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第12届IFAC研讨会交通系统雷东多比奇，CA，USA，9月2-4日，2009年的论文集
通过微观仿真模型公交优先方案的开发和评估
摘要:在塞浦路斯岛过去的二十年当中，私家车的数量戏剧性地增加，这个现象对这些年使用已经理所当然减少的公交系统产生了负面的影响，由于在同一时期大幅增加的交通拥堵需要一个高质量的公共交通系统变得清楚起来。这种需求是如此由人口老龄化和弱势群体对公共交通的需求支撑。吸引人们重新回到公共交通，最好的办法是有一个可靠的总线系统与服务的高品质这可以弥补缺乏自由和灵活性私家车可以提供。然而这样一个系统应该对交通网络拥堵和行程时间没有负面影响的情况下共存去服务不开车的人的需要和那些使用公共交通模式的人。
本文的目的是介绍一些旨在吸引乘客回到公共交通的方案的开发和评估。 这个想法源于以下事实：塞浦路斯通勤者之间的调查表明，如果公共汽车提供快速可靠的服务，人们将使用公共汽车。 为此目的，开发了微观模拟模型，以便检查专用公交车道和总线优先级方案的几种方案，使得总线可以提供所需的服务水平，对其余部分的影响最小。
关键词：建模，显微模拟，总线优先，总线快速运输，交通分析
绪论
在2008年，塞浦路斯的人数几乎是岛上的人数。 同时，公共汽车运输方式的使用正在减少，其结果是拥堵正在上升到前所未有的水平。 事实上，在塞浦路斯每天，我们面临高峰时间，道路交通事故，空气污染和驾驶员压力，造成越来越多的经济，社会和环境问题。
人们只是将自己的私家车从公共汽车上转移到自己的日常运输中。 事实上，在过去三十年间，登记车辆的数目已由一九八零年的十万架次增加至二零零八年的六十万辆，较二十八年增加百分之六十以上！ 除了越来越多的汽车，公共汽车运输模式的使用也不断下降。到了一九八一年，我们在一千三百万乘客中，到二零零八年下降到三百万，这比巴士运输使用量减少了四成以上。 在主动脉和信号交叉口。
为了解决塞浦路斯政府特别是通信和工业部的系统运输政策的不断增长的拥堵问题。 政策包括限制私家车的使用，城市公共汽车运输系统的改善和服务的改进，自行车等交通工具的推广和现代城市道路网的建设。 在这一框架下，需要在实施之前制定和评估提高塞浦路斯网络网络效率的具体战略。
在本文中，这种策略是通过在计算机模拟环境中的情景分析来开发和测试的。 具体来说，为了提高公交运输方式的服务质量，作为长期解决交通拥堵问题的解决方案，已经开发和测试了各种场景。 要评估的场景包括关于引入专用公交车道以及公共汽车提前信号区域的一些配置。 进一步在我们的议程上评估通用优先权的信号预测计划。 情景分析通过使用城市交通网络的微观模拟模型的计算机实验进行。 本文提出的工作是Trafbus研究项目的一部分，部分由塞浦路斯研究促进基金会资助。 Trafbus研究项目涉及到塞浦路斯建筑，仿真和分析以及巴士快速公交系统。
研究区域，如图1所示，包括Strovolos Ave. 与其许多侧路和信号交叉口。 Strovolos大道是连接西南与中央商务区所在尼科西亚中心的主要道路。 尼科西亚是塞浦路斯的首府，人口约35万。 与主要尼科西亚其他地区相比，Strovolos Ave.是主要的主干道，显示出最高的流量。 此外，Strovolos Avenue作为尼科西亚与城市和农村社区人口密度大的地区之间的连接点。
图1附近的交通网络研究区域
本文在五个部分组织。首先，我们将简要介绍一下有关技术的局限性和功能的流媒体建模和仿真讨论，其次是公交快速公交的简要概述，其中将这种系统的重要性和相关性作为衡量交通拥堵的措施。接下来，描述了开发Strovolos大道交通仿真模型的过程，其中提供了模型有效性的证据。之后，开发和分析了一些涉及公交专用车道，高占用车道和公共汽车提前信号区域各种配置的场景。最后得出结论，并给出未来的工作方向。
交通模拟建模
在许多情况下成功实施了模拟研究，以解决运输问题，特别是在新的运输设计评估中。对于公共交通工具，最近有几项研究报告如下。 Muthuswamy等人（2007）评估过境信号优先级和运输和运营操作的最佳信号时序计划。他们利用WATSim的传播模拟模型来研究传输信号优先级的影响。廖和戴维斯（2007）在另一项研究中采用AIMSUN仿真模拟器，根据全球定位系统，自动车辆位置和无线通信来检查总线信号优先级策略。使用结论证明，提供总线信号优先级将使公交车行驶时间提高12-15％早上高峰期间，下午高峰期间为411％。基于使用VISSIM的微观模拟模型的另一项研究（Zhou和Gan，2005）检查了传输信号优先级和性能曲线的性能。基于微模拟的传输预测模型（Lee et al。，2005）也被用于更有效的传输优先级操作。
