（交通运输规划与管理专业论文）公交运输能力研究.pdf

嵫通大学硕士学位做v 7 4 1 1 5 4 摘要 公交系统是一个复杂的综合系统，本文选取公交运输能力( 包 括车辆通过能力和乘客输送能力) 为主要对象，来研究公交系统 中存在的问题，从而分析、解决问题，达到提高公交服务水平的 目的。 在本论文中，作者首先分析了国内外公交的现状及发展趋势， 指出在我国发展公交的道路上缺乏对公交运输能力这一重要指标 的研究，接着提出公交运输能力的概念，将公交运输能力分为公 交车辆通过能力和公交乘客输送能力，并分别对其作了定义。 在分析了公交车辆通过能力和公交乘客输送能力的基本原理 之后，本文构建了公交车辆通过能力与公交乘客输送能力模型， 确定了公交运输能力研究的理论基础。然后分析了模型参数，建 立了公交车辆运行速度模型，并从中分析得出了增大公交车辆通 过能力和公交乘客输送能力的方法和措施。 最后以北京市的公交系统为例，从公交线网结构、服务水平 以及外部发展环境三方面对其现状进行了分析。具体以北京中关 树大街的公交专用道为实例，从公交车辆通过能力和道路负荷度 两方面分析了该段道路公交车辆拥堵、混乱产生的原因，然后根 据实际情况提出了一些解决措旋。 综合公交运输能力研究，它从公交车辆通过能力和公交乘客 输送能力两方面涉及到了公交线路布设与运营管理两方面的主要 内容，这为以后在公交线路优化与公交调度优化方面提供了一个 新思路。 【关键词】公共交通；公交车辆：公交乘客；运输能力；通过能 力；输送能力：服务水平 a b s t r a c t a b s t r a c t b u st r a n s i ts y s t e mi sac o m p l e x s y n t h e t i cs y s t e m ，i nt h i st h e s i s ， f o ra n a l y z i n ga n ds o l v i n gt h ep r o b l e m si nt h eb u st r a n s i t ，i n c r e a s i n g t h el e v e lo f s e r v i c e ，t r a n s i tc a p a c i t yi n c l u d i n gb u st r a n s i tc a p a c i t ya n d p a s s e n g e rc a p a c i t yi ss e l e c t e da st h e m a i no b j e c to f s t u d y i nt h i st h e s i s ，f i r s t a n a l y z et h ep r e s e n ts t a t u sa n dd e v e l o p i n g d i r e c t i o no fb u st r a n s i ti nt h ew o r l da r ea n a l y z e d t h ef a c tt h a td u r i n g t h ed e v e l o p m e n to fb u st r a n s i ta ni m p o r t a n ti n d e x - - t r a n s i tc a p a c i t yi s n o tc o n s i d e r e d t h e n ，c o n c e p to ft r a n s i tc a p a c i t yi sb r o u g h tf o r w a r d ， a n di ti sd i v i d e di n t ob u st r a n s i tc a p a c i t ya n dp a s s e n g e r c a p a c i t y ，h e r e t h e ya r ed e f i n e d o nt h eb a s i so fc o n s t r u i n gt h ep r i n c i p l e so fb u st r a n s i tc a p a c i t y a n d p a s s e n g e rc a p a c i t y ，t h e i rm o d e l s a r em a d e s ot h em a i n t h e o r yo f t r a n s i t c a p a c i t y i se s t a b l i s h e d a f t e r w a r dt h e p a r a m e t e r s a r e d i s c u s s e da n da n a l y z e ds e p a r a t e l y ，t h em o d e lo fb u st r a n s i t ss p e e di s a l s of o r m u l a t e d ，f u r t h e rm o r et h em e t h o d sa n dm e a s u r e st oj n c r e a s e b u st r a n s i tc a p