（交通信息工程及控制专业论文）公交车辆进出站行为对道路交通流的影响研究.pdf

摘要 公交车辆的换道行驶、频繁停靠及其对机动车道的占用，使得停靠站附近交 通流受影响减速行驶甚至产生拥挤堵塞，增加了路段交通延误，降低了道路的通 行能力和服务质量。针对目前我国城市公共交通以常规公交为主的特点，本文以 常规公交作为研究对象，着重研究城市公交车辆进出站行为对路段交通流的影响 和停靠站处的合理交通组织。 本文从公交车辆运行特性分析出发，分析了公交车辆进出站行为对道路交通 流的影响因素，讨论了不同条件下公交停靠站的分类。考虑到驾驶员的反应能力， 并结合跟驰模型，建立了公交车辆换道轨迹模型，并用仿真软件对模型进行了仿 真。 重点研究了公交车辆进出站行为对路段交通流的影响，首先确定公交停靠站 的影响范围，在确定公交停靠站的影响范围的基础上，根据第二章的分析，研究 了公交车辆减速进站、停靠、加速出站三个阶段对路段交通流的影响，具体转化 为影响因素与描述路段交通流运行速度的关系，利用影响模型计算值以及调查数 据统计得出不同交通量水平下各影响因素与路段交通流的运行速度的关系图，得 出相关结论。 根据公交车辆进出站过程所需要的空间计算得到一种公交车辆进出站的合 理组织方案，并对站点乘客的交通组织也进行了分析，提出相应的解决方法，并 且分析了公交站点附属设施的优化设计，可以为交通管理者提供相应的参考依 据。 关键词：公交进出站、驾驶员特性、交通流影响、组织优化 a b s t r a c t t h eb e h a v i o ro fl a n e c h a n g i n g 、f r e q u e n ts t o pa n do c c u p i yl a n ef o rb u s ，m a k i n g t h es p e e do ft r a f f i cf l o wa r o u n dt h eb u ss t o p ss l o wd o w n ，a n de v e nc a u s et r a f f i cj a m s i ti n c r e a s e st r a f f i cd e l a ya n dr e d u c et h er o a dc a p a c i t ya n dq u a l i t yo fs e r v i c e f o rt h e p r e s e n t ，c h i n a su r b a np u b l i ct r a n s p o r tw i t hf e a t u r eo fc o n v e n t i o n a lb u s ，t h i sa r t i c l e w i t hc o n v e n t i o n a lb u sa st h er e s e a r c ho b je c t ，a n df o c u s e do nt h ei m p a c to fu r b a n p u b l i ct r a n s p o r tv e h i c l e si na n do u ts t o p st or o a dt r a f f i cf l o wa n dt h er e a s o n a b l e t r a f f i co r g a n i z a t i o nf o rs t o p s f r o mt h ea n a l y s i so fb u sr u nc h a r a c t e r i s t i c s ，w ea n a l y z e dt h ei n f l u e n c ef a c t o r s f o rb e h a v i o ro fb u se n t r ya n de x i ts t o p st ot h er o a dt r a f f i cf l o w , d i s c u s s e dt h eb u s s t o pc l a s s i f i c a t i o nu n d e rd i f f e r e n tc o n d i t i o n s t a k i n g i n t oa c c o u n tt h ed r i v e r s r e s p o n s ec a p a c i t y , c o m b i n e dw i t h t h e f o l l o w i n gm o d e l ，b u i l tl a n e c h a n g i n g t r a j e c t o r ym o d e l ，a n ds i m u l a t e df o rt h em o d e l f o c u s e so nt h eb e h a v i o ro fb u si na n do u ts t o p so nt h ei m p a c to fr o a dt r a f f i c f l o w , f i r s td e t e r m i n et h ei m p a c to ft h eb u ss t o p