公交站臺進出乘客對鄰接非機動車道通行能力的影響

平 萍，常玉林,2，張 鵬

(1.江蘇大學 汽車與交通工程學院, 江蘇 鎮江 212013；2.東南大學 城市智能交通江蘇省重點實驗室， 南京 211189)

在我國，公共交通和非機動車交通已經成為了大部分城市居民出行的重要方式，其有效地緩解了日益加劇的城市交通壓力。為了滿足廣大市民的出行需要，城市規劃配置了相當數量的公交站臺以方便公共車輛停靠，便于市民換乘或等待公共車輛，通常公交站臺重點設置在出入人流量非常大的城市主干道上。在公交站臺處的相鄰路段，不僅公交車輛的停留會對相鄰機動車道造成通行的影響，很多進出站臺的乘客甚至非機動車輛也會在該處停留周轉，抵達的非機動車輛以及進出站臺的乘客難免會因為爭搶車道而發生沖突，極大地阻礙了該段非機動車的正常運行，也給進出站臺的乘客帶來了安全上的隱患[1]。

社會各界對于該領域的探究重點集中在站臺的具體配置方案對機動車道通行能力的作用效果，有關文獻[2-4]以交通調研具體現狀為基礎，針對造成通行能力變化的各個因素進行梳理，以此為基礎創建相應模型，重點探究了乘客數目、站臺總長等對站臺位置的機動車道通行能力的影響。一些學者[2，5-6]依據機動車以及公交車等彼此作用的結果創建影響因素模型，重點研究公交站臺對于周邊機動車交通所產生的影響。趙月[7]以及馮太群[8]等借助相關通行能力模型，從量化層面，證明了人流量對該區域通行能力的阻礙，并且提供了相應調整系數以及耗損計算方式。

雖然有關學者對公交站臺處相鄰的機動車道通行能力影響方面進行了大量的研究，也取得了一定的成果，但是目前國內針對站臺設置以及進出站乘客對非機動車道所產生的負面影響探究還較為缺乏，依照現有的研究成果很難解決好在大力提倡綠色交通過程中出現的問題。俞俊等[1]通過折減系數量化表征了站臺形式和乘客出入對鄰接非機動車道通行能力的影響。但該系數只是量化了沖突對短時流量的影響，而對長周期內沖突對通行能力的影響并沒有深入研究。

1 公交站進出乘客對非機動車流的影響

在設有公交停靠站的非物理隔離路段上，公交停靠站與人行道被非機動車道隔開，出入站臺的乘客需要在非機動車道內穿越通行或停留，因此，極易產生同非機動車相互沖突的問題，尤其是在通勤高峰時間段內乘客為了追趕即將進站、停靠或離站的公交車時，很容易由于占用非機動車道與車輛產生摩擦，從而造成安全事故的發生，此時原則上應要求非機動車及時做出減速處理，防止出現安全隱患，做到禮讓行人[9]。觀測點布置如圖1所示，用于下文分析乘客與非機動車在沖突區域的過程和實測數據的采集。

圖1 公交站臺處非機動車與行人的沖突觀測平面圖

2 基于交通沖突技術的基本通行能力模型

借助交通沖突解析技術闡述公交站處進出的乘客和非機動車之間的沖突特點，創建公交站臺處相鄰非機動車道的基本通行模型；把與進出站乘客相關的影響因子看作是修正系數，有效調整基本通行能力，提升模型的精準性以及普適性。

2.1 公交站進出乘客影響下基本通行能力模型

從理論上來講，處在非機動車道上的車輛具有優先行駛的權利，相同時段內行人需要待其通過之后，在滿足較大間隙要求的情況下才可以進出公交站臺。但通過調研得知，即便不滿足較大間隙要求，很多路人依舊會冒險穿越非機動車流進出公交站臺，逼迫很多車輛不得不剎車減速避讓，因此在真實環境中，行人往往優先使用非機動車道。行人進出公交站臺的過街行為隨機雜亂，尤其在非機動車流中穿插行走的行為會占用沖突區域，因此，針對出入公交站的行人在沖突區域占用非機動車正常行駛時間的具體情況，創建相關的基礎通行能力模型。