a c i t ya n dp a s s e n g e rc a p a c i t ya r ef o u n d i nt h ee n db ya ne x a m p l eo ft h eb u st r a n s i ts y s t e mi nb e i j i n g ， t h ep r e s e n ts t a t u si nt h et h r e ea s p e c t s ：f r a m e so fb u sl i n e sa n dn e t s ； l e v e lo fs e r v i c ea n de x t e r i o rd e v e l o p i n gc i r c u m s t a n c eo fb u st r a n s i t a r e a n a l y z e d t h e nt h e b u st r a n s i tl a n eo fz h o n g - g u a n c u ra v e n u e c o n c r e t e l y i s i n v e s t i g a t e d ，t h ec a u s eo fb u st r a n s i tc o n g e s t i o na n d c o n f u s i o ni ss t u d i e d ，i nt e r m so ft h eb u st r a n s i tc a p a c i t y , l o a do ft h e b u st r a n s i tl a n e ，a n da c t u a li n s t a n c e s ，s o m em e a s u r e sa r ep r e s e n t e d i nt h i st h e s i s ，r e l a t et ot w oa s p e c t sc o n t e n t s ：s e t t i n g so fb u s l i n e sa n dn e t s ；o p e r a t i o na n dm a n a g e m e n to fb u st r a n s i ts y s t e m ，b u s t r a n s i tc a p a c i t ya n d p a s s e n g e rc a p a c i t ya r es t u d i e d m o s ti m p o r t a n t l y ， an e wd i r e c t i o ni no p t i m i z i n g s e t t i n g so fb u s l i n e sa n dn e t s ，o p e r a t i o n a n dm a n a g e m e n to fb u st r a n s i ts y s t e mi so f f e r e d 【k e y w o r d s t r a n s i t ；b u st r a n s i t ；b u st r a n s i tp a s s e n g e r ；t r a n s i t c a p a c i t y ；b u st r a n s i tc a p a c i t y ；p a s s e n g e rc a p a c i t y ； i e v e lo fs e r v e e 】1 北京交通大学硕士学位论文 1 绪论 1 1 论文研究的背景和意义 1 1 1 大城市的交通问题 现在，中国正处于经济高速增长时期，随着道路的建设，汽车工 业不断发展，从而促进了经济的繁荣。于是，人们开始向城市集中， 城市变得越来越大，汽车化的结果导致了环境污染、交通拥堵及交通 事故等诸多问题的出现。这样就造成大城市交通状况日趋紧张，在某 种程度上影响了城市经济进一步发展及人民生活水平的提高。造成大 城市道路交通拥挤的原因主要有几个方面：道路交通设施建设速度 跟不上交通需求增长速度是造成大城市道路交通拥挤的直接原因； 交通管理跟不上城市交通系统的发展，已有道路利用率不高，加重了 城市道路的交通紧张状况；交通出行结构不合理，路面通行优先权 不明确，诱发了大量的路面使用需求量，更加重了城市道路的交通压 力；市民的现代交通意识淡薄，交通违纪现象严重，交通秩序混乱， 使本来就已紧张的城市道路交通雪上加霜。交通问题已成为制约城市 发展的重大问题之一。 1 1 2 公共交通问题的提出 经过多年的讨论认证，国内外的大多数专家都一致认为，解决城 市交通问题，除必须进行道路建设以适应交通量的增长，必须提高交 通管理水平以充分发挥现有道路潜力外，还有更重要的一点，就是必 须调整交通结构，大力发展公共交通，因为城市交通运输的目的，不 是车辆的流动，而是实现人和物的移动。因此，必须根据各种运输方 式的效率来分配道路空间的使用权。显然提高交通运输效率的根本途 径在于发展运输量大、人均占用路面少的公共交通。 公共交通主要是由轨道交通、常规公共交通和准公共交通三个部 绪论 分组成。