城市公交停靠站耗时模型研究

韩智强，宋　晨，贾志绚，刘建麟，申泽国，李潇楠

(太原科技大学交通与物流学院，太原 030024)



城市公交停靠站耗时模型研究

韩智强，宋晨，贾志绚，刘建麟，申泽国，李潇楠

(太原科技大学交通与物流学院，太原 030024)

摘要：为分析城市公交延误产生的主要机理，以太原市某公交线路为例，考虑到乘客上下车、二次停车及其概率、车内乘客拥挤度、站台类型、进出站等因素，分别建立公交车在始发站、中间站和终点站耗时模型，并与车辆延误实测值进行对比分析。结果表明，耗时模型计算值与实际车辆耗时误差在10%以内，研究结果可应用于公交车各个站点的到达时间预报、公交线路运行诱导，为提高公共交通系统的精细化运营服务水平、增加城市公交吸引力以及优化出行方式提供参考。

关键词：城市公交；停靠站点；延误分析；二次停车

伴随城市化规模迅猛发展，城市机动车保有量和道路交通流量逐年增加，交通延误和交通事故频发，已成为制约居民出行需求的主要问题。城市交通是城市社会发展的主要命脉，其良性循环和可持续发展对促进城市经济发展具有现实意义。目前，我国城市公共交通的主体依然是常规地面公共汽车，与城市快速轨道交通相比，其社会成本低、社会综合效益好，在未来的城市公共系统中依然占据非常重要的地位[1]。且随着电子技术在交通系统中的发展和运用，利用先进的检测技术和通信手段，已经能够准确、快速获得静、动态交通信息，从而为进一步研究公交车行程时间预测方法和提高预测精度提供了可能[2]。因此，本文在国内外研究的基础上，对城市公交站台耗时进行研究，分析站台高峰小时和非高峰小时对应的耗时模型，从中提出相应措施，合理分配公共交通的运营，并且提出公交车辆运营效率的评估方法。

1延误的定义

延误是指由于道路与环境条件、交通干扰以及交通管理与控制设施等驾驶员无法控制的因素所引起的行程时间损失，单位以s/辆或min/辆计[3]。

2公交停靠站延误模型的建立

2.1　模型建立

公交车辆站台耗时主要由三部分组成：起站，中间站，终点站，其技术路线图，如图1所示：

(1)

式中：T为总耗时量(s)；T1为起点站耗时(s)；Ti为中间站耗时(s)；Tn为终点站耗时(s).

图1　研究技术路线

2.2　起点站

公交车在起点站的特点是：准时、停靠时间较长，乘客上车时间充裕，而且车内空间宽敞，乘客上车速度快，没有下车人员，每辆车都有自己唯一的发车点，不受其他车辆的干扰，不会有进出站的延误，不会有二次停车。由于起点站的特殊性，公交车在起点站内的耗时只与上车人数有关，本文统计了在起点站内上车人数和上车耗时关系。

分别对高峰小时和非高峰小时数据进行拟合，通过拟合发现，在高峰小时和非高峰小时起点站上车人均耗时均在0.9 s左右，为简化计算，本文建议在后续计算时，高峰小时和非高峰小时均可采用人均耗时0.9 s，则起点耗时T1：

T1=0.9X0+0.8

(2)

式中T1为起点站耗时；X0为起点站上车人数。

图2　起点站低峰小时上车耗时散点图

图3　起点站高峰小时上车耗时散点图

拟合一次拟合相关系数变量数一次拟合y=0.92x+0.80.9732最优拟合y=0.87x+0.750.9822

2.3　中间站

公交车辆驶入中间站时，延误影响因素较多，主要考虑了乘客上下车耗时、二次停车耗时、进出站耗时、乘客拥挤度等因素的影响。

2.3.1上车耗时分析

在上车过程，乘客分布存在随机性。但总体而言，总耗时量与上车人数成正相关，如图4、图5所示。为定量分析上车耗时产生的影响，引入乘客拥挤度的概念，如式(3)所示：

Q=SA/Sf

(3)

