同線路BRT與常規(guī)公交速度特性對比分析＊

蔡志理 邴其春

（山東交通學(xué)院交通與物流工程系1） 濟(jì)南 250023） （吉林大學(xué)交通學(xué)院2） 長春 130025）

快速公交系統(tǒng)（bus rapid transit，BRT）利用了現(xiàn)代化公交技術(shù)，配合智能交通與運(yùn)營管理，開辟了公交專用道路，建造了新式公交車站，力求實現(xiàn)準(zhǔn)軌道交通的運(yùn)營服務(wù)水平［1］.多年來，國外對BRT系統(tǒng)的研究主要是集中在專用道、站臺、交叉口優(yōu)先信號、車輛、智能公交技術(shù)等方面，側(cè)重于BRT的規(guī)劃、建設(shè)與評價等內(nèi)容，研究范圍廣泛［2－4］.國內(nèi)主要側(cè)重于 BRT 的適應(yīng)性、應(yīng)用條件和投資效益等方面研究，也有學(xué)者針對評價指標(biāo)體系及BRT線路選擇與換乘技術(shù)展開研究［5－6］.本文擬選取濟(jì)南市典型的北園大街BRT－1線路及同線路常規(guī)公交（normal bus transit，NBT）線路為研究對象，對該線路上的快速公交和同線路的常規(guī)公交的速度特性及分布規(guī)律進(jìn)行對比分析，并對兩者速度特性的顯著性差異做出檢驗.

1 快速公交速度特性分析基礎(chǔ)

1.1 速度特性基本概念及影響因素

本文從對比分析的角度出發(fā)，選取同線路上站間行駛速度、行程速度和運(yùn)營速度，以及區(qū)間運(yùn)營速度等作為對比分析的指標(biāo)，以便于逐層剖析BRT與常規(guī)公交2種模式在運(yùn)行速度上的特點與特性，深刻揭示導(dǎo)致兩者速度特性差異的內(nèi)在原因.

站間行駛速度是指公交車輛在兩站間行駛的距離與不停車行駛時間（既不包括交叉口停車延誤，也不計車站停靠時間）之比.站間行程速度是指公交車輛駛過的兩站間距離與行駛過程中所需的總時間（包括交叉口停車延誤，但不計車站停靠時間）之比［7］.站間運(yùn)營速度則是指公交車輛駛過的2站間距離與所花費(fèi)總時間（包括站間交叉口停車延誤，也包括到站停靠時間）之比.這里假設(shè)該線路有m個站點區(qū)間，共采集n組車輛運(yùn)行數(shù)據(jù)，其中第i個站間的距離為Li，第j輛公交車輛駛離該站間前一個站點i－1的時刻為，到達(dá)后一個站點i的時刻為，駛離后一個站點i的時刻為，在第i個站間交叉口延誤的時間為是，公交車輛在該站間的平均行駛速度為

站間平均運(yùn)營速度為

式中：p為組成第h區(qū)間的站間數(shù)；Lk為該區(qū)間中的第k個站間距；為第j輛公交車駛離第h區(qū)間中起點站的時刻；為第j輛公交車駛離該區(qū)間最末站的時刻.

影響B(tài)RT與NBT速度特性的因素很多，主要包括有專用道及其隔離形式、專用站及其設(shè)置形式、公交車輛性能、交叉口信號優(yōu)先程度、道路條件與狀況、交通流量以及智能運(yùn)營管理模式等.其中，專用道擁有獨立路權(quán)的程度直接關(guān)系到專用道上可運(yùn)行車輛的種類與數(shù)量，專用道與社會車輛的隔離形式?jīng)Q定了它在行車過程中所受橫向干擾的程度；專用站臺及其設(shè)置形式則會影響到乘客售檢票與登乘車的方式以及上下車的便捷程度，進(jìn)而影響到公交車輛在站?？繒r間；公交車輛的性能指標(biāo)則影響到車輛加速的動力性、行駛的舒適與安全性；交叉口的信號優(yōu)先程度影響到公交車在交叉口的延誤時間和運(yùn)行效率；運(yùn)營組織與管理模式及系統(tǒng)的智能化程度也會影響到公交系統(tǒng)的整體運(yùn)行效率與服務(wù)水平.

