基于VISSIM的首都機場出租車上客方案比選研究

耿中波 ，宋國華 ，趙 琦 ，高 永 ，萬 濤 ，辛 然

（1.北京交通大學城市交通復雜系統(tǒng)理論與技術教育部重點實驗室，北京 100044；2.北京交通發(fā)展研究中心，北京 100161；3.北京首都國際機場股份有限公司，北京 100621）

機場陸側交通系統(tǒng)在銜接機場交通和城市交通中發(fā)揮著十分重要的作用[1]，出租車作為一種重要的銜接方式而受到了廣泛的研究。然而，目前研究主要集中在出發(fā)層出租車下客點方面[2-4]，對于到達層出租車上客區(qū)的通行能力及服務水平[5-6]的研究相對較少。而且其研究內(nèi)容也主要集中在對現(xiàn)有水平的分析與評價[7]，無法對機場出租車上客區(qū)備選方案的整體服務水平做出相應分析。

VISSIM作為一種微觀交通仿真工具，由于它可以動態(tài)、直觀地模擬交通運行的各種交通場景而被廣泛的應用于交通系統(tǒng)運行的分析與評價中[8-9]。因此，本文根據(jù)北京首都國際機場T3航站樓到達層出租車上客區(qū)的功能劃分和交通運行特點，并結合機場管理者的實際要求，通過仿真模型VISSIM對比研究了北京首都國際機場T3航站樓出租車上客區(qū)的現(xiàn)行方案與備選方案。

1 現(xiàn)狀分析

北京首都國際機場T3航站樓到達層出租車上客區(qū)車流組織如圖1所示。出租車上客區(qū)主要分為進出口、①號泊車待客區(qū)、②號泊車待客區(qū)、乘客排隊入口A、乘客排隊入口B和出租車排隊區(qū)。出租車待客區(qū)設置斜向停車位，①、②號待客區(qū)各設12個停車位，上客區(qū)進出口為出租車單行車道。

圖1 現(xiàn)行方案車流組織圖Fig.1 Traffic organization of current scheme

目前北京首都國際機場T3航站樓出租車上客區(qū)的周期性交通組織流線設計為：工作人員首先引導一部分出租車進入待客區(qū)②的泊車位等待乘客上車，等到待客區(qū)②的泊車位停滿出租車后，工作人員放行乘客入口B，乘客攜帶行李上車。與此同時，工作人員禁止出租車再進入待客區(qū)②，并引導空載出租車進入待客區(qū)①，等到待客區(qū)①的泊車位停滿出租車后工作人員引導空載出租車在出租車入口排隊區(qū)等待并放行乘客入口A，乘客攜帶行李上車。在進入待客區(qū)的乘客攜帶行李上車后，待客區(qū)①和②泊車位的載客出租車依次沿最外側車道離開。

通過現(xiàn)場調(diào)研和數(shù)據(jù)采集，獲得出租車上客區(qū)基本交通參數(shù)如表1所示。

表1 現(xiàn)場調(diào)研交通參數(shù)值Tab.1 Traffic parameters from site survey

2 方案設計

由于目前北京首都國際機場T3航站樓出租車上客區(qū)交通壓力較大，不能很好地滿足乘客需求。因此提出了北京首都國際機場T3航站樓出租車上客區(qū)的備選方案：在最外側拓寬一個車道，并將①、②待客區(qū)的泊車位由原來的2×2設置成3×2的形式，總停車位增至36個，出口由原來的單車道改成了兩車道。由于地形的限制，進口仍為單車道。而出租車上客區(qū)的周期性交通組織流線設計仍按現(xiàn)行方案進行。北京首都國際機場T3航站樓出租車上客區(qū)備選方案車流組織如圖2所示。