其中轨道交通可以分为地铁和轻轨等；常规公共交通包括公 共汽车、电车，巴士等；准公共交通又包括小公共汽车、出租汽车、 单位班车和合乘小客车等。目前，我国城市公共交通的主体是常规地 面公共汽车交通，轨道交通只在我国少数大城市( 北京，天津、上海 等) 才有。专家研究表明，在轨道交通未充分发展或尚未建成之前， 应把常规地面公共交通作为解决城市客运交通的主力。本论文鉴于此 背景，将常规地商公共交通作为研究对象，在本论文当中，若未作特 殊说明，所说的公共交通即指常规地面公共交通。 常规地面公共交通与其他交通方式相比表现出很好的优越性。与 轨道交通相比，城市轨道交通投资昂贵，技术要求高，建设周期长， 要成为大城市客运交通的骨干，还有一段时间。常规地面公共交通车 辆是我国城市客运交通中社会成本最低，综合效益最好的交通工具， 而且车辆运行环境要求不高，一般的城市道路均能作为其载体，它为 城市的中低收入者提供了低价格的出行机会。与私人出行方式相比， 从占用路面情况看，据测算，如果乘地面公共交通一个人所需道路面 积为l m 2 ，骑自行车就需要大约5 m 2 。也就是说，运送相同数量的乘 客，公共交通比个体交通方式可节省路面的8 0 9 0 。不仅如此， 常规公共交通与小汽车相比，以相同的速度，运送相同数量的乘客， 可节省约7 5 的土地资源、8 0 的材料、8 3 的投资，并可减少 9 0 的空气污染，9 9 的交通事故i “。 常规地面公交虽然具有很多明显优点，然而近几年来由于公交服 务水平不能满足人们出行的需要，吸引力逐渐降低，突出表现在以下 两个方面：第一，城市公交的出行比例低“边是公交分担率下 降，一边是小汽车比例增长”。2 0 0 0 年居民出行调查结果【2 j 显示，在 不包括步行的出行中，地面公交出行比例为2 2 ，1 9 9 0 年的是3 0 ， 两者相比2 0 0 0 年比1 9 9 0 年下降了8 个百分点。小汽车则由1 9 9 0 年的 2 9 增长到2 0 ，上升了大约1 7 个百分点。公交出行比例和国际大 都市相比还存在明显差异。第二，服务水平低“速度慢、换乘不 方便、满载率高”。包括步行到站时间、等车时间、换乘时间在内，一 次出行的平均时间为5 8 m i n ，平均出行速度只有1 0 2 k m ，i l ，低于自行 车的平均出行速度1 2 k r n h ，大大低于小汽车的出行速度2 0 k m h 。公 交的平均换乘距离为3 5 5 m ，有3 0 的换乘距离在5 0 0 m 以上，尤其 北京交通大学硕士学位论文 在立交桥等地方问题更为明显，高峰时段许多线路出现过饱和状态。 总之，公交吸引力低，其直接原因是公交服务水平的不足，概括 其原因主要就是线网结构本身、外部道路优先环境、公交运营组织及 政策管理等方面存在问题。 1 2 公交发展综述 自从1 8 1 9 年世界上第一种城市公共车辆为城市公众出行服 务的公共马车在法国巴黎【3 l 出现后，城市公共交通已经发展了大约两 个世纪，先后出现了马车、有轨马车、有轨电车、无轨电车、公共汽 车等几种公交形式。现在我国通常使用的公交形式包括无轨电车及公 共汽车，这两种形式的车辆还将是我国近期城市客运的主体。 ( 一) 快速公共汽车交通系统( b r t ) 如今，许多新技术已经有助于改善公共交通系统，特别是显著改 善公共交通系统的运营。提供公共交通服务的一个新潮流就是众所周 知的快速公共汽车交通系统( 简称快速公交，b r t ) 。 所谓快速公共汽车交通( b u sr a p i dt r a n s i t ，b r t ) ，简单地讲就 是利用现代公交技术配合智能交通和运营管理，使传统的公交系统达 到轻轨交通( l r t ) 系统的服务水平【4 1 。 在许多城市，特别是在拉丁美洲地区，这一系统得到了快速的发 展。巴西库里提巴和哥伦比亚波哥达等城市采用专用的车道，大容量 公共汽车、预先购票和快速上下车的特殊公共汽车车站等措施，使传 统的公共汽车交通系统得到巨大改善，乘客平均出行时间减少，并大 大改善了乘客们出行的整体感受。波哥达的快速公共汽车交通系统虽 然仅实施了3 年，并且目前还在发展中，但已成为世界上载客率最高 的交通系统之一。许多大城市将从快速公交系统中受益。 从拉丁美洲发展起来的快速公交系统开创了低成本、高质量的公 共交通新时代。并且这种系统非常有希望在世界范围内形成革命性的 公共汽车交通系统，使公共汽车交通脱离混合交通、提高平均车速、 改善可靠性和方便性以及增加系统的载运能力以保证较高的客流量， 同时增加公共汽车交通系统的效益。 北京也将b r t 的规划和建设提上了工作日程。目前北京市的相关 绪论 部门正在编辑南中轴路b r t 的可行性研究报告。北京市政院承担示范 线路工程可行性的研究，中国城市规划设计院承担线网规划的研究， 北京交通发展研究中心会同国外顾问专家负责总体技术指导和项同1 办 凋，项目预计年底全部完成。 ( - - ) 先进的智能化公共交通系统( a t p s ) 在欧洲，很少有城市像库里提巴一样把交通走廊的所有道路都作 为公交专用道路。然而，许多城市都采用了在公交专用道上运营公共 汽车或有轨电车，如巴黎市中最近增加了一倍的公共汽车出租车专用 道。欧洲城市惯用先进的交通系统，如建立在全球定位系统基础上的 车辆跟踪系统，从丽使车站可以实时显示公共汽车的到达信息。 