直線型公交停靠站通行能力計算方法

基金項目： 國家973計劃資助項目（2012CB725402）

作者簡介： 孫鋒（1979-），男，博士研究生，研究方向為交通管理與控制，E-mail：sunfeng0904@sina.com

通訊作者： 王殿海（1962-），男，教授，研究方向為交通控制，E-mail：wangdianhai@sohu.com

文章編號： 0258-2724（2013）03-0546-07DOI： 10.3969/j.issn.0258-2724.2013.03.024

摘要：

為了提高公交停靠站通行能力計算方法的精確性，針對目前城市的公交運行現狀，使用時空分布圖分析了公交車在直線式停靠站的服務過程，在此基礎上，綜合考慮停靠站排隊概率和停靠時間分布，推導了公交停靠站通行能力計算模型.對杭州市公交車停靠時間的分布函數進行了擬合，對數正態分布的擬合程度最優，2個交通時段的K-S檢驗值分別為0.083 9和0.050 6.用MATLAB編程得到不同分布參數下的通行能力結果表明：隨著停靠時間對數平均值μ的增加，不同泊位數停靠站的通行能力減少了44.4%～47.3%；通過VISSIM仿真得到了停靠站的通行能力，模型計算值與仿真結果的平均誤差為6.5%.

關鍵詞：

直線式公交停靠站；通行能力；停靠時間；對數正態分布

中圖分類號： U491.51文獻標志碼： A

隨著交通供需矛盾的日益突出，公共交通已經成為解決城市交通問題最有效的手段.各大中城市都把公交優先作為城市交通的發展方向[1]，公共交通在近幾年得到了快速的發展，呈現出大規模、列車化的運行特點.

設置公交專用道是公交優先的一種基本形式，公交停靠站作為公交專用道的瓶頸點，其通行能力決定了公交專用道的通行能力，是公共交通設計的重要內容，設計合理與否決定了公交專用道的運行效率[2-4].因此，有必要針對目前的公交運行狀況，對公交停靠站的通行能力進行更加深入的研究，為公交停靠站及公交專用道的設計提供科學依據，實現道路交通資源的合理配置.本文采用理論模型和仿真試驗相結合的方法，對城市中常見的直線式公交停靠站的通行能力進行研究.

1

常用方法分析

目前，國內外常用的直線式公交停靠站通行能力計算方法主要有兩種：HCM（Highway Capacity Manual ）模型[5]和道路通行能力分析模型[6].

1.1

HCM模型

HCM模型考慮了交叉口信號、停靠時間、有效泊位數、車頭時距等影響因素，按照國外的公交車運行狀況進行參數標定，認為形式相同的公交停靠站的有效泊位數都相同，用停靠時間平均值作為其期望值，忽略了其它因素對有效泊位數的影響和停靠時間分布的差異性，導致該模型難以精確反映不同位置和不同時段公交停靠站的通行能力.

1.2

道路通行能力分析模型

在該模型中，認為所有車輛到達后就能進站服務.隨著公共交通的快速發展，車輛排隊進站的概率越來越大.根據對杭州市天目山路公交停靠站的調查，排隊概率為50%～70%.顯然，公交車輛排隊進站和直接進站的服務過程是不同的.

綜上所述，已有的計算模型與我國目前的公交運行現狀存在一定差異，難以滿足當前公交停靠站的設計要求.鑒于此，本文在充分考慮公交車輛排隊進站及停靠時間分布規律的基礎上，使用時空分布圖描述了公交車輛在停靠站處的運行特性，并在此基礎上推導了公交停靠站通行能力計算模型，最后通過仿真軟件驗證了模型的有效性.

2

公交停靠站通行能力的理論分析

本文研究的公交停靠站形式如圖1所示，外側車道為公交專用道，內側2條車道為社會車輛車道，公交停靠站的公交泊位根據實際情況設置.由于泊位數超過3個時，其利用率會變得非常低，從成本效益的角度分析這是不合理的[8]，所以，本文主要研究泊位數為1～3個的情況.

為了便于公式推導，假設：

（1） 所有駕駛員具有相同的特性，即前后兩車的反應時間相同；

（2） 公交車輛從等待位置移動至停車位的過程中是勻加速行駛和勻減速行駛，且加減速度都為a；

（3） 公交車輛駛入停靠站時，車輛之間的最小車頭間距為1個停車泊位的長度.

2.1

1個泊位公交停靠站通行能力計算

當公交停靠站只有1個停車泊位時，考慮后面車輛排隊進站過程的情況，前后2輛公交車N和N+1在公交停靠站處的運行狀況如圖2所示.

2.2

2個泊位公交停靠站通行能力計算

當公交停靠站有2個停車泊位時，會發生兩種情況：

（1） 車輛N+1先完成服務；

（2） 車輛N+2先完成服務.

兩種情況下對應的時空關系如圖3所示.

2.3

3個泊位公交停靠站通行能力計算

3

停靠時間tS的分布函數標定與檢驗

3.1

停靠時間的分布函數標定

對杭州市天目山路公交車輛停靠時間進行調查，調查的停靠站包括慶豐村、杭州大廈和八字橋公交站，對數據進行頻數分析，并分別用正態分布、對數正態分布和威布爾分布對公交停靠時間的樣本進行了擬合[10-12].表2為2011年7月20日—22日早高峰時段（7：30～9：30）的公交車停靠時間概率分布擬合結果.可以看出，對數正態分布的K-S檢驗值最小，說明其擬合效果最好.

3.2

停靠時間的分布函數檢驗

為進一步檢驗公交停靠時間服從對數正態分布的合理性，對其它公交停靠站的調查樣本進行分布擬合及K-S檢驗，結果見表3.由表3可知，對八字橋站和杭州大廈站停靠時間調查數據的對數正態分布進行K-S檢驗，表明公交停靠時間服從對數正態分布的假設是合理的.

