港湾式公交停靠站尺寸设计方法探究[精品资料]

港湾式公交停靠站尺寸设计方法探究 -精品资料 本文档格式为 WORD,感谢你的阅读。 最新最全的 学术论文 期刊文献 年终总结 年终报告 工作总结 个人总结 述职报告 实习报告 单位总结 摘要：港湾式停靠站的尺寸，主要取决于泊位数量，以及单个停车位的长度，对于宽度、渐变段长度等通过规范、其他文献研究均可以找到对应的参考值，最主要的研究领域还是在于泊位数量的确定和单个停车位的长度计算。对于站台泊位数量的计算，主要通过排队论进行计算，典型的如北京交通大学李凯 胜多线路公交停靠站的设置研究，根据车辆到达服从泊松分布，停留时间服从负指数分布或者爱尔朗分布，进而对车辆排队过程进行分析，确定泊位数量。 关键词：港湾式停靠站；排队论；泊位数；泊松分布 1 港湾式公交停靠站尺寸设计 港湾式停靠站就是在道路车行道外侧，采取局部拓宽路面的公共交通停靠站，公交车辆停靠在港湾内，而不占用行车道。 1.1 港湾式公交停靠站停靠特性分析 车辆在站台附近的运行可以分为两个阶段，分别为进港湾和出港湾过程，进港湾阶段包括变道行驶以及减速停 车两个动作，出港湾阶段不受停靠车辆的影响，直接采取转弯半径加速离站。本文所研究的进出站规则为公交车辆按照先后顺序进站，按照由远及近进行停靠，保证停车的秩序，从而不产生混乱。 图 2-1 规则下的进出港湾示意图 1.2 港湾式公交停靠站站台尺寸计算 港湾式公交停靠站尺寸包括三部分：减速段，站台，加速段，因此在对站台尺寸进行设计时，需要对三部分进行计算。在城市道路设计规范 CJJ 37-90 6（以下简称规范）中，给出了港湾式停靠站的几何构造图，并对加减速段长度以及站台长度给出 了参考值，但是并没有给出具体的计算公式，灵活性不强。通常情况下，加减速段的长度依据公交车辆的速度和加减速值即可以确定，一般地，渐变段长度依据规范值给定。 表 2-2城市道路工程设计规范参考值 该停靠规则下，车辆的停靠是由远及近进行停靠，车辆的变道均在加减速段完成，由于车辆按照先进先出，因此，站台的长度取决于泊位的数量和长度，但是一般地泊位单位长度与车辆的本身长度和前后安全间距相关，所以主要因素为泊位数量。泊位数量决定了车辆进入站台的数量，也就决定了公交站点的服务率，泊位数量越多，可 以停靠的公交车辆越多，对道路主线影响越小，但是泊位数量过多，造成空间的过多浪费，带来了运行效率低的反作用。因此，如何确定合理的泊位数量，是在设计港湾式停靠站时一个重要的参数。 1.2.1 站台泊位数量计算 在以前的研究中，对于站台泊位数量的计算，主要采用两种方法，一是通过计算公交停靠站的公交通行能力，再计算单个有效泊位的通行能力，从而得到总的泊位数量，典型的代表文献有 SHI Hongwen 的 Resarch on the Way to Determine Types and Scales of Bus Stops 3，该种方法的优点是充分考虑了停靠站台的容量，并可以结合交叉口的影响进行计算，其中引入的有效泊位数量更是考虑了停靠站台各个停靠位置不等量使用带来的干扰，但是其缺点在于，没有考虑车辆的排队效应，即虽然总体来说，可以满足通行能力要求，但是在高峰时期，公交车辆过多的到达，可能会超过站台容量，导致车辆排队，从而影响主线车流；二是通过排队论进行计算，典型的如北京交通大学李凯胜多线路公交停靠站的设置研究一文中，对两种方法均给出了说明，排队论模型中，车辆的到达服从泊松分布，这是通过调查实 证了的，停留时间即站台的服务时间服从爱尔朗分布，由于服务强度是衡量系统中稳定状态的参数，因此只要保证服务强度 /泊位数量小于 1，即泊位数量大于服务强度即可，优点是考虑了车辆的排队效应，但是到达率和服务率的输入值均为平均值，模型中没有考虑车辆到达的一个置信区间，即没有保证多大概率下车辆是不需要排队的，在另外一篇文献港湾式公交中途停靠站的设置建议中，提到了考虑多大概率下港湾式停靠站容纳不下公交车的因素，并且综合限制了多少概率下公交站台处于无车状态，保证了站点的服务效率，但是并没有交待到达率和服务率的来源和渠道 ，此外，无论对于车辆、司机还是运营商以及乘客，往往更关注公交车进站时的等待时间会不会很长，即延误的长短，而不是会不会等待概率的大小，同时也没有综合考虑交叉口以及通行能力的要求。 本文在综合上述文献的基础上，给出了基于排队论模型的泊位数量计算方法，并综合通行能力、公交车辆的发车频率，加以车辆等待时间的概率分布约束，给出了计算到达率和服务率的泊位数量计算模型。 公交车辆的运行受到道路交通条件、交叉口信号控制和停靠站停靠延误等众多不确定因素的影响，使得每辆公交车辆到达停靠站的时间是不确定的，也 即停靠站车辆的到达是随机的。当道路沿线的交通条件比较复杂时，尤其是复线组合、交叉口间距较小且无信号优先控制时，公交车到站的随机性增大，车辆到达将服从泊松分布，公交车辆服务时间服从负指数分布。经过大多数实证调查，这时可以认为停靠站与到达车流构成了 “ 单路排队多通道服务系统（ M/M/S） ” 。 具体针对公交停靠站， M/M/S 服务系统就是指：当停靠站无公交车辆停靠时，达到车辆按照由前到后的停靠顺序进行停靠，对于后续到达的公交车辆，在公交站台下游排队等候，只要站台有空闲车位，就可以按照先到先服务的原则，进站停靠进行上下客服务。 根据排队论知识，对于 M/M/S 系统有： 服务强度 表示每个服务台在单位时间内的平均负荷，也即每个服务台的利用率。对于公交停靠站表示泊位利用率，即： （ 2- 1） 其中， S：表示停靠站的泊位数； ：为公交车辆的平均到达率； ：为单位时间内停靠站通过的公交车辆数，即平均服务率； 很明显，在的情况下，系统处于稳态，即停靠站不会出现死锁拥堵现象。 公交站点无车辆停靠概率 （ 2- 2） 公交站点有 n 辆车辆时的概率 （ 2- 3） 系统平均队长 （ 2- 4） 车辆等待时间概率 （ 2- 5） 有效泊位数 当停靠站设置泊位数多于 1 个时，对于各条公交线路停靠位置未加以明确限制的停靠站，其各个泊位不是等量使用的，且停靠是公交线路之间会产生干扰，使用效率不会到达100。而有些大型的多线路公交停靠站将各条线路划分到不同的站牌里，为了规范车辆的进站秩序，提高人们的排队候车秩序，每条线路都有其固定的泊位停靠处，但是这样 公交泊位的使用效率也依然不能达到 100。因此不同的泊位数在不同状况的停靠站的情况下有着不同的有效泊位数。 HCM 2000 7 中，对有效泊位数的研究如下： 表 2- 3 HCM 2000 关于有效泊位数的参考值 当公交站点处的车辆数大于停靠车位数时，即停靠站容纳不下到达的车辆，车辆即产生排队，其概率为： （ 2- 6） 当排队系统达到以下几个约束条件时，即可认为该泊位数 S 是可行的推荐泊位数量： 平均队长小于有效泊位数； 排队概率低 于设计阈值，排队概率处于一定置信度下； 停靠站无车概率，即空闲系数须低于设计阈值，即空闲系数处于一定置信度下； 排队等待时间的概率低于设计阈值，即等待时间须控制在一定置信度下； 即，在以下约束条件下，求得的泊位数 S 为设计泊位数： （ 2- 7） 其中， ： S 个泊位数中有效停车位； ：排队系统中车辆数超过设计停车位的置信度，推荐取值 10% 30%； ：排队系统中没有车辆，即停靠站空闲的置信度，推荐取值 10% 30%； ：等待时间的设计阈值，即置信区间，推荐取值为； ：排队系统中等待时间的置信度，推荐取值 10%30%； 1.2.2 到达率 和服务率 的计算 一般地，和的取值来源于直接观测得到，但是在对一个新的停靠站点进行设计时，这些值往往不能直接获得，因此，需要提供一个切实可行的计算方法来进行计算。 