s ，o nt h eb a s eo fd e t e r m i n i n gt h e i m p a c ts c o p eo fb u ss t o p s ，w i t ht h ea n a l y s i so fc h a p t e ri i ，r e s e a r c h e dt h ei n f l u e n c e o ft h r e es t a g e s ，w h i c ha b o u tb u se n t r ys t o p s ，s t o p ，s p e e du po u ts t o p st ot h er o a d t r a f f i cf l o w , a n dt r a n s l a t e di n t ot h er e l a t i o n s h i po ff a c t o r sa n dt h es p e e do ft r a f f i c f l o w , u s i n gt h ec a l c u l a t e dm o d e lv a l u e sa n ds u r v e yd a t a ，o b t a i n e dt h er e l a t i o n s h i p c h a r to f e a c hf a c t o ra n dr o a dt r a f f i cf l o ws p e e du n d e rd i f f e r e n tt r a f f i cv o l u m el e v e l s ， a n dd r a wr e l e v a n tc o n c l u s i o n s o b t a i n e dar e a s o n a b l et r a f f i co r g a n i z a t i o ns c h e m ef o rb u ss t o p sa c c o r d i n gt ot h e s p a c eo fb u si na n do u ts t o p s ，a n dp a s s e n g e rt r a f f i co r g a n i z a t i o n sh a v ea l s ob e e n a n a l y z e d ，p u tf o r w a r dt h ec o r r e s p o n d i n gs o l u t i o n s ，a n da n a l y z e st h eo p t i m i z a t i o no f b u ss t o p sa n c i l l a r yf a c i l i t i e s ，i tm a yb et o p r o v i d et h e r e f e r e n c ef o r t r a f f i c m a n a g e m e n t k e y w o r d s ：b u se n t r ya n d e x i ts t o p s ，d r i v e rc h a r a c t e r i s t i c s ，t r a f f i cf l o wi n f l u e n c e ， t r a f f i co r g a n i z a t i o no p t i m i z a t i o n l l 长沙理工大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的 研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或 集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均 已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。 作者签名：矽u 1 巷 日期：脚年j 月7 。日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保 留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借 阅。本人授权长沙理工大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库 进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 本学位论文属于 1 、保密口，在年解密后适用本授权书。 2 、不保密口。 ( 请在以上相应方框内打“ ) 作者签名：匆心、爿务日期：加。年j ，月7 乙扫 翩躲经一鼯吼御搠谚日 第一章绪论 1 1 研究背景及意义 城市公共交通( p u b l i ct r a n s p o r t ，t r a n s i t ) 是城市交通中与城市居民密切相关 的一种交通，是使用公共交通工具的城市客运交通。其交通工具主要包括公共汽 车、有轨电车、无轨电车、地铁、轻轨、出租汽车等( 将来还可能出现空中公共 运输) ，它们之间各有自己的体系。 