公交停靠站通行能力及泊位數(shù)設(shè)計研究

楊 波，瞿春濤

(1.成都市規(guī)劃設(shè)計研究院，四川成都 610081;2.中國華西工程設(shè)計建設(shè)有限公司，四川成都 610031)

公交停靠站作為公交系統(tǒng)的節(jié)點(diǎn)，是乘客與公交系統(tǒng)連接的橋梁。而公交停靠站的通行能力又決定了公交線路通行能力，決定了停靠站的設(shè)計尺寸，即停靠站的泊位數(shù)。合理的泊位數(shù)又決定了站點(diǎn)的利用情況:停靠站的泊位數(shù)設(shè)計過少，站長過短，導(dǎo)致公交車輛頻繁地在站外等候進(jìn)站，增加了公交車輛的運(yùn)行時間，而且對道路交通流產(chǎn)生不利的影響;停靠站的泊位數(shù)設(shè)計過多，站長過長，則增加了車輛在站臺的運(yùn)行時間，停靠站不能有效利用。所以停靠站的通行能力和泊位數(shù)設(shè)計具有重要的研究價值。

李娜，陳學(xué)武［1］分析了影響停靠能力的四個因素:在站消耗時間，公交車到達(dá)率，站長和道路交通狀況，利用回歸分析的方法確定了合理的站長。王波［2］對公交專用道上停靠站停車位的計算方法進(jìn)行了研究，重點(diǎn)針對隨機(jī)性到達(dá)情況，文章運(yùn)用排隊論和引入置信度提出計算模型，并通過示例說明該方法的計算過程。

本文主要依據(jù)《公交通行能力和服務(wù)水平手冊(第二版)》［3］，探討了公交停靠站通行能力模型中相關(guān)參數(shù)值的確定方法，根據(jù)采集的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，利用仿真軟件對清空時間和有效泊位數(shù)進(jìn)行研究。利用通行能力分析和排隊論兩種方法計算停靠站的泊位數(shù)，運(yùn)用實例探討這兩種方法的應(yīng)用情況。

1 公交停靠站通行能力分析

公交停靠站的通行能力是指對于某一公共汽車停靠站而言，在一定的道路交通狀況下，在同一時間內(nèi)所能服務(wù)停靠的最多車輛數(shù)。停靠能力是一個反映公交車中途停靠站提供為公交車停靠的服務(wù)能力大小的指標(biāo)，是公交設(shè)施提供公交服務(wù)的供應(yīng)量。設(shè)計泊位數(shù)必須達(dá)到停靠站所能提供最大停靠能力的要求。停靠站的通行能力主要取決于公交車輛的站點(diǎn)停靠時間和停靠站的類型、泊位數(shù)、站長、臨道交通量等等。單個泊位的停靠站通行能力計算公式為［3］如下。

式中:Bl為單個停靠泊位的通行能力(輛/h);g/c為綠信比(等于1.0 就代表了無信號交叉口的狀況);tc為清空時間(s)，包括車輛啟動時間(2～5 s)、駛出一個公交車長的時間(5～10 s)、重新匯入車流的延誤時間;td為平均停靠時間;tom為運(yùn)行裕量;Za為期望失敗率a 對應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布值;cv為停靠時間的變異系數(shù)。

1.1 清空時間分析

從車輛關(guān)門到駛離站點(diǎn)，這段時間為清空時間tc。當(dāng)后面車輛不能匯入超越前車進(jìn)站時，即車輛排隊進(jìn)站時，這段時間是固定的，包括車輛啟動時間、行駛自身長度時間、離開站臺時間。多項研究［3］得出清空時間為9～20 s 之間。車輛啟動－行駛自身長度－駛離車站需要10 s 左右的時間。

當(dāng)車輛在港灣式停靠站停靠的時候，清空時間將會包含另外一個時間:公交車輛等待進(jìn)入臨近車道的時間，即公交車輛重新進(jìn)入車道產(chǎn)生的延誤時間。這個時間取決于相鄰車道的交通流量，隨著流量增加而增加。同時取決于上游交叉口的交通信號，將會產(chǎn)生較大的間隙，車流連續(xù)通過站點(diǎn)。可以使其他車輛讓行公交車進(jìn)入行車道，以減少或者消除延誤(圖1)。

