基于IC卡數據的常規公交線路通行能力分析方法

李演洪

(上海市政工程設計研究總院(集團)有限公司，上海 200092)

0 引言

為實現各線路公交車輛的實時調度、信息發布等動態監控管理功能，我國許多大城市的公交車輛上安裝了GPS衛星定位管理系統。同時，公交IC卡自動收費系統作為公交無人售票運營模式的先進替代品，已被諸多城市廣泛應用。信息系統提供了大量詳實的公交客流數據和交通系統信息，數據獲取廣度和精度的提高使得交通規劃領域許多新技術的應用變得可行。

目前，對于公交IC卡數據的應用和研究，主要在客流分析和公交車輛運行指標計算兩方面。客流分析主要包括站點上車人數統計、推斷站點下車人數、推算線路斷面流量，并且文獻[1]推算了公交OD矩陣；公交車輛運行指標計算方面包括車輛運行速度、站內?？繒r間、單程行駛時間、車輛周轉時間、車輛延誤時間等。

本文則主要通過IC卡數據，獲取公交車輛進站、離站的加速時間，并結合車輛的平均運行時間和公交?？空镜耐ㄐ心芰τ嬎愎?，研究基于IC卡數據的常規公交線路通行能力分析方法。

1 IC卡數據信息

IC卡數據主要記錄乘客刷卡的信息，并通過乘客所持卡的信息，進而獲取乘客IC刷卡信息、車輛調度信息、公交線路信息，形成龐大的數據庫。其中持卡乘客基本信息可通過IC卡號作為關鍵碼聯系到乘客刷卡信息表；乘客刷卡信息表可通過線路編號、刷卡站點和車輛代號分別將公交線路信息表、線路站點信息表和車輛調度信息表聯系起來。通過數據庫的結構性和連接性，最終形成龐大的IC卡數據信息庫。

在乘客刷卡的同時，可以通過數據庫中各屬性表的連接性，獲取包括卡編號、線路號、車輛編號、刷卡的日期和時刻等信息，如表1所示。

表1 IC卡數據可獲取信息的數據結構表

在統計IC卡數據中，由于數據采集過程均由計算機完成，因此不易出現錯誤。但還是會出現大量數據丟失的情況，在此種情況下，當天的數據就無法使用了。在搜集數據的同時，一定要建立數據倉庫，從中提取所需的刷卡信息、車輛信息、線路信息等。而且在分析公交IC卡數據的同時，還需要獲取其他數據，例如線路開車頻率、線路站點數據等。

2 公交車運行參數推算

根據文獻[2]和文獻[3]，可以通過聚類分析的方法獲知刷卡所在的站點，并以此作為信息基礎，獲取公交車輛站間運行時間、站內?？繒r間與站間運行速度。

2.1 站間運行時間

公交車輛在站點間的運行時間，直接決定了線路運營的效率及車輛調度決策。不同站點間的道路和交通條件導致運行時間也不相同。而在獲知刷卡所在站點后，可以對應地獲取相鄰站點間的平均時間。

(1)

其中，K表示公交車輛總次數，m表示線路的總站點數。

2.2 站內?？繒r間

(2)

2.3 站間運行速度

站間平均運行速度反映了公交車輛運行的具體指標，是體現公交車輛運行效率的重要指標。在獲取相鄰站點公交車輛平均運行時間后，和已知相鄰站點間的平均站距li(i+1)的條件下，也可以得到站點間的車輛平均運營速度，如式(3)所示：

(3)

2.4 公交車輛的加減速時間

由于相關文獻并沒有基于IC卡數據的加減速研究，因此本文結合相關公交車輛運行標準，利用上述所獲取的相關參數，估計公交車輛進站或者出站的加速和減速時間。

由于公交車輛運行較為平穩，因此可將站點間的平均運行速度作為進站減速的初始速度和出站加速后的速度。結合參考文獻《道路通行能力分析》中提供的標準，一般取公交車輛的進站減速和出站加速距離為公交車輛長度，記為lbus，且減速度取b=1.5 m/s2，加速度取a=1.0 m/s2。

上述給出的一般取值并不能更好地與具體的公交車輛運行指標相符，存在一定的誤差。而公交車輛進站和出站的速度差，可與根據IC卡數據獲取的運行速度聯系起來，并結合上述標準，計算更為實際的公交車輛加減速時間。

基于加減速距離的一般取值計算的加減速時間為：

(4)

基于加減速的一般取值計算的加減速時間為：

(5)

為了降低誤差以及充分利用一般取值的普適性，可將基于加減速距離和加減速的一般取值所計算獲取的加速度和減速度取平均，因此，最終獲取的加速度和減速度的計算式子，分別如式(6)和式(7)所示：

(6)

(7)

3 常規公交線路的通行能力計算

公交線路的通行能力受沿線各?？空就ㄐ心芰Φ闹萍s，其中通行能力最小的停靠站是公交線路通行能力的限制瓶頸。?？空镜耐ㄐ心芰θQ于車輛占用停靠站的時間長短，因此，根據陳寬民主編的《道路通行能力分析》，可知公交?？空就ㄐ心芰τ嬎愎綖椋?/p>

(8)

其中，t1為公交車輛進站停車所用時間，即為公交車輛減速時間；t2為公交車輛開門和關門時間；t3為乘客上下車占用時間，與t2一起即為公交車輛?？繒r間；t4為車輛啟動和離開車站時間，即為公交車輛加速時間。

結合第2節中計算獲取的公交車輛運行相關指標，代進上式，即可得到基于IC卡數據計算的公交停靠站通行能力計算式子，如式(9)所示：

(9)

根據上式，即可確定公交線路的通行能力：

C線=min{C站}

(10)

按照相關標準，公交線路的設計通行能力等于該計算值乘以0.8。

圖1 公交站點?？繒r間示意圖

接著提取車輛的站間平均車速，如圖2所示，其中各站點對應的行駛速度為該站點與前一站點間路程的平均行駛速度。

圖2 站間平均行駛速度示意圖

假定公交車輛長度lbus為12 m，加減速度值如前面假設，以所獲取的站點?？繒r間和站間距為基礎，經過式(9)計算，即可得到如圖3所示的站點通行能力。從中可以發現，該線路的站點通行能力基本在100～200輛/h區間內，較為合理，其中最低的是站點9，其通行能力僅為76輛/h，也就是說，該線路的通行能力是76輛/h。

圖3 公交站點通行能力示意圖

4 結語

本文在公交IC卡數據處理的基礎上，結合相關標準或者參考值，提出了基于公交IC卡數據的公交車輛進站和出站的減速度和加速度計算方法，并以此代入通行能力的計算公式，得到基于公交IC卡數據的常規公交線路通行能力分析公式?；诠籌C卡數據的通行能力分析，具有數據覆蓋范圍廣、數據量豐富、可實現自動化計算、成本低等優勢。隨著研究的深入，在對公交IC卡數據處理精度不斷提高的背景下，公交IC卡數據的普及越來越廣，其計算方法可為常規公交線路通行能力分析提供參考。

本文的計算方法是建立在公交IC卡應用范圍大的公交線路上，如此方能獲取足夠準確的時刻記錄數據。因此，對于公交IC卡普及不足的地區線路，其在實際應用中還存在一定的局限性。