城市公共交通是城市社会经济正常运转的基础保障，是衡量一个城市综合竞 争力的重要标志，更与每个市民的日常生活息息相关，有着巨大的优势和发展潜 力。在我国大部分城市中，公共汽车交通系统以其投资小、见效快、运量大、运 输效率高、相对污染少等优点成为公共交通最主要的形式，成为缓解城市交通压 力的首要途径。 然而在我国，道路交通的现状是不仅机动车增长迅速、路网密度低、停车位 少，而且大部分道路标准比较低、路况较差、交通安全设施落后，更重要的是在 道路上行驶的车种复杂，机动车与非机动车混合行驶现象比较严重。由于道路条 件限制，很多城市道路划分公交专用车道是难以实现的，所以公交车辆和社会车 辆混行将长期存在我国城市，于是公共汽车交通的运营效率对于缓解道路交通压 力显得尤为重要。 在公交停靠站处，公交车辆与社会车辆混行，公交车辆在即将进入公交站点 影响范围准备进站服务的过程中所进行的减速换道行为，以及在公交站点内停靠 服务对车道的占用，严重干扰了路段影响范围附近交通流的正常运行，使得路段 附近交通流受公交车行为的影响减速行驶甚至产生拥挤堵塞，降低了道路通行能 力和服务质量，加大了城市环境的污染。另外，乘客在此上下车，若公交车辆停 靠及乘客候车秩序混乱，也将使得公交停靠站处成为城市道路交通安全的隐患。 公交停靠站处的交通组织不仅影响到城市公共交通的运输效率和运行质量，而且 影响到道路交通安全和城市环境。然而在我国，目前对公交系统的研究主要集中 在线网规划、智能公交调度以及客流分配等方面，缺乏对公交车辆进出站行为、 停靠产生的延误分析、站点的优化设置、交通组织以及对道路交通安全影响等方 面的深入研究，而且没有系统的公交规划和设置规范，各城市在具体的公交规划 过程当中都是凭经验而定，所以，本文在分析公交车辆进出站行为的基础上，研 究公交车辆进出站行为对道路交通流的影响具有十分重要的理论和现实意义。 1 2 国内外研究现状 1 2 1 国外研究现状 国外发达国家( 如美国、英国、加拿大及日本) 的公共交通起步比较早，对 公共交通的理论研究比较成熟，在公交线网的规划、公交站点的布局、智能公交 的调度以及公交优先等方面已经形成较系统的的理论。 在公交停靠站站距及选址优化方面的研究，国外开始得比较早，早期研究以 经验分析居多，随着研究的深入，后来提出了许多不同种类的优化模型，其中， 加拿大的s c w i r a s i n g h e 和n a d i a s g h o n e i m ( 1 9 8 1 年) 在文献【l 】中很系统地研 究了如何使得公交停靠站平均站距最优的问题，文献中以时间为衡量，在同时考 虑到乘客的出行费用以及公交车运营成本的前提下，建立了优化模型；但是由于 大量的微观数据无法获得，所建立的模型当中的很多参数都难以确定，模型的实 用性并不是很好。a n t h o n ya s a k a ( 2 0 0 1 年) 在文献【2 】中，在考虑有公交车辆 运营成本因素限制的情况下，提出了公交停靠站平均站间距的优化模型，重点对 公交车辆运行所需时间进行了研究，在研究中将公交车辆的运行时间分为几个组 成部分：包括减速时间、停靠时间、加速时间、在信号交叉口处遇到红灯的等候 时间、在路段的连续运行时间以及其它的延误时间( 如行人以及非机动车的干扰) 等，但研究的不足是忽略了公交车辆在无信号交叉口所产生的可能延误时间。 a n t h o n ya s a k a ( 2 0 0 3 年) 在文献【3 】中，构建了一系列的评价模型，分析了公 交停靠站的站间距与乘客的出行时间以及车辆尾气排放量的关系，在高峰小时 内，通过对运行在不同站间距停靠站的机动车尾气排放的实际调查分析，评价了 不同站间距的影响程度，得到了一些有用的结论。m e z y a dm a l t e r k a w i ( 2 0 0 6 年) 在文献 4 】中，以沙特阿拉伯王国利雅得城市为例，基于收集的实际数据， 利用一组f o r t r a n 计算机程序对城市公交站点最佳间距进行模拟验证，有利于 公交系统的改善和城市的可持续发展。f i n g e li b e a s ，l u i g id e l l o l i o ，b o r j aa l o n s o ， o l i v i as a i n z ( 2 0 0 9 年) 在文献 5 】中，从整体交通运输系统的社会成本最小出发， 构建了公交站点选址的最优化双层模型。 在公交车辆停靠对附近交通流以及道路和交叉口通行能力的影响方面。比 如，j p l e b a c q u e ( 19 9 8 年) 等人在文献 6 】中，分析了公交车流与其它社会车流的 不同之处：公交车辆的运行有其固定的路线，而其他社会车辆的运行则是随机 的；在速度与加速度方面差异较大，相对而言，公交车辆的速度与加速度偏小； 对于公交车辆而言，在运行的过程中需要在固定的停靠站停靠服务，另外公交 车流是离散车流并不是连续的。s c w o n g 与h a i y a n g ( 1 9 9 8 年) 在文献 7 】中考 虑了在上游附近有公交停靠站时，信号交叉口的延误计算方法，认为信号交叉口 延误的大小主要和以下因素有关：公交停靠站距离交叉口停车线的远近、交叉口 2 所设置的信号参数，路段的交通流量、公交车辆的发车频率、公交线路数以及公 交车辆在站点的平均停车时间等，并推导出了相应的延误计算公式。