1.2 非參數(shù)檢驗基礎(chǔ)理論

擬合優(yōu)度檢驗即在假設(shè)樣本數(shù)據(jù)服從某種參數(shù)分布后，要對所做的假設(shè)進(jìn)行檢驗.這里僅以單樣本 Kolmogorov－Smirnov（K－S）檢驗為例介紹擬合優(yōu)度檢驗的統(tǒng)計原理.K－S檢驗是將樣本的累積分布函數(shù)與確定的理論分布函數(shù)相比較，根據(jù)差值的大小確定樣本是否來自于給定的總體.其零假設(shè)是“H0：樣本來自的總體的分布與指定的理論分布無顯著差異”，用F（x）表示給定分布關(guān)于x的理論累積分布函數(shù)，S（x）表示樣本實際觀測的累積概率函數(shù).設(shè)D為F（x）與S（x）差距的最大值，即

如果實際觀測D＞Da（可查表），則拒絕H0假設(shè)，即樣本來自的總體分布與指定的理論分布存在顯著差異.

對于兩獨立樣本的非參數(shù)檢驗，用于推斷兩個獨立樣本是否來自相同的總體，具體有四種方法供選用，分別為Mann－Whitney U秩和檢驗法、K－S檢驗法、Moses extreme reactions檢驗法、Wald－Wolfowitz游程檢驗法.其中：Mann－Whit－ney U秩和檢驗法（又簡稱M－W檢驗），是最常用的兩個獨立樣本檢驗，其零假設(shè)是“H0：兩獨立樣本來自于無顯著差異的總體”.M－W檢驗法是利用兩獨立樣本的秩的比較得到的.首先，將兩樣本數(shù)據(jù)按照升序合并在一起，計算第一組樣本的觀察值大于第二組樣本觀察值的次數(shù)；然后，再計算第二組樣本的觀察值大于第一組樣本觀察值的次數(shù)，分別用U1和U2表示.如果U1和U2比較接近，則說明兩個獨立樣本有可能來自于同一個總體.

兩獨立樣本K－S檢驗的零假設(shè)是“H0：兩獨立樣本的總體分布無顯著差異”.檢驗統(tǒng)計量D為兩樣本秩的累積分布函數(shù)的最大差值.顯然，當(dāng)D較小時，兩樣本差異較小，兩樣本更有可能取自相同分布的總體；反之，當(dāng)D較大時，兩樣本差異變大，兩樣本更有可能取自不同分布的總體［8］.

2 數(shù)據(jù)采集方案

2.1 目標(biāo)路段的選擇與線路基本情況

為便于對比分析，選取濟(jì)南市北園大街西段和中段的BRT－1線路以及同路段上NBT線路作為目標(biāo)路段.濟(jì)南市BRT－1線路位于濟(jì)南市北園路高架下，西起黃崗路東，東至全福立交橋，全長11.6km.該線路全程設(shè)中央島式?？空?7個，平均站距約為725m；站臺全部采用密閉式，車下售票，車輛靠左側(cè)?？亢蜕舷鲁丝?；全線除東工商河至三孔橋站間外，全部采用路中式BRT專用道，專用道與社會車道間采用柵欄式物理隔離，大型客車可與BRT車輛共用專用道；沿線共有機(jī)動車平面交叉口15個，行人過街通道8個；在平面交叉口和行人過街通道處，BRT均不享受公交優(yōu)先信號.該線路運(yùn)營車輛選用18m雙鉸接豪華公交車輛，最高行車限速為50km／h［9］.在同線路上的常規(guī)公交線路設(shè)置大致分為3個區(qū)間：西段設(shè)有32路常規(guī)公交線路，西起黃崗東路，東至長途汽車總站，中間包括4個站點，基本與BRT－1線路同線同站設(shè)置，該區(qū)間越靠西側(cè)的路段社會車流量越小；中段設(shè)有K57和K107路常規(guī)公交線路，從生產(chǎn)路北口至歷山路，中間包括3個站點，也與BRT－1線路同線同站設(shè)置，該路段的交通流量偏大.

