（交通运输规划与管理专业论文）提高公交站点停靠能力研究.pdf

i 摘摘 要要 提倡公交优先是解决目前大城市交通问题的有效手段，而公交中途停靠站点作 为公交系统的一部分，长期以秩序混乱，拥挤现象突出，造成公交车辆在站点的延 误时间过长，严重影响了公交中途站点的停靠能力，使得中途停靠站成为公交运行 的瓶颈，尤其在高峰时期，这无疑降低了公共交通的吸引力，阻碍了公交优先的发 展，因此必须采取措施提高公交中途站点的停靠能力。 本论文在分析了目前我国公交中途停靠站存在的问题的基础之上，对影响停靠 能力的因素进行了全面的归类，并试着以整体的、系统的眼光来分析和研究，分别 从微观、宏观及管理这三个大的方面对如何提高公交中途站点停靠能力进行了探讨。 在微观方面本文仔细分析了公交车在站点服务系统，对进站、驻站、出站的时 间进行了详细论述，运用数理统计的知识计算了不同泊位数的最佳停靠线路数，并 在此基础上，根据公交车辆在不同停靠站布设形式下，公交进出站所需长度不同， 将公交停靠站分为三类（非港湾式站台、一般港湾式站台以及锯齿型站台） ，并根据 各布设形式下公交进出站的动态过程和车辆转弯半径，通过对单个公交停靠泊位长 度的研究，建立线性和非线性回归模型计算中途站点的泊位数，分别对三种公交站 台的长度进行了确定，提出了公交停靠站宽度计算的基本模型。另外，还论述了公 交中途停靠站的交通组织与管理。 在宏观方面本文提出要加大道路网和公交线网的密度，同时还要提高公交线网 布设的均匀性，改善公交中途站点线路数过多的现状，最后提出要合理的使用公交 优先技术，提高整个公交线网的运行效率，从而提高中途站点的停靠能力。 在管理方面本文主要论述了智能调度系统对提高公交站点停靠能力的作用，并 简单的介绍了公交智能调度系统实施方案，重点介绍了公交电子站牌。 关键词：关键词：公交中途停靠站;停靠能力;微观;宏观;智能调度 ii abstract promoting public transit is the effective means to resolve transportation problems in big cities. but as a part of public transit system, bus stop is always disorder and crowded that decreasing its parking capacity, especially during the peak hours. it reduces the attraction and hinders the development of public transportation. therefore, it must to take some measures for increasing the capacity of bus stop. this paper analyses the problems of bus stop in our country at present and the factors influencing capacity of bus stop. it discusses how to increasing the capacity of bus stop in terms of macro, micro and management. from microcosmic aspect, the paper analyses the time of entering bus-stop, staying in bus-stop and leaving bus-stop carefully, and applies mathematical statistics to calculate the most appropriate numbers of lines in different kinds of bus-stop. bus-stop is divided into three kinds. the paper puts forward different models for different bus stops in caculating the length and width of it. from macrocosmic aspect, the paper suggests to enlarge density of path line and use public transit precedence techniques. from management aspect, the paper discusses how to use intellectualized public transit system increasing capacity of bus-stop. key words: bus stop; parking capacity; microcosmic; macrocosmic; intelligentize control 独创性声明独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得 的研究成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其 他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和 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结果由本人 承担。 