欧洲城市采用的这种先进系统，即所谓的智能化公共交通系统 ( a t l a s ) ，它是智能交通系统( i t s ) 的重要子系统。智能交通系统( i t s ) 是随着交通需求咀及现代高科技的发展而发展起来的，足多门类、跨 学科的新兴的系统工程学科。这门学科发展快，受益大，在很多欧洲 城市应用非常成功。如苏黎世的居民平均每天出行1 6 次1 5 j ，这是世 界上出行比率最高的，那里甚至没有地铁系统。在过去几十年里，苏 黎世修建了步行街、电车道、公共汽车专用道和方便自行车出行的区 域，使用公共交通出行只需支付较少的车费，而小汽车的出行或停车 则受到许多限制，结果采用自行车或公共交通就比采用小汽车更加快 捷。苏黎世采用了许多使公共汽车更有吸引力的技术，包括公共汽车 交通跟踪系统和乘客信息系统，公共汽车在交叉口的交通信号优先系 统，采用智能收费卡技术以及集成收费技术等的公共汽车票务系统， 这三种重要的技术使得苏黎世的公共交通非常具有吸引力。 在我国，有关专家、教授等在对比了世界各国智能公共交通系统 研究现状的基础上，提出了适合中国国情的智能公交系统1 6 1 。并将智 能公共交通系统分解为以下四个主要子系统： ( 1 ) 公共交通优化与设计子系统 该子系统是对公交线网布局、线路公交方式配置、站点布置、发 车间隔确定、票价的制定等进行优化和设计，从规划方面提高公交服 务水平。 ( 2 ) 智能公共交通调度子系统 该子系统由调度中心、车载设备、电子站牌等几部分组成，其主 北京交通大学硕士学位论文 要功能是实现公交车辆的自动调度和指挥，保证车辆的准点运行，并 使出行者能够通过电子站牌了解车辆的到达时刻，从而节约出行者的 等车时间。 ( 3 ) 智能公共交通信息服务子系统 该子系统通过媒体( 如：可变信息牌、信息台、互联网等) 将公 交信息( 如：出行线路、换乘点、票价、车型等) 发布出去，使公交 出行者可以方便地获得这些信息，从而吸引公交出行。 ( 4 ) 智能公共交通评价子系统 该子系统通过建立一套科学的评价公交系统的指标体系对智能公 交系统实施前后的经济效益、社会效益和服务水平等方面进行评价。 该智能公共交通系统的组成如图1 l 所示。 图1 1 智能公交的功能模块图 如今，大规模丌发和使用智能公交系统的成本还很昂贵，但是在 我国的青岛和北京等地已经开始逐步使用先进的智能化公交系统，如 智能卡收费，电子显示牌等等，智能化公交系统也将是未来公交发展 的一个趋势。 ( 三) 公交优先 “公交优先”始于二十世纪六十年代初，源于法国巴黎【7 】，很快 绪论 就被饱尝交通拥塞之苦的欧美等发达国家的大城市所接受，并逐步发 展完善。公交优先是许多国家采取的项城市交通发展战略，一般认 为公交优先内涵是指如下三方面的内容： 第一，政府部门在综合交通政策上确立公交优先发展的地位，并 在政策上给予支持( 包括经济扶持) 。 第二，在城市规划、建设上，确立公交的优先发展地位。 第三，在交通资源的使用与管理上，确立公交的优先权力。 有关公交优先的外延，较为全面的表达应为：全面贯彻实施有利 于公共交通优先发展的政策和措施( 如财政、税收、公交设施及站场 用地、公交企业职工优惠待遇等) ；全面推行公交车辆优先通行的各种 技术和方法【8 l 。由此可见，公交优先是一个广泛的概念，它是以建立 公共交通方式为主体、多种交通方式有机结合的客运交通系统为目的， 通过( 交通) 战略的调整及法律、政策的倾斜，为保证公共交通系统 优先发展而推行的各项政策、措施的集合。 2 0 世纪8 0 年代初，公交优先的概念传入我国。由于当时我国城 市机动化水平还比较低，城市道路与交通容量的潜力相对较大，汽车 化发展初期产生的诸如停车难、行车难、城市生态环境急剧恶化等问 题还不十分突出。此后的一段时期内，机动车保有量以每年大约1 1 1 s 的速度增加，在我国许多大城市都先后出现了严重的交通拥堵问 题。于是公交优先被提到了议事日程上来。 1 9 9 7 年，我国首都北京率先开辟了中国最早的公交优先( 专用) 车道。从此，公交优先的实践工作在我国拉开了序幕。在我国现阶段 的绝大多数城市，公交车辆行驶的环境仍然是混合交通模式。但是也 有不少大城市( 除了北京) ，如广州、深圳、上海、杭州、昆明等已经 实施了公交专用道的规划和建设，在一定程度上提高了公交的服务水 平。同时又根据建设部近日下发的有关通知提出，要建设公共交通专 用道路系统，并且将公交专用道作为近期公共交通建设的重点。 现在，北京正在建设首条封闭式的公交专用车道圆明园东路， 该路在路中间为公交车设置了一条上下双行的公交专用车道，涉及到 的三个公交车站也都设在路中央，行人通过人行过街天桥进入车站候 车。这两条公交专用车道就构成了条封闭式的公交专用道路。 未来公交发展，并不是独立的采用公交优先或先进的智能化公交 北京交酒大学硕士学位论文 系统，而是综合使用所有推动公交发展的技术和方法，使之真正实现 快速公共交通。 1 3 本论文研究的主要内容 城市公交系统是城市中供公众乘用的，一种经济方便的交通方式。 它是城市的基础设施，是城市综合功能的组成部分。公交的发展直接 关系着城市的经济发展与居民生活，对城市经济具有全局性、先导性 的影响。