港湾式公交站车辆出站延误研究

陈碧英 李喜龙

（重庆交通大学交通运输学院，重庆 400074）

港湾式公交站车辆出站延误研究

陈碧英 李喜龙

（重庆交通大学交通运输学院，重庆 400074）

当港湾式公交站相邻外侧车道交通流量较大时，由于缺乏合适的可插入间隙将使公交车辆产生过多的延误。本文采用可穿插间隙理论，首先分析公交车辆出站过程，再确定公交车辆从启动到汇入路段车流的时间构成，其次确定公交车辆穿越临近车道交通流所需的临界间隙数值，从而确定不同流量路段港湾式公交停靠站公交车辆出站延误模型，最后利用VISSIM仿真软件，对外侧车道设置不同流量参数，并设置行程时间检测器，获得公交车辆延误仿真效果。

港湾式公交站； 大流量路段； 穿插间隙理论；VISSIM

引言

城市公交停靠站按照设计模式可分为直线式和港湾式。港湾式公交停靠站既方便公交车停靠，又能够减少公交车停靠与社会车辆之间的相互干扰，在一定程度上提高了通行效率，但港湾式停靠站增加了公交车进出站台时的行驶距离，有学者研究认为[1-3]，当港湾式公交站外侧车道的交通流量较大时，在公交车辆出公交站点的过程中，公交停靠站相邻机动车道的直行交通流为优先交通流，出站的公交车辆需让行于相邻车道的非公交车流，并伺机等待合适的可穿越间隙驶出停靠站，由此就增加了公交车辆等候出站的时间，导致公交车辆的延误，大大降低了城市公共交通的通行效率。本文利用可穿插间隙理论，重点分析港湾式停靠站公交车辆出站延误过程，建立出站延误模型，并通过VISSIM对站点临近车道设置不同流量进行公交车辆出站过程仿真，运用延误时间作为评价指标，直观地反映临近车道处于不同流量时，港湾式停靠站车辆出站延误过程。

1 港湾式停靠站车辆出站过程分析

由于公交车辆加速驶离港湾式停靠站时不仅要考虑公交车的加速出站过程，还要考虑与停靠站相邻路段车道交通状态的影响，并执行换道行驶，因而该类出站过程模型的建立相对较为复杂。通常公交车辆要换道进入拥有稳定交通流的相邻车道，必须寻找从静止加速进入相邻交通流的间隙。

1.1 前方无排队公交车辆

当公交站点前方无排队公交车辆时，公交车辆在完成上下客之后，开始启动准备出站。此种情况下，考虑到临近车流为优先交通流，驾驶员需要判断相邻车道的交通运行情况，如果存在合适的可穿插间隙，那么公交车辆完成安全换道并加速到正常的行驶速度，完成出站。否则公交车辆就在停靠站车道上以“低速溜车”的行驶方式等待可穿插间隙空档的出现，然后再完成公交车出站过程。

1.2 当前方无排队车辆，公交车辆已经处于“低速溜车”阶段

此情况下，公交车辆越来越靠近冲突点，到达冲突点的时间也在随之逐渐变短，因此其要求的可穿越间隙相应减小。通常情况下，此时驾驶员只需要判断当前公交车通过冲突点时不会与路段上的车辆发生追尾碰撞，公交车即可进行穿越，而路段上其他车辆将被迫减速甚至停车。如果此时判断结果不满足可穿插间隙空档，驾驶员将继续低速溜车或者再次停车等候。

1.3 当前公交车辆前方有其他公交车辆

当公交车前方有其他公交车辆时，当前公交车下一步的行驶状态由前面的公交车行驶状态决定。若果前方公交车辆正处于加速出站，当前公交车辆需要判断是否可以随前车一起通过冲突点，否则低速溜车。如果前面的公交车正在低速溜车或停车，那么当前车也将低速溜车或者停车。

2 公交车辆出站过程延误分析

2.1 公交车辆从启动到汇入路段车流的时间构成

（1）当前方无排队车辆，且存在合适间隙时，公交车辆直接加速出站。

（2）当前方无排队车辆，公交车辆已经处于“低速溜车”时，直到合适的可穿插间隙出现，即可出站。

（3）当站点前方有其他公交车滞留，后方公交车出站受到前方公交车出站情况影响时，则需要采取停车等待或者低速溜滑跟驰（视前方公交车是正在停车上下客还是正在加速离站所决定）[6]，这种情况下的延误时间则由停车等候时间或者低速溜滑跟驰以及完成加速和汇入车流时间三部分组成。

