基于IC卡數(shù)據(jù)的常規(guī)公交線路通行能力分析方法

李演洪

(上海市政工程設(shè)計(jì)研究總院(集團(tuán))有限公司，上海 200092)

0 引言

為實(shí)現(xiàn)各線路公交車輛的實(shí)時(shí)調(diào)度、信息發(fā)布等動(dòng)態(tài)監(jiān)控管理功能，我國(guó)許多大城市的公交車輛上安裝了GPS衛(wèi)星定位管理系統(tǒng)。同時(shí)，公交IC卡自動(dòng)收費(fèi)系統(tǒng)作為公交無(wú)人售票運(yùn)營(yíng)模式的先進(jìn)替代品，已被諸多城市廣泛應(yīng)用。信息系統(tǒng)提供了大量詳實(shí)的公交客流數(shù)據(jù)和交通系統(tǒng)信息，數(shù)據(jù)獲取廣度和精度的提高使得交通規(guī)劃領(lǐng)域許多新技術(shù)的應(yīng)用變得可行。

目前，對(duì)于公交IC卡數(shù)據(jù)的應(yīng)用和研究，主要在客流分析和公交車輛運(yùn)行指標(biāo)計(jì)算兩方面。客流分析主要包括站點(diǎn)上車人數(shù)統(tǒng)計(jì)、推斷站點(diǎn)下車人數(shù)、推算線路斷面流量，并且文獻(xiàn)[1]推算了公交OD矩陣；公交車輛運(yùn)行指標(biāo)計(jì)算方面包括車輛運(yùn)行速度、站內(nèi)?？繒r(shí)間、單程行駛時(shí)間、車輛周轉(zhuǎn)時(shí)間、車輛延誤時(shí)間等。

本文則主要通過(guò)IC卡數(shù)據(jù)，獲取公交車輛進(jìn)站、離站的加速時(shí)間，并結(jié)合車輛的平均運(yùn)行時(shí)間和公交停靠站的通行能力計(jì)算公式，研究基于IC卡數(shù)據(jù)的常規(guī)公交線路通行能力分析方法。

1 IC卡數(shù)據(jù)信息

IC卡數(shù)據(jù)主要記錄乘客刷卡的信息，并通過(guò)乘客所持卡的信息，進(jìn)而獲取乘客IC刷卡信息、車輛調(diào)度信息、公交線路信息，形成龐大的數(shù)據(jù)庫(kù)。其中持卡乘客基本信息可通過(guò)IC卡號(hào)作為關(guān)鍵碼聯(lián)系到乘客刷卡信息表；乘客刷卡信息表可通過(guò)線路編號(hào)、刷卡站點(diǎn)和車輛代號(hào)分別將公交線路信息表、線路站點(diǎn)信息表和車輛調(diào)度信息表聯(lián)系起來(lái)。通過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)的結(jié)構(gòu)性和連接性，最終形成龐大的IC卡數(shù)據(jù)信息庫(kù)。

在乘客刷卡的同時(shí)，可以通過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)中各屬性表的連接性，獲取包括卡編號(hào)、線路號(hào)、車輛編號(hào)、刷卡的日期和時(shí)刻等信息，如表1所示。

表1 IC卡數(shù)據(jù)可獲取信息的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)表

在統(tǒng)計(jì)IC卡數(shù)據(jù)中，由于數(shù)據(jù)采集過(guò)程均由計(jì)算機(jī)完成，因此不易出現(xiàn)錯(cuò)誤。但還是會(huì)出現(xiàn)大量數(shù)據(jù)丟失的情況，在此種情況下，當(dāng)天的數(shù)據(jù)就無(wú)法使用了。在搜集數(shù)據(jù)的同時(shí)，一定要建立數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)，從中提取所需的刷卡信息、車輛信息、線路信息等。而且在分析公交IC卡數(shù)據(jù)的同時(shí)，還需要獲取其他數(shù)據(jù)，例如線路開(kāi)車頻率、線路站點(diǎn)數(shù)據(jù)等。

2 公交車運(yùn)行參數(shù)推算

根據(jù)文獻(xiàn)[2]和文獻(xiàn)[3]，可以通過(guò)聚類分析的方法獲知刷卡所在的站點(diǎn)，并以此作為信息基礎(chǔ)，獲取公交車輛站間運(yùn)行時(shí)間、站內(nèi)停靠時(shí)間與站間運(yùn)行速度。

2.1 站間運(yùn)行時(shí)間

公交車輛在站點(diǎn)間的運(yùn)行時(shí)間，直接決定了線路運(yùn)營(yíng)的效率及車輛調(diào)度決策。不同站點(diǎn)間的道路和交通條件導(dǎo)致運(yùn)行時(shí)間也不相同。而在獲知刷卡所在站點(diǎn)后，可以對(duì)應(yīng)地獲取相鄰站點(diǎn)間的平均時(shí)間。

(1)

其中，K表示公交車輛總次數(shù)，m表示線路的總站點(diǎn)數(shù)。

2.2 站內(nèi)停靠時(shí)間

(2)

2.3 站間運(yùn)行速度

站間平均運(yùn)行速度反映了公交車輛運(yùn)行的具體指標(biāo)，是體現(xiàn)公交車輛運(yùn)行效率的重要指標(biāo)。在獲取相鄰站點(diǎn)公交車輛平均運(yùn)行時(shí)間后，和已知相鄰站點(diǎn)間的平均站距l(xiāng)i(i+1)的條件下，也可以得到站點(diǎn)間的車輛平均運(yùn)營(yíng)速度，如式(3)所示：