1) 無沖突時的通行能力計算

假定公交站出入人員在不影響非機動車道正常使用的情況下，該車道的最大通行能力表達式為

(1)

式中tB1代表非機動車流在沒有進出站乘客干擾情況下正常行駛狀態下的車頭時距大小。

2) 有沖突時的通行能力計算

根據附加沖突流的原理不難得知[10]，對于公交站臺處相鄰非機動道的通行能力，對其產生影響的交通流主要是進出站乘客以及非機動車，均要求遵守先進先出準則[11],依照一定次序經過沖突區域。假定非機動車使用相關車道的沖突時間用tB1表示，相關的車流量大小用Q1表示，進出站乘客使用車道的沖突時間用tB2表示，相關的乘客流量大小用Q2表示。倘若交通流量Qi超出對應的通行能力Ci，那么在超出飽和的狀況下，對應的通行能力可以表達為

(2)

依照出入站臺的相關人員以及非機動車通行的優先次序不難得知，當滿足Q2

(3)

3) 公交站進出乘客影響下的基本通行能力計算

假定在無進出站乘客干擾，不發生任何沖突的狀況下，對應的概率大小是P0，那么對于進出站乘客的干擾沖突的影響狀態下，其非機動車通行能力表達為

Cp=C0P0+C1(1-P0)

(4)

式中P0由行人-非機動車沖突概率模型確定。

2.2 公交站進出乘客影響下人非沖突概率模型

分析乘客進出公交站的過程不難得知，當進出公交站臺乘客與非機動車輛之間產生沖突時，需要具備下述兩個條件：

1) 當進出站乘客占用非機動車車道時，正好有非機動車輛駛入該沖突區域，假設t代表車頭對應的時距大小，tT代表乘客占用該區域的時長，即符合t≤tT；

2) 駛入沖突區域的非機車車群的車頭時距t必須小于進出站乘客穿越非機動車的臨界間隙tcri，即公交站臺相鄰非機動車道內連續非機動車流允許乘客安全穿越，且滿足一般的交通參與人員可以接受的最小車頭時距要求，即需滿足t≤tcri，則進出站乘客與非機動車發生沖突的概率

PC=p{t≤min{tT,tcri} } =

(5)

式中f(t)代表在非機動車輛抵達沖突區域時所對應的車頭時距密度函數。

進出站乘客與非機動車輛之間沒有出現沖突的概率：

P0=1-Pc

(6)

假設公交站臺存在1,2,…，i，…，M個開口，并且間隔距離對稱一致，開口i在1 h內對應的進、出站乘客數量分別為mi、ni輛，對應的進站、出站的沖突概率分別為Pin,cri,i，Pout,cri,i，由于進站、出站乘客的過街行為是相互獨立的，因此進出站乘客的平均沖突概率

(7)

進出站臺的乘客在單位小時內占用沖突區域的總時長為

Qi=mitin,B2+nitout,B2

(8)

式中tin,B2,tout,B2各自代表進站以及出站的相關人員占用該沖突區域的平均時長，即進站或出站乘客對非機動車輛通行產生影響的時間，也就是持續影響阻滯時間。

3 公交站進出乘客影響的修正

鑒于非機動車車道寬度、電動車比例等干擾因素，對通行能力進行優化調整，則非機動車車道的實際通行能力表示為

C=CPfsftfebfj

(9)

式中：fs代表進出站臺乘客的空間障礙率修正系數；ft代表進出站臺乘客的時間障礙率修正系數；feb代表電動自行車修正系數；fj代表交叉口影響的信號折減系數；

1) 空間障礙率修正

計算方法如下：

(10)

式中：fw代表非機動車道有效寬度對通行能力的調整系數；We為非機動車車道有效寬度；we代表非機動車常規車道的單位寬度大小，通常取值是1.25 m。

2) 時間障礙率修正

如圖2所示，在不考慮外界干擾的情況下，將非機動車流經過沖突區域的速度大小用v表示，占用時長用t1表示；進出站乘客在站臺或步行道邊緣處等待過街時，非機動車流開始減速至v2，對應運行時間t2；遭遇正在過街的進出站乘客后，非機動車速度下降，速度為v3運行了時間t3直至行人完成過街行為，對于進出站乘客在過街過程中，占用車道的耗時情況用t4表示。時間障礙率修正系數