2.2 數(shù)據(jù)采集方案的設(shè)計

根據(jù)研究目的和數(shù)據(jù)采集的技術(shù)手段，本文設(shè)計如下兩種數(shù)據(jù)采集方案.

方案1 利用“手持與車載兩用GIS數(shù)據(jù)采集器”測定北園大街BRT－1線路和同線路常規(guī)公交的站間距離及區(qū)間距離，再利用“多功能交通調(diào)查儀”采用跟車法分別采集目標(biāo)路段上BRT車輛和NBT車輛的到、離站時刻以及達(dá)到、停留和通過交叉口的時刻，以便計算和對比分析同路段上的BRT與NBT的行車速度特性及分布規(guī)律.數(shù)據(jù)采集時間覆蓋早、晚高峰時段和平峰運(yùn)營時段.

方案2 使用多功能交通調(diào)查儀，采用車牌照法記錄BRT車輛和NBT車輛在沿線各站的到、離站時刻及達(dá)到、停留和通過交叉口的時刻等，以便計算車輛在各站間或區(qū)間的運(yùn)營速度以及分析運(yùn)營速度的分布特性.

3 BRT與同線路常規(guī)公交速度特性對比分析

依據(jù)上述數(shù)據(jù)采集方案，自2011年3月至4月間多次對濟(jì)南市北園大街BRT－1線路及沿線NBT的行車數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，共獲得數(shù)據(jù)樣本150余組.在數(shù)據(jù)預(yù)處理過程中，為了保證采集數(shù)據(jù)的質(zhì)量，檢查和剔除了其中的錯誤數(shù)據(jù)和無效數(shù)據(jù).然后，依據(jù)不同的研究目的分別對所采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行了各類速度計算、統(tǒng)計分析和圖表處理.

3.1 站間速度特性對比分析

為了對比分析BRT和NBT的站間速度特性，首先針對方案1和方案2所采集的車輛運(yùn)行數(shù)據(jù)，按西段和中段分別計算它們的站間平均行駛速度 （）、行程速度（）和運(yùn)營速度（），并置于同一圖中進(jìn)行對比分析，結(jié)果分別如圖1、圖2和圖3所示.

圖1 BRT與NBT站間平均行駛速度對比

由圖1可見，在北園大街西段線路上，BRT－1的各站間平均行駛速度（）總體上保持了較高的水平，兩端站間的均值可達(dá)32～33km／h，中間各站均值在28～30km／h之間，其偏低的原因主要是由于車輛在行駛過程中遇前方紅燈信號滑行所致.常規(guī)公交的站間總體上呈現(xiàn)相對較低的水平，均值多數(shù)在21～23km／h之間，只有西端站間具有較高的，可達(dá)27.39km／h.BRT與常規(guī)公交的差值介于4.6～10km／h間，平均差值為6.9km／h.具體分析可見，在“黃崗東路－交通學(xué)院”站間的常規(guī)公交和快速公交都表現(xiàn)出較大的特性，且兩者差值為西段的最小值（4.6 km／h），這一現(xiàn)象緣于道路上社會車流量相對較小，且常規(guī)公交還可利用道外側(cè)的輔道行駛從而避開其間信號燈的影響，故而較大幅度地提升了常規(guī)公交的值；至于兩者間仍存在的小幅度差值，主要源自車輛性能的差異.在“無影山東路－長途汽車站”站間，由于道路上的實際交通量通常較大，對常規(guī)公交的影響也較大，使之降至約23km／h；但對于BRT來說，則因該兩站間的站距較大，且設(shè)有物理隔離的BRT專用道，其反而升至33km／h，使得兩者差值拉大至近10 km／h.由此可見，對于站間距離長、交通流量大的路段，越有利于BRT專用道優(yōu)勢的發(fā)揮.

