公交停靠站通行能力及泊位数设计研究

杨 波，瞿春涛

(1.成都市规划设计研究院，四川成都 610081;2.中国华西工程设计建设有限公司，四川成都 610031)

公交停靠站作为公交系统的节点，是乘客与公交系统连接的桥梁。而公交停靠站的通行能力又决定了公交线路通行能力，决定了停靠站的设计尺寸，即停靠站的泊位数。合理的泊位数又决定了站点的利用情况:停靠站的泊位数设计过少，站长过短，导致公交车辆频繁地在站外等候进站，增加了公交车辆的运行时间，而且对道路交通流产生不利的影响;停靠站的泊位数设计过多，站长过长，则增加了车辆在站台的运行时间，停靠站不能有效利用。所以停靠站的通行能力和泊位数设计具有重要的研究价值。

李娜，陈学武［1］分析了影响停靠能力的四个因素:在站消耗时间，公交车到达率，站长和道路交通状况，利用回归分析的方法确定了合理的站长。王波［2］对公交专用道上停靠站停车位的计算方法进行了研究，重点针对随机性到达情况，文章运用排队论和引入置信度提出计算模型，并通过示例说明该方法的计算过程。

本文主要依据《公交通行能力和服务水平手册(第二版)》［3］，探讨了公交停靠站通行能力模型中相关参数值的确定方法，根据采集的基础数据，利用仿真软件对清空时间和有效泊位数进行研究。利用通行能力分析和排队论两种方法计算停靠站的泊位数，运用实例探讨这两种方法的应用情况。

1 公交停靠站通行能力分析

公交停靠站的通行能力是指对于某一公共汽车停靠站而言，在一定的道路交通状况下，在同一时间内所能服务停靠的最多车辆数。停靠能力是一个反映公交车中途停靠站提供为公交车停靠的服务能力大小的指标，是公交设施提供公交服务的供应量。设计泊位数必须达到停靠站所能提供最大停靠能力的要求。停靠站的通行能力主要取决于公交车辆的站点停靠时间和停靠站的类型、泊位数、站长、临道交通量等等。单个泊位的停靠站通行能力计算公式为［3］如下。

式中:Bl为单个停靠泊位的通行能力(辆/h);g/c为绿信比(等于1.0 就代表了无信号交叉口的状况);tc为清空时间(s)，包括车辆启动时间(2～5 s)、驶出一个公交车长的时间(5～10 s)、重新汇入车流的延误时间;td为平均停靠时间;tom为运行裕量;Za为期望失败率a 对应的标准正态分布值;cv为停靠时间的变异系数。

1.1 清空时间分析

从车辆关门到驶离站点，这段时间为清空时间tc。当后面车辆不能汇入超越前车进站时，即车辆排队进站时，这段时间是固定的，包括车辆启动时间、行驶自身长度时间、离开站台时间。多项研究［3］得出清空时间为9～20 s 之间。车辆启动－行驶自身长度－驶离车站需要10 s 左右的时间。

当车辆在港湾式停靠站停靠的时候，清空时间将会包含另外一个时间:公交车辆等待进入临近车道的时间，即公交车辆重新进入车道产生的延误时间。这个时间取决于相邻车道的交通流量，随着流量增加而增加。同时取决于上游交叉口的交通信号，将会产生较大的间隙，车流连续通过站点。可以使其他车辆让行公交车进入行车道，以减少或者消除延误(图1)。

由于车辆随机到达，且受到控制方式的影响，港湾式车站的公交车重新进入车道的延误时间可以采用仿真的办法进行研究。现利用VISSIM 交通仿真软件进行仿真试验，本试验主要模拟远端停靠站的车辆行为，研究车辆汇入车流时产生的延误时间。根据高峰时间实际公交车辆到达情况，输入公交到达和停靠的基本参数，以及驾驶员驾驶特征参数(车辆跟驰、换道以及优先规则等等)，在不同的临道交通量和交通控制方式下进行交通仿真。临道交通量取100～1000(辆/h)，控制方式分为信号控制(g/c=0.5)和无信号控制(g/c=1.0)进行多组试验。

图1 港湾式停靠站车辆运行示意

图2 临道交通量与延误时间关系

由图2可以看出:随着临道交通量的增加，延误时间也随之增加;上游有信号控制的条件下，公交车辆可以利用信号控制产生的间隙进入车道，延误时间比无信号控制的延误时间相对较小;仿真结果值与手册建议的的延误时间值相差不大。

1.2 有效泊位数分析

停靠泊位越多，公交停靠站通行能力越大，因为更多的公交车辆可以同时上下客。每增加一个停靠站所增加的停靠能力，取决于停靠泊位是港湾式还是直接式的，以及车辆到达特征。但是停靠站通行能力随着泊位数的增加并不是线性增长的，所以研究物理泊位的有效性具有重要的实际意义。

现通过交通仿真的办法确定停靠站泊位的有效性。VISSIM 仿真软件中车辆是随机到达的。在软件中分别建立泊位数从1个到5个的港湾式停靠站和直接式停靠站仿真模型，共计10个模型，仿真时间为1 h，最后得出各个站点所通过最大车辆数，物理泊位数的效率和累计效率值，见表1。从表1可以看出，每增加一个物理泊位所增加的效率是逐渐减少的，4个或者5个停靠泊位的有效泊位比3个停靠泊位也大不了多少。通常在实际泊位数设计时至少需要2个有效停靠泊位，即至少要设置3个物理停靠泊位。