在两级视图中，车辆行驶模型的建模问题可以通过两个主要的观察尺度数学地进行：微观和宏观层面。在微观层面上，每个车辆被认为是一个个体，因此对于每个车辆我们都有一个方程式，这通常是一个普通的非常方程式。在宏观层面上，我们使用流体动力学模型的类比，其中我们有一个部分不相关的等式的系统，其具有相对于时间和空间的流量密度，速度，流量的流畅度。还存在所谓的介观水平的第三级分析，其在微观和宏观层面之间。在中等水平的介观或动力学尺度中，我们定义了一个函数f（t，x，v），它表示在速度v的位置x处的时间t有车辆的概率，这个函数遵循统计学方法力学，可以求解求解一个积分方程，如Boltzmann方程。
适当模型的选择取决于所需的细节水平和可用的计算能力。 由于近年来计算机技术的进步，今天的趋势是利用微观尺度的数学模型，其中包含人为因素和汽车跟随模型作为驾驶员模拟的驾驶环境。 最广泛使用的模拟软件模型包括CORSIM，VISSIM，PARAMICS和AIMSUN。
CORSIM，VISSIM，AIMSUN和PARAMICS具有相当的功能，可以得出结论，对多种评论（Bloomberg and Dale，2000; Boxill and Yu，2000; Choa et al。，2003; Panwai and Dia，2005） 。 在我们的例子中，我们利用了VISSIM（Fellendorf和Vortisch，2001），该公司在公共交通运营模型和控制信号操作方面具有特别的优势。 VISSIM是基于由Wiedemann（1974）开发的心理物理驾驶模型的微观模型。
即使模拟仿真模型永远无法捕捉到全面的现实，它们可能是在执行之前评估潜在的流量管理策略的最佳手段。 模拟仿真模拟仍在研究和开发中，我们期待在不久的将来看到更好的模型。 本文提出的工作部分有助于更好地理解传播模拟建模的概念，以及提供有关其能力和局限性的见解。
公共汽车快速公交
快速公交是指通过多种方式提供传输模式的服务。 巴士快速公交系统旨在提供高水平的服务，可以达到铁路运输模式。 这比建造铁路系统要低得多。 有各种类型的巴士快速公交系统已在全球实施。 在Levinson et al （2003a; 2003b; 2003c）综述了巴士快速公交系统在北美，欧洲和澳大利亚的应用。 巴士快速公交系统可以根据一些功能进行分类，包括专用巴士车道，有吸引力的公共汽车站和巴士站，容易识别的车辆，美观地传达强烈的身份和可敬的图像，轻松，舒适和安全的登机和下车，off车票收费，全天候频繁服务。
公共汽车快速公交系统成功的中心是利用专用的公共汽车线路，使公共汽车运输真正快速。 此外，可以通过延长绿色相位在信号交叉口处给予总线优先级，使得总线可以通过交叉点而不必停止，或者如果检测到总线接近交叉点，则可以较早地启动绿色阶段。 以这种方式，公交车与其他车辆不同。
几项研究的证据（TRB和NRC，2001; Currie，2005年）表明，公交快速公交提高了公共交通的服务质量，从而提高了公共汽车的乘客量。 快速公交不仅对已经使用公共汽车的乘客和那些由于改善服务而转向公共汽车运输方式的乘客也是有益的，而且那些继续使用私家车的乘客，因为他们的交通拥堵情况较差。
在我们的情况下，尼科西亚和特别的斯特罗沃洛斯大道代表着BRT的试点申请。 从专用巴士车道和公共汽车前进区开始，下一步将是开始信号抢先。 然后可以采用其他BRT特性，例如适当的车辆，方便，舒适的登机和下车，舒适的公车站，频繁的服务，车辆收费等。 一旦实现了快速公交的好处，就可以将这个概念贯穿尼科西亚和塞浦路斯全境，作为长期战略，以解决越来越多的交通拥堵问题。
图二 建议的模拟和模拟方法
正如我们在以下章节中所看到的，本文中提出的工作的目的是评估涉及BRT功能的替代方案解决方案，例如专用总线通道和总线信号优先级。 使用下一节描述的验证的微观模拟模型进行评估。
建模与仿真
如上所述，传播现象构成了一个动态问题的情况，这使得传播模拟和模拟成为一个非常复杂，迭代和繁琐的过程。 为了增加我们现实仿真模型的机会，采用了Lieberman和Rathi（1997）和Dowling等人的建议，采用了以下方法。 （2004）。 这适用于对Strovolos Avenue交通网络进行建模，如下所述。
