城市公共交通換乘樞紐協調調度技術研究

摘 要：公交網絡協調調度系統是存在信息實時反饋的集成邏輯調度體系。智能化協調調度系統包含了基礎調度模式和協調調度兩種模式。智能化協調調度系統是通過協調調度模式來實現公交網絡多個基礎調度模式的協同工作，以達到對整個公交網絡運行的控制。該文通過對公共交通換乘樞紐基礎數據的采集和公共交通客流量的分析，提出了公共交通換乘樞紐的調度方法，同時對樞紐協調調度系統的功能及框架進行了分析研究。

關鍵詞：客流量 換乘樞紐 協調調度

中圖分類號：U12 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）10（b）-0155-03

1 城市公共交通公交調度方法

城市公共交通是各種具體工具相互配合的綜合交通運輸系統，與其它交通系統的主要區別就是不可能僅僅依靠一兩種交通工具來支撐城市交通，了解不同方式的發展規模和注意公交工具多樣化、吸引程度和空間布局，以避免造成交通資源配置的不足或浪費。因此，如何將各具特點、各有特長的各種公交工具按照合理比例，組成一個相互補充，協調一致的城市公交體系和一個比較完善的公共交通網，以達到快速、方便、經濟、安全、舒適的現代化城市客運交通的目標，是當前我國城市公共交通系統優化的重要研究內容。

1.1 換乘樞紐區間車調度的確定方法

可根據基礎數據通過計算路段（斷面）客流量差的大小或路段不均勻系數值的方法來確定換乘樞紐區間車的調度形式。

（1）為路段不均勻系數：是指在統計時間內營運線路某一路段的客流量與平均路段客流量的比值，即：

式中：為統計時間內第i個路段的客流量；為統計時間內平均路段的客流量。

（2）為路段客流量差：是指在統計時間內某一高路段的客流量與沿線各路段平均客流量之差，即：

通過上述計算，若（即>1.2～1.5），或≥時（為車輛額定載客量），應通過開辟區間車的調度來改善公共交通樞紐的運輸服務工作。

1.2 換乘樞紐快車調度形式的確定方法

通過基礎數據計算出換乘樞紐站點客流集散量的不均勻系數或方向的不均勻系數來確定換乘樞紐快車調度形式。

（1）為樞紐站點集散量不均勻系數：是指在統計時間內公交營運線路中第j個停車站的乘客集散量與沿線各停車站的平均乘客集散量的比值，即：

式中：為第j站在統計時間乘客的集散量；為沿線各公交車站在統計時間的平均乘客集散量。

如果≥（即>1.4～2.0），可考慮停車站開設快車，以便緩解乘車擁擠的現象，以此方法來提高公共交通的運輸效率。

（2）為方向不均勻系數：是指在統計時間內某一線路的高單向客運量與平均單向客運量的比值，即：

式中：為在統計時間此線路的最大單向客流量；為在統計時間內此線路的平均單向客運量。

如果≥（額定值，一般取1.2～1.4），那么可以在換乘樞紐內開設快車。

1.3 換乘樞紐加班車調度的確定方法

否可以在換乘樞紐開設加班車可以通過計算時間不均勻系數來確定。

為時間不均勻系數，是指在公交線路營業時間內的第i個小時的線路客運量與平均每小時線路客運量的比值。

式中：為公交線路運營時間內第i個小時的客流量；為公交線路運營時間內線路的平均小時客流量。

如果≥（額定值，一般取1.8～2.2），說明此時換乘樞紐此時為客流高峰時期，可以臨時增加車輛參加運營改善交通狀況。

2 公共交通換乘樞紐基礎數據的采集及預測方法研究

通過交通調查的方法獲取客流量的歷史數據，通過設置在公交站點的傳感器和公交車輛上的乘客計數器獲取運行公交線路實時的客流數據。

2.1 公交車輛路段運行時間采集

根據調查內容不同，將客流調查包括：出行（換乘）起終點調查及線路客流調查。出行或換乘起終點調查是以客運線路為基礎，解決行車組織問題，主要用于線網優化調整。出行或換乘起終點調查的調查方法主要有隨車調查、駐站調查和票據法三種。其調查方式包括人工、自動乘客計數和站點攝像等。

路段運行時間也就是車輛運行通過某路段所需要的時間，路段運行時間的長短直接關系出行者出行的總時間，是出行者最為關心的信息。采集路段運行時間的方法有：測試車法、牌照法、GPS定位法、Beacon定位法、車輛自動識別法等。

2.2 公交線路客流量預測方法

公共交通常用靜態預測法和動態預測法來預測客流量的大小。

（1）靜態預測方法。

靜態預測方法包括歷史平均法、時間序列法、指數平滑法、濾波及小波分析法和模糊預測法]等。

（2）動態預測方法。

在動態預測方法中，主要指神經網絡法，包含了多種用于預測模型。神經網絡法可以實現動態預測，并且具有較高的預測精度，但由于交通量序列在短時間內具有不確定性，再加上有時交通量信息的統計資料不足或不準確，同時對不確定的未來進行預測時有誤差存在，所以也會造成預測誤差。