表1 停靠站有效泊位数参考表

2 公交停靠站泊位数设计

2.1 泊位数计算方法一

当公交沿线具有公交专用道，线路发车频率不高，使得公交车辆行驶干扰较小，车辆到站比较均匀时，根据式(1)计算通行能力，由实际车辆到达率λ，根据下式计算出有效泊位数，参照表1，最后得出实际设计泊位数。这种计算方法可以计算港湾式和直接式停靠站的停靠泊位数。

式中:Nb为停靠站有效泊位数;Bl为单泊位停靠站通行能力;λ为单位时间到站的公交车数。

2.2 泊位数计算方法二

实际车辆到达随机性较大，近似服从泊松分布，停靠站为车辆停靠服务。所以由排队论知识，针对停靠站与停靠车流构成一个排队系统。该排队系统假设停靠站驶入渐变段只能容纳一辆车辆进入，与车流构成单路排队多通道服务的M/M/N 系统。车辆单列排队，只要站台有空闲泊位，车辆按照先到先服务的原则，进站停靠进行上下客服务。这种方法只适用于公交车辆进站时不能超越前车的港湾式停靠站的泊位数。

港湾式停靠站泊位数计算方法如下。根据排队论可知，系统中没有车辆的概率为:

系统中有k 辆车的概率为

站点平均车辆数为:

式中:N为系统的通道数，即公交站泊位数;

ρ为服务强度，ρ=λ/μ。对于该系统而言，若ρ/N＜1，则系统是稳定的，每个状态将会循环出现。即到站的公交车将逐步消散;若ρ/N＞1，则系统是不稳定的，等候进站的公交排队将越来越长。因此，确保该系统正常工作的条件是ρ/N＜1;

λ为公交车辆到达率，单位时间内到达的公交车辆数(辆/h);

μ为公交停靠站服务率，即单位时间内一个停车泊位服务的公交车数(辆/h);

λ、μ 按照高峰时段取值，设定泊位数初始值N，按照上述公式计算可以得出排队系统的平均车辆数珔n，判断:

式中:a为设计失败率，即公交车在站外等候排队的概率。通常取0.05～0.10。

3 实例分析

根据重庆市南坪停靠站的公交到达次数和停靠时间调查数据，车辆到达服从泊松分布，高峰小时车辆的到达率λ为160(辆/h)，车辆在站平均停靠时间为28 s，标准差为14.25 s，连续两辆车辆的最小间隔为17 s，临道交通量为600辆/h.假设车辆不受信号灯控制的影响，请合理设计该站点泊位数(设计失败率a=0.10)。

3.1 按计算方法一求解

3.1.1 设计成港湾式停靠站

临道交通量为600 辆/h，则根据图2，得出tc=14 s;设计失败率为a=0.10，查表Za=1.28，停靠时间标准差s=14.25 s。则运营裕量tom=sZa=18.24，td=28 s，g/c=1.0。把上述值带入公式(1)得到停靠站的通行能力为:

3.1.2 设计成直接式停靠站

3.2 按计算方法二求解

由2.2节知道，这种方法只适用于计算车辆不能超越的港湾式停靠站的泊位数。

λ=160(辆/h)，μ=3600/(28+17)=80(辆/h)，则ρ=λ/μ=2。取N=3，根据式(4)，P(0)=0.099，珔n=3.04，由表1，N=3 对应的有效泊位数为Nb=2.50＜3.04，不符合条件(7)需要重新计算。

取N=4，根据式(4)，P(0)=0.130，珔n=2.17，由于有效泊位数为Nb=3.02＞2.17，满足条件(8)。根据式(5)和式(6)，P(1)=0.261，P(2)=0.261，P(3)= 0.174，P(4)= 0.087。P(k＞4)=1－P(k≤4)=1－P(0)－P(1)－P(2)－P(3)－P(4)=0.087＜0.10，满足要求。所以按车辆不能互相超越的港湾式停靠站应设计4个泊位。

4 结 论

本文利用VISSIM 仿真软件分析了清空时间和有效泊位数的取值，并与手册建议值进行了对比，得到两者相差较小，反映了仿真软件在进行交通工程研究的准确性和实用性。然后详细讨论了通行能力分析和排队论这两种确定泊位数的方法，前者适用于计算各种停靠站设计形式的泊位数，而后者则只能计算在公交车辆排队进站，车辆不能互相超越的情况下的港湾式停靠站泊位数，在这种情况下两种方法计算结果是一致的。综上所述，本文为停靠站通行能力分析和泊位数设计提供了较为科学而实用的方法。而对于存在非机动车和行人干扰的停靠站通行能力分析和泊位数设计有待于进一步研究。

［1］李娜，陈学武.公交车中途停靠站停靠能力及设计站长计算初探［J］.土木工程学报，2003，36(7):72－77

［2］王波.公交专用道上停靠站停车位的计算方法研究［J］.交通运输工程与信息学报，2004，2(4):40－44

［3］Transportation research board.TCRP REPORT 100:Transit Capacity and Quality of Service Manual，2nd Edition［R］，2003