北京市公交車線路擁堵模型研究

■ 艾維宣 孔祥銘 張陳遠(yuǎn)灝 王天洋 張玉昆

北京市公交車線路擁堵模型研究

■ 艾維宣 孔祥銘 張陳遠(yuǎn)灝 王天洋 張玉昆

在當(dāng)今社會(huì)，隨著汽車的普及和城市的快速發(fā)展，交通擁堵問(wèn)題也越發(fā)嚴(yán)重，已經(jīng)成為全球性問(wèn)題。多年來(lái)，人們一直尋求解決交通擁堵問(wèn)題的措施和方法。本文從公共交通的角度出發(fā)，研究公交車線路擁堵問(wèn)題。

首先，根據(jù)搜集到的數(shù)據(jù)，建立了公交車線路容納能力模型，包括考慮道路交通流影響的公交車行駛速度模型和公交站飽和度模型，分析造成公交車線路擁堵的成因；其次，建立基于公交車線路容納能力的乘客滿意度模型，并通過(guò)設(shè)置調(diào)查問(wèn)卷的方式確定公交車行駛速度和公交站飽和度在乘客滿意度模型中的權(quán)重；針對(duì)所得到的結(jié)果，撰寫報(bào)告給城市交通管理部門提供決策參考。結(jié)果表明，影響公交車線路容納能力的原因主要來(lái)自：公交線路設(shè)計(jì)及站點(diǎn)設(shè)置缺陷、混合車道、道路車流量大、人口密集等。針對(duì)這些原因，本文提出電纜-車道改造、安裝智能電子觀測(cè)信號(hào)燈和設(shè)置行人-機(jī)動(dòng)車信號(hào)燈間隔三個(gè)可實(shí)行的解決方案。

一、問(wèn)題分析與數(shù)據(jù)采集

本文以北京朝陽(yáng)門南小街路口為例，研究公交車線路擁堵問(wèn)題。

朝陽(yáng)門南小街位于北京市東城區(qū)（如圖1所示），周圍建筑有中國(guó)建設(shè)銀行、中國(guó)工商銀行、新鮮胡同小學(xué)、建國(guó)門社區(qū)博物館等標(biāo)志性建筑，緊靠地鐵5號(hào)線、6號(hào)線的樞紐，其長(zhǎng)度貫穿建國(guó)門內(nèi)大街，直到外國(guó)文學(xué)出版社。附近有朝內(nèi)小街公交站，過(guò)站停車的公交車包括24路、58路、101路、109路、110路、112路、140路、674路、夜13路和夜28路。

經(jīng)過(guò)小組成員實(shí)地勘察和切身體會(huì)，朝陽(yáng)門南小街路口公交車線路擁堵問(wèn)題主要體現(xiàn)在如下幾個(gè)方面：（1）公交車移動(dòng)緩慢，出站車輛堆積，同時(shí)路口路段車輛密度較大，形成交通堵塞，影響城市正常交通秩序。（2）公交車站內(nèi)人群密度大，車站飽和度，乘客排隊(duì)時(shí)間長(zhǎng)。（3）公交車內(nèi)部過(guò)度擁擠，一方面導(dǎo)致乘客轉(zhuǎn)移到后門下車比較困難；另一方面造成公交車內(nèi)乘客身體不適。（4）機(jī)動(dòng)車、非機(jī)動(dòng)車和行人違反交通規(guī)則情況較為突出，影響公交車正常通行。

圖1 朝陽(yáng)門南小街路口地理位置圖

本文針對(duì)朝陽(yáng)門南小街路口公交車路線擁堵問(wèn)題，搜集相關(guān)數(shù)據(jù)，通過(guò)數(shù)學(xué)建模的方法分析公交車路線擁堵問(wèn)題的成因，深入探討并給出交通改善的長(zhǎng)期應(yīng)對(duì)策略和可操作的解決方案。

（一）問(wèn)題分析

北京公交網(wǎng)絡(luò)四通八達(dá)，但在許多路段，卻有著嚴(yán)重的交通擁堵問(wèn)題。當(dāng)下最要緊的是兩個(gè)問(wèn)題：公交車行駛速度和公交車站的人群擁擠問(wèn)題。這兩個(gè)問(wèn)題直接地影響了乘客的乘車滿意度。