随着2 0 0 8 北京奥运会的到来，首都公交正面临新的机遇和挑 战。在这种背景下来研究公交系统，以寻求一些科学的方法来提高公 交服务质量，具有一定的实际意义。 公交系统是一个复杂的综合系统，本文从公交车辆通过能力和乘 客输送能力出发，来研究公交系统中存在的问题，从而分析、解决问 题，提高公交服务水平。本文拟分为五个部分，论文内容结构图( 图 1 - 2 ) 以及每个部分的主要内容如下： 第一章是绪论部分。首先分析了当今城市交通存在的问题，提出 解决城市交通问题的可持续战略之一是发展城市公共交通，并指出城 市公交在城市公共交通中的地位。接着从三个方面对公交未来的发展 做了简要的综述及分析，指出未来公交的发展方向。 第二章是公交运输能力的原理分析部分。首先引入公交运输能力 的概念，指出在我国各大城市进行公交布线、站点设置以及公交调度 运营管理时，缺乏对公交运输能力这一关键指标的思考。然后重点以 公交运输能力为研究对象，分析其国内外研究现状及基本原理，并建 立了公交车辆通过能力及公交乘客输送能力计算模型。这一部分是对 以后应用公交运输能力来解决公交系统中的实际问题打下理论基础。 第三章是对公交运输能力的模型参数进行分析部分。它是以公交 运输能力模型为线索，分析其中各个参数对公交运输能力的影响。这 一部分不但是对第二章的理论部分进行补充，而且是通过对模型参数 的分析来找到提高公交运输能力的措施，为公交系统中的相关设置和 管理提供参考。 绪论 图1 2 论文内容结构图 第四章是对公交运输能力研究的应用部分。本文以北京市的公交 系统为例，全面分析了公交线网的现状结构，现状服务水平以及现状 公交发展的外部环境。其中重点分析了中关村大街专用公交车道的公 交车辆运行情况，并结合公交车辆通过能力、道路负荷度来考虑其存 在问题，分析问题原因。然后以公交车辆通过能力、道路负荷度为主 要考虑因素，给出了一些解决方案。 第五章是论文的结论部分。主要是对全文的工作进行总结，指出 本文的主要研究结论以及不足之处，并对公交运输能力问题的研究以 及公交今后的发展进行了展望。 北京交通大学硕士学位论文 2 公交运输能力基本原理分析 2 1 公交运输能力概述 运输能力问题，特别是道路上车辆的通过能力直是道路交通规 划、交通设施的设计和改善，以及交通管理等有关道路交通工程的重 要指标之一，同时也是这些工作的评价指标，是制定各类道路、交通 规划、设计规范的核心量标。从美国的运输研究局( t r b ，t r a n s p o r t a t i o n r e s e a r c hb o a r d ) 1 9 4 4 年开始研究道路通过能力以来，国内外的大多 数学者主要是研究小汽车( c a r ) 的通过能力，文献【9 】和 1 0 1 详细阐述 了道路( 小汽车) 通过能力的发展状况。而在这差不多6 0 年的时间里， 国外的学者已经开始将注意力转移到公共交通上来开展公交运输 能力研究。1 9 9 1 年，l e v i n s o n h e r b e rs 和h o e v w i l l i a me 就提出了公 交运输能力这说法，并且利用北美的公交发展经验，分析了与公交 运输能力有关的很多因素【1 1 l ；到1 9 9 9 年，k i t t e l s o n 和a s s o c i a t e s 等人 撰写出版了公共交通运输能力与服务质量手册) ) ( t r a n s i tc a p a c i t ya n d q u a l i t yo f s e r v i c em a n u a l ，t c q s m ) 1 1 2 1 ，这本书的第二章( 公交运 输能力，b u st r a n s i tc a p a c i t y ) 全面总结了公交运输能力所涉及到的理 论及应用，目的在于给研究这一领域的专家和学者提供一个参考；2 0 0 3 年，美国佛罗罩达州的规划组织对t c q s m 的应用首次提出了评价报 告【1 3 1 。在报告中肯定了t c q s m 的价值，同时为其未来的发展提出了 修改意见。这份报告给以后应用t c q s m 提供了一个蓝本。同年， k i t t e l s o n 和a s s o c i a t e s 等人又整理出版了第二版公共交通运输能力 与服务质量手册( t r a n s i tc a p a c i t ya n dq u a l i t yo fs e r v i c em a n u a l2 n d e d i t i o n ，t c q s m ) i l 。t c q s m 第二版是对第一版的发展和延续。 但是t c q s m 第二版在结构上做了调整，将公交运输能力( b u st r a n s i t c a p a c i t y ) 放在了第四章。同时t c q s m 第二版在内容上也比t c q s m 第一版充实，更加详细，并且修订了第一版的很多不足之处。可以说， t c q s m 第二版是现今对公共交通运输能力及服务质量的一次总结， 而国内对公交运输能力的研究则几乎是一片空白。 公共交通服务的目的是将大量的乘客从一个地方运输至另一个地 公交运输能力基本原理分析 方。