交通樞紐區(qū)域公交車在站時耗模型研究*

□ 馬 蘭,李 偉,王肇飛

(1.西安建筑科技大學 土木學院,陜西 西安 710055；2.陜西省公安廳交警總隊,陜西 西安 710018)

近年來，隨著交通樞紐客流量增加，交通樞紐區(qū)域換乘延誤增加和擁堵加劇，越來越多的學者開始關注并研究交通樞紐區(qū)域內(nèi)公交系統(tǒng)的改善與優(yōu)化。換乘公交停靠站是聯(lián)系乘客和公交線路的基本紐帶，從國內(nèi)外研究現(xiàn)狀分析，對公交車在站點的?？繒r間相關因素的研究已比較全面，部分學者基于統(tǒng)計數(shù)據(jù)所建立的時間預測模型中[1-8]，以上下車乘客為主要因素。公交車輛在交通樞紐區(qū)域?？空究倳r耗構成中，不僅包括上下客時間，還應該把實際進出站過程中客觀存在的進站排隊時間和出站排隊時間納入預測模型。筆者結合已有成果和西安市調查數(shù)據(jù)，對影響因素做了量化分析，引入相關修正系數(shù)，建立了公交車在交通樞紐區(qū)域站點的時耗模型。

1 影響因素分析

公交車輛在中間?？空镜耐？窟^程分為五個階段：減速進站-開門-乘客上下車-關門-加速離站。影響公共汽車?？繒r間的因素主要有五個：

1.1 上下車人數(shù)

一般而言，上下車人數(shù)越多，?？繒r間越長。

1.2 車內(nèi)擁擠度

車內(nèi)有空余座位時，上車乘客離開投幣區(qū)域的速度會加快；車內(nèi)較為擁擠時，上車乘客離開投幣區(qū)的速度會降低，后續(xù)乘客上車排隊等待時間增加。

1.3 站點干擾程度

乘客在站點所受干擾包括非機動車的干擾導致乘客上下車活動中斷，站臺乘客穿梭造成的秩序混亂，這些都會增加公交車輛在站點的停靠時間。

1.4 道路交通量

道路交通量對停靠時間的影響主要體現(xiàn)在進出站延誤兩方面。公交車輛的發(fā)車間隔小，進站時間增加。車站附近道路交通擁堵時，公交車輛滯留、排隊等待或跟馳，?？繒r間增加。

1.5 乘客特性

交通樞紐區(qū)域乘客所攜帶行李越多，單位乘客的平均上車時間越長。

2 交通樞紐換乘區(qū)域公交車在站時耗測算模型

將公交車輛在換乘站點的?？繒r間分為固定項Tu和隨機項Tv兩部分，固定項包括開關門時間tkg和減速進站tj、加速出站時間tc。隨機項包括公交車輛進站排隊時間tjp和出站排隊時間tcp、上下客時間tsx。

2.1 固定項Tu的測算

根據(jù)實地調查，公交車輛開關門時間tkg一般為2-4秒，本文取2秒。減速進站路段長度記為2個車長，加速度aj取1.0m/s2；加速出站路段長度為1個車長，加速度ac取1.5m/s2。順暢條件下公交車輛進站時間tj=(2×2Lbus)1/2=7秒；出站時間為(2×Lbus)1/2=4秒。

固定項Tu=tkg+tj+tc=2+7+4=13秒。

(式1)

2.2 隨機項Tv的測算模型

2.2.1 上下客時間tsx的測算模型

交通樞紐換乘區(qū)域，乘客一般攜帶有行李，上下車的時間較一般公交車站增加。根據(jù)調查統(tǒng)計，在樞紐換乘區(qū)域單位乘客平均上車時間為2.86秒，單位乘客平均下車時間1.79秒。上下客時間引入車內(nèi)擁擠度和站臺干擾度兩個修正系數(shù)。

將車內(nèi)擁擠度劃分為四級：A級—車內(nèi)有空余座位；B級—車內(nèi)有少量站立人數(shù)，中間通道可順利通行；C級—車內(nèi)站立人數(shù)較多，中間通道狹窄；D級—站立人數(shù)多，人挨著人，無中間通道。各級車內(nèi)擁擠度影響系數(shù)β1如下表1所示：

表1 車內(nèi)擁擠度影響系數(shù)

