城市公交線路運行可靠度分析及優(yōu)化

王夢琪 蒙素蘭 程鉛 杜文凱 林淦

(河海大學土木與交通學院，江蘇南京 210098)

1 研究背景

隨著城市交通的發(fā)展，大力發(fā)展公共交通已成為共識。公交在運營過程中由于受到天氣狀況、道路狀況等眾多因素的影響，運行可靠度較差，具體表現(xiàn)為各站點到達或發(fā)車不準時、串車現(xiàn)象嚴重等問題。因此，需要從公交站點是否發(fā)生串車現(xiàn)象的角度考慮，判斷公交路線運行可靠性高低，并借此優(yōu)化公交運行。針對公交運行可靠性的研究，Avishai從可靠性的內涵出發(fā)，將公交服務可靠性定義為在一段時間內提供穩(wěn)定服務的能力［1］。Tumnquist等提出公交服務可靠性是遵守時刻表或者保持規(guī)律的到站間隔的概率［2］。魏華構建了公交服務水平評價體系，并將可靠性定義為:公交系統(tǒng)在道路動態(tài)交通條件下，能夠完成載客任務、給乘客提供一定水平服務的能力［3］。宋曉梅等借鑒可靠性理論定義了公交運行可靠性，從定性的角度分析了影響公共交通運行可靠性的因素，并針對這些因素提出了相應的改善策略［4］。針對公交運行可靠性的研究，評價指標的選取、可靠性評價等方面還不完善，需要進一步深入研究。故本文通過分析公交站點的串車現(xiàn)象評價公交線路運行穩(wěn)定性并進行優(yōu)化。

2 公交線路運行可靠性分析及優(yōu)化模型建立

2.1 時段劃分

由于道路交通的潮汐現(xiàn)象，公共線路行程時間會有時段變化特征，為避免或減弱這種現(xiàn)象的影響，本文將公交一天的運行時間劃分為幾個時段，如表1所示。

表1 時段劃分結果表

2.2 評價指標選取

對于公交站點，串車現(xiàn)象是最直接反映公交站點可靠性的指標，而公交站點的可靠性又能進一步反映該公交線路運行可靠性高低，故選取判斷串車現(xiàn)象發(fā)生頻率的指標對公交運行可靠性進行分析。

根據(jù)《公共交通通行能力和質量服務手冊》中對串車現(xiàn)象的描述——當實時的車頭時距大于計劃車頭時距的1/2時，即可判斷為串車現(xiàn)象。故選取車頭時距變異系數(shù)Cov(h)對公交站點串車現(xiàn)象進行分析。

2.3 公交運行數(shù)據(jù)集搭建

通過公交實際運行數(shù)據(jù)對三個不同時段分別搭建數(shù)據(jù)集，包括每相鄰兩輛公交車到達各站點的車頭時距及其平均值和標準差。

2.4 構建公交串車現(xiàn)象判斷模型

2.4.1 計算公式

車頭時距變異系數(shù)Cov(h)的計算公式如式(1)所示:

其中，Cov(h)為車頭時距變異系數(shù);Sh為車頭時距的標準差;Dh為車頭時距的平均值。

2.4.2 判斷標準

判斷公交站點是否發(fā)生串車現(xiàn)象的標準為，Cov(h)的值為0.00～0.21表示公交到達站點的車頭時距與規(guī)定值非常一致，為0.22～0.30表示公交到達站點的車頭時距稍偏離規(guī)定值，為0.31～0.39表示公交到達站點的車頭時距經(jīng)常偏離規(guī)定值，為0.40～0.52表示公交到達站點的車頭時距波動大，部分車輛串車，為0.53～0.74表示公交到達站點會經(jīng)常性串車，不小于0.75表示該站點絕大部分的車輛處于串車狀態(tài)。數(shù)據(jù)來源:Transit Capacity and Quality of Service Manual-3rd Edition.