圖2 BRT與NBT站間平均行程速度對比

圖3 BRT與NBT站間平均運(yùn)營速度對比

綜上所述，對于北園大街西段和中段的某些站間來說，在交叉口信號和站臺停車延誤的綜合影響下，BRT－1運(yùn)營速度的優(yōu)勢已不再明顯.因此，在該路段上的主要交叉口實施BRT信號優(yōu)先并加強(qiáng)站臺科學(xué)管理，對于提升BRT的服務(wù)水平非常必要.

3.2 區(qū)間速度特性對比分析

區(qū)間速度是指公交車在由若干個連續(xù)站間組成的區(qū)間上的運(yùn)行速度.前面從微觀的角度分析了BRT和NBT的站間速度特性，下面將從中觀的角度進(jìn)一步考察兩種公交模式在區(qū)間上的速度特性.為此，分別選取具有不同交通流量的北園大街西段和中段兩區(qū)間為目標(biāo)路段，依據(jù)方案1和方案2采集公交運(yùn)行數(shù)據(jù)，并運(yùn)用SPSS軟件進(jìn)行統(tǒng)計分析.鑒于篇幅所限，本文僅給出其中的區(qū)間運(yùn)營速度的描述性結(jié)果并對其進(jìn)行分析，如表1所列.

由表1對比可見：（1）無論是西段還是中段，BRT－1的區(qū)間平均運(yùn)營速度（）均明顯高于同區(qū)間上常規(guī)公交，且標(biāo)準(zhǔn)差也相對較大，這表明BRT－1總體上以相對于NBT較高的在線路上運(yùn)行，但其離散程度相對偏大.換句話說，相對NBT來說，BRT－1在兩區(qū)間上的運(yùn)營速度相比更為自由；（2）在2區(qū)間上，BRT－1的在18～20km／h之間，而常規(guī)公交的一般在14～15km／h之間.顯而易見，前者明顯優(yōu)于后者，一是由于BRT車輛動力性能優(yōu)于常規(guī)公交，二是因為BRT專用道采用了物理隔離，避免了車輛運(yùn)行過程中的橫向干擾；（3）從極值方面看，BRT－1在兩區(qū)間上均具有較高的運(yùn)營速度極大值（30 km／h左右），且極差也相對較大（約17km／h）.這一方面表明在既有的道路條件下BRT－1具有獲得較高運(yùn)營速度的潛能，另一方面也反映出BRT－1的實際運(yùn)營速度高低差異較大，即在有些情況下BRT根本無法發(fā)揮其真正的潛能.對于常規(guī)公交來說，其極大值遠(yuǎn)低于BRT極大值，且極差也相比較小，表明常規(guī)公交實際所能達(dá)到的最高運(yùn)營速度相對較低，但其運(yùn)營速度分布相比BRT較為集中.

3.3 區(qū)間運(yùn)營速度的非參數(shù)檢驗

3.3.1 區(qū)間運(yùn)營速度的擬合優(yōu)度檢驗 為了便于從整體上把握樣本數(shù)據(jù)的分布特點，僅有上述描述集中趨勢和離散趨勢的統(tǒng)計量是不夠的，還需要掌握數(shù)據(jù)分布的形態(tài).下面先通過頻率分析給出BRT和NBT在“黃崗路東－長途汽車站”西段的運(yùn)營速度直方圖，進(jìn)而驗證其所服從的分布規(guī)律，見圖4和圖5.

