直線型公交停靠站通行能力計(jì)算方法

基金項(xiàng)目： 國家973計(jì)劃資助項(xiàng)目（2012CB725402）

作者簡介： 孫鋒（1979-），男，博士研究生，研究方向?yàn)榻煌ü芾砼c控制，E-mail：sunfeng0904@sina.com

通訊作者： 王殿海（1962-），男，教授，研究方向?yàn)榻煌刂疲珽-mail：wangdianhai@sohu.com

文章編號： 0258-2724（2013）03-0546-07DOI： 10.3969/j.issn.0258-2724.2013.03.024

摘要：

為了提高公交停靠站通行能力計(jì)算方法的精確性，針對目前城市的公交運(yùn)行現(xiàn)狀，使用時空分布圖分析了公交車在直線式停靠站的服務(wù)過程，在此基礎(chǔ)上，綜合考慮停靠站排隊(duì)概率和停靠時間分布，推導(dǎo)了公交停靠站通行能力計(jì)算模型.對杭州市公交車停靠時間的分布函數(shù)進(jìn)行了擬合，對數(shù)正態(tài)分布的擬合程度最優(yōu)，2個交通時段的K-S檢驗(yàn)值分別為0.083 9和0.050 6.用MATLAB編程得到不同分布參數(shù)下的通行能力結(jié)果表明：隨著停靠時間對數(shù)平均值μ的增加，不同泊位數(shù)停靠站的通行能力減少了44.4%～47.3%；通過VISSIM仿真得到了停靠站的通行能力，模型計(jì)算值與仿真結(jié)果的平均誤差為6.5%.

關(guān)鍵詞：

直線式公交停靠站；通行能力；停靠時間；對數(shù)正態(tài)分布

中圖分類號： U491.51文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

隨著交通供需矛盾的日益突出，公共交通已經(jīng)成為解決城市交通問題最有效的手段.各大中城市都把公交優(yōu)先作為城市交通的發(fā)展方向[1]，公共交通在近幾年得到了快速的發(fā)展，呈現(xiàn)出大規(guī)模、列車化的運(yùn)行特點(diǎn).

設(shè)置公交專用道是公交優(yōu)先的一種基本形式，公交停靠站作為公交專用道的瓶頸點(diǎn)，其通行能力決定了公交專用道的通行能力，是公共交通設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容，設(shè)計(jì)合理與否決定了公交專用道的運(yùn)行效率[2-4].因此，有必要針對目前的公交運(yùn)行狀況，對公交停靠站的通行能力進(jìn)行更加深入的研究，為公交停靠站及公交專用道的設(shè)計(jì)提供科學(xué)依據(jù)，實(shí)現(xiàn)道路交通資源的合理配置.本文采用理論模型和仿真試驗(yàn)相結(jié)合的方法，對城市中常見的直線式公交停靠站的通行能力進(jìn)行研究.

1

常用方法分析

目前，國內(nèi)外常用的直線式公交停靠站通行能力計(jì)算方法主要有兩種：HCM（Highway Capacity Manual ）模型[5]和道路通行能力分析模型[6].

1.1

HCM模型

HCM模型考慮了交叉口信號、停靠時間、有效泊位數(shù)、車頭時距等影響因素，按照國外的公交車運(yùn)行狀況進(jìn)行參數(shù)標(biāo)定，認(rèn)為形式相同的公交停靠站的有效泊位數(shù)都相同，用停靠時間平均值作為其期望值，忽略了其它因素對有效泊位數(shù)的影響和停靠時間分布的差異性，導(dǎo)致該模型難以精確反映不同位置和不同時段公交停靠站的通行能力.

1.2

道路通行能力分析模型

在該模型中，認(rèn)為所有車輛到達(dá)后就能進(jìn)站服務(wù).隨著公共交通的快速發(fā)展，車輛排隊(duì)進(jìn)站的概率越來越大.根據(jù)對杭州市天目山路公交停靠站的調(diào)查，排隊(duì)概率為50%～70%.顯然，公交車輛排隊(duì)進(jìn)站和直接進(jìn)站的服務(wù)過程是不同的.

綜上所述，已有的計(jì)算模型與我國目前的公交運(yùn)行現(xiàn)狀存在一定差異，難以滿足當(dāng)前公交停靠站的設(shè)計(jì)要求.鑒于此，本文在充分考慮公交車輛排隊(duì)進(jìn)站及停靠時間分布規(guī)律的基礎(chǔ)上，使用時空分布圖描述了公交車輛在停靠站處的運(yùn)行特性，并在此基礎(chǔ)上推導(dǎo)了公交停靠站通行能力計(jì)算模型，最后通過仿真軟件驗(yàn)證了模型的有效性.

2

公交停靠站通行能力的理論分析

本文研究的公交停靠站形式如圖1所示，外側(cè)車道為公交專用道，內(nèi)側(cè)2條車道為社會車輛車道，公交停靠站的公交泊位根據(jù)實(shí)際情況設(shè)置.由于泊位數(shù)超過3個時，其利用率會變得非常低，從成本效益的角度分析這是不合理的[8]，所以，本文主要研究泊位數(shù)為1～3個的情況.