圖2 備選方案車流組織圖Fig.2 Traffic organization of alternative scheme

為了對備選方案進行綜合評價，本文根據(jù)北京首都國際機場T3航站樓出租車上客區(qū)管理者的要求，同時依據(jù)機場出租車上客區(qū)的交通運行特點和實際需求，將現(xiàn)行方案與備選方案的通行能力、機動車污染物排放、旅客排隊等待時間作為各方案的評價標準。其中，出租車上客區(qū)的小時通行能力是管理者最為關心的問題，將出租車上客區(qū)的小時通行能力作為評價指標，可以很好地反映出備選方案相比于現(xiàn)行方案的可行性。由于上客區(qū)屬半封閉區(qū)間且旅客對機動車排放的暴露程度高，將出租車上客區(qū)的出租車排放污染物CO、NOx和HC作為分析對象，研究不同運行方案對環(huán)境的影響，進而分析備選方案的可取性。最后，將旅客排隊時間和靜止等待時間納入研究范圍，從旅客感知的角度分析現(xiàn)行方案與備選方案的優(yōu)劣。具體情況如圖3所示。

圖3 備選方案評價流程圖Fig.3 Evaluation process of alternative scheme

3 仿真設計

為了對比分析北京首都國際機場T3航站樓出租車上客區(qū)現(xiàn)行方案與備選方案的整體服務能力，分別對兩個方案出租車上客區(qū)的車流組織情況進行仿真。

3.1 車流徑路

由于目前北京首都國際機場T3航站樓出租車上客區(qū)的車流組織較為固定，出租車從進入到停泊再到載客離開都是按固定的線路行駛。因此，在仿真過程中，通過輸入路徑?jīng)Q策點和相關路徑來實現(xiàn)上述過程：設置12條靜態(tài)行駛路徑來模擬①、②號泊車位的出租車行駛，同時通過設置各行駛路徑的相對流量來模擬實際運行狀況。

3.2 周期性停靠

目前北京首都國際機場T3航站樓出租車上客區(qū)的出租車必須在指定停車位?？浚诘却丝蛯㈦S身行李裝載完畢并上車后才能離開，而且整個過程是按照周期性的車流組織調(diào)度來實現(xiàn)的。如果通過將實際停車空間類型的停車場和停車場類型的路徑?jīng)Q策相結合來模擬出租車在指定停車位的短暫?？?，會出現(xiàn)出租車只根據(jù)停車時間分布決定?？繒r間而隨時駛入和駛出，這與實際情況不符。因此，本文對于空載出租車輛在泊車位處短暫停留并駛離的模擬不是通過將實際停車空間類型的停車場和停車場類型的路徑?jīng)Q策相結合來實現(xiàn)的，而是根據(jù)現(xiàn)場調(diào)研采集的各平均時間及分布數(shù)據(jù)，通過設置“虛擬”交通信號來模擬出租車在指定停車位停靠并等待旅客上車。

圖4和圖5是現(xiàn)行方案和備選方案各信號控制配時圖，其中信號控制器1是對出租車入口排隊區(qū)車輛的控制模擬，其綠燈放行時間按調(diào)研均值35 s輸入；信號控制器2～7和信號控制器8～13分別是對待客區(qū)①和②泊車位的控制模擬，其綠燈放行時間按調(diào)研均值20 s輸入；而信號控制器14是對于空載出租車在待客區(qū)②沒有空位后再選擇待客區(qū)①?？康哪M。由于車輛從出租車入口排隊區(qū)到待客區(qū)②的行駛延誤，本文根據(jù)現(xiàn)場調(diào)研數(shù)據(jù)將信號控制器14的綠燈放行時間設定為在信號控制器1的基礎上加2 s（出租車從入口排隊區(qū)到待客區(qū)②的平均行程時間）。此外，旅客在A、B入口處排隊等待乘車，也是通過信號控制來實現(xiàn)的，其綠燈放行時間按調(diào)研均值15 s輸入。

