CN105575122B - 一种公交站上游的禁止变更车道线长度的确定方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种公交站上游的禁止变更车道线长度的确定方法，通过确定进站口上游不同模式下的公交车换道过程和换道次数，考虑换道点距离、换道模式、交通量、公交比、饱和度，计算路段换道强度和驾驶员换道紧迫度，运用速度阻抗原理，建立公交车换道影响下的综合车速折减模型。以最低期望速度作为约束条件建立优化模型，得出最小禁止变更车道线长度。本发明建立了综合车速折减模型，建立了优化模型，确定了公交站上游的公交车禁止换道长度，有利于减少公交车在进站范围内的强制性换道行为的影响，完善道路标志标线的设计，规范公交车运行，提高道路通行能力和安全。

Description

一种公交站上游的禁止变更车道线长度的确定方法
技术领域
本发明属于交通工程技术领域，尤其涉及一种公交站上游的禁止变更车道线长度的确定方法。
背景技术
公交车辆在进站口上游的换道行为其主要目的是为了进站做准备，因此是一种“强制性换道”行为，通常强制性换道会阻碍交通流和降低道路通行能力。在公交站周围公交车和社会车辆混行，公交车进出站的换道行为对路段交通流的正常运行会产生干扰，造成交通拥堵，延误增加，通行能力降低，严重时造成交通拥堵甚至造成交通事故，影响道路通行安全，降低公共交通的服务质量、乘客满意度，也不利于环境保护。本发明提出一种基于驾驶员反应能力的公交车车辆换道模型，分析公交驾驶员反应能力对公交车辆换道的影响，与此同时运用交通流特性，研究公交换道距离和换道穿越车道数两个影响因子与路段交通流速度之间的关系。
从现有相关研究文献阅读分析可知，针对公交强制性换道行为对交通的影响研究的已有技术有以下特点：
(1)现有成果大多数为针对普通小汽车的换道行为,已有研究中针对车辆换道对交通流的影响研究主要包括：换道对交通量、车速、密度的影响，以及换道造成的通行能力降低和交通延误计算；
(2)大多数技术中认为驾驶员的行为是静态已知的。部分文献对换道概率对交通流的影响进行了研究，但是没有对确定换道决策的驾驶员进行讨论。
(3)对于公交车强制性换道行为的研究比较少，研究其换道特征时，没有与公交站运营特征有较强联系。与此同时，公交进站换道行为的具体模式也未进行界定，公交车进站换道特性缺乏定性和定量的分析，目前大多数模型与车辆换道模型的融合度不高，未灵活地把现有车辆换道模型结合公交换道特性运用到公交进进站换道行为的研究中去。
根据上述对现有研究技术分析可知，针对公交车强制性换道行为对交通的影响研究存在三方面不足：
一是大多数换道研究集中于小汽车，对公交车进站范围内的的强制性换道研究相对缺乏；二是简单处理驾驶员行为，公交站进站口上游交通环境十分复杂，驾驶员的交通行为是动态复杂的，驾驶员作为交通主体，其行为研究是公交车强制性换道的基础；三是缺乏对公交车进站特性的研究，对其不同换道次数和换道过程的换道模式没有进行明确的界定。
发明内容
本发明的目的在于提供一种公交站上游的禁止变更车道线长度的确定方法，旨在减少公交车在进站范围内的强制性换道行为的影响。
本发明是这样实现的，一种公交站上游的禁止变更车道线长度的确定方法，通过确定进站口上游不同模式下的公交车换道过程和换道次数，考虑换道点距离、换道模式、交通量、公交比、饱和度，计算路段换道强度和驾驶员换道紧迫度，运用速度阻抗原理，建立公交车换道影响下的综合车速折减模型，建立优化模型，以最低期望速度作为约束条件，得出最小禁止变更车道线长度。
进一步，进站口上游公交车强制性换道模式分别为：
模式一：行驶于内侧车道的公交车的进站行驶轨迹为：内侧车道-中间车道-外侧车道-进站；
模式二：行驶于中间车道的公交车的进站行驶轨迹为：中间车道-外侧车道-进站；
模式三：行驶于外侧车道的公交车行驶路径为：外侧车道-进站。
进一步，路段换道强度表达式为：
公交车交通量其中，N表示一座公交站运营N条公交线路，λi表示第i条线路的公交发车频率；K1，r1，r2为模型参数；
路段公交比其中，Q表示路段的实际交通量；饱和度
进一步，驾驶员紧迫度的表达式为：
其中，i辆公交车的换道点距离di＝xi-x0，x0表示公交车站所在位置，xi表示第i辆公交车的换道点位置；
第i辆公交车的换道模式
驾驶员冒进程度a＝D×0.01，D表示驾驶员类型，数值范围为0～99，D～N(50,σ2)。
进一步，综合车速折减模型的表达式为：
其中，vlc为考虑换道影响后的路段车速，vf为路段上车流无公交强制性换道时的正常速度；C为道路设计通行能力；α、β为速度阻滞系数；h1,h2为模型参数。
进一步，最低期望速度为ve＝vf·(1-θ)，其中，θ表示正常车速的折减系数。
进一步，优化模型minS＝f-1(S),s.t.ve≤vlc；
S为禁止变更车道线的长度，ve为最低期望速度。