(11)

(12)

式中：N為進站、出站乘客總數；t3代表非機動車流在沖突長度內所耗費的時間；Lc為沖突長度，遭遇進站(出站)乘客事件后，沖突點到公交站臺的起始點(靠近上游處)之間的間距。

圖2 非機動車遇進出站乘客過街時速度變化情況

3) 電動自行車比例修正

關于電動自行車比例的修正參數可具體表示為

(13)

式中：reb代表電動自行車占據非機動車總數的比值；ηeb代表電動自行車自身的折算系數，在衡量電動自行車本身交通特性的基礎上，將相應的折算系數設置成1.23[12]。

4) 信號折減系數修正

在真實環境中，非機動車流幾乎在所有路段均表現有潮汐特性，即會因為上游交叉口的信號控制而產生變化，由于城市的交通信號指示燈間隔的時長均偏短，相關道路的區間長度不能完全消除信號指示燈對車流的作用[13]，因此，信號燈對通行能力的折減系數可表示為

(14)

式中：λ為上游信號交叉口綠信比；Ge為有效綠燈時長；C為周期時長。

4 模型應用

4.1 模型參數標定

1) 進出站乘客基本特性

以公交站臺服務能力較高的鎮江市夢溪廣場西站作為觀測點，計算進出站乘客影響下非機動車道的實際通行能力。

道路條件如圖1所示，公交站臺開口數為3個，公交站臺相鄰的非機動車道寬度為3.5 m。調查時段內進站乘客總人數為53個、出站乘客總人數為102個，電動自行車比例為0.96，非機動車流的自由流速度為5.5 m/s,乘客過街平均速度0.4 m/s。單位車道的基礎通行能力取為2 000 km/h，相應的最小車頭時距是tB1=1.8 s。

2) 進出站乘客作用下非機動車群對應的車頭時距模型

通過實際調查數據計算得到車頭時距對數的平均值μ=0.13，車頭時距對數的標準偏差μ=0.94，得到非機動車群車頭時距的對數正態分布概率密度函數

3) 進出站乘客過街行為可接受車頭時距和進站、出站影響時間分布

鎮江市夢溪廣場西站相鄰非機動車流的調查結果如下：進出站乘客的總耗時和阻滯影響時間以及可接受間隙的統計結果見表1，所謂阻滯影響時間通常是指進出站乘客在經過非機動車道的過程中，對非機動車輛正常通行所產生影響的時長。

表1 進出站乘客的總耗時、阻滯影響時間及可接受間隙

此處以進站過程為例進行解析，假定該沖突區域僅有一個人抵達，針對總體耗時tT以及成功進站能夠接受的時間tg完成比較，

PC=P{0.4≤t≤min{tT,tcti}}=

總之，巧用乘法分配律與結合律解釋小數乘法的意義，有助于學生對小數乘法的習得過程更為靈活、高效，同時可避免傳統課堂中對于小數乘法知識內容的死記硬背式的學習.

α=0.755(ln(min{tT,tcri} )-0.13),

β=0.755(ln0.4-0.13)

模型參數標定如下：tB1=1.8 s，rt=35.48%，tin,B2=6.76 s，tout,B2=7.82 s，tin,cri=2.83 s，tout,cri=2.97 s，v=5.5 m/s，v1=0.4 m/s，LC=20 m，we=3.5 m，reb=0.96，M=3。式中rt為時間障礙率。

4.2 通行能力實例計算

以鎮江市大市口西站公交站臺處為例進行分析與模型驗證，通行能力流程如圖3所示。

圖3 基于沖突技術的乘客影響下通行能力計算流程

1) 基本通行能力計算

表2給出了夢溪廣場西站相鄰非機動車路段內乘客與非機動車交通沖突實測數據。借助表2內2～5列的信息，運算得到該區域進出站臺乘客同非機動車之間出現沖突的平均概率

利用表2數據計算出該公交站臺所有開口的進出站乘客占用沖突區域的時間總和為

由式(3)可得非機動車通行能力

輛/h

(15)