2.5 判斷公交站點是否發(fā)生串車現(xiàn)象

2.5.1 指標計算

根據(jù)數(shù)據(jù)集中的數(shù)據(jù)通過式(1)計算不同時段內不同發(fā)車時間間隔下各站點的車頭時距變異系數(shù)Cov(h)。

2.5.2 串車現(xiàn)象判斷

通過計算出的車頭時距變異系數(shù)Cov(h)的數(shù)值，判斷在不同發(fā)車時間間隔下公交站點是否發(fā)生串車現(xiàn)象以及發(fā)生串車現(xiàn)象的頻率。

2.5.3 優(yōu)化方法

若該時段內在所有發(fā)車時間間隔下各公交站點發(fā)生串車現(xiàn)象的頻率較高，則選取發(fā)生串車現(xiàn)象最少的發(fā)車時間間隔作為該時段最佳發(fā)車時間間隔，將該時段內公交發(fā)車時間間隔統(tǒng)一為該最佳發(fā)車時間間隔。

若該時段內在所有發(fā)車時間間隔下各公交站點發(fā)生串車現(xiàn)象的頻率都很低，則說明該時段內該公交路線的公交運行可靠性高，無需進行優(yōu)化。

2.6 驗證優(yōu)化方法

若對某時段內的公交發(fā)車時間間隔進行調整，以此來優(yōu)化該公交路線的運行可靠性，則需要再次通過式(1)對該線路上各公交站點的車頭時距變異系數(shù)Cov(h)進行計算，并進一步判斷各公交站點發(fā)生串車現(xiàn)象的頻率，以此判斷通過調整發(fā)車時間間隔的優(yōu)化方法是否有效。

3 實例驗證

3.1 公交線路選取

選取南京市3號公交路線(往山西路方向)進行研究，該線路起始站以及終點站均為隨家倉，為環(huán)形公交線路。

3.2 數(shù)據(jù)選擇及指標計算

通過對選取線路進行實地公交運行數(shù)據(jù)調查，選取早高峰這一時段的數(shù)據(jù)集進行分析。

選取早高峰公交運行數(shù)據(jù)集G1中發(fā)車時間間隔分別為5 min，4 min的數(shù)據(jù)，計算對應的各站點的車頭時距的平均值、標準差和車頭時距變異系數(shù)Cov(h)，分別見表2，表3。

表2 發(fā)車間隔5 min數(shù)據(jù)計算表

表3 發(fā)車間隔4 min數(shù)據(jù)計算表

表中Z2表示該公交路線上的第2個公交站點，起始站為第1站。

3.3 串車現(xiàn)象分析及優(yōu)化

根據(jù)表2可以看出，早高峰該公交路線發(fā)車時間間隔為5 min時，該公交線路上大部分站點的車頭時距變異系數(shù)Cov(h)的值在0.31～0.39之間，根據(jù)評價標準，說明公交車在該站點的車頭時距經(jīng)常偏離規(guī)定值。還有一大部分站點的車頭時距變異系數(shù)Cov(h)的值在0.53～0.74之間，說明該站點會有經(jīng)常性的串車現(xiàn)象。故可以判斷該公交線路上大部分站點會經(jīng)常產(chǎn)生串車現(xiàn)象，說明該公交線路公交運行可靠性低，需進行優(yōu)化。

據(jù)表3可以看出，早高峰該公交路線發(fā)車時間間隔為4 min時，該公交線路上大部分站點的車頭時距變異系數(shù)Cov(h)的值在 0.00～0.21 之間，部分在 0.22～0.30 之間，根據(jù)評價標準，說明公交車在該站點的車頭時距與規(guī)定值基本一致，有時會稍微偏離規(guī)定值，進一步說明早高峰時段內發(fā)車時間間隔為4 min時該公交路線的公交運行可靠性高。

根據(jù)兩個發(fā)車時間間隔下該路線公交運行可靠性的高低比較，可知在早高峰時，若將所有公交車輛的發(fā)車時間間隔均調為4 min，會減少公交站點串車現(xiàn)象的發(fā)生，提高公交運行可靠性。

4 結論

本文通過對一天中劃分的各個不同時段內公交線路上各公交站點發(fā)生串車現(xiàn)象的頻率進行分析，判斷某時段內公交路線運行可靠性高低，在此基礎上，對可靠性低的時段進行發(fā)車時間間隔調整，不斷調整發(fā)車時間間隔，直至找到使公交線路運行可靠性最高的發(fā)車時間間隔。該模型及優(yōu)化方法有效地降低了公交站點發(fā)生串車現(xiàn)象的頻率，提高了公交線路運行可靠性，對減緩交通流擁堵問題具有一定現(xiàn)實意義。