式中：Q乘客拥挤度；SA为车上实际人数；Sf为车辆满载时人数。其中公交车满载人数=车厢固定乘客座位数+车厢有效站立面积(平方米)×每平方米允许站人数[4]，每平方米最多允许站立8人[5]。

图4　中间站低峰小时上车耗时散点图

图5　中间站高峰小时上车耗时散点图

图6所示为上车总耗时量与上车人数和拥挤度间函数关系。设上车人数为S1，车内拥挤度为Q(取值范围为0到1)，拟合得到上车耗时Z1的函数如式(4)：

图6　中间站上车总耗时分析

(4)

式中：Z1—上车总耗时量(s)；S1—上车人数；Q—乘客拥挤度。

2.3.2下车耗时

乘客在下车过程中，无需付费，且乘客提前准备，车外空间较大，在下车耗时分析时，可忽略拥挤度的影响。

图7　中间站低峰小时下车耗时散点图

图8　中间站高峰小时下车耗时散点图

由图7、图8可看出，下车耗时在高峰小时与非高峰小时相差不大，因此，对下车耗时做统一分析处理，其拟合结果如表2所示。

由于一次拟合公式与最优拟合公式计算结果相差不大，为工程应用方便，建议采用一次拟合计算公式，如式(5)所示：

表2　下车总耗时回归分析

Z2=0.75S2+0.765

(5)

式中：Z2—下车耗时(s)；S2—中间站下车人数。

2.3.3二次停车

当乘客拥挤度较大时，二次停车次数明显增加，车辆延误也随之增大。但由于二次停车分布随机性较大，分析过程较为复杂，需进行大样本采集，本文统计了不同时段内二次停车次数与耗时的分布，并用数值分析软件origin进行拟合回归，如图9、图10所示：

图9　中间站二次停车概率分部图

图10　中间站二次停车耗时分析曲线图

由图9可知，二次停车次数频率较大，主要集中于上午7：00~8：00点，下午18：00~19：00，与城市交通出行高峰时间相符。

(6)

式中：P为某时刻二次停车的概率；t为对应时刻(6时-22时)。

在调查中，发现二次停车的耗时不尽相同，因此，通过对二次停车耗时分析拟合，如图10所示：

(7)

图10二次停车耗时曲线，呈正态分布，回归计算得出其平均耗时为19.81 s，实际应用中可取20 s.

2.3.3进出站耗时

(a)对于非港湾式的普通公交站，进出站时间为：

(8)

式中：L为公交车长度(m)；a为进出站的加减速度，考虑到车内乘客的乘车舒适度，在进站时a取1.5m/s2，出站时取1.0m/s2[6].

(b)对港湾式站台，车辆出入站耗时总时间与站台长度有关，进出站耗时为：

(9)

式中：N为进出站耗时(s)；s为站台长度(m)；v为正常行驶速度(km/h).

由于站台类型不同，可容纳公交车停靠数量不同，都会对公交车的进出站耗时造成影响，故在实际应用中可在原有理论模型的基础上加一修正系数M，修正系数可用理论模型预测值与实地测量值进行对比。对实际测量值进行拟合，本论文以太原市某一站台为例，预测值为10.1 S，对实际值拟合函数如图11所示：

图11　进出站模型耗时系数修正图

正态分布函数由μ和σ两个参数确定，式中平均值为11.23，标准差为0.74，11.23与预测值对比可得出修正系数，0.74可代表该站台进出站耗时数据离散程度，该数值越大，数据离散程度越大。

因此，公交车辆在中间站产生耗时延误可表示为：

Ti=max[z1(x,y),z2(n)]+pf(t)+N+M

(11)

式中：Z1(x，y)—上车耗时(s)；Z2(n)—下车耗时(s)；P—二次停车平均耗时(s)；f(t)—二次停车次数；N—进出站耗时(s)；M—修正值(s).