学位论文作者签名： 日期： 年 月 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，即：学校 有权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。本人授权华中科技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。 本论文属于 （请在以上方框内打“” ） 学位论文作者签名： 指导教师签名： 日期： 年 月 日 日期： 年 月 日 保密，在 年解密后适用本授权书。 不保密。 1 1 绪绪 论论 1.1 问题的提出问题的提出 在当前我国大多数城市的道路交通紧张状况日趋严重，已在某种程度上影响了 城市经济的发展和居民生活水平的提高，受资金和土地空间资源的制约，最大限度 的提高现有交通资源的利用效率是缓解交通供求矛盾的根本出路。由于公共交通对 交通资源的高效利用，加上公交系统具有运载量大、运送效率高、能量消耗低、相 对污染少、运输成本低等优点。因此，发展公共交通是缓解前述问题的首选途径。 在我国公共汽车交通是公交系统的主要组成部分，而停靠又是公交运营系统中 不可缺少的环节，公共交通中途停靠站作为公共汽车交通的主要节点，是影响公共 汽车通行能力的重要因素，有资料显示，公共汽车在停靠站耗费的时间占其总运行 时间的 1921，因此，对公交停靠站的研究应当成为发展公交的重要内容。 公交车必须在此停靠实现其对乘客进行服务的目的：乘客必须在此上、下车实 现其出行的目的。作为公交运行的节点，公交车中途停靠站规划设计不当，不仅不 能满足公交车辆停靠和乘客上下车的要求，造成公交车辆停靠站的混乱，而且会对 公交系统外部的交通系统产生不良影响，甚至出现公交中途站成为路段交通瓶颈的 现象，比如在一些大城市，一个公交站台往往布设十几条甚至二十几条线路，有些 公交站台设计过长，造成公交车进站排队，给乘客也带来了诸多的不便，不但没有 体现公交优先的地位，还形成了公交站台混乱的局面，严重影响了公交站台的停靠 能力。 停靠能力是停靠站设计研究的主要内容，对于某一公共汽车站而言，是指在一 定得道路交通状况下，在同一时间内所能服务停靠的最多车辆数。公共汽车停靠站 的停靠能力与公交车辆在站停靠时间有密切的关系，公交车辆在站停靠时间越长， 前后两辆车到达的时间间隔越长，能停靠的车辆就会越少。所以可以认为站台的停 靠能力与公交车辆在站的停靠时间及两辆车到达的间隔时间之间是成反比的。当公 交车辆在站的停靠时间适宜，前后两辆车到达的间隔时间安全合理，这时停靠的车 辆为其最大值，即可求得站台的停靠能力。可见基本停靠能力只与公交车和中途停 2 靠站方面的因素有关。然而实际上影响中途停靠站停靠能力的因素还有很多，主要 可以归纳为公交车、中途停靠站和路段交通状况三方面的影响。1 因此，从影响公交站点停靠能力的因素入手，合理规划设计公交站点，对于充 分发挥公交车中途停靠站的作用具有重要意义，而且有利于提高公交优先的地位。 1.2 国内外研究的状况国内外研究的状况 国外发达国家的公共交通起步很早，因此对于公共交通的理论研究也很多。发 展到现在，已经具备比较系统的公交线网规划、站点布置、公交优先、智能公交系 统等方面的理论。 在公交站点停靠能力方面， 国外已有一些学者进行了研究， herbert s.levinson 和 kevin r.st.jacques 在文献中研究了在道路上设置的停靠站所能提供的 泊位数与有效泊位数之间的量化关系，发现并不是成正比的，有效泊位数比提供的 泊位数要小许多，并以此为基础，讨论了当公交停靠站不能满足公交车辆的停靠需 求时出现的排队长度及其对路段和交叉口通行能力的影响。另外每一版的美国通 行能力手册都有有关于公交停靠站的通行能力方面内容。 国内对于公共交通的研究起步比国外要晚一些，尤其在公交站点停靠能力方面 的研究就更少了。我国城乡建设环境保护部 1987 年颁发的城市公共交通站、场、 厂设计规范 （cjj 15-87）对公交站点的布设做了相关的规定。同济大学的吴兵在其 硕士论文中着重分析了混合交通条件下公交车的延误和通行能力计算，同时分析了 公交车在停靠站处的行驶特性及其对道路通行能力的影响，并且量化讨论了公交停 靠站的通行能力。王炜、杨新苗等人在其著作中专门研究了城市公共交通场站的规 划方法，还对设置多个同名站点时公交停靠站的通行能力计算方法进行了研究。 