本发明通过考虑公交车在进站范围内的换道点位置、换道模式、交通量、公交比、驾驶员等因素，计算了路段换道强度和驾驶员紧迫度，建立了综合车速折减模型，从而确定了公交站上游的公交车禁止换道长度，有利于减少公交车在进站范围内的强制性换道行为的影响，完善道路标志标线的设计，规范公交车运行，提高道路通行能力和安全。
附图说明
图1是本发明实施例提供的进站口上游公交车换道示意图；
图2是本发明实施例提供的禁止变更车道线示意图。
具体实施方式
为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下。
请参阅图1、图2：
一种公交站上游的禁止变更车道线长度的确定方法，通过确定进站口上游不同模式下的公交车换道过程和换道次数，考虑换道点距离、换道模式、交通量、公交比、饱和度，计算路段换道强度和驾驶员换道紧迫度，运用速度阻抗原理，建立公交车换道影响下的综合车速折减模型，建立优化模型，以最低期望速度作为约束条件，得出最小禁止变更车道线长度。
进一步，进站口上游公交车强制性换道模式确定，以港湾式公交站单向三车道为例，三种模式分别为：
模式一：行驶于内侧车道的公交车的进站行驶轨迹为：内侧车道-中间车道-外侧车道-进站，该模式至少需要换道3次才能进入停靠站；
模式二：行驶于中间车道的公交车的进站行驶轨迹为：中间车道-外侧车道-进站，该模式至少需要换道2次才能进入停靠站；
模式三：行驶于外侧车道的公交车行驶路径为：外侧车道-进站，该模式至少换道1次才能进入停靠站。
进一步，路段换道强度是指：在一定的道路条件、交通量、公交比、环境因素影响下，公交车换道的自由度，路段换道强度表达式为：
公交车交通量其中，N表示一座公交站运营N条公交线路，λi表示第i条线路的公交发车频率；
路段公交比其中，Q表示路段的实际交通量；饱和度
进一步，驾驶员紧迫度是指在一定的道路条件、交通量、公交比、环境因素影响下，公交车换道的自由度。该指标主要反应公交车运行环境的拥挤程度，进一步说明公交换道进站时的难易程度。驾驶员紧迫度的表达式为：
其中，i辆公交车的换道点距离di＝xi-x0，x0表示公交车站所在位置，xi表示第i辆公交车的换道点位置；
第i辆公交车的换道模式
驾驶员冒进程度a＝D×0.01，D表示驾驶员类型，数值范围为0～99，当D＝50时，驾驶员为普通型，D～N(50,σ2)。
进一步，综合车速折减模型的表达式为：
其中，vlc为考虑换道影响后的路段车速，vf为路段上车流无公交强制性换道时的正常速度；C为道路设计通行能力；α、β为速度阻滞系数；h1,h2为模型参数。
进一步，最低期望速度为ve＝vf·(1-θ)，其中，θ表示正常车速的折减系数。
进一步，优化模型minS＝f-1(S),ve≤vlc；
S为禁止变更车道线的长度，ve为最低期望速度。
禁止变更车道线是将进站口上游的一段分道线变成实线，从而实现禁止公交车在该段距离内换道进站的功能。
如图1所示，假设无非机动车影响、无公交专用道，当公交车接近停靠站台时，其行驶位置有可能分布在内侧车道、中间车道、外侧车道上，对于港湾式停靠站，由于站台拓宽至行车道以外，目标公交车至少需要从车行道上换道一次才能进站停靠。
进一步分析公交车换道过程中的行驶轨迹，公交换道轨迹主要包括以下三种模式：
①行驶于内侧车道的公交车B1的进站行驶轨迹为：内侧车道-中间车道-外侧车道-进站，即B1—B1'—B1”—P模式，如图1，该模式其至少需要换道3次才能进入停靠站；
②行驶于中间车道的公交车B2的进站行驶轨迹为：中间车道-外侧车道-进站，即B2—B2'—P进站，该模式至少需要换道2次才能进入停靠站；
③行驶于外侧车道的公交车B3行驶路径为：外侧车道-进站，即B3—P进站，该模式至少换道1次才能进入停靠站。出站换道路径与进站换道路径相反，各路径换道次数相同。
路段换道强度是在一定的道路条件、交通量、公交比、环境因素影响下，公交车换道的自由度。当路段的交通量较大时，公交车行驶的自由度较小，路段换道强度大；反之，交通量较小时，公交行驶自由度增加，路段的换道强度降低。另外，路段公交比对换道强度也有影响，公交比越大，表明同时换道进站的公交车数量较多，相互干扰增大，公交换道强度增加。路段换道强度表达式为：其中：式中，K1、r1、r2为折算系数，对公交换道行为参数的研究，取K1＝1.6，r1＝0.65，r2＝0.35。一般情况下，换道强度大表明公交换道阻力大，对社会车辆的干扰较大；公交车交通量其中N表示一座公交站运营N条公交线路，λi表示第i条线路的公交发车频率；路段公交比其中，Q表示路段的实际交通量；饱和度其中C表示路段设计通行能力。
当公交站中各线路公交车的运营计划不变时，可根据调查公交站所处路段实际交通量Q、通行能力C以及车站运营的公交数Qbus计算出公交比，从而利用换道强度表达式计算出现在的路段换道强度。当有线路公交车的运营计划将要改变时，可根据调查公交站所处路段实际交通量Q、通行能力C以及车站运营的未来的公交线路数、各线路公交的未来发车频率计算出将来的公交比，从而预测在新的运行计划时路段换道强度的大小。