与私人交通方式形成对照的是，私人交通通常要使用很多车辆才 能实现一部分人的运输，而公交服务则可使用很少一部分车辆运输大 量的乘客。因此可以说，研究公交运输能力是为了在一个给定的时间 里服务更多的出行者，而不仅仅是为了增加在途运行的公交车数量。 当然，在一个给定的时间里有更多的公交车辆提供服务，则是在这段 时间里能够运输更多出行者的前提条件。 公交运输能力分为公交车辆通过能力和公交乘客输送能力两大 类，如图2 1 所示。 图2 1 公交运输能力关系图 公交车辆通过能力是指在。定的道路条件、交通状态、环境和运 输组织方法下，单位时间里公交站点的停靠区、公交站点、公交车道 或公交道路能够服务的最大车辆数。 公交乘客输送能力是指在没有不合理的延误、危险或限制等的确 定运行条件下，公交车辆在一个给定的时间里通过一个给定地点所运 输的最大乘客数量。 公交运输能力是一个复杂的体系，它关系到人和车的移动，依靠 车辆的容量和公交调度策略，反映了乘客的交通特性和交通流之间的 相互作用。就公交运输能力来说，公交车辆通过能力和公交乘客输送 能力的利用程度一般与下列因素有关。 ( 1 ) 公交站点的乘客集散量； ( 2 ) 在途运行的公交车数量； ( 3 ) 一条公交线路的乘客上下车分布状态。 北京交通大学硕士学位论文 2 2 公交车辆通过能力分析 2 2 1 公交车辆通过能力基本原理 公交车辆的通过能力受到很多因素的影响，关系到人、车、路三 个方面，具体的影响因素见图2 2 所示。 图2 2 公交车辆通过能力要素 由图2 - 2 可以看出，公交车辆的通过能力涉及到了道路交通规 划，公交调度运营系统等许多复杂因素。不同情况下的车辆通过能力 也有一定的联系，站点停靠区的车辆通过能力决定了站点总体的车辆 通过能力，而在关键站点( 即指一条道路上在各个站点计算得到的道 路车辆通过能力中，有最小道路车辆通过能力的站点) 得到的道路车 辆通过能力也就决定了该条车道的公交车辆通过能力。 总结起来，公交车辆通过能力受到以下七个方面的影响： 公交运输能力基本原理分析 ( 1 ) 车辆属性 包括车辆的大小、性能( 速度、加速率、减速率等) ，车门的宽度、 数量，踏步的高度等属性。 ( 2 ) 路权属性 包括交叉口的设计和控制，公交与其他交通方式的隔离程度等。 ( 3 ) 站点属性 包括站点的设置( 港湾式或非港湾式) ，站台的高度，站点规模大 小等。 。 ( 4 ) 车辆操作属性 包括公交车辆运行时刻表，准点率，以及对公交时刻表的调整方 法等。 ( 5 ) 乘客的交通属性 包括主要站点的乘客集散量，乘客的高峰小时系数等。 ( 6 ) 道路交通属性 包括享有同样路权的其他交通量和交通属性。 ( 7 ) 车辆间隔控制方法 包括控制方式( 自动或人为控制) ，规定的车辆问间隔等。 ( 一) 公交停靠区 公交停靠区：供公交车辆停靠，乘客上下车的区域。单位公交车 辆的物理停靠区只能供一辆公交车停靠。 公交停靠区的车辆通过能力受以下因素的影响： ( 1 ) 停留时间，即指公交车辆停靠来供乘客上下车活动所使用的 时间，包括车辆开启和关闭车门的时间。 ( 2 ) 净空时间，指一辆公共汽车从加速离开停靠区一直到下一辆 公共汽车驶入这个停靠区的最小间隔时间。 ( 3 ) 停留时间变化率，指使用同一停靠区的公交车辆停靠时，停 留时间的变化程度。 ( 4 ) 排队概率，指公交车辆停靠区被一辆公交车占用，另外一辆 公交车为了在此停靠，而不得不等待的概率。 一般地，停留时间与净空时间的和就构成了一辆公共汽车占用停 靠区的时间。停留时间变化率与排队概率的结合反映了大部分公交车 辆在到达公交车站后能够立即使用停靠区停靠的可能性大小，同时提 北京交通人学硕士学位论文 出了公交车辆在停靠时，为了避免相互干扰所需要的最小时间间隔。 将一个小时除以这个时问间隔( 换算成相同单位) 所得的结果可以为 一个车站在一个小时内可以服务的公交车辆数提供参考。 ( 二) 公交站点 公交站点：供公交车辆停靠以及乘客上下车的地方，包括一个或 多个公交车辆物理停靠区。站点规模大小依靠同时使用浚站点的公交 车数量，亦即公交站点的物理停靠区越多，站点同时能够服务的公交 车辆就越多。公交站点和公交停靠区域的关系如下图所示。 s l 公交停靠区，s ：公交站点 图2 3 公交停靠i 趸域和公交站点的关系图 公交站点的车辆通过能力受到下列因素的影响： ( 1 ) 公交车站所提供的物理停靠区数量。在相同的时问内，两个 公交物理停靠区肯定比一个公交物理停靠区能够服务更多的公交车 辆，但是在数量上并不是简单的2 倍关系。 表2 - 1 提供了非港湾式车站与港湾式车站停靠区的利用率。由此 表可以看出，对于非港湾式车站，车辆排队进站比车辆随机进站时停 靠区的有效利用率高。港湾式车站停靠区的有效利用率参数是根据纽 约和新泽西的实际经验得出的，非港湾式车站则是根据欧洲一些城市 的实际经验获得 l 。 由表2 - 1 可以看出，当非港湾式车站具有4 个或5 个物理停靠区 ( 以1 2 m 长的公交站台为1 个物理停靠区) 时，其有效利用率较低， 其有效停靠区数目与只有3 个物理停靠区公交车站的有效停靠区数相 当。若想得到2 个有效的停靠区，非港湾式车站则必须有3 个物理停 公交运输能力基本原理分析 靠区大小的站台。 