如图2所示，提出的方法的第一步是识别和定义问题。 在我们这种情况下，由于交通拥堵而导致的问题的症状表现为越来越多的旅行时间。 如介绍部分所述，尼科西亚人的交通拥堵问题的主要原因在于增加了车辆数量，减少了公共汽车运输系统的使用。 增加道路基础设施的能力只会使事情变得更糟，因为我们鼓励进一步使用私家车辆并阻止使用公共交通工具，建立一个加强反馈循环。 因此，长期解决问题的办法是通过鼓励使用公共交通工具来平衡甚至扭转局面。
那么问题就是如何改变我们的巴士运输系统，使其更有吸引力。 这是我们的目标是在我们的巴士乘客的Trafbus项目集中提供服务和优质服务水平上进行调查。 因此，我们的建模和仿真方法的目的是检查各种场景，例如专用公交车道和公共汽车快速公交系统，为公共汽车运输系统提供更好的服务水平。 同时，我们需要预测和评估对运输系统其他部分的任何方面的影响。
基于所述模型目标，开发了Strovolos Avenue的仿真模型。 像任何其他交通网络一样，Strovolos Avenue由许多需要考虑的特性参数组成。 这些包括交通控制信号，优先权规则，路由决策，行人交叉路口，信号和非信号交叉路口等。图3中描绘了Strovolos Avenue的行车观察模拟模型（参见图1）。 图3显示了Strovolos Ave的布局，该路段是距离Strovolos大道相交的主要道路。 图3还显示了引入专用公交车道和公共汽车前进区域的潜在区域。 这些在下一节中进行评估，在流量情景分析中。
图三示范模拟模拟显示专用公交车道和公共汽车前进区域的潜在区域
该模型包含了大量可以将静态数据和动态数据分类的各种数据。静态数据代表道路基础设施，包括具有指定车道数目的路段，起始点和终点以及可选中间点的链接。此外，静态数据包括链路之间的连接器，其用于建模轮廓，车道下落和车道增益，转接站的位置和长度，信号头/停止线的位置，包括对相关联的信号组的参考，以及位置和长度探测器动态数据也需要为我们的traff c仿真应用程序指定。它包括交通流量，包括进入网络的所有链路的车辆混合，具有路线的路线决策点的位置，即时间和车辆分类不足的链接序列，优先权规则，模型无信号交叉路口的权利在信号通道和黄色框或保持清晰区域，停车标志位置，公共交通路线，出发时间和停留时间的许可转弯。
在我们的模型中引入了必要的参数，我们进入迭代过程，由模型开发校准和模型验证组成。 在开发模型的过程中经过几次迭代，我们可以对我们的模型的有效性提出一些乐观的结果。
图四 模型验证
图4显示了我们的交通网络中央交叉路口的各种车辆运动方向的真实Vs模拟交通流，特别是Athalassas-Strovolou（图3中下游DBL5的交点）。 如条形图所示，获得的实际测量结果和模拟结果的实际测量结果相当可比。 特别是错误范围从1％到3％，这是有助于建立信号堡垒的事实。此外，我们的模拟模拟演示了在高峰时段的现实情况。
随着我们手中的验证模式，接下来是准备情景，测试和评估结果。 与交通运输部交通运输规划部门磋商后，涉及外部运输工程顾问和公共交通管理部门的建议，我们提出了几个合理的场景。 总而言之，要评估的各种场景包括使用专用总线通道和总线信号优先级，如下一节所述。
第五章 巴士优先情景发展与交通模拟分析
任何公共汽车快速公交系统的成功取决于使公共汽车运输方式真正快速。 为了吸引更多的人使用公共汽车运输模式，公交车应该按时运行，并应尽可能减少延误。 我们甚至可以说，巴士应该比私家车提供更好的乘客服务水平。 为了实现这样一个雄心勃勃的目标，有必要引入一些总线优先策略。 这些事件涉及当前道路基础设施的重大变化，增加公交专用车道，以及改变交通管理方案，并引入额外的公共汽车前进灯，以及道路交叉口的信号抢占。
考虑到Strovolos Avenue的布局，专用公交车道有许多可能的解决方案。 一个解决方案是在每个方向上建立两条公交车道。 由于存在空间限制，出现的第二个合理的替代方案是在道路的右侧或左侧的单一公交车道。 可以处理空间限制的创新第三种替代方案将是道路中间的一条公交车道。 创建地下公共汽车隧道或高架公交车道的选择在这里不被认为是高昂的费用和干扰，在施工进行时，尼科西亚市将是灾难性的。 除了上述替代方案之外，可以采用信号交叉口之前的公共汽车前进区域，以便确保总线能够进入主要流量并进行信号化信号化信号交换。
在每个意大利路线上的两条专用公交车道的第一种选择可以无限度地改变公共交通工具，并加速公交车的最佳方式。 然而，现有的空间限
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