基于发车频率计算的 停靠站点的到达车辆频繁程度取决于发车频率和中途行程干扰的波动程度，但是对于平均到达率，应与各线路的发车数量相接近。假设波动程度等于 0，则有： （ 2- 8） 其中， ：为经过该停靠站点的总线路条数； ：第 i 条线路的发车频率，辆 /小时； 考虑到一天中时段的不同，发车频率也可能会有调整，在对上述发车频率进行取值时，可以考虑为高峰期段内的发车频率。 基于通行能力计算的 公交停靠站的服务率（辆 /秒），即单位时间内一个停车泊位服务的公交车数，相当于停靠站的公交车辆通行能力，可以表示为： （ 2- 9） 其中， ：交叉口绿信比，一般地，针对路段来说，取值为1.0； （ 2- 10） ：公交车辆在停靠站的平均滞留时间， s。其由下式决定： （ 2- 11） 式中， ：清空时间， s； ：平均停靠时间， s； ：运营裕量， s。 清空时间 当公交车辆关门准备离开停靠站时，有一段附加的时间，就是清空时间，在这段时间内下一辆公交车无法使用该停靠车位。对于港湾式公交停靠站，这段时间由以下三部分组成，分别为车辆的启动时间、车辆驶过车长距离以清空停靠站的时间和重返延误。重返延误表示公交车辆重新返回道路时所要 求的道路上车流间的适当的间隙。重返延误与路侧车道的交通流量相关，并随着交通量的增加而增加。 多项研究讨论了清空时间的组成，并认为清空时间在9 20s 之间。港湾式停靠站的重返延误可以现场测定或者按下表估算。需注意的是该表只适用于车辆随机到达的情况。表 2- 4 公交车辆的平均重返延误 注：根据道路通行能力手册中无信号灯控制的交叉口计算方法得到（次要道路的右转车流停车让行控制），假定可接受间隙为 7s 且车辆随机到达。延误以每小时停靠 12 辆公交车辆为基准。 平均停靠时间 单 个停靠车位的通行能力是确定停靠站和公交设施通行能力的基础。相应地，车辆在停靠车位的平均停靠时间是确定这些区域通行能力的基础。停靠时间与上车和 /或下车乘客的数量，以及每个乘客所需的服务时间成正比。 影响停靠时间的因素主要有以下五个： 乘客需求和载客。通过流量最大的车门上下车的乘客的数量是决定所有乘客的服务时间的一个重要因素。 公交停靠站间距。停靠站的数量越少，在相应站台上车的乘客越多。停靠站过少，每站的停靠时间相对较长，乘客的步行距离也相对较大；停靠站过多，则会因为车辆在停靠 站处加速、减速以及等待信号灯的损失时间的增加而降低整体的运行速度。因此，需要在其中寻找一个平衡。 购票方式。平均购票时间是影响每个乘客上车时间的主要因素。某些购票方式允许乘客在乘客需求大的站点从多个车门同时上车，这就可以提高乘客上车的效率。 车辆类型。上下车过程中的上下阶梯会增加乘客的上下车时间。 车内空间。当车上有站立的乘客时，若有乘客上车，由于车上乘客需要花时间向车辆的尾部移动，刚上车的乘客需要花更多的时间到投币机投币。 在有乘客需求数据或预测数据的情况下， 停靠时间的计算方法如下： 第一步：预测小时客流量。这种预测只需用于客流量最高的站点。 第二步：针对高峰时段对小时客流量进行调整。一般每条线路的高峰小时系数，在 0.6 0.95 之间，默认值取为0.75。