表2 - 1 几种情况下的停靠区域有效利用率对比 非港湾式车站港湾式车站 车辆随机到达车辆捧队到达车辆任意到达 停靠区有效刺有效停靠有效利有效停靠有效利有效停靠 域数#用率区域数样用率区域数弗用率区域数# l1 0 01 0 01 0 010 01 0 01 0 0 27 51 7 58 51 8 58 51 8 5 37 02 58 02 6 58 0 2 , 6 5 42 02 “2 52 9 06 53 2 5 5】02 7 5j o3 0 06 03 。7 5 ( 2 ) 公交站点设置。站点设置不一样，其公交车辆通过能力也不 一样，比如港湾式车站和非港湾式车站的车辆通过能力就有很大差别； 公交车站的车辆通过能力与单令公交停靠区的通过能力、有效的停靠 区数目以及停靠区的设计有很大关系。 一般设置的停靠区数目应该满足被安排公交车辆的停靠。但是， 实际环境中的街区长度，车道位置以及有些地方设置的路中停车位限 制了公交车站的规模。而且，具有3 个以上停靠区的公交车站容易使 站台上的乘客混乱，因为他们不知道公交车辆停靠的具体位置，当车 辆到达时，他们要重新找到上车点，这样就导致了车辆在站点的停靠 时间延长。 当公交车站能够提供4 个或4 个以上的公交物理停靠区时，港湾 式车站相对于非港湾式车站有更大的车辆通过能力；而当只能提供一 个或两个公交物理停靠区时，非港湾式车站与港湾式车站相比有更大 的车辆通过能力。当车站的设置为3 个物理停靠区时，这两种类型的 公交车站有相当的车辆通过能力，因为车辆的延误时间差不多，一般 则是根据实际情况设置为港湾式或非港湾式车站。 非港湾式车站的设置位置般有3 种形式，如图2 4 所示。 公交车站靠近交叉口设置，信号灯位置在车辆的上行方向，见 图2 4 中的1 号位； 公交车站设置在两个交叉i s l 的中间位置，如图中的2 号位； 公交车站靠近交叉口设置，信号灯位置在车辆的下行方向，见 图2 4 中的3 号位。 北京交通大学俩士学位论文 鼍；广二摹彳? 再 公交车站位于交叉口进口娅 公变车站i 立于两个变叉口中间 公交车站位于交里口出口处 公交车站位置的选择影响公交车辆的通过能力，特别是社会车辆 右转时需要穿过最右边车道的时候。其中，这种情况肘3 号位的公交 车站的车辆通过能力影响最小，其次是2 号位，影响最大的是1 号位 的公交车辆通过能力。 当然，公交车辆的通过能力并不是公交车站选址的唯一考虑因素， 同时还必须综合考虑其他条件，包括与其他社会车辆的干扰程度，乘 客换乘，乘客步行到站的距离，乘客需求量，信号配时，公交车使用 的车道位置，物理阻碍以及其他影响公交车辆正常运行的因素都必须 考虑。 举个例子来说，处于1 号位的公交车站适合公交车辆右转；处于 3 号位的公交车站适合公交车辆左转；当公交乘客的需求量很大且邻 近的交叉l j 没有足够的空间，则考虑将公交车站设置在2 号位置，同 时还需认真考虑乘客到达或离开2 号位车站的辅助设施设置。 图2 5 说明了在混合交通模式下( 默认公交车辆靠道路右边的车 道行驶) 公交车辆通过能力与站点类型及其位置的关系情况。由图2 5 可看出在混合交通模式下，具有相同的停留时问港湾式车站的车 辆通过能力比非港湾式车站的低，这是因为港湾式车站停靠区产生的 e 面效应不如公交车辆停靠后重新进入车道产生的负面延误。 公交运输能力基本原理分析 l 。i 位，车港湾式丰站2 号位- 章藩离式辅3 号注丰黼式丰钻 l 号位港湾式车站 - 一- 2 号位，蓠 式车站。3 号位港i 穹式 ：坫 注：假定g c = 0 5 ，平均停留时间为3 0 s ，变化率系数为6 0 ，排队概率 为2 5 。) 图2 5 不同位置和类型公交站点的公交车辆通过能力比较 ( ；) 交通控制方法。以信号灯控制为例，在一+ 个给定的时间内信 号灯控制方法将会影响离开或进入公交车站的公共汽车数量。比如， 当一辆公共汽车难要离7 f 公交车站，而这时红色信号灯亮，阻止了这 辆公共汽车的离开，这就导致了这辆车过长占用公交车站，从而影响 了该公交车站的通过能力。 ( 三) 公交道路 公交道路：指公交车辆使用的车道或道路，沿着一条公交道路包 含若干个公交站点。 一条道路上的公交车辆通过能力主要考虑以下两个因素： ( 1 ) 关键站点的车辆通过能力。关键站点，即指沿着一条道路具 有最小通过能力的站点，这个站点限制了通过这条道路的公交车辆通 过能力。通常，公交车辆在关键站点的平均停留时间较长，一是站点 的设置位置不利，致使其他车辆对公交车辆的干扰较大；二是信号灯 控制方案导致了公交车辆停滞。 ( 2 ) 公交控制方法，是公交正常运行的技术基础。通常，各条线 路的公交车辆的发车时刻表相互间不协调，使公交车辆在关键站点排 队、拥堵，从而导致了道路上公交车辆通过能力低。 北京交通大学硕士学位论文 2 2 2 公交车辆通过能力模型建立 ( 一) 停靠区域公交车辆通过能力模型 停靠区域的公交车辆通过能力是计算其他公交车辆通过能力的基 础，首先引入停靠区域公交车辆通过能力模型。 b h _ 一! ：! 咝墨丝一 ( 2 1 ) ”t 。十( g c ) t d + z 。c ，t d 毋。