乘客在站臺的干擾狀況可分為四級：A級—專用通道，無干擾，有序上車；B級—少量非機動車干擾，少量乘客穿梭；C級—少量非機動車干擾，大量乘客穿梭或跟隨車輛跑動；D級—大量非機動車干擾，大量乘客穿梭或跟隨車輛跑動。對乘客上下車時間的影響系數(shù)β2如下表2所示：

表2 站臺干擾對單位乘客上下車時間的影響

上下客時間tsx=max(2.86*A*β1上*β2上，1.79*B*β1下*β2下),其中A為上車人數(shù)，B為下車人數(shù)。

2.2.2 進站排隊時間tjp的測算模型

公交車輛進站排隊時間和公交車輛的發(fā)車間隔和站點的服務效率相關，利用排隊論模型進行研究。

具有s個泊位的混合停靠公交車站簡化為s個M/M/1服務系統(tǒng)，車輛平均達到率為λ，平均服務效率為μ，則交通強度ρ=λ/μ，公交車輛在樞紐換乘區(qū)域站點的逗留時間T服從參數(shù)為μ-λ的負指數(shù)分布，即

P{T>t}=e-(μ-λ)tt≥0

(式2)

可得公交車輛進站排隊時間tjp=λ/μ(μ-λ)。

2.2.3 出站排隊時間tcp的測算模型

混合停靠公交車站為順序?？?，依次出站，后方公交車輛的出站受前方車輛的影響；第s個泊位清空所需要的時間t清空為：(s-1)Lbus/V跟隨，公交車輛的跟隨速度一般為5km/h；若設置有超車道，則泊位清空時間即為加速出站時間。后車等待前車的時間消耗為兩者的服務時間之差tΔ，由此可得公交車輛基本滯留時間t=t清空+tΔ。

參照我國道路交通服務水平分級標準，取修正系數(shù)β3見下表3所示：

表3 道路交通飽和度對滯留時間的修正系數(shù)

公交車輛出站排隊時間tcp=β3×(t清空+tΔ)。

3 交通樞紐換乘區(qū)域公交車在站時耗模型實證研究

選取西安市火車站區(qū)域公交車站進行交通數(shù)據(jù)調查，通過模型計算公交車輛在該站點的時間消耗，并與實測值進行比較。

模型測算。

①上下客時間tsx的測算。

高峰小時平均每車上車人數(shù)為19人，平均每車下車人數(shù)為11人，車內(nèi)擁擠度為A級，β1上取值0.9，β1下取值為1.0；站臺干擾度為C級，β2上取值為1.25，β2下取值為1.10。

得到高峰小時上下客時間tsx=max(2.86*19*0.9*1.25，1.79*11*1.0*1.10)=max(61.13，21.66)=61.13秒。

②進站排隊時間tjp的測算。

高峰小時到達公交車147輛，平均服務時間為61.1秒?？傻梅章师?58輛/h，到達率λ=147÷4=37輛/h。

公交車輛進站排隊等待時間tjp=λ/μ(μ-λ)=37/58(58-37)=0.0306h=109.36秒

③出站排隊時間tcp的測算。

該站道路交通流順暢，公交車輛利用鄰近車道加速出站，泊位清空時間即是加速出站時間，已含在固定項計算中。

最大服務時間與平均服務時間的差值tΔ=12秒；道路交通飽和度為A級，影響系數(shù)β3取值為1.0；

故tcp=β3×tΔ=1.0×12=12秒。

④總?？繒r間。

固定項Tu+隨機項Tv=13+61.13+109.36+12=195.5≈196秒。

⑤實測結果：現(xiàn)場實測公交車總停靠時間為182秒，絕對誤差值為7.1%。模型測算和實際值的絕對誤差值在10%以內(nèi)，所建立的時耗模型能夠應用于交通樞紐區(qū)域換乘公交的改善設計中。

4 結語

針對公交車輛的運行特性，分析了交通樞紐區(qū)域內(nèi)影響公交車輛在站?？康南嚓P因素，將公交車輛在站?？繒r間分解為固定項和隨機項，分別構建了隨機項時間的測算模型。實證表明，所構建的模型能夠較好地應用于預測公交車輛在樞紐區(qū)域內(nèi)站點的停靠時間，為提高樞紐內(nèi)換乘公交的效率提供技術支撐。