r e e b u z a c h a r i a hk o s h y 和v t h a m i z ha r a s a n ( 2 0 0 5 ) 在文献【8 】中，用一种仿真技术研 究了公交停靠站对混合交通流的影响，给出了用于研究混合交通流特性的微观交 通流仿真模型，并用实测数据对该模型进行了验证，分析了非港湾式公交站和港 湾式公交站对混合交通流中其他车辆行车速度的影响。r p s p a d m a n a b a n ， l e l i t h av a n a j a k s h i ，a n ds h a n k a rc s u b r a r n a n i a n ( 2 0 0 9 ) 在文献 9 中，把公交车 辆停靠延误时间加入到混合交通流条件下的公交总行驶时间，这将有助于获得可 靠算法，并可用于预测公交车辆到达时间。 在公交停靠站通行能力方面的研究，国外的研究比较成熟，每一个版本的美 国通行能力手册【1 0 】当中，都有对公交停靠站通行能力描述的内容。r o d r i g o f e r n a n d e z ( 2 0 0 1 年) 在文献 11 】中研究比较全面，充分分析了公交车辆的运行 特性和上下游交叉口的交通状况等众多因素的影响，并对公交停靠站通行能力的 计算方法进行了修正。在公交站点的优化设计方面，法国的p a t r i c kd e b a y 等( 1 9 9 6 年) 在文献 1 2 】中，用一种模糊控制器实现了从公交车站上游4 0 米处开始对公 交车辆方向的自动引导控制，使公交车辆能以最近的距离接近站台边缘停靠，该 方法实行之后对行动不便的乘客非常方便。 1 2 2 国内研究现状 国内的公共交通发展比较滞后，其对于公共交通的研究相对国外来讲起步要 晚一些，但在公交线网的优化、客流分配和智能调度等方面研究得比较多，取得 了不少的成果，而对于公交车辆停靠以及进出站行为对道路交通流的影响、公交 车辆进出站的交通组织优化的研究相对要少很多，目前还没有形成成熟、系统的 理论。 2 0 0 2 年，伍拾煤( 哈尔滨工业大学) 在硕士论文【1 3 】中，对公交停靠站影响 路段的道路通行能力以及公交停靠站对信号交叉口和无信号交叉口通行能力的 影响进行了分析，并初步探讨了公交停靠站的优化设置等相关问题。同期，东南 大学的朱神与陈学武在文献【1 4 】中，以介绍南京市公交站点车辆停靠延误的实例 入手，并结合三个典型公交站点的调查资料，分析了多线路公交站点停靠延误的 主要影响因素，并提出了相应减少停靠延误的对策。尹红亮，王炜等在文献【15 】 中，在分析研究实测数据的基础上，经过严密的数学论证得出公交车辆在站点的 停车次数对行驶车速有显著的影响，以交通量和公交停靠次数为自变量，论文最 后给出了二元线性回归公式。 2 0 0 3 年，东南大学的李娜、陈学武在文献 1 6 】中，由公交车在停靠站的停车 服务时间、公交车到达率、公交站长和路段交通状况四个影响因素引出四个量化 的变量，来研究设计站长的计算模型，并对南京市市中心区典型的1 4 个公交车 中途停靠站，进行了调查和数据统计处理，并进行了非线性和线性回归分析，建 立了设计站长的计算模型。大连理工大学的王敬东在硕士论文 1 7 】中，对港湾式 停车站进行了经济评价，并建立了基于有道路建设成本限制的公交停靠站间距优 化模型。 2 0 0 4 年，韩宝睿、林丽、范啸在文献【1 8 】中，对公交车停靠延误进行了归类， 利用所获得的实际调查数据，分析了公交车辆停靠延误产生的过程以及机理，找 出了影响延误的主要因素，并提出了减少延误的解决方法。同济大学的王茜、 杨晓光在文献【19 】中，归纳了国内一些典型的进口道公交车辆停靠现象，进行分 类分析，建立了公交车停靠延误的理论模型，适用于进口单车道且在交叉口上游 的公交停车，而且不允许超车。 2 0 0 5 年，东南大学的郭中华、王炜、陆建在文献 2 0 】中，分析了在非港 湾式停靠站处，公交车辆停靠影响下路段交通流的运行特征，基于下列影响因素： 公交车辆的到达率、最大公交车辆的排队长度及排队时间、平均停车时间、停靠 站所在路段的交通流车速、路段车流的车头时距等等，借助e x c e l 软件建立了多 元线性模型，为今后在路段交通流状态的特征分析以及区间车速和车头时距的计 算等方面的研究提供了一定的理论依据。 2 0 0 6 年，东南大学的葛宏伟、王炜等人在文献 2 1 】中，将公交车停靠影响延 误模型分为三类，基于不同交通情况下的交叉口进口道车辆延误公式，通过积分 得到一种新的用来描述公交车停靠对交叉口进口道车辆影响的平均延误计算公 式。东南大学的吕林在硕士论文【2 2 】中，对公交站点的位置、站位数、站点容量 进行了优化设计。 2 0 0 7 年，吉林大学的谭云龙在硕士论文 2 3 中，通过实际调查数据，分析 了公交站点影响区段的各种因素，并建立了影响因子的回归模型，得到了各种影 响因子对路段交通流的影响关系。