驾驶员紧迫度是指在一定的道路条件、交通量、公交比、环境因素影响下，公交车换道的自由度。该指标主要反应公交车运行环境的拥挤程度，进一步说明公交换道进站时的难易程度。驾驶员紧迫度的表达式为：
其中：i辆公交车的换道点距离di＝xi-x0。其中，x0表示公交车站所在位置，xi表示第i辆公交车的换道点位置。第i辆公交车的换道模式驾驶员冒进程度a＝D×0.01。其中，D表示驾驶员类型，数值范围为0-99，当D＝50时，驾驶员为普通型，D～N(50,σ2)。由于驾驶员具有离散随机性，各个驾驶员由于地域风俗习惯、所接受的教育程度、性别、年龄等原因存在一定差异，因此在驾驶员因素的计算时，应当进行必要的抽样调查，为所需研究的地区的公交站驾驶员类型确定提供基础。
综合车速折减模型的表达式为：其中，vlc为考虑换道影响后的路段车速，vf为路段上车流无公交强制性换道时的正常速度；C为道路设计通行能力；α、β为速度阻滞系数；h1,h2为模型参数。
最低期望速度为ve＝vf·(1-θ)，其中，θ表示正常车速的折减系数。
优化模型minS＝f-1(S)，根据表1，为了使增加禁止变更车道线后道路状况得到好转，优化后的速度等级得到提升，因此约束条件为：ve≤vlc。其中S为禁止变更车道线的长度，ve为最低期望速度。
表1主干路路段期望运行速度指标等级划分标准
路段期望运行速度(ve) 平均运行速度指标等级
ve≤15km/h 拥堵
15km/h≤ve≤25km/h 中度拥堵
25km/h≤ve≤40km/h 缓行
40km/h＜ve 畅通
如图2，禁止变更车道线是将进站口上游的一段分道线变成实线，从而实现禁止公交车在该段距离内换道进站的功能。
本发明通过考虑公交车在进站范围内的换道点位置、换道模式、交通量、公交比、驾驶员等因素，计算了路段换道强度和驾驶员紧迫度，建立了综合车速折减模型，建立了优化模型，从而确定了公交站上游的公交车禁止换道长度，有利于减少公交车在进站范围内的强制性换道行为的影响，完善道路标志标线的设计，规范公交车运行，提高道路通行能力和安全。
以上所述仅是对本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改，等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围内。

Claims (6)

1.一种公交站上游的禁止变更车道线长度的确定方法，其特征在于，所述的公交站上游的禁止变更车道线长度的确定方法通过确定进站口上游不同模式下的公交车换道过程和换道次数，考虑换道点距离、换道模式、交通量、公交比、饱和度，计算路段换道强度和驾驶员换道紧迫度，运用速度阻抗原理，建立公交车换道影响下的综合车速折减模型，建立优化模型，以最低期望速度作为约束条件，得出最小禁止变更车道线长度；
进站口上游公交车强制性换道模式分别为：
模式一：行驶于内侧车道的公交车的进站行驶轨迹为：内侧车道-中间车道-外侧车道-进站；
模式二：行驶于中间车道的公交车的进站行驶轨迹为：中间车道-外侧车道-进站；
模式三：行驶于外侧车道的公交车行驶路径为：外侧车道-进站。
2.如权利要求1所述的公交站上游的禁止变更车道线长度的确定方法，其特征在于，路段换道强度表达式为：
公交车交通量-其中，N表示一座公交站运营N条公交线路，λi表示第i条线路的公交发车频率，K1，r1，r2是模型参数；
路段公交比其中，Q表示路段的实际交通量；饱和度
3.如权利要求1所述的公交站上游的禁止变更车道线长度的确定方法，其特征在于，驾驶员紧迫度的表达式为：
<mrow> <msub> <mi>U</mi> <mrow> <mi>l</mi> <mi>c</mi> </mrow> </msub> <mo>=</mo> <mfenced open = "{" close = ""> <mtable> <mtr> <mtd> <mrow> <munder> <mi>&amp;Sigma;</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mo>=</mo> <mn>1</mn> </mrow> </munder> <msub> <mi>K</mi> <mn>2</mn> </msub> <mi>a</mi> <mo>,</mo> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <mi>x</mi> <mi>i</mi> </msub> <mo>=</mo> <msub> <mi>x</mi> <mn>0</mn> </msub> <msub