圖4 BRT－1區(qū)間運(yùn)營速度直方圖

圖5 常規(guī)公交區(qū)間運(yùn)營速度直方圖

由2圖對比可見，盡管BRT與常規(guī)公交的區(qū)間運(yùn)營速度直方圖在形態(tài)上有所不同，即樣本均值和標(biāo)準(zhǔn)差存在差異，但樣本的總體分布都比較接近于正態(tài)分布，只是在分布形態(tài)的對稱性、偏斜性和陡峭程度上存在著不同程度的差別.

為進(jìn)一步確定上述各樣本的正態(tài)性，利用單樣本Kolmogorov－Smirnov檢驗方法對區(qū)間行程速度進(jìn)行正態(tài)擬合優(yōu)度檢驗，檢驗結(jié)果如表2所列.

同時，再利用頻率分析法定量分析上述各樣本在分布形態(tài)上的差異，結(jié)果見表3.

表2 單樣本Kolmogorov－Smirnov檢驗

表3 描述統(tǒng)計量

由表2和表3可見：（1）K－S檢驗結(jié)果中的漸近顯著性水平雙尾檢驗值均大于0.05，因此可以認(rèn)為樣本數(shù)據(jù)均服從正態(tài)分布；（2）常規(guī)公交在“黃崗東路－長途汽車站”區(qū)間的運(yùn)營速度的樣本分布偏度為－0.049，峰度為－0.193，均相對較小，表明該樣本的分布形態(tài)較接近正態(tài)分布，其偏斜程度和陡峭程度與標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布相近；（3）BRT－1在“黃崗東路－長途汽車站”區(qū)間的運(yùn)營速度的樣本峰度最大（為1.370），且為正，表明該樣本的分布更為集中，呈尖峰態(tài).

3.3.2 區(qū)間運(yùn)營速度兩獨立樣本的非參數(shù)檢驗

兩獨立樣本的非參數(shù)檢驗通過對兩獨立樣本的分析，推斷來自兩個總體的分布是否存在顯著性差異.本文針對北園大街BRT－1及沿線常規(guī)公交在“黃崗路東－長途汽車站”和“生產(chǎn)路北口－歷山路”區(qū)間的運(yùn)營速度進(jìn)行兩獨立樣本的非參數(shù)檢驗，以考察兩種公交模式的運(yùn)營速度分布是否存在顯著性差異，檢驗結(jié)果如表4和表5所列.

表4 “黃崗路東－長途汽車站”區(qū)間兩獨立樣本非參數(shù)檢驗

表5 “生產(chǎn)路北口－歷山路”區(qū)間兩獨立樣本非參數(shù)檢驗

表4和表5給出了利用兩種方法進(jìn)行區(qū)間運(yùn)營速度兩獨立樣本非參數(shù)檢驗的結(jié)果.從結(jié)果中可以看出，兩種檢驗方法的 值均小于顯著性水平0.05，因此拒絕零假設(shè)，即認(rèn)為BRT－1的區(qū)間運(yùn)營速度與沿線常規(guī)公交的區(qū)間運(yùn)營速度存在顯著性差異.由此推知，BRT－1的區(qū)間運(yùn)營速度特性總體上優(yōu)于常規(guī)公交，兩者無論在速度的均值還是離散程度上均有顯著性差異.

4 結(jié) 論

1）BRT的站間平均行駛速度、行程速度和運(yùn)營速度均比常規(guī)公交具有明顯或一定程度的優(yōu)勢，但平均運(yùn)營速度在站間交叉口和站臺延誤的雙重因素影響下優(yōu)勢有所下降.

2）BRT和常規(guī)公交在區(qū)間的運(yùn)營速度均通過了正態(tài)性檢驗，且擬合度良好.

3）利用兩獨立樣本非參數(shù)檢驗的方法對BRT和常規(guī)公交的區(qū)間運(yùn)營速度進(jìn)行檢驗，結(jié)果表明兩樣本數(shù)據(jù)存在顯著性差異，來自不同的分布總體.

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