长安大学工程设计研究院的胡建荣，成华在文 献 2 4 中，以常规公交车辆为研究对象，初步研究了公交车辆停靠行为对道路交 通流的影响，并运用交通波理论，提出了在高、低两种不同交通流密度情形下的 延误模型。 2 0 0 8 年，北京工业大学的杨孝宽，曹静，宫建等在文献 2 5 中，探讨了公 交停靠站对影响路段通行能力的影响，分别构建了直线式和港湾式停靠站两种不 同站型下的公交停靠次数与公交停靠时间的关系模型，最后得到了单位时间内公 交车辆停靠次数对公交站点处路段通行能力的影响模型。2 0 0 9 年，广州市交通 运输研究所的谭云龙、隽志才、倪安宁在文献 2 6 中，利用上海市某路段公交站 点的实测数据，在不同的条件限制下，研究公交站点对道路交通流的影响，并建 立模型进行仿真，为公交站点设置提供了理论依据。 4 1 3 研究目的与主要研究内容 1 3 1 研究目的 本文的主要研究目的是通过实际的调查分析结合模型仿真，总结公交车辆进 出站运行行为对交通流的影响因素和停靠特征规律，探讨公交车辆进出站行为与 公交站点影响路段其他社会车流之间的相互影响机理，在现有公交车辆进出站运 行模型的基础之上，结合驾驶员的个体特性，建立公交车辆换道轨迹模型，并且 分析在不同交通条件下，公交车进出站过程中车辆换道、公交车辆停靠频率以及 停靠时间对道路交通流的影响，结合实际情况对公交停靠站交通流进行有效地交 通组织和诱导，并进行相应的优化设计，提出合理的方案，以最大程度减少交通 延误，提高路段的通行能力。 1 3 2 主要研究内容 基于现有的理论研究，本研究主要包括以下几个方面的内容： 1 、公交站点车辆进出站的特征分析 公交车在不同类型的公交停靠站运行时对附近交通流的影响程度及方式不 一样，根据公交停靠站的设置、设置方法和站台形式三种划分方法对公交停靠站 进行分类，并对每一种类型的公交站点的特点进行分析。然后根据收集的调查数 据，对公交站点车辆停靠的总体运行特征进行分析，归纳分析了公交车辆进出站 过程中对公交站点区段交通流的影响因素，得到主要的影响因素，为后面的交通 流影响模型建模奠定基础。 2 、公交车辆进站前的换道轨迹确定 公交车辆在停靠站的运行直接影响到其他社会车辆的运行速度以及道路的 通行能力，其进站前的换道行为可以用换道轨迹模型来进行描述，本文在现有换 道模型的基础上，根据实际交通状况，考虑在车辆运行过程中驾驶员因素的影响， 建立了基于驾驶员特性的换道轨迹模型，并得出正常条件下的仿真换道距离。 3 、公交车辆进出站行为对交通流的影响分析 本部分在学习和借鉴交通流建模的方法和影响分析，在实际的交通调查的基 础之上，首先确定公交车辆进出站对交通流的影响范围，然后分别从公交车辆进 出站过程中的换道行为、公交车辆停靠频率和公交车辆停靠占用站台时间几个方 面对道路交通流的影响进行研究，分析各种因素对交通流运行的影响，建立不同 的交通流影响理论模型，并根据调查数据对影响模型进行仿真验证。 4 、公交停靠站的交通组织优化 混合交通流条件下，公交车辆进出站以及停靠行为，对交通流产生延误和影 响，针对上部分各因素对道路交通流的影响分析以及目前公交站点交通组织中存 在的缺陷，对公交停靠站附近路段进行交通组织优化，以减少公交延误和对其他 车辆的影响程度，缓解公交停靠站影响区域的交通拥挤，提高道路通行能力。 1 4 研究方法及技术路线 1 4 1 研究方法 本文主要采用实际调查、仿真研究和理论分析三种方法。 1 、实际调查 通过实地调查的数据分析公交站点影响区域的交通流特性，并将数据进行微 观仿真，以验证影响模型。 2 、理论分析 根据实地交通状况，对现有的数学模型进行理论分析和修改，构建新的数学 模型，用于仿真研究。 3 、仿真研究 根据公交车辆进出站的运行行为与路段交通流运行速度的关系建立影响模 型，利用仿真软件对模型进行求解，得到系列关系图。 1 4 2 技术路线 本文的技术路线如图1 1 所示，具体如下： 1 、查阅文献和收集资料 查阅和收集国内外有关公交站点车辆进出站行为对道路交通流影响的研究 文献。 2 、交通调查 对所研究的公交站点影响区段进行交通调查，分析交通流运行特性。 3 、模型建立及仿真 对调查数据进行处理分析，在现有的数学模型基础之上建立新的模型，并对 其进行仿真，得出相关结论。 4 、交通组织 结合实际交通情况，利用仿真分析所得的结论对公交停靠站的交通进行组织 优化。 6 图1 1 研究技术路线 7 第二章公交车辆进出站的基本特性分析 在城市交通流中，公交车流作为重要的组成部分，在混合交通流条件下，公 交车辆的运行情况会直接影响到城市社会车流的运行效率，在公交停靠站处，公 交车辆的进出站行为将影响到附近社会车流的正常运行和交通安全，根据公交停 靠站的设置位置以及设置形式的不同，停靠站处公交车辆运行行为对附近交通流 的影响程度不一样。本部分研究内容首先介绍公交停靠站的类型，然后重点分析 公交站点车辆运行的特征。 2 1 公交停靠站的分类 公交停靠站是公交网络系统的重要组成部分，是与服务对象一乘客建立联系， 并保证公交系统正常运营的重要的“前方一基础服务设施瞳引。根据公交停靠站 的设置位置、设置方法和站台形式三种不同的方法，公交停靠站可分成不同的类 型。 