车和社会车辆的运行规则、交通控制系统及交叉口信号设置等问题 ，为日后动态公交车道的发展奠定了坚实的理论基础。然而，由于涉及交叉口信号设置，很难评估 策略对路段交通流的影响。这其实是一个非常严重的局限，因为交通流的影响分析对于确定策略实施可行性、适用性和运行效益等十分重要。另一方面，策略不强制社会车辆驶离公交车道，虽然这种方法可以将其对社会车辆的影响降到最小，但在高流量交通环境下，可能无法及时清空下游车道中的社会车辆，导致公交优先失效。此外，车道的运行监管也存在问题，很难实时监管整个路段上普通车道和公交车道中社会车辆的换道行为，无法保障系统的有效运行。鉴于此，提出 策略，该策略本质上是 概念的一种变体，它通过可变信息交通标志（，）强制社会车辆驶离为公交车预留车道空间，不需要设置交叉口信号参数，不会对区域交通流造成显 著 扰 动，因 而 更 高 效 且 易 于 评 估。随 后，等基于运动波理论对 策略进行宏观交通流分析，评估和分析了车道的通行能力和运行效果，发现与公交专用道相比，不会显著降低道路通行能力，但当交通流量接近或超过非公交车道的通行能力时，路段的交通延误会增加，因此该策略仅适用于路段非交通饱和情况。策略在一定程度上弥补了 策略的不足。但在 的设置信号附近（即 设置区域），由于车道的间歇式开启关闭导致的车辆强制换道行为会与相邻车道的交通产生严重的路权争夺冲突，在高流量环境下执行 策略反而会给路段交通带来负面影响。另外，策略中并没有涉及公交车道预留区间长度的计算，迫近公交车前方车道的清空距离是相对固定的，无法根据当前路段交通状况自适应改变，可能导致车道资源利用不充分或公交优先失效。此外，等也开发了类似的策略，通过将社会车辆插入到不延误公交车行驶的共用车道，以共享公交车和社会车辆之间的路段瓶颈容量。案例评估结果显示这种共用方式可以显著减少社会交通延误。文献 采用有界加速度的扩展运动波模型分析 策略的启用效果，并利用 仿真包对 启用过程中车辆换道行为进行仿真模拟，认为 的启用会引起第一个设置信号处的公交通行能力降低和行程时间增加，然而即使这种策略一开始似乎适得其反，但在更大范围内它能显著提高公交的运行性能。文献 等研究了车联网环境下 控制策略的实现方法，对 路段中公交清空距离、网联渗透率、交通饱和度等关键参数进行了灵敏度分析，并评估了策略的运行效益。文献 设计了一种动态公交车道，该车道与 策略相似，为即将到来的公交车提供一条临时专用道，并在微观交通仿真软件 中建立仿真模型进行分析，结果显示，动态公交车道比公交专用道在实现公交运营改善目标方面表现更好，同时可将社会交通性能下降和冲突风险限制在较