(3)

2.4 公交車輛的加減速時(shí)間

由于相關(guān)文獻(xiàn)并沒(méi)有基于IC卡數(shù)據(jù)的加減速研究，因此本文結(jié)合相關(guān)公交車輛運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)，利用上述所獲取的相關(guān)參數(shù)，估計(jì)公交車輛進(jìn)站或者出站的加速和減速時(shí)間。

由于公交車輛運(yùn)行較為平穩(wěn)，因此可將站點(diǎn)間的平均運(yùn)行速度作為進(jìn)站減速的初始速度和出站加速后的速度。結(jié)合參考文獻(xiàn)《道路通行能力分析》中提供的標(biāo)準(zhǔn)，一般取公交車輛的進(jìn)站減速和出站加速距離為公交車輛長(zhǎng)度，記為lbus，且減速度取b=1.5 m/s2，加速度取a=1.0 m/s2。

上述給出的一般取值并不能更好地與具體的公交車輛運(yùn)行指標(biāo)相符，存在一定的誤差。而公交車輛進(jìn)站和出站的速度差，可與根據(jù)IC卡數(shù)據(jù)獲取的運(yùn)行速度聯(lián)系起來(lái)，并結(jié)合上述標(biāo)準(zhǔn)，計(jì)算更為實(shí)際的公交車輛加減速時(shí)間。

基于加減速距離的一般取值計(jì)算的加減速時(shí)間為：

(4)

基于加減速的一般取值計(jì)算的加減速時(shí)間為：

(5)

為了降低誤差以及充分利用一般取值的普適性，可將基于加減速距離和加減速的一般取值所計(jì)算獲取的加速度和減速度取平均，因此，最終獲取的加速度和減速度的計(jì)算式子，分別如式(6)和式(7)所示：

(6)

(7)

3 常規(guī)公交線路的通行能力計(jì)算

公交線路的通行能力受沿線各?？空就ㄐ心芰Φ闹萍s，其中通行能力最小的?？空臼枪痪€路通行能力的限制瓶頸。?？空镜耐ㄐ心芰θQ于車輛占用?？空镜臅r(shí)間長(zhǎng)短，因此，根據(jù)陳寬民主編的《道路通行能力分析》，可知公交?？空就ㄐ心芰τ?jì)算公式為：

(8)

其中，t1為公交車輛進(jìn)站停車所用時(shí)間，即為公交車輛減速時(shí)間；t2為公交車輛開(kāi)門和關(guān)門時(shí)間；t3為乘客上下車占用時(shí)間，與t2一起即為公交車輛?？繒r(shí)間；t4為車輛啟動(dòng)和離開(kāi)車站時(shí)間，即為公交車輛加速時(shí)間。

結(jié)合第2節(jié)中計(jì)算獲取的公交車輛運(yùn)行相關(guān)指標(biāo)，代進(jìn)上式，即可得到基于IC卡數(shù)據(jù)計(jì)算的公交?？空就ㄐ心芰τ?jì)算式子，如式(9)所示：

(9)

根據(jù)上式，即可確定公交線路的通行能力：

C線=min{C站}

(10)

按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，公交線路的設(shè)計(jì)通行能力等于該計(jì)算值乘以0.8。

圖1 公交站點(diǎn)?？繒r(shí)間示意圖

接著提取車輛的站間平均車速，如圖2所示，其中各站點(diǎn)對(duì)應(yīng)的行駛速度為該站點(diǎn)與前一站點(diǎn)間路程的平均行駛速度。

圖2 站間平均行駛速度示意圖

假定公交車輛長(zhǎng)度lbus為12 m，加減速度值如前面假設(shè)，以所獲取的站點(diǎn)?？繒r(shí)間和站間距為基礎(chǔ)，經(jīng)過(guò)式(9)計(jì)算，即可得到如圖3所示的站點(diǎn)通行能力。從中可以發(fā)現(xiàn)，該線路的站點(diǎn)通行能力基本在100～200輛/h區(qū)間內(nèi)，較為合理，其中最低的是站點(diǎn)9，其通行能力僅為76輛/h，也就是說(shuō)，該線路的通行能力是76輛/h。

圖3 公交站點(diǎn)通行能力示意圖

4 結(jié)語(yǔ)

本文在公交IC卡數(shù)據(jù)處理的基礎(chǔ)上，結(jié)合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)或者參考值，提出了基于公交IC卡數(shù)據(jù)的公交車輛進(jìn)站和出站的減速度和加速度計(jì)算方法，并以此代入通行能力的計(jì)算公式，得到基于公交IC卡數(shù)據(jù)的常規(guī)公交線路通行能力分析公式?；诠籌C卡數(shù)據(jù)的通行能力分析，具有數(shù)據(jù)覆蓋范圍廣、數(shù)據(jù)量豐富、可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化計(jì)算、成本低等優(yōu)勢(shì)。隨著研究的深入，在對(duì)公交IC卡數(shù)據(jù)處理精度不斷提高的背景下，公交IC卡數(shù)據(jù)的普及越來(lái)越廣，其計(jì)算方法可為常規(guī)公交線路通行能力分析提供參考。

本文的計(jì)算方法是建立在公交IC卡應(yīng)用范圍大的公交線路上，如此方能獲取足夠準(zhǔn)確的時(shí)刻記錄數(shù)據(jù)。因此，對(duì)于公交IC卡普及不足的地區(qū)線路，其在實(shí)際應(yīng)用中還存在一定的局限性。