2.3.3终点站

终点站乘客流向单一，只与乘客人数有关，如图12、图13所示为终点站公交车下车耗时和下车人数关系，其拟合公式为：

(12)

式中：Tn—终点站下车耗时(s)；S3—终点站下车人数(人)。

图12　终点站下车人数与下车耗时散点图

图13　终点站下车人数与下车耗时关系曲线

3公交停靠站延误模型检验

为检验模型的适用性，进行了二次多线路调查，以太原某公交车为例，路线图如图14.公交停靠站耗时模型计算结果与二次调查数据进行比较，其高峰小时和非高峰小时间的误差均在10%以内，误差分析如图15所示。

图14　太原市某公交车辆运行路线图

图15　模型检验示意图

4结论

通过以太原市某多见公交车为例[7-8]，研究其停靠站的延误耗时机理，建立耗时理论模型，并对其进行检验分析，结果如下所示：

(1)在已有传统公交车站台耗时理论基础上，加入二次停车概率与耗时，乘客拥挤度等对停靠站耗时的影响因素，修正公交车停靠站台时的理论模型。

(2)可以较精确计算公交车到达时间，可应用于公交车各个站点到达时间预报，公交的精细化运营调度。

(3)对于拟合回归耗时公式，可在后续公交车上施加装实时反馈计算设备，为缓解高峰期乘客的出行压力和城市公交合理调度提供参考。

参考文献：

[1]王希.城市公交站点延误统计分析及对策研究[D].西安：长安大学，2007.

[2]朱丽颖.公交车辆行程时间预测方法研究[D].北京：北京交通大学，2010.

[3]徐吉谦，成学武.交通工程总论[M].北京：人们交通出版社，2013.

[4]中华人民共和国城乡建设部.城市建设系统指标解释[S].2006.

[5]GB 7258-2012，机动车安全运行技术条件[S].2012.

[6]王炜，过秀成.交通工程学[M].江苏南京：东南大学出版社，2011.

[7]杨紫洁，贾志绚.交通瓶颈处大、小型车插队行为的演化分析[J].太原科技大学学报，2014，35(1)：49-53.

[8]常争艳，贾志绚，武美先.信号配时与交通设计协同优化[J].太原科技大学学报，2010，30(1)：38-41.

Research on Time-consuming Model of City Bus

HAN Zhi-qiang，SONG Cheng，JIA Zhi-xuan，LIU Jian-lin，SHEN Zeguo，LI Xiao-nan

(Taiyuan University of Science and Technology，Taiyuan 030024，China)

Abstract：In order to analyze the main mechanism for urban public transport delays，Taiyuan common bus models were taken (the body of 12 meters，getting on at the front door and getting off at the back door)as an example.First，we respectively establish the time-consuming model of bus in the original bus stations，intermediate stations and terminal stations.Then we analyze its main factors，including the passengers to get on and get off，the secondary parking，platform type，and the mutual effect between drawing in and being outbound，which are compared with actual measured values of vehicle delay by deep analysis.The results show that the error between the calculated value of time-consuming model and the value of the actual vehicle is less than 10%.The results can be applied to predict the arrival time of each bus site and provide the run guidance of bus routes，which provide reference for improving the elaborate operation，management，and service level of public transport system，thus increasing the attraction of public transport，and optimizing the structure of the way to travel.

Key words：urban transit，parking space，delay analysis，parking twice

中图分类号：U491.4

文献标志码：A

doi：10.3969/j.issn.1673-2057.2016.01.012

文章编号：1673-2057(2016)01-0053-06

作者简介：韩智强(1987-)，男，助教，硕士，主要研究方向为交通仿真与桥梁检测。

基金项目：太原科技大学UIT(xj2014038)

收稿日期：2015-05-06