1.3 研究内容及目标研究内容及目标 1.3.1 研究的内容研究的内容 深入分析我国城市公交站点的现状，提出目前公交站点在设置方面存在的问 题，主要针对影响公交站点停靠能力的因素展开论述。 微观上研究怎样提高我国城市公交站点的停靠能力，分析了公交车辆在站点 的停靠机理，提出了公交站点的最佳公交线路数量，研究了公交站台的几何设计， 3 并从交通组织及管理的角度探讨提高公交站点停靠能力的方法。 宏观上研究怎样提高我国城市公交站点停靠能力，主要从路网及公交线网规 划、站点结构、站点位置的布设及公交优先技术等方面论述。 论述了智能化管理对提高公交站点停靠能力的作用。 1.3.2 研究的目标研究的目标 从微观和宏观两个层面及运用先进的智能交通技术得出提高公交站点的实际停 靠能力的方法，为解决公交停靠站的车辆排队、秩序混乱等现象提供理论依据，也 是提高公交出行吸引力，更进一步解决整个交通网络畅通的重要内容。 1.4 研究技术路线研究技术路线 本文在分析了我国城市公交站点的建设现状的基础上，主要从微观和宏观两个 角度对提高公交站点的停靠能力进行研究，主要的技术路线如图 1.1。 提高公交站点停靠能力 我国公交中途停靠站现状分析 微观上提 高公交站 点停靠能 力 宏观上提 高公交站 点停靠能 力 运用公交 智能调度 系统提高 站点停靠 能力 公交 停靠 微观 过程 分析 最佳 停靠 线数 研究 站台 尺寸 研究 站台 交通 组织 与管 理 道路 网 公交 线网 公交 优先 技术 公交 智能 调度 系统 概述 公交 智能 调度 系统 实施 方案 图 1.1 研究技术路线图 4 2 我国公交中途停靠站现状分析我国公交中途停靠站现状分析 2.1 公交中途停靠站存在的主要问题公交中途停靠站存在的主要问题 2.1.1 中途停靠规模与疏散能力不符中途停靠规模与疏散能力不符 目前城市里部分中途停靠站点的疏散能力小于停靠规模，车辆进出困难，停靠 秩序难以保障 ，加上上下客流多，车辆停靠时间延长，极易引起交通阻塞，影响道 路通行能力和速度，也导致公交服务水平降低和竞争力的进一步下降。造成这种情 况除了一方面和站点设置不足有关系，主要原因还是站点停靠线路过多，超过了站 点的停靠能力。 2.1.2 中途停靠站点形式不合理中途停靠站点形式不合理 供需矛盾突出供需矛盾突出 虽然我国现在很多城市已经意识到中途站点的形式对道路交通状况的影响，但 是占用车道的还是主要形式，这样的设站方式使得公交车辆停站时要占用车道，使 道路通行能力受损的同时也影响了站点本身的通行能力，引起中途站点堵塞。 另外，中途站点的几何设计不合理，也是使中途站点成为交通瓶颈的一个重要 原因，这里所说的站点的几何设计主要是指站台的长度和宽度的设计尺寸。从站台 的长度来看目前有些站台过长，而有些又过短。过长的站台加上停车位的不固定， 乘客往往只好站在站台中部，等车辆进站后两头跑，既不安全又不方便，这也使得 有的司机为了满足乘客上下车的需求，不得不同一车站前后停靠两次，车辆停靠的 时间延长，站点的停靠能力随之下降；过短的站台往往造成高峰时泊位不足，公交 车辆进站时需要排队等待，同样降低了站点的停靠能力。从站台的宽度来看，就武 汉市而言，站台宽度往往不够，尤其在停靠线路很多的站台上，经常可以看到候车 乘客占用了停车道，这样既影响了公交车辆进出站及停靠，又存在着安全隐患。 2.1.3 站点组织管理不够站点组织管理不够 公交中途停靠站作为公交运行的重要节点，需要强有力的组织管理，提高站点 的停靠能力，然而，目前我们看见大部分公交中途停靠站都没有专门负责组织管理 的人和设施，只有在少数堵塞严重的公交站点才配有协管员，而协管员的主要任务 也只是监督公交车辆必须到站停车，对于候车乘客及其他交通方式占用车道的情况 5 并未加以管理，严重影响了站点的停靠能力。 2.1.4 受其他交通方式的影响严重受其他交通方式的影响严重 对于利用非机动车道停靠的公交中途站，往往会受到非机动车的干扰；对于利 用机非分割带作为公交中途停靠站的，我们往往会看到出租车停靠的干扰，出租车 本来有自己的停靠点，然而由于出租车的停靠站点一般离公交停靠站点有一段距离， 大多数人在换乘的时候不愿意多走路，致使出租车直接驶入公交站点停靠，影响公 交车辆进出站并延长了公交车辆的停靠时间。另外，还有一些巴士为了等到更多的 乘客往往停靠很长时间，影响了后面的公交车辆的停靠。 2.1.5 站点的硬件、软件设施不够完善站点的硬件、软件设施不够完善 首先是硬件方面，有些公交站点缺少遮蔽措施，有些虽然有遮蔽措施，但是遇 到严寒和酷暑的时候根本就起不到遮蔽的作用，尤其在武汉，遇到天气恶劣的时候， 候车乘客不得不躲到站点的后面，另外，有些站牌的灯坏了没有及时维修，给晚上 的乘客带来了不便。 再者就是软件方面，这主要是指站点的信息化程度不高，乘客在站上等候时处 于被动状态，加上公交车行车不准点，就会逐步失去信誉，失去乘客。