2.2 公交车辆穿越临近车道交通流所需的临界间隙数值τ

公交车辆汇入机动车流的临界间隙，指的是公交车辆从公交停靠站启动之后进入行车道所需要的能够安全汇入机动车车流的最小间隙时间。根据定义可知，临界间隙并不是一个常值，相反，对于同一个地方不同的驾驶员或同一个驾驶员在同一地点而在不同的时刻，其可接受的临界间隙都会发生变化。因此，临界间隙是一个随机分布量，它的分布函数及其数值是不能够直接测量获得，但拒绝间隙和接受间隙是可以测量的。为能估计出临界间隙数值，必须尽可能地使用观测到的接受间隙和拒绝间隙值来估计出临界间隙的分布及其参数值。

一般情况下，对于支路驾驶员，可以假设其临界间隙是大于最大的拒绝间隙且小于接受间隙。本文借鉴阿什沃斯(Ashworth)方法[5-7]来确定公交车辆汇入机动车流的临界间隙时间。认为临界间隙一定位于可接受间隙分布曲线的左侧（如图1所示），即小于接受间隙。并假设驾驶员的总体特性是一致的，即假定驾驶员是由同一类具有相同视觉特征、反应时间和性格特点的人组成。

在假定机动车道车流的车头时距服从负指数分布，τ、ta服从正态分布。公交车接受间隙服从正态分布情况下得出数学统计式:

式中，τ 为公交车辆汇入机动车流的临界间隙时间（s）；ta为公交车辆汇入机动车流的可接受间隙时间的平均值（s）；qn为公交车站相邻机动车道的车流量（veh/s）；Sa为可接受间隙时间的方差（s2）。

2.3 公交停靠站公交车辆出站汇入车流过程

由于在港湾式公交停靠站的公交车辆在由站点返回行驶车道过程所消耗的时间与相邻车道的交通流量存在密切联系。当港湾式公交停靠站外交通流量较小时，存在较大的可穿插间隙供公交车辆汇入机动车流，对公交车辆的延误没有多大的影响。然而当处于大流量路段时，存在较小的可穿插间隙供公交车辆重新汇入车道，这就需要公交车等待合适的可穿插间隙，再次汇入机动车流。根据可穿插间隙理论，就港湾式公交站点的公交车辆重新汇入车流的延误过程进行详细分析。

图1 Ashworth方法的基本原理

公交车从停靠站驶出汇入车流过程如图2所示。

由于公交车辆汇入机动车车流的过程，主要受到相邻车道的机动车交通流量的影响。因此设相邻机动车车道的交通流量为qn（veh/h），而公交车辆从公交停靠站进入机动车道所需要的临界间隙时间为τ（单位以s计），那么相邻机动车道的平均车头时距为：

图2 公交车出站过程

当相邻机动车道的车头时距ht大于公交车辆汇入所需的临界间隙时间τ时，即hτ＞τ（步骤Ⅱ），则公交车无需等待汇入，直接执行步骤Ш，此时公交车驶出的时间可以近似为一个加速过程：

当相邻机动车道的车头时距ht小于公交车辆汇入所需的临界间隙时间τ（最小车头时距）时，即hτ＜τ（步骤Ⅰ），公交车辆不得不等待合适时机汇入车流，根据可穿插间隙理论和排队论可以知道，公交车汇入机动车道时的等待时间可以看作是一个M/M/1的排队系统的延误时间，根据相关文献[8]，由于机动车道车头时距服从负指数分布，即：

那么公交车辆要驶出港湾式停靠站时的等待时间为：

因此，港湾式公交停靠站公交车加速离站的时间模型为：

3 临近车道处于不同流量下的公交车出站VISSIM仿真

3.1 VISSIM建模过程

VISSIM是一种建立在微观个体驾驶动作行为模型基础之上的随机的、离散的交通仿真软件[9]。它能显示十分复杂的实际交通过程及其改变，准确反映车道设置、区域内交通组成、交通信号控制和公交站点等因素对城市交通系统运行状况的影响,是再现实际交通系统特性、寻求现实交通问题最优解的一种手段。本研究进行的仿真实验进行如下假设：