> <mi>orM</mi> <mi>i</mi> </msub> <mo>=</mo> <mn>0</mn> <mo>)</mo> </mrow> </mrow> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mrow> <munder> <mi>&amp;Sigma;</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mo>=</mo> <mn>1</mn> </mrow> </munder> <mfrac> <mrow> <msup> <msub> <mi>K</mi> <mn>2</mn> </msub> <mo>&amp;prime;</mo> </msup> <mi>a</mi> </mrow> <msub> <mi>d</mi> <mi>i</mi> </msub> </mfrac> <mo>&amp;CenterDot;</mo> <msub> <mi>M</mi> <mi>i</mi> </msub> <mo>,</mo> <mi>o</mi> <mi>t</mi> <mi>h</mi> <mi>e</mi> <mi>r</mi> <mi>w</mi> <mi>i</mi> <mi>s</mi> <mi>e</mi> </mrow> </mtd> </mtr> </mtable> </mfenced> <mo>;</mo> </mrow>
其中，i辆公交车的换道点距离di＝xi-x0，x0表示公交车站所在位置，xi表示第i辆公交车的换道点位置；
第i辆公交车的换道模式
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驾驶员冒进程度a＝D×0.01，D表示驾驶员类型，数值范围为0～99，D～N(50,σ2)。
4.如权利要求1所述的公交站上游的禁止变更车道线长度的确定方法，其特征在于，综合车速折减模型的表达式为：
<mrow> <msub> <mi>v</mi> <mrow> <mi>l</mi> <mi>c</mi> </mrow> </msub> <mo>=</mo> <mfrac> <msub> <mi>v</mi> <mi>f</mi> </msub> <mrow> <mn>1</mn> <mo>+</mo> <mi>&amp;alpha;</mi> <msup> <mrow> <mo>(</mo> <mfrac> <mi>Q</mi> <mrow> <mi>C</mi> <mo>&amp;CenterDot;</mo> <msup> <mrow> <mo>(</mo> <mn>1</mn> <mo>-</mo> <msub> <mi>I</mi> <mrow> <mi>l</mi> <mi>c</mi> </mrow> </msub> <mo>)</mo> </mrow> <msub> <mi>h</mi> <mn>1</mn> </msub> </msup> <msup> <mrow> <mo>(</mo> <mn>1</mn> <mo>-</mo> <msub> <mi>U</mi> <mrow> <mi>l</mi> <mi>c</mi> </mrow> </msub> <mo>)</mo> </mrow> <msub> <mi>h</mi> <mn>2</mn> </msub> </msup> </mrow> </mfrac> <mo>)</mo> </mrow> <mi>&amp;beta;</mi> </msup> </mrow> </mfrac> <mo>=</mo> <mi>f</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mi>S</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mo>;</mo> </mrow>
其中，vlc为考虑换道影响后的路段车速，vf为路段上车流无公交强制性换道时的正常速度；C为道路设计通行能力；α、β为速度阻滞系数；h1,h2为模型参数。
5.如权利要求1所述的公交站上游的禁止变更车道线长度的确定方法，其特征在于，最低期望速度为ve＝vf·(1-θ)，其中，θ表示正常车速的折减率，是结合城市交通实际情况确定的最大允许折减率。
6.如权利要求1所述的公交站上游的禁止变更车道线长度的确定方法，其特征在于，假设驾驶员完成服从交通规则，所有车辆均在禁止变更车道线之前完成换道，即：di≥S，优化模型minS＝f-1(S),s.t.ve≤vlc；
S为禁止变更车道线的长度，ve为最低期望速度。
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