用公式对小时客流量进行调整以反映高峰时段中的客流高峰分布情况。式中，指高峰小时客流量，指高峰 15 分钟客流量。 第三步：确定基本乘客服务时间。下表可以用来预测常规情况下的乘客服务时间，即乘客上下行分开，且所有乘客通过同一车门上车的情况。 表 2- 5 单通道上下车的乘客服务时 间 注：当车上有站立乘客时，每人的上车时间增加0.5s；低底盘车辆的上车及下车时间每人减去 0.5s。 第四步：修正当大量乘客通过同一车门上下车时的乘客服务时间。当 25%50%的乘客沿着与主流向乘客相反的方向通过同一车门时，上车和下车的乘客服务时间都增加 20%（单车门增加 0.5s），以反映乘客在车门处拥塞的情况。 第五步：计算停靠时间。停靠时间是指在最拥挤的车门处所需的乘客服务时间加上开门和关门的时间。通常情况下，车门开和关的合理时间为 2 5s。 （ 2- 12） 其中， ：平均停靠时间， s； ：每车最拥挤车门的下车乘客数，人； ：下车乘客服务时间， s/人； ：每车最拥挤车门的上车乘客数，人； ：上车乘客服务时间， s/人； ：车辆开门和关门时间， s。 运营裕量 并不是所有的公交车在停靠站的停靠时间都相同，这与车辆间和线路间的乘客需求量的波动有关。车辆停靠时间波动性对车辆通行能力的影响可用停靠时间波动系数（）表示，即停靠时间与平均停靠时间比值的标准差。 根据对美国多个城市公 交车辆停靠时间的现场观测，停靠时间波动系数通常在 0.4 0.8 之间，当现场数据缺失的情况下推荐采用 0.6。如果将一系列的停靠时间数据绘成坐标图，可以得到近似如下图所示的正态分布情况。分布越集中表示波动性越小，而越分散则表示波动性越大。 图 2- 6 停靠时间分布曲线 公交停靠车位的通行能力在上一辆车刚离开停靠车位，后一辆车随即到达的情况下达到最大值。但是这种情况并不是最理想的，主要有以下一些原因： 由于存在等待进入停靠车位进行服务的时间，车辆行程速度降低； 附加延误的产生使公交时刻表的可靠 性降低； 排队公交车辆阻碍交通，造成长时间的拥堵。因此，公交通行能力的分析引入了进站失败率的概念，用来表征车辆进站时所有停靠区域都被占用的概率。 进站失败率与停靠时间波动性、平均停靠时间共同确定运营裕量，在停靠时间和清空时间中加入运营裕量以确保进站失败的发生率不会超过期望值。事实上，运营裕量就是车辆停靠时间能够超过平均值的最大时间，并在停靠的车辆数接近停靠站通行能力时确保不产生公交进站失败。设定的进站失败率越低，运营裕量就越长，车辆的准点率也越高，而停靠车位的通行能力越小。 根据统计数据 ，在正态分布曲线以下和给定点 Z 右部区域的面积（如上图中阴影部分）表示任意指定车辆的停靠时间长于该数值的概率。该停靠时间与 Z 的关系为： （ 2- 13） 其中， ：满足期望进站失败率的标准正态变量； ：停靠时间的标准差； ：运营裕量， s； ：停靠时间值，停靠时间超过该值的概率小于期望进站失败率。 ：平均停靠时间， s。 对上式进行整理，可以得到在停靠车位的载客量接近其通行能力的情况下，有特定的设计进站失败率得到运营裕量： （ 2- 14） 其中， ：停靠时间波动系数。 下表为不同进站失败率对应的 Z 值。 表 2- 7 给定进站失败率所对应的 Z 值 在市中心区，估算通行能力时设计进站失败率建议值为7.5% 15%。在市中心区外围，进站失败率的建议值为 2.5%。 1.2.3 单个停车位尺寸取值 在确定了停靠站点的泊位数量之后，接下来需要确定的就是单个停车位的尺寸，这样，整个站点的长度即可以确定。