欧洲的城市， 有些公交客流也不多，行车间隔时间长，但他们在公交站点上挂出全天的时刻表， 事先告诉乘客公交到达该车站的时间，这样对乘客候车而言就可以掌握交通主动权， 早到站的乘客可以到附近的商店、书报亭等去浏览，在车到前赶回来，当然固定的 时刻表准确性会受到很多因素的影响。目前在我国上海、杭州、重庆等城市也相继 推出了智能公交站台，其智能化表现的方面之一就是可以实时反映出公交车辆的行 驶状态，为乘客提供了更为准确的信息。 2.2 影响公交停靠站停靠能力因素分析影响公交停靠站停靠能力因素分析 2.2.1 公交车公交车 公交车作为中途停靠站的使用者之一，其运行特性必然会影响站点的停靠能力， 下面主要从交通特性、满载率、到达率和售票方式来分析其产生的影响。 1 交通特性 交通特性是指公交车辆的车型、动力性能和制动性能。 6 扬子江牌 wg6120ch 型客车 公交车型决定了公交车的地板高度、上下车的台阶数、上下车门宽度、上下车 门数，这些都是影响乘客上下车时间的重要因素，从而影响公交车中途停靠站的停 靠能力。 动力性能决定了公交车辆的加速时间，而公交车的加速时间会影响到公交车在 站的加速出站时间，从而影响了中途停靠站的停靠能力。 制动性能决定了公交车辆的制动距离、制动减速速度，而这会影响到公交车辆 减速进站的时间和停靠公交车辆之间的安全距离，从而影响了中途站的停靠能力。 如图所示的 wg6120ch 的制动距离是8m（车速 30km/h） 。 满载率 满载率指的是以小时为单位，统计平均每辆公交车的实际载客数与满载定员的 比例。公交车的满载率增大到一定值时，乘客上下车的时间就会增加，从而影响中 途停靠站的停靠能力。 到达率 到达率是公交车辆到达的平均时间间隔的倒数，所以公交车的到达率也影响到 中途停靠站的停靠能力。 售票方式 目前国内的售票方式主要车上售票，一种是有售票员的，另一种是无人售票， 即乘客在上车前准备好零钱上车时自动投币。这两种方式都会影响乘客上车的时间， 7 尤其是无人售票，虽然降低了公交车辆运营的成本，改善了公交车的服务水平，但 是每位乘客上车的时候都要在前门停一会，加上目前各大城市的公交车为了减少假 币残币所带来的经济损失，纷纷在投币箱内安装了识别仪器，这样更是延长了乘客 上车的时间，当然如果刷卡的话会节省很多时间，但是由于种种原因公交卡的使用 率还不是很高。售票方式影响了公交车的停靠时间，必然会影响到中途站点的停靠 能力。 2.2.2 中途站中途站 中途停靠站类型 城市的公交中途停靠站根据其在城市道路上所处位置的不同以及其设计形式的 不同，可以分为很多类型，不同类型的中途停靠站会对公交车辆在站点停靠的时间 造成影响，从而影响中途停靠站的停靠能力。 ? 按横向位置划分 公交车停靠站的横向位置是相对于公交车的行驶车道的位置关系而言的，其形 式有：在线公交车站、路中央公交车站、离线公交车站。 公交车在路边车站（在线车站和路中央车站）上运行时，如果不是公交专用道， 容易受到前行的非公交车辆的影响。 公交在离线车站的运行需要从路段交通流中分流进站、与路段交通流合流出站， 8 其减速进站和加速出站的时间比路边停靠站长。 ? 按纵向位置划分 公交车停靠站的纵向位置是指公交车停靠站与交叉口的位置关系，纵向位置关 系有：交叉口上游、交叉口下游、路段中。 对于公交中途停靠站设置在信号交叉口上游的情况，公交车在站点停靠的时间 受到交叉口信号控制的影响，若是在红灯期间停靠，可以利用等待时间上下乘客， 若是在绿灯期间停靠，则可能会延长公交车在站点的停靠时间；对于设置在无信号 交叉口上游的情况，公交车的运行同样会受到交叉口交通状况的影响，从而影响公 交站点的停靠能力；对于设置在交叉口下游的情况，容易造成公交车在站点拥挤排 队，同样会影响公交站点的停靠能力；对于设置在路段上的情况，公交车在站停靠 的时间受到交叉口交通状况的影响就小些。 ? 按设计形式划分 对于 b、c、f 这三种形式，由于设有公交专用道，在路段和交叉口都享有优先 权，公交站点的实际停靠能力受到的影响因素要比 a、d、e、g 这四种形式少。 e、f、g 这三种形式的是港湾式停靠站，公交车在进、出站点的时间比 a、b、 c、d 这四种形式的长。 d、g 这两种形式的停靠站借用了非机动车道，那么非机动车的运行必然会对公 交中途站点的停靠能力造成影响。234 9 中途停靠站站长 这里的站长即为站点的停车服务区的长度，用车位数表示。站长过短，当站内 有车辆停靠时，后继到达的车辆必须等待站内车辆驶出后才能进站停靠，这样虽然 中途停靠站的停靠能力没有浪费，但是站长不能满足车辆停靠的要求，实际上停靠 能力没有充分发挥；站长过长，理论上讲其停靠能力较大，但实际上会引起公交车 辆的无序停靠，这一负面影响甚至使中途停靠站的停靠能力不能充分发挥。 候车人数 中途停靠站的候车人数存在一定的时间分布特性，在高峰时间的候车人数是影 响公交车辆停靠时间的重要因素，因此也是影响中途停靠站停靠能力的因素。 2.3.3 道路交通状况道路交通状况 服务水平 对于城市道路来说，衡量交通服务的最主要的指标为路段和交叉口的拥挤程度 （即饱和度） ，其次是路段车速和交叉口延误。