2 1 1 根据在线路上的位置分类 根据公交停靠站在线路上的不同位置分类，可以分为以下两种： ( 1 ) 起终点站，即运营线路起迄点，是供车辆始发、折返或暂时停放，同 时兼做乘客上下站点以及线路运营现场调度人员组织车辆运行与运营服务人员 休息和学习的场所，是一个线路的主要控制点和若干线路的可能交汇点。为满足 车辆调头和行车调度的需要，公交起终点站一般设置在城市道路以外的用地。 ( 2 ) 中间停靠站，是沿公交运营线路设置的供运营公交车辆中途停靠和乘 客上下车及候车用的场所，一般设有候车廊和站台，便于乘客上下和在雨天、热 天、雪天改善候车条件。相对起终点站而言，中间停靠站的客流集散能力较小， 但是社会车流大，一般设置在城市道路用地内。本文主要研究公交车辆在中间停 靠站的停靠过程对道路交通流的影响。 2 1 2 根据设置方法分类 由于不同的道路条件限制使得公交停靠站的设置形式多样，根据公交停靠站 设置方法的不同，可以分为以下三种： ( 1 ) 设置在机非分隔带上的公交停靠站 当机非分隔带满足宽度条件的时候，把公交停靠站站台设置在机非分隔带上 是我国城市道路常见的一种设站形式，其特点是当公交车辆进站停靠时容易造成 8 延误，影响邻近社会车辆的正常运行。 ( 2 ) 设置在中央分隔带上的公交停靠站 一般在两幅路和四幅路上才设置中央分隔带，当满足宽度条件时，可以将公 交站点设置在中央分隔带上。设置在中央分隔带上的公交停靠站一般要与公交专 用道一起使用，才能适应我国的交通规则和乘车习惯，因此，这种形式的公交站 点在我国城市道路中不常设置。 ( 3 ) 设置在人行道上的公交停靠站 公交站台设置在人行道上，当公交车辆进出站时需要占用非机动车道，并且 要从非机动车道中穿过，容易产生干扰，造成延误，影响机动车和非机动车的行 驶，所以，这种形式下设置的公交停靠站适用于非机动车流量不大的路段。 2 1 3 根据站台形式分类 根据公交停靠站站台形式的不同，分为下面两种： 1 、非港湾式公交停靠站 非港湾式公交停靠站是将公交停靠区域直接设置在机动车道上的一种传统 的公交停靠站设置形式，如图2 1 。这种公交停靠站建设简单而且花费少，但是 在公交车停靠时需要占用一条或两条机动车道，容易形成路段交通瓶颈，对停靠 站区域附近的社会车辆的运行造成很大的干扰，对后面公交车辆的变道超车也会 产生比较大的影响，交通流量很大时，甚至会造成交通阻塞。 i 公交站 l 图2 1 非港湾式公交停靠站简示图 2 、港湾式公交停靠站 港湾式公交停靠站是将公交停靠站设置在机动车道之外的一种设置形式，如 图2 2 。这种公交停靠站建设复杂而且费用高，但是可以为进站的公交车辆提供 一个安全区域，当公交车辆进站停靠时可以降低直行车辆的延误，减少对路段社 会车辆和后面公交车辆超车的影响，提高道路的通行能力。 9 弋二二二二二二二7 一 图2 2 港湾式公交停靠站简示图 2 2 公交车辆进出站停靠特征分析 作为交通流的一部分，公交车流在道路上的运行特征和其他社会车辆差不 多，若考虑其在停靠站的进出站行为，则运行特征与社会车流明显不同，有着显 著的变化。 一般来说，公交车辆在公交站点处运行的总体特征可以表示为：减速进站一 停靠服务一加速离站三个阶段，公交车辆的行驶速度先下降至零，再上升到行驶 速度离开车站( 如图2 3 所示) 。对于直线式停靠站，公交车辆停靠服务时，需 要占用车道，易形成路段的动态瓶颈，还可能出现后面公交车辆超车或二次停车 的情况，严重影响了交通流的正常运行。 v b t t 图2 3 公交车辆停靠过程车速变化 停靠站处公交车辆运行的微观过程可分为：变换车道一减速进站停靠一开车 门一乘客上下车一关车门一加速离站六个阶段心引。各阶段描述如表2 1 所示： l o 表2 1 停靠站处公交车辆运行的微观特征 运行阶段运行特征描述 在将要进入到公交站点范围时，运行在非公交停靠站相邻车道上的公 交车辆减速变换到与公交站点相邻的车道上运行的过程。在这个阶 变换车道阶段 段，由于要穿过机动车道进站停靠，容易与其他社会车辆产生干 扰。对于在进入公交站点范围之前已经运行在站点相邻车道的公交车 辆则不需要经历此阶段。 当公交车辆进入到公交停靠站范围内时，以均匀加速度或者以较大加 减速进站阶段速度从行驶车速进站减速到静止停靠的过程。一般情况下，公交车辆 的变道和减速行驶时同时进行的，合称为公交进站阶段。 这个阶段是在公交车辆行驶车速降为零，即静止停靠的情况下进行 的。当公交车辆进入站点停靠后，开车门以完成乘客上下车服务，然 后关车门准备驶离站点。开车门和关车门时间和驾驶员特性以及公交 停靠服务阶段车辆的使用时间有关，根据调查统计数据，一般为l 3 秒n 训，乘客 上下车时间则主要和公交车门设置、售票系统、公交车辆停靠位置离 等待乘客的距离、乘客数量、乘客携带行李情况以及车内拥挤程度等 因素有关。 公交车辆停靠完成乘客服务之后，从静止开始加速到行驶车速的过 程，这一阶段中，对于不同的公交停靠站，公交车辆的出站运行行为 不一样。对于非港湾式公交停靠站来说，表现为公交车辆在完成上下 加速离站阶段 乘客服务之后从静止加速至正常行驶车速的跟驰过程。对于港湾式公 交停靠站来说，公交车辆出站后需要重新汇入相邻车道，过程比较复 杂，容易与其他社会车辆产生干扰，降低路段通行能力和车辆速度， 甚至产生交通堵塞的情况。 