由于車輛隨機(jī)到達(dá)，且受到控制方式的影響，港灣式車站的公交車重新進(jìn)入車道的延誤時間可以采用仿真的辦法進(jìn)行研究。現(xiàn)利用VISSIM 交通仿真軟件進(jìn)行仿真試驗，本試驗主要模擬遠(yuǎn)端停靠站的車輛行為，研究車輛匯入車流時產(chǎn)生的延誤時間。根據(jù)高峰時間實際公交車輛到達(dá)情況，輸入公交到達(dá)和停靠的基本參數(shù)，以及駕駛員駕駛特征參數(shù)(車輛跟馳、換道以及優(yōu)先規(guī)則等等)，在不同的臨道交通量和交通控制方式下進(jìn)行交通仿真。臨道交通量取100～1000(輛/h)，控制方式分為信號控制(g/c=0.5)和無信號控制(g/c=1.0)進(jìn)行多組試驗。

圖1 港灣式停靠站車輛運(yùn)行示意

圖2 臨道交通量與延誤時間關(guān)系

由圖2可以看出:隨著臨道交通量的增加，延誤時間也隨之增加;上游有信號控制的條件下，公交車輛可以利用信號控制產(chǎn)生的間隙進(jìn)入車道，延誤時間比無信號控制的延誤時間相對較小;仿真結(jié)果值與手冊建議的的延誤時間值相差不大。

1.2 有效泊位數(shù)分析

停靠泊位越多，公交停靠站通行能力越大，因為更多的公交車輛可以同時上下客。每增加一個停靠站所增加的停靠能力，取決于停靠泊位是港灣式還是直接式的，以及車輛到達(dá)特征。但是停靠站通行能力隨著泊位數(shù)的增加并不是線性增長的，所以研究物理泊位的有效性具有重要的實際意義。

現(xiàn)通過交通仿真的辦法確定停靠站泊位的有效性。VISSIM 仿真軟件中車輛是隨機(jī)到達(dá)的。在軟件中分別建立泊位數(shù)從1個到5個的港灣式停靠站和直接式停靠站仿真模型，共計10個模型，仿真時間為1 h，最后得出各個站點(diǎn)所通過最大車輛數(shù)，物理泊位數(shù)的效率和累計效率值，見表1。從表1可以看出，每增加一個物理泊位所增加的效率是逐漸減少的，4個或者5個停靠泊位的有效泊位比3個停靠泊位也大不了多少。通常在實際泊位數(shù)設(shè)計時至少需要2個有效停靠泊位，即至少要設(shè)置3個物理停靠泊位。

表1 停靠站有效泊位數(shù)參考表

2 公交停靠站泊位數(shù)設(shè)計

2.1 泊位數(shù)計算方法一

當(dāng)公交沿線具有公交專用道，線路發(fā)車頻率不高，使得公交車輛行駛干擾較小，車輛到站比較均勻時，根據(jù)式(1)計算通行能力，由實際車輛到達(dá)率λ，根據(jù)下式計算出有效泊位數(shù)，參照表1，最后得出實際設(shè)計泊位數(shù)。這種計算方法可以計算港灣式和直接式停靠站的停靠泊位數(shù)。

式中:Nb為停靠站有效泊位數(shù);Bl為單泊位停靠站通行能力;λ為單位時間到站的公交車數(shù)。

2.2 泊位數(shù)計算方法二

實際車輛到達(dá)隨機(jī)性較大，近似服從泊松分布，停靠站為車輛停靠服務(wù)。所以由排隊論知識，針對停靠站與停靠車流構(gòu)成一個排隊系統(tǒng)。該排隊系統(tǒng)假設(shè)停靠站駛?cè)霛u變段只能容納一輛車輛進(jìn)入，與車流構(gòu)成單路排隊多通道服務(wù)的M/M/N 系統(tǒng)。車輛單列排隊，只要站臺有空閑泊位，車輛按照先到先服務(wù)的原則，進(jìn)站停靠進(jìn)行上下客服務(wù)。這種方法只適用于公交車輛進(jìn)站時不能超越前車的港灣式停靠站的泊位數(shù)。

港灣式停靠站泊位數(shù)計算方法如下。根據(jù)排隊論可知，系統(tǒng)中沒有車輛的概率為:

系統(tǒng)中有k 輛車的概率為

站點(diǎn)平均車輛數(shù)為:

式中:N為系統(tǒng)的通道數(shù)，即公交站泊位數(shù);