圖4 現(xiàn)行方案各信號配時Fig.4 Signal timing of current scheme

圖5 備選方案各信號配時Fig.5 Signal timing of alternative scheme

備選方案出租車入口排隊區(qū)綠燈放行時間、乘客排隊入口綠燈放行時間和車流調(diào)度組織周期時間均按現(xiàn)行方案的3/2（備選方案與現(xiàn)行方案出租車待客區(qū)泊車位的比值）輸入；而由于備選方案待客區(qū)泊車位的增加使最外緣車道的疏散壓力增大，對①、②泊車待客區(qū)的綠燈放行時間和兩個待客區(qū)載客出租車離去間隔時間也均按現(xiàn)行方案的3/2再加5 s（補償值）輸入。備選方案補償值t的取值范圍是[0，T1-T2-T3-T4]，為了保證泊車待客區(qū)②的所有載客出租車可以順利駛離泊車待客區(qū)，將t取最大允許值5 s。其中，Ti（i=1、2、3、4）的具體含義是：T1為泊車待客區(qū)②的最后駛入出租車駛離的時刻；T2為出租車入口排隊區(qū)的最后放行時刻；T3為出租車在泊車待客區(qū)的平均?？繒r間；T4為空載出租車從入口排隊區(qū)到待客區(qū)②的平均行程時間。

3.3 參數(shù)標定

在系統(tǒng)默認的駕駛員行為參數(shù)的基礎上，通過對現(xiàn)行方案的仿真平臺輸入出租車期望速度分布曲線和設置相應的信號控制周期后，現(xiàn)行方案仿真結果與實際調(diào)研的通行能力相對誤差為14.7%，誤差偏大。為了在此基礎上提高仿真精度，本文以現(xiàn)場調(diào)研采集的平均值為基礎，并參照典型城市道路交叉口模型中影響仿真結果的主要參數(shù)[10]，選取觀察前方車輛數(shù)（OB_VEH/輛）、最大減速度（MAX_DEC/m·s-2）、最小車頭時距（MIN_HW/m）、平均停車間距（AX/m）和觀察前方距離（LA_DIS/m）進行標定并給出各參數(shù)因素的水平值，其他參數(shù)按系統(tǒng)默認值處理。標定因素和水平值如表2所示。

表2 待標定參數(shù)水平因素表Tab.2 Span of uncalibrated parameters

利用正交實驗法，設計正交試驗方案，選擇L25（56）[11]正交表進行仿真試驗，分別得出北京首都國際機場T3航站樓出租車上客區(qū)現(xiàn)行方案的小時通行能力。根據(jù)現(xiàn)行方案的實際通行能力，計算得出各實驗的相對誤差

其中：Er為相對誤差；X為現(xiàn)行方案仿真通行能力值；T為現(xiàn)行方案理論通行能力值。各試驗相對誤差如表3所示。

表3 正交試驗仿真結果與誤差分析Tab.3 Simulation results and error analysis of orthogonal experiments

根據(jù)試驗結果，12號試驗仿真結果的相對誤差為7.3%<8.0%，符合本文的誤差要求，故不再進一步縮小試驗范圍進行實驗。同時將該試驗方案直接用于備選方案的仿真平臺進行輸入。

4 結果分析

通過進行微觀仿真，分別得到北京首都國際機場T3航站樓出租車上客區(qū)現(xiàn)行方案與備選方案的小時通行能力變化情況。為了分析仿真的準確程度，還對比分析了機場出租車上客區(qū)現(xiàn)行方案仿真模擬的小時通行能力與現(xiàn)行方案的理論小時通行能力。根據(jù)仿真結果，備選方案的小時通行能力相比于現(xiàn)行方案增長了6.1%，備選方案在通行能力方面有所增加但增加不明顯。具體情況如表4所示。

表4 現(xiàn)行方案與備選方案的仿真通行能力Tab.4 Simulation capacity of current and alternative schemes

為了分析現(xiàn)行方案與備選方案出租車污染物排放對機場出租車上客區(qū)空氣質(zhì)量的影響，本文根據(jù)仿真輸出的出租車逐秒速度數(shù)據(jù)和輕型車VSP計算公式便可得出每秒瞬時VSP值