：每小时通过每个停靠区域的最大车辆数( b u s h ) ； g c ：绿信比( 为1 o 时，表示无信号的交叉口) ； f ，：连续公交车之间的净空时间( s ) ； f 。：车辆平均停留时间( s ) ； z ：符合车辆在该车站不排队概率值的标准变量； ：停留时间变化率系数。 其中，在站点的停留时间f 。是影响停靠区域车辆通过能力最重要 的囡素。 ( 二) 公交站点车辆通过能力模型 b = n e b b l m = 一石丽3 6 0 0 丽( g c ) ( 2 - - 2 ) t 。七l g i l p d + 。c j d b ：公交站点的车辆通过能j 3 ( b u s h ) ： 。：有效的停靠区域数目。 由该模型可知，站点规模越大，即 k 的值越大，则公交站点的 车辆通过能力也就越大。 ( 三) 公交车道车辆通过能力模型 公交车行驶的道路环境是较复杂的，现在的公交车一般行驶在混 合型的道路上或公交专用道上。所以，这里研究车道上的公交车辆通 过能力，又分为混合车道的公交车辆通过能力和公交专用车道的车辆 通过能力两种。公共交通线路的通过能力受沿线各站通过能力的制约， 其中车辆通过能力最小的停靠站，是控制线路车辆通过能力的站点( 即 关键站点) 。 ( 1 ) 混合车道的公交车辆通过能力 b = 玩，m ( 卜3 ) 公交运输能力基本原理分析 口：车道的车辆通过能力( b u s h ) ； 无：在关键站点其他车辆对公交的干扰调节参数。 其中 1 ， 厶= 1 一五f ) ( 2 _ 4 ) c f ：关键公交站点的位置参数； v ：与关键公交站点相邻的车道交通流量( v e h h ) ； c ：与关键公交站点相邻的车道通过能力( v e l 油) 。 ( 2 ) 公交专用车道的车辆通过能力 公交专用车道的车辆通过能力与对车辆的操作有很大关系，又分 为车辆跳跃站点( s k i p s t o p ) 操作( 发快车) 和不采用跳跃站点操作两种 模式。 不采用跳跃站点操作的车辆通过能力( b u 帅) ( 若有右转车辆干 扰) ( i ) 若行驶于该公交车道的公交车辆不受其他车辆的右转干扰，则 该车道的公交车辆通过能力即为此车道上关键站点的车辆通过能力： b = 只戈键= n 。 ( 2 _ ) ( i i ) 若行驶于该公交车道的公交车辆受其他车辆的右转干扰，则还 需乘上其他右转车辆的干扰调节参数，即 b = 坟。札。f ( 2 6 ) f ：其他右转车辆对公交的干扰调节参数。 其中 f ? ：1 一 t 门 c r f ：关键公交站点的位置参数； v r ：与关键公交车道相邻的右转车道交通流量r v e l l | 1 1 ； c ，：与关键公交车道相邻的右转车道交( v e h h ) 。 采用跳跃站点操作的车辆通过能力f b u s h ) b = ( e + 岛+ b ) ( 2 8 ) 只= 鼠。j f ( 2 9 ) ：采用跳跃站点的干扰调节参数； e 玩：不采用跳跃站点操作的车辆通过能力( b u s h ) 。 其中 北京交通大学硕士学位论文 ：掣 ( 2 - 1 0 ) k ：在跳跃站点操作中，站点利用率的调节参数； a ：调节车道的阻抗参数； 。：依次可跳跃的站点数日。 n = 1 - 0 8 仁) 3 ( 2 1 1 ) v ：与公交车道相邻车道的交通流量( v c h h ) ； c ：与公交车道相邻车道的交通通过能力( v e h h ) 。 需要注意的是专用公交车道一般分为三种类型： t y p e l ：单独的公交车道，公交车不使用相邻车道； t y p e 2 ：单独的公交车道，公交车可以使用相邻车道； t y p e 3 ：双重公交车道( 即公交车使用两个车道，其他车辆没有授 权不能使用) 。 其中t y p e l ，t y p e 3 的车辆通过能力模型同前面所述； t y p e 2 的车辆通过能力模型只需再附加上使用相邻车道的公交通 过能力即可。 即 b = b + 占”( 2 1 2 ) b ：t y p e 2 类型的公交专用车道的车辆通过能力( b u s h ) ； 曰：单独公交车道的车辆通过能力( b u s ，h ) ； 口”：使用相邻车道的公交车辆通过能力( b u s h ) 。 其中 b ”= 心l ( 2 1 3 ) 丘：使用相邻车道的干扰调节参数。 厶旬4 ( 赢) 2 一 。：移到相邻公交车道的公交车数量。 ，= 等 c k 。：使用相邻车道的车辆跳过的车站数目； 屹：公交车道的车流量r ( b u s h ) ； 公交运输能力基本原理分析 c b ：公交车道的车辆通过能力( b u s 1 1 ) 。 2 3 公交乘客输送能力分析 2 3 1 公交乘客输送能力基本原理 一条公交线路的乘客输送能力与单位小时通过的公交车辆数( 一 般指通过最忙的车站) 和每辆车可以承载的乘客数目有关。公交乘客 输送能力通常是公交车辆通过能力和每辆车所允许承载的乘客数共同 作用的结果。同时公交乘客输送能力还受到乘客需求特性，公交管理 人员采用的策略等影响。具体的乘客通过能力影响因素见图2 6 。 图2 6 乘客输送能力要素 以下四个基础因素决定了公交乘客输送能力 ( 1 ) 线路上运行的最大公交车辆数目； 北京交通大学硕士学位论文