ρ為服務(wù)強(qiáng)度，ρ=λ/μ。對于該系統(tǒng)而言，若ρ/N＜1，則系統(tǒng)是穩(wěn)定的，每個狀態(tài)將會循環(huán)出現(xiàn)。即到站的公交車將逐步消散;若ρ/N＞1，則系統(tǒng)是不穩(wěn)定的，等候進(jìn)站的公交排隊將越來越長。因此，確保該系統(tǒng)正常工作的條件是ρ/N＜1;

λ為公交車輛到達(dá)率，單位時間內(nèi)到達(dá)的公交車輛數(shù)(輛/h);

μ為公交停靠站服務(wù)率，即單位時間內(nèi)一個停車泊位服務(wù)的公交車數(shù)(輛/h);

λ、μ 按照高峰時段取值，設(shè)定泊位數(shù)初始值N，按照上述公式計算可以得出排隊系統(tǒng)的平均車輛數(shù)珔n，判斷:

式中:a為設(shè)計失敗率，即公交車在站外等候排隊的概率。通常取0.05～0.10。

3 實例分析

根據(jù)重慶市南坪停靠站的公交到達(dá)次數(shù)和停靠時間調(diào)查數(shù)據(jù)，車輛到達(dá)服從泊松分布，高峰小時車輛的到達(dá)率λ為160(輛/h)，車輛在站平均停靠時間為28 s，標(biāo)準(zhǔn)差為14.25 s，連續(xù)兩輛車輛的最小間隔為17 s，臨道交通量為600輛/h.假設(shè)車輛不受信號燈控制的影響，請合理設(shè)計該站點(diǎn)泊位數(shù)(設(shè)計失敗率a=0.10)。

3.1 按計算方法一求解

3.1.1 設(shè)計成港灣式停靠站

臨道交通量為600 輛/h，則根據(jù)圖2，得出tc=14 s;設(shè)計失敗率為a=0.10，查表Za=1.28，停靠時間標(biāo)準(zhǔn)差s=14.25 s。則運(yùn)營裕量tom=sZa=18.24，td=28 s，g/c=1.0。把上述值帶入公式(1)得到停靠站的通行能力為:

3.1.2 設(shè)計成直接式停靠站

3.2 按計算方法二求解

由2.2節(jié)知道，這種方法只適用于計算車輛不能超越的港灣式停靠站的泊位數(shù)。

λ=160(輛/h)，μ=3600/(28+17)=80(輛/h)，則ρ=λ/μ=2。取N=3，根據(jù)式(4)，P(0)=0.099，珔n=3.04，由表1，N=3 對應(yīng)的有效泊位數(shù)為Nb=2.50＜3.04，不符合條件(7)需要重新計算。

取N=4，根據(jù)式(4)，P(0)=0.130，珔n=2.17，由于有效泊位數(shù)為Nb=3.02＞2.17，滿足條件(8)。根據(jù)式(5)和式(6)，P(1)=0.261，P(2)=0.261，P(3)= 0.174，P(4)= 0.087。P(k＞4)=1－P(k≤4)=1－P(0)－P(1)－P(2)－P(3)－P(4)=0.087＜0.10，滿足要求。所以按車輛不能互相超越的港灣式停靠站應(yīng)設(shè)計4個泊位。

4 結(jié) 論

本文利用VISSIM 仿真軟件分析了清空時間和有效泊位數(shù)的取值，并與手冊建議值進(jìn)行了對比，得到兩者相差較小，反映了仿真軟件在進(jìn)行交通工程研究的準(zhǔn)確性和實用性。然后詳細(xì)討論了通行能力分析和排隊論這兩種確定泊位數(shù)的方法，前者適用于計算各種停靠站設(shè)計形式的泊位數(shù)，而后者則只能計算在公交車輛排隊進(jìn)站，車輛不能互相超越的情況下的港灣式停靠站泊位數(shù)，在這種情況下兩種方法計算結(jié)果是一致的。綜上所述，本文為停靠站通行能力分析和泊位數(shù)設(shè)計提供了較為科學(xué)而實用的方法。而對于存在非機(jī)動車和行人干擾的停靠站通行能力分析和泊位數(shù)設(shè)計有待于進(jìn)一步研究。

［1］李娜，陳學(xué)武.公交車中途停靠站停靠能力及設(shè)計站長計算初探［J］.土木工程學(xué)報，2003，36(7):72－77

［2］王波.公交專用道上停靠站停車位的計算方法研究［J］.交通運(yùn)輸工程與信息學(xué)報，2004，2(4):40－44

［3］Transportation research board.TCRP REPORT 100:Transit Capacity and Quality of Service Manual，2nd Edition［R］，2003