3.3

停靠時間的期望值

4

結果分析

由圖5可以看出，對于1個泊位的公交停靠站，隨著公交車停靠時間對數平均值的增加，通行能力從209 bus/h減少至110 bus/h，減少了47.3%， 2個泊位和3個泊位停靠站的通行能力分別減少了46.1%和44.4%.

以上數據說明：隨著停靠時間對數平均值的變化，公交停靠站通行能力的變化非常大，形式相同的公交停靠站在不同位置和不同時段的通行能力也存在較大差異，有效泊位數并不是一個固定值.

因此，在進行公交停靠站及公交專用道設計時，必須根據停靠站的排隊狀況和停靠時間分布特性進行設計，這樣才能確保道路交通資源的最優配置.

5

仿真驗證

為了驗證上述模型的有效性，根據杭州市天目山路的實際道路條件，在VISSIM中建立仿真路網，輸入公交車輛的運行速度和加減速度調查數據，將公交車輛的發車頻次設置為接近通行能力的值，并按照不同參數的對數正態分布曲線設置公交車輛的停靠時間.公交停靠站每小時內通過的最大車輛數，即為公交停靠站的通行能力，結果見表4.由表4可以看出，模型計算值和仿真結果的差別很小，平均相對誤差為6.5%，說明使用本文模型得到的公交停靠站通行能力反映了直線式公交停靠站的車輛運行特性.

6

結束語

以時空分布圖的形式分析了公交車輛在停靠站的運行特性，建立了直線式公交停靠站的通行能力計算模型，并通過仿真驗證了模型的有效性.

通過對模型計算結果的分析得出，隨著停靠時間對數平均值的變化，形式相同的停靠站其通行能力變化較大，在實際公交停靠站的優化設計中，忽略該因素將導致道路資源的浪費.根據實際停靠站的排隊概率和停靠時間分布參數，本文提出的模型能夠確定不同位置和不同時段的通行能力.本文中只對杭州市3個公交停靠站的交通數據進行了調查和研究，模型的適用性還有待更多城市公交數據的進一步驗證.

參考文獻：

[1]胡文婷，陳峻，萬霞. 基于對交通流影響分析的直線式公交站選型優化[J]. 西南交通大學學報，2010，45（1）： 130-135.

HU Wenting， CHEN Jun， WAN Xia. Beeline bus stop type selection based on analysis of influence on traffic flow[J]. Journal of Southwest Jiaotong University， 2010， 45（1）： 130-135.

[2]楊曉光，徐輝，王健，等. 港灣式公交停靠站設置條件研究[J]. 中國公路學報，2011，24（1）： 96-102.

YANG Xiaoguang， XU Hui， WANG Jian， et al. Study of setting conditions of bus bay stop[J]. China Journal of Highway and Transport， 2011， 24（1）： 96-102.

[3]柴茜，陳紹寬，毛保華. 考慮擁堵的快速路直線式公交站線路容納能力[J]. 吉林大學學報：工學版，2009，39（2）： 58-62.

CHAI Qian， CHEN Shaokuan， MAO Baohua. Capacity calculation on bus stop in expressway considering road congestion[J]. Journal of Jilin University： Engineering and Technology Edition， 2009， 39（2）：58-62.

[4]楊孝寬，曹靜，宮建. 公交停靠站對基本路段通行能力影響[J]. 北京工業大學學報，2008，34（1）： 65-71.

YANG Xiaokuan， CAO Jing， GONG Jian. Study of the effect of bus stop on roadway section capacity[J]. Journal of Beijing University of Technology： Technology Edition， 2008， 34（1）： 65-71.

[5]Transportation Research Board. Highway capacity manual 2000[M]. Washington D. C.： National Research Council， 2000： 2713-2715.

[6]陳寬民，嚴寶杰. 道路通行能力分析[M]. 北京：人民交通出版社，2003： 201-205.

[7]Transportation Research Board. Transit capacity and quality of service manual[M]. Washington D. C.： National Research Council， 2003： 215-218.

[8]FERNNDEZ R. Modeling public transport stops by microscopic simulation[J]. Transportation Research Part C， 2010，18（6）： 856-868.

[9]HALL R W， DAGANZO C F. Tandem tolls booths for the Golden Gate bridge[J]. Journal of the Transportation Research Board，1983（905）：7-14.

[10]葛宏偉. 城市公交停靠站點交通影響分析及優化技術研究[D]. 南京：東南大學交通學院，2006.

[11]姚榮涵，王殿海，李麗麗. 機動車車頭時距的韋布爾修正模型[J]. 吉林大學學報：工學版，2009，39（2）： 331-335.

YAO Ronghan， WANG Dianhai， LI Lili. Revised Weibull revision model of head way distribution for motor vehicle[J]. Journal of Jilin University： Engineering and Technology Edition， 2009， 39（2）： 331-335.

[12]王殿海. 交通流理論[M]. 北京：人民交通出版社，2002： 13-19.

[13]徐濤. 數值計算方法[M]. 吉林：吉林科技出版社，1998： 73-84.

[14]中華人民共和國建設部. CJJ37—90 城市道路設計規范[S]. 北京：中國建筑工業出版社，1991.

[15]胡江碧，王維利，張壽然. 高速公路小客車駕駛員安全注視特性分析[J]. 西南交通大學學報，2012，47（2）： 299-305.

HU Jiangbi， WANG Weili， ZHANG Shouran. Safety analysis of car drivers fixation characteristics on freeways[J]. Journal of Southwest Jiaotong University， 2012， 47（2）： 299-305.