2 3 公交进出站对路段交通流运行的影响因素分析 公交停靠站影响范围的路段交通流和一般城市道路路段的交通流运行速度 不一样，除了受交通流量、道路条件、天气条件、非机动车辆和行人干扰等一系 列非公交影响因素影响之外，还要受到公交车辆进出站过程中的变道行驶、减速 进站停靠和加速离站这一过程的干扰。本文主要研究公交车辆进出站行为对路段 交通流的影响，经过调查分析表明，停靠站处公交进出站行为对附近路段社会车 流的运行速度的影响程度主要与以下公交影响因素有关心引： 1 、 站台型式 站台型式主要有港湾式和直线式两种，公交车辆在两种不同的停靠站处运 行时，对站点影响区段的交通流的运行干扰明显不一样。我国城市大部分道路都 使用的是直线式公交停靠站，对于直线式公交停靠站而言，公交车辆经过变换车 道，然后减速进站停靠，需要占用一条甚至两条机动车道，给本车道后面行驶的 车辆和相邻车道的车辆造成了很大的干扰，降低了路段通行能力。对港湾式公交 停靠站，由于站台设置在车道之外的用地，公交车辆同时到达不多的情况下停靠 不会占用机动车道，对道路车流影响较小，但是当公交车辆排队出站时，需要重 新汇入相邻车道车流，给社会车流的运行也造成了一定的影响。 2 、公交车辆停靠频率( 即站点公交到达率，用f 表示) 由于公交车辆停靠一般都要经过变换车道一减速进站一加速离站这三个阶 段，每个阶段都会与社会车辆交织，产生干扰，单位时间内公交车辆进出站越频 繁，停靠次数越多，则占用机动车道的概率越大，与其他车流的交织也越多，对 公交站点影响路段车流的运行干扰也就越大。所以对于公交车辆停靠过程产生的 影响程度的大小可以用公交车辆停靠频率来描述。 3 、公交车辆停车时间( 用t 表示) 公交车辆在站点的停靠服务阶段称为静止阶段，在多线路多泊位直线式公交 站点停靠时，公交车辆停靠需要占用一条甚至两条机动车道，很大程度上降低了 路段的通行能力，停靠时间越长，则对车道的占用时间越长，越容易引起交通瓶 颈，降低路段交通流的运行速度，干扰了其他社会车流的正常运行，严重降低了 路段通行能力。 在港湾式公交停靠站，由于公交车辆的停靠可以在机动车道以外的道路区域 内完成，不影响相邻车道交通流的运行。但是当出现多辆公交车辆同时到达且相 邻车道车流量大时，公交车辆排队进站需要占用机动车道停靠，其对路段交通流 的影响程度加大。 4 、换道时穿越车道数以及换道距离 对于没有行驶在停靠站相邻车道的公交车辆，要进站完成停靠服务则必须要 进行换道行驶才能完成任务，换道过程干扰社会车辆的运行，换道时所穿越的车 道数决定了影响程度，根据调查，换道时穿越车道数越多，对路段交通流的干扰 越大。同样，换道距离对路段交通流的影响也存在相似的作用。 5 、不同驾驶行为 不同的驾驶行为对路段交通流的运行有着很大的影响，主要表现在以下几个 方面：不同反应能力的驾驶员，对于反应快的驾驶员来说，车辆间的可穿越间 隙的大小对其十分敏感，驾驶员的可接受穿越间隙变小，因此可以减小公交车辆 排队长度，提高城市道路路段的通行能力；不同气质和性格的驾驶员，由于他 1 2 们对前方车辆以及相邻车道车流的运行情况有着不同的认识，其作出的判断也不 一样，对车辆之间干扰的影响程度也就不一样，进而影响道路交通流的运行。 2 4 本章小结 本章首先按照三种不同的划分方法对公交停靠站进行分类，即公交站点的设 置位置、公交站点的设置方法以及不同的公交站台形式，并对每一种类型的公交 站点进行了分析。根据调查，首先分析了公交车辆进出站的总体运行特征，并将 公交车辆进出站运行过程微观地分为六个阶段。然后对公交停靠站路段交通流运 行行为的影响因素进行了分析，主要对公交影响因素进行了分析，包括站台形式、 公交换道时穿越的车道数、换道距离、公交车辆停靠频率、公交车辆停车时间和 驾驶员行为，其研究为下文公交站点车辆进出站行为对交通流的影响建模奠定了 理论基础。 第三章公交车辆进站前的换道轨迹确定 在城市道路交通中，车辆的运行一般是由驾驶员根据具体交通路况来进行操 作和控制的。对于公交车辆来说，在进入公交停靠站影响范围时还没有行驶在站 台邻近车道的，必须要经过换道才能进入目的地完成停靠服务。考虑到驾驶员的 反应特性，并根据运动学原理心p 3 ，计算公交车辆的换道轨迹，以更好地反映公 交车辆进出站过程的实际运行状态，为下文公交车辆进出站行为的影响范围确定 奠定理论基础。 3 1 车辆换道模型( l a n e c h a n g i n gm o d e l ) 车辆的换道行为是一个复杂的过程，它是驾驶员根据自身驾驶特性及需求， 从交通环境中获取车辆间距、车辆速度等信息，经过大脑处理后，调整并完成驾 驶目标的一种综合行为。本章重点是研究公交车辆进出站过程中的变道行驶行 为，并考虑到驾驶员反应特性的影响，侧重于从理论的角度出发，建立车辆换道 轨迹模型。由于大量的微观数据无法获得，难以对模型进行验证，其得到的仿真 结果作为下文研究的参考依据。 