公交車頭時距控制方法研究

王港華

摘 要：隨著人們生活水平提高，私家車保有量急劇增加，在城市道路資源有限的情況下造成擁堵，以及對環境的污染。優先發展公共交通是解決城市交通擁堵的重要策略，而在目前生活當中，公交運行時間不穩定、準點率低、車頭時距極易發生變化導致串車或大間隔現象發生，使得公交出行方式吸引力下降。城市公交系統的主要挑戰是在連續公交車之間保持恒定車頭時距，以提高公共交通的服務性能。

關鍵詞：公共汽車;串車;運行間隔;運行時刻表;車頭時距

引言

發生公交串車現象的主要原因有兩點：交通流的隨機性質以及在站乘客的需求。即使所有公交車都按照時刻表安排的時間發車（即理想狀態下讓所有公交車之間的時間間隔相同），在運行過程中也會因為車流中其他車輛的干擾、路口信號燈的隨機性以及站點乘客的數量、上車速度等原因讓原本均衡的車頭時距受到影響，導致串車現象發生。

1研究意義及研究現狀

既有研究方法主要是使車頭時距從無序變為有規律，以均衡車頭時距為切入點：緩解交通擁堵，防止公交聚集;減少站點乘客和車內乘客的等待時間;提高公共交通服務質量，增加公交出行吸引力，降低環境污染。既有研究對公交車頭時距的控制方法主要基于運行時刻表（加入松弛時間）或基于車頭時距（針對影響因素提出優化控制策略），也有從乘客角度提出以平均等待時間最小化為目標的控制策略，利用實時數據信息進行動態控制，或與預定義車頭時距值作比較的適應性方案，有些城市甚至在交叉口設置公交優先的信號。

車頭時距控制問題最早于1964年由Newell和Potts提出過，當時的公交運營商一般通過在時刻表中引入松弛時間來處理問題，但這個方法延誤了車內乘客的出行時間，且對公交系統的運行能力造成損失，因此靜態方案無法滿足交通管理的需求。

近幾年，隨著AVL、APC、GPS等監測工具技術方面的進步和發展，實時動態控制策略展現了較好的控制效果。利用這些工具，決策者可以掌握交通路網的實際行為，實施實時的控制策略，實現更精確的調度調整。從空間結構的角度來看，不同的控制策略可以被分為兩類：站點控制，包括維穩策略和跳站策略;站間控制，包括公交車速調節策略和交通信號優先策略。也可以結合兩種控制方法來調節公交車頭時距或優化公共交通系統的運營。

2雙向自均衡控制策略

分別在初始車頭時距隨機、運行時間確定和隨機的場景下，比較當前在控制站點處駐留的公交車分別與其前車、后公交車之間的車頭時距，判斷是否需要實施控制方案使當前公交車在控制點處滯留，根據前后車頭時距的差值確定駐車時間，并推導此控制方法的收斂性及其連鎖效應。

假設公交運行路線為封閉環形路線，公交車有足夠容量運載每一位在站候車的乘客且不相互超車。運行路線中只有一個控制點，即起點（也是終點），且在控制點處的駐車時間是車頭時距的一部分。用部署傳感器和GPS來監測實時位置和公交運行速度越來越普遍，所以數據信息收集方面是容易獲取的。

在初始車頭時距隨機、公交運行時間確定且固定的場景下，所有受到干擾的車頭時距在控制方法的作用下會收斂至一個共同值（數值大小不確定）;若在此方法中有更多的控制點，車頭時距將以更快的速率達到自均衡，因為每個控制點會對每對（前、后車頭時距為一對）車頭時距都起到調節作用，但旨在通過控制策略來減少車頭時距差異，因為每次駐車都不可避免會增加乘客的等待、出行時間，一定程度上降低服務質量。而在初始車頭時距隨機、公交運行時間是服從一定概率分布的隨機變量的場景下，控制策略會使車頭時距方差減小并收斂成一個確定值（數值已知）。

對于控制參數的求解，分別在公交數量不同的情況下確定最優值，一些研究中指出設置一個較小的控制參數（比如小于0.5），將有助于降低運行時間延長的效應，改善乘客等待時間，但此策略的目標是用一個略大的控制參數以更快的速度平衡車頭時距，結果表明此方法下駐車總時間有界。

結語

此控制策略能有效使受干擾的車頭時距恢復均衡值，但由于包含連鎖效應，其平穩性和收斂性的推導受到一定限制;控制參數的推導只進行了一輪運算，可能產生次優結果，存在很大研究空間。

參考文獻：

[1]Andres，M.，Nair，R.，2017.A predictive-control framework to address bus bunching.Transport.Res.Part B 104，123-148.

[2]Bartholdi Ⅲ，J.J.，Eisenstein，D.D.，2012.A self-coordinating bus route to resist bus bunching.Transport.Res.Part B 46 （4）， 481-491.

[3]Eberlein，X.J.，Wilson， N.H.M.，Bernstein，D.，2001.The holding problem with real-time information available.Transport.Sci.35 （1）， 1-18.

[4]Liang，S.，Zhao，S.，Lu，C.，Ma，M.，2016.A self-adaptive method to equalize headways：numerical analysis and comparison.Transport.Res.Part B 87，33-43.

[5]Xuan，Y.，Argote，J.，Daganzo，C.F.，2011.Dynamic bus holding strategies for schedule reliability：optimal linear control and performance analysis.Transport.Res.Part B 45 （10），1831-1845.