再對逐秒VSP以1 kw/t為步長進行聚類并劃分區(qū)間

根據(jù)對大量實測數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析，由于VSP絕對值大于20 kW/t的區(qū)間樣本占總樣本量不到2.5%的比例，且對油耗排放的貢獻率不足5%[12]，所以本文選擇-20 kW/t到20 kW/t的VSP區(qū)間進行研究，采用MOVES排放模型[13]進行VSP分布率計算，并根據(jù)仿真輸出的劃分速度區(qū)間后的速度數(shù)據(jù)確定現(xiàn)行方案與備選方案的油耗排放。根據(jù)計算結果，備選方案CO、NOx和HC的小時排放量相比于現(xiàn)行方案分別增長了17.2%、14.4%和10.8%，增長均較為明顯。具體情況如表5所示。

表5 現(xiàn)行方案與備選方案各污染物排放對比Tab.5 Emissions comparison of current and alternative schemes

排隊者在排隊過程中，自身空間位置與服務臺的距離保持不變的最長持續(xù)時間會直接影響到排隊者對于服務水平的感知。因此本文將該最長持續(xù)時間定義為平均靜止等待時間并納入研究范圍。為了從旅客的角度對現(xiàn)行方案和備選方案進行分析評價，本文分別比較了現(xiàn)行方案與備選方案的旅客平均排隊時間和平均靜止等待時間。旅客平均排隊時間表示了旅客從到達機場出租車上客區(qū)至上車所需要的時間。設排隊乘客步行速度為v，現(xiàn)行方案與備選方案的平均排隊長度為Li（i=現(xiàn)行方案、備選方案），則平均排隊時間Ti（i=現(xiàn)行方案、備選方案）可表示為

本文中旅客平均靜止等待時間表示了旅客在出租車上客區(qū)乘客入口處排隊等待上車的過程中，在隊列中靜止站立等待所需要的最長時間（本文用在隊列中平均的靜止等待時間近似）?，F(xiàn)行方案與備選方案的具體情況如表6所示。

表6 現(xiàn)行方案與備選方案排隊等待時間對比Tab.6 Queuing time comparison of current and alternative schemes

根據(jù)上述從通行能力、對環(huán)境的影響和旅客感知的角度分析可知，對于北京首都國際機場T3航站樓到達層出租車上客區(qū)的備選方案，雖然在一定程度上增加了其小時通行能力，旅客平均排隊時間有所降低，出租車上客區(qū)的基本服務能力有所提升。但是，由于進口處單車道的限制，使得備選方案通行能力增長并不明顯。并且，備選方案機動車污染物排放和旅客的平均靜止等待時間均明顯增加，擴建車道和更改護欄設施也需要一定的資金成本投入。因此，不建議北京首都國際機場T3航站樓到達層出租車上客區(qū)按備選方案重新規(guī)劃出租車上客區(qū)，而建議從提高出租車上客區(qū)協(xié)調(diào)管理水平和優(yōu)化車流組織方面來提高其整體服務水平：

1）利用對講機等簡易通訊工具實現(xiàn)各控制處工作人員的及時通訊，提高樓前兩個待客區(qū)間的車流組織效率；

2）提高樓前與出租車調(diào)車場協(xié)調(diào)調(diào)度，減少入口車道的排隊擁堵；

3）提高上客區(qū)泊車位利用率，在待客區(qū)②區(qū)進車的同時安排一部分出租車暫時停泊在②號斜位泊車位旁邊的行車道上；

4）拓寬出口車道，保證出口車流暢通。

5 結語

機場出租車上客區(qū)是銜接機場交通和城市交通的重要組成部分，其整體服務能力的高低在很大程度上影響到機場到達層輸送旅客的能力。機場出租車上客區(qū)方案的擇優(yōu)比選，需綜合考慮各方面的因素。本文通過VISSM進行微觀仿真，對北京首都國際機場T3航站樓到達層出租車上客區(qū)的備選方案進行了綜合評價，為備選方案的最終取舍提供依據(jù)，對其他民航機場到達層出租車上客區(qū)的備選方案評估具有指導和借鑒意義。

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