对于单个停车位尺寸的计算，有很多文献进行了研究，一般地，都把单个车辆 进出站长度分解为：变道长度、减速长度以及出港湾加速长度，在文献公交停靠站站台尺寸的研究 8中，对上述三个阶段采用物理分析计算得到了单个停车位尺寸的计算公式，结果如下表。 表 2- 8 一般港湾式停靠站的站台长度 可以发现，通过该种方法计算出来的单个停车位尺寸长度比一般的非港湾式尺寸大得多，几乎是后者的两倍，这对土地利用的要求非常高。实际上，车辆在进站过程中，加减速过程均在渐变段完成，变道长度可以考虑进行缩减，在站内的停车只需在停车位内完成，考虑到在先后顺序进站、由远及近的规则下，某 些情况下，会出现停靠站近端停满，远端空闲的状态，此时车辆需要进行变道停车，但是这种情况是在同时到达车辆较多的情况下，因此，综合考虑，建议对 12m 的公交车，单个停车尺寸为公交车身长度加上前后安全距离，安全距离一般取 2.5m，建议单个停车尺寸取值 15m。 1.2.4 港湾式停靠站台宽度设计 根据相关研究，港湾式公交停靠站的宽度包括车辆与路侧石之间的距离和公交车的宽度。车辆与路侧石之间的最小距离在 15 25cm 之间，公交车的宽度一般在 2.2.4 2.55m 之间。因此港湾式公交停靠站的宽度在 2.4 2.8m 之间，再为公交车的停靠预留一些富余宽度，因此港湾式公交停靠站宽度采用 3m 较为合适。此外，乘客候车区域宽度取决于机非分隔带的宽度，可以在其基础上进行适当的扩张或缩减，对于没有机非分隔带的沿边停靠站，宽度以候车区域要求为主。 2 总结和展望 2.1 总结 本文在综合上述文献的基础上，给出了基于排队论模型的泊位数量计算方法，并综合通行能力、公交车辆的发车频率，加以车辆等待时间的概率分布约束，给出了计算到达率和服务率的泊位数量计算模型。 将港湾式停靠站的排队过程看成是一 个 M/M/S 的排队系统，到达车辆服从泊松分布，停靠时间服从负指数分布，以平均队长、空闲系数、排队概率以及等待时间概率作为约束确定了港湾式停靠站的合理停车位数； 基于 M/M/S 系统，通过各条线路发车频率计算平均到达率，通过基本的通行能力计算公式求得平均的停留时间，在新建停靠站和现有停靠站优化方面，提供了可行的计算设计方法。 2.2 展望 M/M/S 排队论的适用性，很大程度取决于车辆的进站规则，但是实际上车辆的进站情况与文章的假设规则不一致，即车辆有时并不会像停车位为空时就立即进去接 受服务，如第一个停车位空闲，后面几个为满置时，后面排队的车辆可能会选择继续排队等待而不是，前进至第一个停车位停车，这时，就需要对车辆的停车行为进行研究； 当停靠站满置，后续公交车辆就会处于排队等待状态，这时对于道路上的社会车辆会产生干扰，此时，如何在公交车和社会车之间的延误进行博弈，也是一个需要研究的方向； M/M/S 系统是把车辆的源头视为无限源，但是对于公交运营公司来说，车辆的配置是一定的，也就是车辆的源头并不是无限源，即在高峰期段，车辆的发车并不适用于 M/M/S，此时，需要结合车辆配 置情况及线路运营、发车频率、高峰特性等复杂因素对排队论的模型进行修正，如有限顾客源模型M/M/S/m。 参考文献： 1 王敬东 . 港湾式公交停靠站设置问题研究 D. 大连 . 大连理工大学 . 2003. 2 胡章立，苏龙，贺平 . 城市道路港湾式公交停靠站的设计探讨 J. 交通标准化 . 2012 年 . 第 6 期： 63-65. 3 SHI Hongwen, LUO Liangxin, BAO Tongzhen. 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