本文從交通道路擁堵方面入手，一方面，考慮因道路擁堵造成的公交車行駛速度減慢，通過(guò)計(jì)算公交車的行駛速度來(lái)體現(xiàn)公交車在路上的擁堵情況從而給出具體的針對(duì)性措施；另一方面，考慮公交車站擁擠程度，通過(guò)計(jì)算公交車站人群飽和度來(lái)體現(xiàn)公交車運(yùn)輸效率從而根據(jù)問(wèn)題解決人群擁堵問(wèn)題。

分析流程如圖2所示。首先，收集紅綠燈變燈時(shí)間、車流量、汽車行駛速度、車站原有等待人數(shù)、公交車到站時(shí)的上下車人數(shù)、各個(gè)方向進(jìn)入車站的人數(shù)。根據(jù)所搜集的數(shù)據(jù)建立行駛時(shí)間縮短的優(yōu)化模型，通過(guò)計(jì)算公交車從路口前一站到下一站的行駛時(shí)間T，以行駛時(shí)間T為指標(biāo)，直觀地反映出交通擁堵的情況。本文建立車站人群飽和度的優(yōu)化模型，以人群飽和度C為指標(biāo)，直觀地體現(xiàn)出乘客乘車的滿意度，并通過(guò)使人群飽和度C減小的方法有效地解決乘客等車時(shí)滿意度低的問(wèn)題。其次，設(shè)計(jì)調(diào)查問(wèn)卷，從而得到公交車行駛速度的滿意度和公交車站擁擠滿意度的權(quán)重比例。

圖2 分析流程圖

（二）數(shù)據(jù)采集

朝內(nèi)小街公交站臺(tái)長(zhǎng)24米，寬2米，共設(shè)兩處站牌。朝陽(yáng)門南小街路口東西向?yàn)殡p向8車道，南北路為雙向分別為6車道和5車道，如圖3所示。

通過(guò)攝影的方法采集所需的數(shù)據(jù)，包括紅綠燈持續(xù)時(shí)間，路段車流量，公交車發(fā)車的時(shí)間間隔，公交車停靠時(shí)間，行人在路口阻礙時(shí)間，公交車的種類和數(shù)量，上下車人數(shù)等相關(guān)參數(shù)（調(diào)研時(shí)間為2016年12月16日非高峰時(shí)間段14：00～16：30，晚高峰時(shí)間段17：00～18：00）。

圖3 研究案例示意圖

1.車流量

采集的數(shù)據(jù)包含紅綠燈時(shí)間和非高峰時(shí)段和晚高峰時(shí)段各個(gè)車道的車流量，見(jiàn)表1。

表1 紅綠燈時(shí)間和車流量數(shù)據(jù)

2.公交站點(diǎn)情況

采集的數(shù)據(jù)包含14：00和17：00車站的原有等待人數(shù)和兩個(gè)時(shí)段（非高峰時(shí)段和晚高峰時(shí)段）從各個(gè)方向進(jìn)入車站的人數(shù)（如表2所示）。表3為不同種類公交車?？恳淮紊舷萝嚾藬?shù)。根據(jù)互聯(lián)網(wǎng)查詢結(jié)果分析整理，本文取擁堵時(shí)段時(shí)發(fā)車間隔為0.3小時(shí)，取普通時(shí)段時(shí)發(fā)車間隔為0.6小時(shí)。

表2 原有等待人數(shù)和進(jìn)站人數(shù)

表3 公交車上下車人數(shù)

二、模型建立與分析

（一）模型建立

公交車線路擁堵問(wèn)題可以由公交車線路容納能力體現(xiàn)出來(lái)，而公交車線路容納能力可以從公交站臺(tái)飽和度和考慮道路交通流影響的公交車行駛速度三個(gè)方面進(jìn)行計(jì)算。因此，本文首先建立考慮道路交通流影響的公交車行駛速度模型和公交車站飽和度模型。

給定時(shí)段內(nèi)公交車站的等待人數(shù)包括車站的原有等待人數(shù)、這個(gè)時(shí)段公交車?？寇囌竞笊舷萝嚨娜藬?shù)差以及從各個(gè)方向進(jìn)入車站的人數(shù)總和，基于考慮道路交通流影響的公交車行駛速度模型和公交站飽和度模型，可以構(gòu)建公交車線路容納能力模型。