3 1 1 引起换道的原因 引起车辆换道的原因有很多，比如行驶路段交通流的运行状况( 前方出现大 型车辆或本车道前方车辆运行速度慢) 、道路几何状况( 前方车道封闭、匝道处 的合流和分流等) 、交通控制与管理( 如车道使用限制) 、驾驶员的驾驶技术及心 理特性等等，具体到公交车辆进出站过程中变换车道的原因包括： ( 1 ) 公交车行驶在非邻近公交站台的车道，对于公交车辆而言，如果在接 近公交停靠站进站之前还行驶在非邻近公交站台的车道上，则必须要换道 穿过机动车道才能完成公交车辆的停靠服务； ( 2 ) 前方公交车辆停靠时间过长，对于多线路多泊位公交停靠站，若前方 公交车辆在停靠站停靠的时间过长，引起公交排队数量增加，则后面到达的公交 车辆也会产生换道的行为，其中也与驾驶员的性格特性有关系； ( 3 ) 公交站台附近出租车停车载客，在公交停靠站附近，经常有摩的、出 租车停车载客，甚至有很多路边小摊占用车道，使得车辆不得不换道行驶绕过“障 碍物”； 1 4 3 1 2 强制性换道行为介绍 强制性换道行为是在目标车辆接近出口、入口或目标车道时，按照出行线 路及交通规则必须进行的车道变换行为b 引。比如交织区的交织车辆，匝道处的 分流合流车辆以及优先避让规则等；本文所研究的公交车辆进出站过程中的换 道行为也是一种常见的强制性换道行为，如图3 1 所示： 意图变换到右侧邻近公交站点的车 社会车辆 一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一。弋j f 一一一一一一一一一一一一一一一 圃 二圣亚圈 圃 图3 1 公交车辆进站前意图变换车道的示意图 图3 2 中给出了城市交通中三种比较常见的强制性车道变换的情形聆引。 由于行驶在正前方的车辆1 1 正在停车，所以阻挡了车辆n + l 的正常运行，车辆 n + l 根据对相邻车道车流的车头间距的判断，不得不准备从目前车道变换到右 侧车道；按照出行目的地所选择的路线以及根据前方的导向标线指示，车辆 m 需要在前面的交叉口左转，并准备从当前车道变换到左侧相邻车道行驶； 车辆l 变换车道是因为当前的行驶车道由于施工或者其他原因已接近车道尾部， 必须向左侧进行车道的变换。 意图变换到右侧车道 停驶车辆 图3 2 强制性车道变换的几种常见情形示意图 从图3 1 及图3 2 我们可以看出，城市道路车辆强制性变道行驶的一个共同 点是必须在前方的某一个“关键点之前完成整个变道行为。一般情况下，准 备换道车辆距离前方交叉口、结束点、公交停靠站或堵塞点等“关键点越近， 则驾驶员执行换道时的紧迫度就会越大。 3 2 基于驾驶员反应特性的车辆换道模型 车辆的换道行为与很多因素有关，包括与相邻车道的前后空当、当前车辆与 目标车道前后车的相对速度、车辆类型、驾驶员特性( 性格、年龄、驾驶经验、 视觉等) 以及道路天气情况等。 现有的车辆变道模型虽然能反映一定的交通现象，然而，在研究中通常忽略 了驾驶员的个体差异，这与实际情况不符，在实际交通环境中，每个驾驶员都有 不同的特征，对车辆的控制会做出不同的反应，在交通流仿真中，不应该用统一 的公式来表示。 3 2 1 驾驶员反应特性分析 在实际的的交通流条件下，驾驶员通过视觉、听觉和触觉等感官，不断地对 道路交通条件和车辆状况等信息进行收集和加工处理，做出决策，操纵车辆的跟 驰和变道等行为。认知心理学家常用模型来表示驾驶员的这一过程，如图3 3 所 示，它简单地描述了驾驶员信息处理的几个阶段，图中箭头表示信息流动方向。 图3 3 驾驶员认知模型基本框架图 其中，驾驶员反应时间( t ) 即可描述为：驾驶员从信息的获取一认知处理 一做出操作这一过程所用的时间。反应时间分为两部分：一是指从接收外部信息 源到开始执行具体动作的时间，二是指车辆改变原来状态所用时间，即从动作执 行开始到动作完成所需要的时间。 统计分析表明：驾驶员的感觉一反应时间分布概率并不是呈正态的，但是其 1 6 对数分布曲线逼近正态分布。对数正态分布的概率密度函数表达式如下： 坤) = 击唧 - ( 华) 2 ， 非冉n ( + 甜n ( 南 驾驶员的感觉感应时间与很多种因素相关，包括驾驶员的驾驶经验、性格、 年龄、性别、深度视觉、注意集中、注意分配、车速、车辆状况等因素，假设车 辆性能良好，在不考虑驾驶员性格性别等因素的影响下。驾驶员的反应时间可以 根据概率密度函数( 公式( 3 1 ) ) 的反函数求出，同时，吉林大学的于增亮利用 相关理论，根据线性回归方程：y = a + 6 i x l + 6 2 x 2 + + 6 肼x 历，利用实验测 取的数据引，根据最小二乘法，通过s p s s 软件进行了线性回归，确定其中的未 知数参数口，6 t ，6 ：，6 m ，得到了在直线道路上行驶时驾驶员的反应时间计算模 型： y ( f ) = 1 3 4 1 9 + 0 0 0 0 l x i 一0 0 1 2 9 x 2 + o 0 0 4 5 x 3 + o 0 0 9 2 x 4 + 0 0 8 0 5 x 5 一o 0 9 0 1 x e ( 3 2 ) 虽然在预测的样本中，有些预测效果不理想，这是由于驾驶行为不但受到驾 驶员生理因素及驾驶技能的影响之外，还受到心理、外部环境等随机因素的影响 的原因，总的来讲，预测结果显示该模型能较准确地预测出驾驶员的反应时间， 有比较强的参考价值。 3 2 2 考虑驾驶员反应能力的车辆换道模型 车辆的微观仿真模型就是通过模