為了便于公式推導(dǎo)，假設(shè)：

（1） 所有駕駛員具有相同的特性，即前后兩車的反應(yīng)時間相同；

（2） 公交車輛從等待位置移動至停車位的過程中是勻加速行駛和勻減速行駛，且加減速度都為a；

（3） 公交車輛駛?cè)胪？空緯r，車輛之間的最小車頭間距為1個停車泊位的長度.

2.1

1個泊位公交停靠站通行能力計(jì)算

當(dāng)公交停靠站只有1個停車泊位時，考慮后面車輛排隊(duì)進(jìn)站過程的情況，前后2輛公交車N和N+1在公交停靠站處的運(yùn)行狀況如圖2所示.

2.2

2個泊位公交停靠站通行能力計(jì)算

當(dāng)公交停靠站有2個停車泊位時，會發(fā)生兩種情況：

（1） 車輛N+1先完成服務(wù)；

（2） 車輛N+2先完成服務(wù).

兩種情況下對應(yīng)的時空關(guān)系如圖3所示.

2.3

3個泊位公交停靠站通行能力計(jì)算

3

停靠時間tS的分布函數(shù)標(biāo)定與檢驗(yàn)

3.1

停靠時間的分布函數(shù)標(biāo)定

對杭州市天目山路公交車輛停靠時間進(jìn)行調(diào)查，調(diào)查的停靠站包括慶豐村、杭州大廈和八字橋公交站，對數(shù)據(jù)進(jìn)行頻數(shù)分析，并分別用正態(tài)分布、對數(shù)正態(tài)分布和威布爾分布對公交停靠時間的樣本進(jìn)行了擬合[10-12].表2為2011年7月20日—22日早高峰時段（7：30～9：30）的公交車停靠時間概率分布擬合結(jié)果.可以看出，對數(shù)正態(tài)分布的K-S檢驗(yàn)值最小，說明其擬合效果最好.

3.2

停靠時間的分布函數(shù)檢驗(yàn)

為進(jìn)一步檢驗(yàn)公交停靠時間服從對數(shù)正態(tài)分布的合理性，對其它公交停靠站的調(diào)查樣本進(jìn)行分布擬合及K-S檢驗(yàn)，結(jié)果見表3.由表3可知，對八字橋站和杭州大廈站停靠時間調(diào)查數(shù)據(jù)的對數(shù)正態(tài)分布進(jìn)行K-S檢驗(yàn)，表明公交停靠時間服從對數(shù)正態(tài)分布的假設(shè)是合理的.

3.3

停靠時間的期望值

4

結(jié)果分析

由圖5可以看出，對于1個泊位的公交停靠站，隨著公交車停靠時間對數(shù)平均值的增加，通行能力從209 bus/h減少至110 bus/h，減少了47.3%， 2個泊位和3個泊位停靠站的通行能力分別減少了46.1%和44.4%.

以上數(shù)據(jù)說明：隨著停靠時間對數(shù)平均值的變化，公交停靠站通行能力的變化非常大，形式相同的公交停靠站在不同位置和不同時段的通行能力也存在較大差異，有效泊位數(shù)并不是一個固定值.

因此，在進(jìn)行公交停靠站及公交專用道設(shè)計(jì)時，必須根據(jù)停靠站的排隊(duì)狀況和停靠時間分布特性進(jìn)行設(shè)計(jì)，這樣才能確保道路交通資源的最優(yōu)配置.

5

仿真驗(yàn)證

為了驗(yàn)證上述模型的有效性，根據(jù)杭州市天目山路的實(shí)際道路條件，在VISSIM中建立仿真路網(wǎng)，輸入公交車輛的運(yùn)行速度和加減速度調(diào)查數(shù)據(jù)，將公交車輛的發(fā)車頻次設(shè)置為接近通行能力的值，并按照不同參數(shù)的對數(shù)正態(tài)分布曲線設(shè)置公交車輛的停靠時間.公交停靠站每小時內(nèi)通過的最大車輛數(shù)，即為公交停靠站的通行能力，結(jié)果見表4.由表4可以看出，模型計(jì)算值和仿真結(jié)果的差別很小，平均相對誤差為6.5%，說明使用本文模型得到的公交停靠站通行能力反映了直線式公交停靠站的車輛運(yùn)行特性.

6

結(jié)束語

以時空分布圖的形式分析了公交車輛在停靠站的運(yùn)行特性，建立了直線式公交停靠站的通行能力計(jì)算模型，并通過仿真驗(yàn)證了模型的有效性.

通過對模型計(jì)算結(jié)果的分析得出，隨著停靠時間對數(shù)平均值的變化，形式相同的停靠站其通行能力變化較大，在實(shí)際公交停靠站的優(yōu)化設(shè)計(jì)中，忽略該因素將導(dǎo)致道路資源的浪費(fèi).根據(jù)實(shí)際停靠站的排隊(duì)概率和停靠時間分布參數(shù)，本文提出的模型能夠確定不同位置和不同時段的通行能力.本文中只對杭州市3個公交停靠站的交通數(shù)據(jù)進(jìn)行了調(diào)查和研究，模型的適用性還有待更多城市公交數(shù)據(jù)的進(jìn)一步驗(yàn)證.

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