（1）公交车辆到达时距服从相同的分布；

（2）公交车辆的尺寸及性能参数相同；

（3）未设置公交专用道；

（4）公交停靠站临近车道交通流为优先交通流等；

（5）公交停靠站不受非机动车与行人的影响；

（6）公交车辆按照先后顺序进出停靠站，并按由远至近的原则停靠。

VISSIM建模过程如下：

（1）创建公交站所在路段的背景及属于路段的几何参数。

（2）输入方案确定的公交站点数据，包括站前路段、停靠站和站后路段长度及每小时各线路上客人数等。

（3）建立车辆的随机到达特性，输入社会车辆和公交车辆的到达分布、车型模型、车速分布、公交线路数、发车频率、站台服务时间分布和车辆平均载客人数等数据。

（4）确定仿真变量，定义并配置数据检测点或路段，仿真变量选取延误。

3.2 评价指标

公交停靠站的设置形式和设置位置决定着社会车流和公交车流在公交站点处的相互影响程度及公交站通行效率。本文重点研究不同流量下港湾式停靠站公交车辆出站延误过程，因此选取公交车辆延误作为评价指标。

3.3 仿真实例

本研究进行VISSIM 研究做如下假设参数：

建立一条单向4车道路段，路段长度300m，站点长度设置为40m（3个泊位），公交车发车频率取120s，容量为40人/辆，模型仿真时间间隔为3600s。为提高仿真的拟合度，将测试行驶时间的检测器起点设置在停靠站入口处，终点设置在停靠站下游20m（以保证公交车辆汇入稳定车流）。

3.4 仿真实验效果和结果分析

3.4.1 仿真实验效果

（1）当路段流量较小时，路段车流具有较大的车头时距，根据可穿插间隙理论，港湾式公交停靠站车辆可以很容易的穿越车流，完成出站过程，驶入原车道快速达到正常行驶速度（图3）。

（2）当路段流量较大时，路段车流车头时距很小，港湾式公交停靠站车辆想要出站必须等待合适的可穿插间隙方可出站。图4（a）中港湾式停靠站第一辆公交车完成服务，准备加速离站；图4（b）表示第一辆车利用合适的间隙汇入车流；图4（c）表示第三辆公交车继续等待合适的间隙汇入车流。

图3 低流量路段港湾式公交停靠站车辆出站过程

图4 大流量路段港湾式公交停靠站车辆出站过程

3.4.2 仿真实验结果

论文进行 6次仿真实验，通过控制外侧车流流量，对港湾式停靠站公交车出站进行仿真实验。具体仿真结果见附表。

从仿真结果可看出，当停靠站外相邻车道流量增大时，公交车出站延误时间有明显增加的趋势。

附表 港湾式停靠站出站延误仿真结果

4 结语

本文以可穿插间隙理论计算了港湾式公交停靠站车辆出站延误模型，并应用VISSIM微观交通仿真软件，仿真了当路段处于不同流量情况，港湾式公交停靠站车辆出站延误过程，并将公交车延误时间作为评价指标，得出当路段处于大流量情况下，公交车辆出站时间大大增加，公交站点的通行效率严重降低。这与可穿插间隙理论分析的结果相一致。但是本文研究做了诸多假设且只考虑了路段交通量对公交车辆出站的影响，忽视了下游交叉口可能对公交站点的间接影响，因此对于港湾式停靠站公交车辆出站延误的分析还有待进一步研究。

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Research on the bus’s departure delay of the harbor-shaped bus station

(School of Traffic & Transportation, Chongqing Jiaotong University, Chongqing 400074) CHEN Biying LI Xilong

When the adjacent lateral lane traffic flow of the harbor-shaped bus stop is large, due to the lack of suitable gap ,which will makes much delay for the bus. This paper uses the acceptance gaps theory, firstly analyzes the outbound process of the bus , then ensures the travel time from the start to the road and the vehicle crossing numerical approaching the critical gap lane traffic flow required, so as to determine the flow section of the bus bay stop the bus station delay model. Finally, using VISSIM simulation software, setting different traffic parameters on the outside lane and the travel time detector, getting the bus delay simulation effect.

Harbor-shaped bus stop; Heavy traffic road; Acceptable gaps theory; VISSIM

U491

A