由于车速、延误和饱和度有关，若饱 和度增大，必有车速降低，延误增加；若饱和度减小，必有车速增加，延误降低。 所以饱和度影响到公交车辆的车速，从而影响到公交车中途停靠站的公交车辆的周 转率，这样中途停靠站的实际停靠能力也会受到影响。 10 交通组织形式 这里的交通组织形式主要考虑一车道是否为公交专用车道，将一车道设为公交 专用车道后，公交车辆的运行受到路段车流的影响相对小些，而且有公交优先措施 后，公交车在交叉口的延误降低，中途停靠站的公交车周转率提高，此时中途停靠 站的停靠能力更接近基本停靠能力。34 2.3 本章小结本章小结 本章提出我国目前公交中途停靠站存在的问题，从中途停靠站的规模与疏散能 力不符、硬软件设施不够完善、站点组织管理力度不够等方面进行论述；从公交车、 站点和道路交通状况几个角度探讨了影响公交中途站点停靠能力的因素。 11 3 微观上提高公交站点停靠能力的研究微观上提高公交站点停靠能力的研究 要提高公交站点的停靠能力当然首先要从公交站点本身出发。研究公交车辆在 中途站点的停靠机理，公交中途站点的停靠容量以及站台的几何设计，还少不了有 效的交通组织管理管理手段，这些相对于外部环境而言属于微观层面，本章将就这 些方面展开探讨。 3.1 公交中途站点停靠能力概述公交中途站点停靠能力概述 所谓公交停靠能力是指对于某一个公交车停靠站而言，在一定的道路交通条件 下，在单位时间内所能服务的最多的车辆数。停靠能力是一个反映公交车中途停靠 站提供给公交停靠的服务能力大小的指标，是公交设施提供公交服务的供应量。1 中途停靠站中公交车辆的停靠有如下特征：公交车辆到达随机性大。原因是 公交车辆的运行受行驶路段交通量、信号控制的扰动，使得原本是按均匀时间间隔 发车的公交车流形成了潮汐式公交车群。这样很容易造成车辆的排队停靠，使得站 台长度不能满足到达车辆停靠及乘客上下车得要求。在主要的公交换乘站，乘客 上下车时间较长，公交车辆在站的滞留时间加长，后继公交车辆到达容易形成排队 停靠，因此在站滞留时间长成为造成公交车辆在站排队停靠的因素。在公交专用 道的中途停靠站、公交车辆的运行受到路段车流扰动的影响相对小些，不易形成潮 汐式公交车流。 公交站点的停靠能力主要取决于车辆的停靠时间（乘客上、下车时间） 、减速加 速时间。因此，停靠能力与车型、车辆长度、车门数有关。根据原苏联的研究（费 舍里松，1984） ，一个停靠站点的设计停靠能力 1 d为 110 辆/h（单车）或 75 辆/h（铰 接车） 。当某一路段上同一站点停靠的公交线路较多时，通常一个站点不能满足停靠 要求时，此时可设置多个同名站点分散停靠交通量。多个同名站点的停靠能力由下 式计算： i kidd= 1 式中， i d 只设一个同名站点的停靠能力； i 同名站点的个数； 12 i k同名站点利用系数，取值为1=i时，0 . 1= i k；2=i时，8 . 0= i k；3=i 时，7 . 0= i k。 同一路段上设置多个同名站点，可以提高停靠能力，但给乘客换乘带来了不便， 一般认为同名站点数不宜超过 3 个。如果在公交网络中某些路段的停靠交通量大于 该路段的停靠能力，则必须对网络进行调整，改变某些线路的走向，以满足停靠要 求。4 另外，根据美国交通工程手册 ，设每小时容纳的公交车辆数为 b c，每信号周 期的绿灯时间长信号周期为c,滞留时间为d,消散时间为 c t，补偿滞留时间和到达波 动的折减因子为r，取833. 0=r。一个公交车中途停靠站每小时所能容纳的公交车 辆数（停靠能力）可按以下公式估算： () r td c g cg c c b + = 3600/ 其中滞留时间d的计算如下： 只考虑上车一股车流的情况：bbd = 只考虑下车一股车流的情况：aad = 上下车通过一个车门的情况：()ybbaad+= 式中，d为滞留时间，b为上车速率；b为每辆车的上车人数；a为下车速率；a为 每辆车的下车人数；y为主要换乘点取 1.2，其它取 1。 由以上的计算公式可以看出滞留时间为乘客上下车时间，消散时间是指从公交 车启动加速到路段平均行驶车速的时间。这种计算停靠能力的方法考虑的因素有绿 信比、在站滞留时间和消散时间。该方法与国外的公交中途站多设在交叉口附近这 一实际情况是相符的。表 3.1 给出了一个车站对应各种乘客滞留时间、公交车的消散 时间、绿信比的公交站的停靠能力。1 13 表表 3.1 信号控制交叉口附近的公交站点的停靠能力信号控制交叉口附近的公交站点的停靠能力 根据前面所提到的公交车辆的停靠特征、计算停靠能力的公式以及第一章里提 到的影响公交中途站点停靠能力的因素，可知产生公交停靠需求是由公交车流状和 停靠时间长短决定的，而公交车流由公交车流量和路段交通状况产生，路段交通状 况是由路段流量、信号控制和交通管制方式决定的。进站公交车流量受该站公交线 路的多少、每条营运线路的车辆数和发车频率影响；在站平均滞留时间反映了乘客 上下车数量及时间。车站公交车的停靠需求，就是停靠排队长度的问题。