2.3 公交車輛路段運行時間預測方法

公共交通智能化調度系統中的一個非常關鍵的指標是電子站牌上所顯示的下班車到達時間的精確度。各個公交站點間車輛運行的行程時間預測的是否準確，將直接影響到電子站牌上所顯示的下班車到達時間的準確度。由于換乘樞紐站臺上候車的乘客是根據電子站牌的顯示信息候車，如果班車實際達到時間和顯示結果有很大的差距，會使乘客產生對公交智能化調度系統的不信任感。目前公共交通智能化調度系統中電子站牌上所顯示的下班車預計到達時間的確定，是通過簡單計算車輛當前位置到達電子站牌的距離和車輛平均行駛速度之比而得，導致了顯示的預測結果和實際到達時間有一定的差距。

2.3.1 預測路段與預測時間的確定

（1）預測時間所需參數。

為了準確預測，在進行下趟班車到達時間的預測之前，首先應確定以下常量：

①在不同時間段行駛的不同類型公交車的平均速度；

②在各個公交站點的不同車型的公交車的平均停車時間；

③在不同時間段通過不同交叉口時不同類型公交車的平均行駛和等候時間；

④公交車在特定時間段的平均延誤時間。

通過以上參數可預測出下班車所到達的時間。

（2）預測時間的內容。

通過某一路段到達預測站點前所需總的行程時間由以下幾部分組成：

①不同車輛以各自速度行駛通過某一路段的平均行駛時間；

②行駛車輛在下游交叉口處等紅燈引起的排隊延誤時間；

③行駛車輛通過該交叉口所需的通過時間；

④到達預測站點前由于乘客在前幾個站點上下車而耗費的時間；

⑤到達預測站點的前幾個站由于車輛進出車站時減速和加速而引起的損失時間。

（3）預測路段的選擇。

站點間運行時間預測線路示意圖如圖1所示。

2.3.2公交車輛運行時間的預測

（1）公交車的行駛時間。

公交車的行駛時間由在行駛路段的純運行時間、沒有交通信號控制的暫短停歇時間、在站點等待乘客上下車的時間、特殊情況下的技術故障停歇時間。

=

式中：L為公交車行駛路段j的總長度；L為時段i時路段j下游交叉口處的平均排隊長度；為交通路網中第j路段的所有車輛的平均行駛速度；為交通路網中第j路段的公交車輛行駛速度修正系數。

（2）排隊等待時間。

如路段j在穩定的交通狀況下，假如交叉口處有k輛車排隊，那么排隊的概率與時刻t無關而與j路段的通行能力（Nj）、j路段在i時段內車輛平均到達率（λ）、j路段在i時段時的下游交叉口在行駛方向上的綠信比（g）、j路段下游交叉口單位時間的最大通行能力（μj）、交通強度（ρ）有關。

（3）因乘客上下車前方站點停車等待時間。

每個站點的乘客量影響該站點乘客的上下車時間，由于上下客車門數量以及上下客方式不同，對于不同的車輛乘客上下車時間有著不同的數值。

（4）車輛在前幾個站點因進出車站時加、減速損失時間

式中：為車輛在某一站點進出時的加、減速時間；為決策變量（取1或0）。

（5）通過交叉口時間。

（6）運行時間計算。

通過以上計算可知，運行時間可用下式表示：

修正后車輛在時刻t路段j的運行時間的模型為：

3 樞紐協調調度系統功能分析

智能化協調調度系統包含了基礎調度和協調調度兩種模式。單線路調度和區域調度屬于基礎調度模式；協調調度模式主要包括面向公共交通樞紐的線路協調調度和樞紐群協調調度屬于協調調度模式。智能化協調調度的基本手段是以協調調度模式來實現公交網絡中各個基礎調度模式的協同工作和對公交網絡運行的整體控制。

4 樞紐協調調度系統框架研究

對于整個城市公交系統來說，運營管理主要包括線網優化、經營計劃、調度規劃、調度實施和運營效能分析五部分功能。其中：（1）公交線網優化—調度規劃—調度實施—運營效能分析—公交線網優化；（2）調度規劃—調度實施—運營效能分析—調度規劃；（3）經營計劃—調度規劃—運營效能分析—經營計劃的三個閉環反饋是實現公交運營管理優化的關鍵。調度工作直接受到公交管理部門公交線網優化工作和運營企業經營計劃所影響，調度工作的評價依據一般為運營效能分析。

5 結語

從公交調度方法、基礎數據的采集和預測方法研究、樞紐協調調度系統功能分析、樞紐協調調度系統框架研究等幾個方面對公交換乘樞紐協調調度關鍵技術進行了深入研究，給出了公共交通換乘樞紐調度系統框架。換乘樞紐協調調度的基本功能是根據換乘樞紐和運行線路客流的時間、空間的需求特征，協調各個銜接的公交線路的調度計劃以實現公共交通的優化配置，從而實現降低出行者時間和運營者總成本的目標；同時提高公交車輛的準點率，保證協調調度計劃的順利實施。

參考文獻

[1]江麗煒，鄔萬江，馬麗麗，等.城市公共交通線網規劃方法淺析[J].科技創新與應用，2012（10）：21-22.

[2]文國瑋.城市交通與道路系統規劃[M].清華大學出版社，2007.

[3]龍專方，趙銀龍.城市公共交通規劃方法研究[J].科技廣場，2010（9）：222-224.