（二）成因分析

基于公交車線路容納能力模型的結(jié)果，利用根本原因分析法，結(jié)合模型參數(shù)，分析造成公交車線路擁擠的成因，并得出結(jié)論。

圖4 公交車行駛速度根本原因分析圖

（1）公交線路設(shè)計(jì)及站點(diǎn)設(shè)置缺陷導(dǎo)致公交運(yùn)輸效率低。許多的公交站點(diǎn)建立在大型地標(biāo)性建筑的門口，而周圍伴隨龐大的人群，許多亂停放、亂駕駛的車輛。

（2）交通規(guī)劃不合理會(huì)導(dǎo)致紅燈時(shí)間過(guò)長(zhǎng)。有些路口由于東西走向車流量大或者道路規(guī)模大，為避免擁擠，綠燈持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)，則南北走向的紅燈時(shí)間長(zhǎng)。這就導(dǎo)致了南北走向車輛不斷堆積，造成車輛擁堵。

（3）交通標(biāo)志標(biāo)線混亂導(dǎo)致混合車道的出現(xiàn)，直接影響車輛通行。

（4）交通發(fā)展問(wèn)題導(dǎo)致道路行車能力低，車道少。

（5）地標(biāo)性建筑林立，如：學(xué)校、醫(yī)院、證券交易所。在此周圍，往往都是人流的聚集地，伴隨的是交通的主要干道，車流量大、人員密集。

（6）人均收入增加，私家車擁有量增加，導(dǎo)致車流量大，影響公交車行駛速度。

三、改善措施與方案

（一）電纜-車道改造

加設(shè)公交進(jìn)站專用車道，增加電纜變道器，解決電纜公交車受阻問(wèn)題。

圖5 公交車站飽和度根本原因分析圖

高峰時(shí)期公交車車輛密度大，到站時(shí)車輛?？繒?huì)導(dǎo)致后面的公交車輛減速停止，從而減弱了運(yùn)輸效率并且造成了后車擁堵的現(xiàn)象，因此，建議在距離車站40米處開始增加一條公交專用進(jìn)站車道，便于進(jìn)站停車的公交車?？?，也不會(huì)影響不停靠此站的公交車的行駛。

考慮到有電纜公交車，因此對(duì)電纜進(jìn)行改造，增加電纜變道器，使要停靠的電纜公交車進(jìn)入?？繀^(qū)，不?？康碾娎|公交車可以不受阻礙地通行，也進(jìn)一步解決了電纜公交車超車問(wèn)題。

（二）安裝智能電子觀測(cè)信號(hào)燈

由于紅燈時(shí)間安排不太合理，導(dǎo)致主要道路的紅燈時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，車流量加大。因此，可以研發(fā)一種“智能電子觀測(cè)信號(hào)燈”這種信號(hào)燈能自主觀測(cè)車流量、人流量，從而控制信號(hào)燈變燈的時(shí)間間隔，加大車輛通行能力；并且可以更有效地減輕主要道路堵車現(xiàn)象，也解決了信號(hào)燈時(shí)間安排不合理的問(wèn)題。

（三）設(shè)置行人-機(jī)動(dòng)車信號(hào)燈間隔

將行人過(guò)馬路時(shí)的綠燈時(shí)間減短，再把減短的時(shí)間增加到黃燈時(shí)間上，可以有警告行人的效果，從而大幅度減少行人闖紅燈的現(xiàn)象，既可以保障行人的安全，又可以增加車流在綠燈時(shí)的通行時(shí)間，進(jìn)一步減緩交通擁堵。

為此，筆者建議：

（1）交通部門可以將公交車專用道修成一條環(huán)形的軌道，巧妙地在居民區(qū)和商業(yè)區(qū)間穿梭，這樣既緩解了公交車的擁堵，也方便了群眾的出行。

（2）商業(yè)機(jī)構(gòu)在同一地區(qū)內(nèi)實(shí)行錯(cuò)峰上下班。

（3）可以使紅綠燈處于感應(yīng)自控模式—通過(guò)對(duì)車流量大小的感應(yīng)自動(dòng)調(diào)節(jié)紅綠燈的時(shí)間，從而緩解交通壓力。

（4）駕駛區(qū)內(nèi)裝有實(shí)時(shí)的交通情況圖，并給司機(jī)適當(dāng)?shù)慕ㄗh，讓其避開擁堵路段。除此之外，將人行道全部建為拱橋形，將人車徹底分離。

（5）應(yīng)加大每輛車的滿載人數(shù)，可把經(jīng)常滿載的公交車換為雙層車。

（作者單位：北京電子科技職業(yè)學(xué)院）