因此，要 从微观层面提高公交中途站点的停靠能力，主要研究公交车辆在站点的时间消耗、 站台的几何设计和站台的交通组织管理，从这几个方面提高公交站点地停靠能力， 并建立适合我国交通状况的停靠能力计算模型。 3.2 公交停靠微观过程分析公交停靠微观过程分析 3.2.1 公交停靠站消耗时间构成分析公交停靠站消耗时间构成分析 为了便于研究，我们以时间尺度来分析公交车在中途停靠站运行的微观过程。 理论上公交车从减速进站到加速离站分为五个阶段，分别为减速进站、开门、乘客 上下车、关门、加速离站，对应的五个时间段是减速进站时间 1 t 、开门时间 2 t 、乘客 上下车时间 3 t 、关门时间 4 t 、加速出站时间 5 t 。那么在站消耗的时间t按（3.1）计 算5： 54321 tttttt+= （3.1） 14 式中， 1 t车辆进站停靠用时间（s）, b l t 2 1 = ,其中l为车辆驶入车站时 车辆之间的最少间隔，取值等于车辆长度（m） ，为进站时刹车减速 度，一般取 2 /5 . 1smb = 2 t、 4 t车辆开门、关门的时间，加起来为34s 3 t乘客上下车占用时间（s） ， d n kt t 0 3 =，其中，为公共汽车容量，k 为上下车乘客占车容量的比例，一般取k=0.250.35； 0 t为每位乘 客上下车所用时间（s） ，平均约为2（s） ， 5 t车辆启动和离开车站的时间， a l t 2 4 =，其中，a为车辆离开停靠 站时的加速度，可取 2 /0 . 1sma =；l为车辆长度。 在实际中，公交车辆进站后不一定能够马上开门上、下乘客，可能有一个排队 等待的时间，因此可以将公交车辆在站点总的消耗的时间分为公交车辆进站停车用 时间( ) i t、公交车辆的驻站时间( ) d t、公交车辆排队时间( ) q t及出站时间( ) o t。那么公 交车在站消耗的时间为 oqdistop ttttt+= （3.2） 比较3.1式和3.2式，可以看出， 1 tti=； 432 ttttd+=； 5 tto= 3.2.2 公交站点排队系统分析公交站点排队系统分析 由于在公交站点，公交车辆和乘客的到达都是随机的，可以利用排队论（随机 服务系统理论）来研究分析公交车排队系统。 排队论也称随机服务系统理论，是研究“服务”系统因“需求”拥挤而产生等 待行列（即排队）的现象以及合理协调“需求”与“服务”关系的一种数学理论。 它以概率论为基础，是运筹学的一个重要的分支。 “排队” 单指等待服务的顾客 （车辆或行人） ， 不包括正在被服务的概率； 而 “排 队系统”既包括了等待服务的顾客，又包括了正在被服务的顾客。排队系统的结构 示意图如图3.1： 15 图 3.1 排队系统结构示意图 排队系统由三个部分组成： 输入过程：就是指各种类型的顾客按怎样的规律到来。有各种各样的输入过程， 例如： ? 定长输入顾客等时距到达。 ? 泊松输入顾客到达符合泊松分布或顾客到达时距符合负指数分布。 ? 爱尔朗输入顾客到达时距符合爱尔朗分布。 排队规则：指到达的顾客按怎样的次序接受服务。例如： ? 损失制顾客到达时，若所有服务台均被占，该顾客就自动消失，永不再 来。 ? 等待制顾客到达时， 若所有服务台均被占， 它们就排成队伍， 等待服务。 服务次序有先到先服务和优先服务等多种规则。 ? 混合制顾客到达时，若队长小于l，就排入队伍；若队长等于l，顾客 就离去，永不再来。 服务方式：指同一时刻有多少服务台可接纳顾客，为每一顾客服务了多少时间。 每次服务可以接待单个顾客，也可以成批接待，例如公共汽车一次就装载大批乘 客。服务时间的分布主要有一下几种： ? 定长分布服务每一顾客的服务时间都相等。 ? 负指数分布服务各顾客的服务时间相互独立，服从相同的负指数分布。 ? 爱尔朗分布服务各顾客的服务时间相互独立，服从相同的爱尔朗分布。 6 下面从排队系统的角度来分析公交站点的公交车辆的服务过程，其结构示意图 16 见图3.2 ： 图 3.2 公交站点排队系统结构示意图 输入过程 现有的公交车辆的运营管理主要是针对线路上的发车频率的控制，通过线路上 运营车辆的准点率来控制线路的运营质量。但是，在这种模式下的公交停靠站的公 交车的到达是随机的，即公交站点排队系统的输入过程具有随机性。理由如下：a. 上交通流在时间上是随机变化的导致公交车在在路段间运行的时间是随机的，即使 设置了公交专用道，公交车辆也不可能严格的按照匀速行驶，从而公交到站的时间 也是随机的。b.公交站点上有多条公交线路，各线路之间并未协调，所以对于一个站 点而言，公交车辆的到达是随机的。 即使只有一条公交线路，也会由于前一个原因 而使得公交车辆的到达呈随机性。具体公交车辆的到达属于哪种输入，符合哪种分 布，还需要将理论与实践结合起来研究。 公交车在车站的到达分布会影响站点的停靠能力，当小间距频繁出现时，公交 车常常会排队进站，导致在段时间内处于饱和状态，停靠位供给不足，公交车之间 相互干扰严重，进站困难，增加了停靠时间，降低了公交中途站点的停靠能力；当 大间隔频繁出现时，由于站台上积累过多的乘客，导致上下乘客效率降低，时间过 长，同样降低了公交中途站点的停靠能力。