將式(15)代入式(4)可得：

輛/h

表2 進出站乘客與非機動車交通沖突實測數據計算

2) 修正系數計算

關于空間障礙率的修正系數可表示成

關于時間障礙率的修正系數可表示成

關于電動自行車占比情況的修正系數可表示成

關于上游交叉口相關信號折減情況的修正系數可表示成

3) 進出站乘客較多的大市口西站實際通行能力

整體考慮乘客出入站臺的過程，針對基礎通行能力完成修正系數的調整，獲得公交站臺處相鄰非機動車道的實際通行能力情況

C=CPfsftfebfj=2 597 輛/h

對無公交站臺設置的非機動車道路段，沒有大量行人干擾且道路條件相同，即滿足相關車道有效寬度為We=3.5 m，運算獲得實際通行能力

C=C0fsfebfj=3 149輛/h

對比分析得，由于設置公交站臺的影響，大量乘客進出站的過街行為對非機動車流干擾,對非機動車流的通行影響較大，導致非機動車道的實際通行能力降低了17.53%。

4) 模型驗證

借助相關交通流數學統計分析模型，在滿足速度或密度不斷增大的情況下，持續上升到某個極點值的時候，對應時刻的交通流滿足飽和狀態，也就表明達到了此路段的實際通行能力[16]。計算得到夢溪廣場西站公交站臺相鄰非機動車道的速度-密度-流量關系模型：

(15)

式中：Q為非機動車流量(輛/s;)；V為非機動車流速度(m/s);K為非機動車流密度(輛/m2)。

依照真實通行能力模型獲得非機動車輛相關的速度以及流量關系圖，具體如圖4所示。

圖4 非機動車流速度-流量關系曲線

根據實際通行能力測算方法，該公交站臺處相鄰非機動車道實際通行能力為

C=Qm=2 728輛/h

該值的大小與本文通過運算獲得的修正后通行能力C=3 149輛/h之間的偏差在4.8%左右，說明本篇文章所建立的通行能力模型運算結果相對精準。

5 以公交站臺出入乘客安全為核心的非機動車道設計

1) 港灣式公交站臺出入口處設立乘客待行區

目前城市的公交站臺在有條件的情況下都進行了港灣式站臺的改造，因此非機動車在通過公交站臺處時會進行一定的變向行駛，即產生行駛盲區，因此建議在沖突區域，用醒目的黃色網格線進行鋪澆，這樣可以極大地減少公交站臺處人非沖突的事故發生，使雙方的安全得到保障。

2) 乘客穿越橫道安全設計

為降低乘客出入公交站臺時因隨意穿梭橫道而導致與非機動車的沖突，由于是直線式港灣站臺處，非機動車道的寬度沒有明顯的縮減導致非機動車駕駛者的速度大都不會減速慢行，可在公交站臺出入口正對處設置人行橫道，讓出入站臺的相關人員可以順著最短路徑穿越非機動車道。這樣一來，既可以讓非機動車駕駛者在公交站臺處行駛時產生減速的潛意識，同時讓乘客不再冒險穿越，降低因胡亂穿越與非機動車駕駛者沖突的危險概率。

6 結束語

針對進出站臺的乘客以及相鄰車道的非機動車流，借助有效的交通沖突解析方法，創建了公交站臺進出乘客對車道通行能力產生影響的基本作用模型，綜合考量了各項影響通行能力的變量，并運算出其修正系數大小，得到了進出站乘客對非機動車輛的影響下非機動車道的實際通行能力，提高了模型的準確性和適用性。結果表明：在相同有效道路寬度條件下，設置公交站臺所產生的大量進出站乘客使通行能力降低了17.53%；模型運算得到的數值與真實通行能力的誤差值為4.8%，說明此種運算方式相對準確，基于沖突技術的基本通行能力模型可以取得良好的應用；基于該模型深入研究了進出站乘客對非機動車道通行能力的影響；未來可以更加深入研究公交站不同開口數對其通行的影響，為公交站臺設計與相鄰非機動車道的安全優化設置提供了依據。