同时，在公交车小时流量一定的情况下， 小间隔发生概率高时必然会有大间隔的高发。文献【7】对杭州常规公交闸弄口新村 站在高峰期进行了调查，分别对南侧和北侧车站进行了观测。南侧停靠站位于交叉 口下游约200米处，而北侧车站设置在靠近交叉口进口道的位置，上游交通不受交 叉口影响，两车站均有近20条公交线路通过，高峰小时流量约为150辆小时。通过 统计方法拟和，北侧车站的车头时距分布函数为泊松分布；南侧车站的车头时距分 17 布受交叉口影响严重，由于车头间距的分布不均，停车位的利用率更低。由此可得 出结论：交叉口出口道停靠站的公交车辆的到达分布为不均匀分布，其余形式为泊 松分布。另外，在该文献中作者还对北京快速公交系统和昆明中央公交专用道进行 了调查分析，的出入下结论：北京快速公交系统的公交车辆到达服从泊松分布；昆 明中央公交专用道的公交车辆到达服从不均匀分布（车站设置在交叉口出口道） 。 图 3.3 杭州常规公交到达时间分布 排队规则 由于公交站台呈条状布局，先到的公交车先停靠上下乘客，所以排队规则属 于等待制的先到先服务原则。 服务方式 公交车站作为一个排队系统，服务机构就是公交站点的公交车停靠位置，所以 不同的站台形式的服务台数量和质量都不同，但都是有限个服务台的服务机构。在 公交车站排队系统中的服务时间就是公交车辆需要在公交车站停靠的时间，而公交 车停靠的时间除了和公交车本身的车型等固定因素有关外，还和乘客的数量、车站 的交通状况等随机因素有关，所以公交车停靠时间也具有随机性。具体属于哪种分 18 布，也是需要结合实际进行研究的。文献【3】中指出根据调查及经验公交车辆的停 靠时间服从服务率为的负指数分布。 3.2.3 驻站时间分析驻站时间分析 影响驻站时间的因素影响驻站时间的因素 影响公共汽车在中途站点停靠时间的因素有：上下车人数、车辆类型、售票方 式、乘客上下车的车门数量、车站位置、时段、天气、车站形式、候车点位置、非 机动车与行人对乘客上下车的影响以及其他可能引起停靠时间增加的因素等。这些 因素之间是相互联系的，例如乘客上下车的车门数量与车辆类型、售票方式之间的 关系十分密切。把车辆类型分为铰接车、中巴车和小巴车三种，小巴车只有一个车 门，通常有人售票；铰接车有三个车门，有人售票时三个车门都能上下车，无人售 票时，则为前门上车、后两个门下车。同样乘客候车点位置与车站形式有关，同时 又会影响到非机动车和行人对乘客上下车的影响程度。 驻站时间模型驻站时间模型 下面介绍两种公交车辆在中途停靠站的驻站时间模型： 前面的分析可知影响公交车辆驻站时间的因素有很多，该模型在综合考虑了 各影响因素的可量化性和影响程度以后，在确定基本模型时考虑上下车人数和车门 数量。然后再用修正系数对模型进行修正，而对另一些情况则可以通过模型的变化 得到。 () 021 /cnnknkt xs += 式中：t为停靠时间； s n为上车人数； x n为下车人数；n为车门数； 1 k、 2 k、 0 c分 别为回归系数。 通过对13763组车站与跟车调查得到的数据回归分析，确定回归系数是： 576.1024,518.25,895.63 021 =ckk。取05. 0=，上面的回归公式检验结果为r 0.7977，进而证明了方程的形式是正确的，回归系数可用于实际。 由于时段、地段、乘客候车点位置等的差异，对基本公式需要加以修正。修正 之后的停靠时间公式为： 19 () 021 /cnnknkkkkkt xscppsspst += 式中， 时段修正系数 t k n nn 2 . 01,若10. 1 t k， 则取1.10， 若90. 0 t k， 取0.90 （其中n为该站点该时刻的上下车人数，n为该站点全天14h(6:0020:00平均上下 车人数） ； 地段修正系数 sps k的推荐值如表3.2； 候车点位置修正系数 pps k与非机动车、 行人对乘客上下车的影响程度大小有关，可以由行人干扰修正系数 p k乘以自行车干 扰修正系数 b k得到 bppps kkk=， p k、 b k的推荐值见表3.3， 也可以根据道路断面形式、 车站形式、乘客后车站位置确定，其取值范围如表3.4；天气修正系数 c k的取值为: 晴天1.0，中小雨天1.001.09，大雨天为1.051.11。 表 3.2 地段修正系数推荐值表 表 3.3 行人、自行车干扰修正系数推荐值表 表 3.4 候车点位置修正系数推荐值表 有的时候公交车不是每个门都用于乘客上下车，例如无人售票时，是前门上、 中后门下。此时停靠时间可取各车门的上车人数或下车人数所用时间的最大值。即 20 () xs ttt,max=；由于车站处停靠的车辆较多以及上下乘客较分散等原因，公交车辆 在车站处停靠数次，此时停靠时间可将每次停靠时间相加得到，即 = = n i i tt 1 ；有时 候乘客上下车已经结束，公交车仍会略有等待，这段时间可能会有乘客上车，也可 能没有，这时()cnkcnnknkt sxs += 1021 /，c为510s； s n为公交车等 待时间内上车的乘客；驾驶员开车后若发现有乘客要上车，会继续等待，从而使停 靠时间增加，即() fsxs tnkcnnknkt+= 1021 /，其中 f t是乘客从被发现到到 达车门处所需时间， s n是上车增加的乘客数。910 还有一种计算驻站时间的模型， 是把停靠站与到达的公交车流看成1/mm系 统，该系统的服务能力 1 = t，到达车站停靠的车流量为)/(sveh，根据排队论中 系统的性质，结合实地观测数据进行模拟，可得公交车平均驻站时间d的计算模型： 99 1 + = d。11 比较这两种计算驻站时间的模型，第一种更能反映实际情况，但是和第二种比 较起来调查、计算都复杂很多。 3.2.4 进站时间分析进站时间分析 公交车进站主要分两种情况：一种是不受非机动车干扰的情况，这种情况下进 站时间t可用4.2.1中的公式 b l ti 2 =来计算； 另一种是受非机动车干扰的情况， 这种 情况下进站时间t要对 1 t进行修正，即 b l kt oi 2 =，其中 0 k是受非机动车干扰的公交 车进站时间修正系数。 3.2.5 出站时间分析出站时间分析 公交车辆出站时间没有进站时间那么简单，在前文2.2.2（1）中提到公交站点的 7种形式，下面针对这7种形式分析公交车辆出站时间。首先把这7种形式的公交中 途站点分为四种类型：a、b、c这3种在线公交车站属于类；d这种在线公交车 站受非机动车干扰的形式属于类；e、f这两种港湾式不受干扰的公交站点属于 21 类；g这种港湾式受干扰的公交站点属于类。3 类出站时间 这一类形式简单，公交站点直接占用一条车道，公交车辆启动时前方无障碍 或车辆干扰，因此这一类的出站过程可以简化为一个加速过程，则其出站时间为 2.2.2（1）中的公式，即 a l to 2 =。 类出站时间 在这类车站公交车辆的出站时间与类公交车站相比较而言较大。 则出站时 间如下： a l kt oo 2 =，其中 o k为非机动车干扰系数。 类出站时间 港湾式公交车站的公交车辆除了具有和类公交车站相似的加速过程之外还增 加了一个公交车辆由车站返回行驶车道的过程。前一个加速过程与前述的类公交 站点一样可以认为是一个定制，但其返回行驶车道的时间却与相邻车道的交通量密 切相关。其计算公式是： ( ) a l qqe ttet q oo 2 11 +=+= 式中： o t第类公交车站的公交车辆的清场时间(s); o t第类公交车站公交车辆清场时间(s); q公交车站相邻机动车道的机动车流量(veh/s) 公交车辆汇入相邻机动车道的所需要的临界间隙(s); l车辆之间的最小间隔，可以取车辆长度(m); a公交车辆离开公交车站时的加速度)/( 2 sm,可取1.0 2 /sm。 类出站时间 该类公交车辆的出站时间比类公交车辆的出站时间长，为了描述非机动车的 影响建议采用以下的修正公式： 22 ( ) +=+= al qqe kttekt q oo 2 11 22 4 式中： 4 o t第类公交车站的公交车辆的清场时间(s); 2 k受非机动车干扰的公交车辆出站时间修正系数； 其他同上。 3.3 公交中途停靠站台停靠线数研究公交中途停靠站台停靠线数研究 公交线路共用同一个中途停靠站有利于乘客换乘，但是如果共用的条数过多， 会使公交车流量超过停靠站的通行能力，导致车流堵塞排队，大大地增加了乘客地 乘行时间，同时也降低了公交站点的停靠能力。因此有必要研究一个公交中途站点 的最佳停靠线数，从而可以提高公交站点的停靠能力。 3.3.1 公交车在停靠站的饱和车头时距公交车在停靠站的饱和车头时距 s t s t指到达停靠站上下客并驶出停靠站的前后两车的最短车头时距。ts由减速进 站时间 1 t, 开关门时间 2 t（一般为34s） ，乘客上下车时间 3 t ,加速离站时间 4 t组成。 即： 4321 ttttts+= 而乘客上下车时间的影响因素很多，包括车型、是否采用无人售票制、上车人 数与下车人数之比、车内拥挤程度、季节和停靠站可供同时上下客的站位数等等。 这里主要研究站位数的影响程度，对其他影响因素通过实地调查统计得出平均值。 有一个站位的情形 对一个站位的情形，假设每客上车时间是 3 t (s)，下车时间是 3 t (s)，由此规定当 量上车人数a=max（每车上车人数、下车人数* 3 3 t t ） 。于是每车上、下车时间为 3 t 3 t *a。如果站位数大于1，由于乘客多数在第一站位候车，后面站位车辆到达后， 常常出现乘客前、后奔跑寻找自己的目标而影响了后面车辆乘客上下车的顺当的现 象。因此不同的车辆数的每客上车时间不同，如表3.5所示。1112 23 表 3.5 不同车辆数的每客上车时间 n 1 2 3 第 n 辆车每客上车时间 t 上（s） 1 2 3 有两个站位的情形 每车上下客时间与到达停靠站的前后两车车头时距有关。设 421 ttttu+=。 ? 车头时距 s t atu 1 +，后车到达时前车已经驶离，两车平均饱和车头时距为 u t + 1 a； ? 车头时距 u t tep t th 式中：( )th p 表示车头时距h大于t秒的概率，表示到