基于IC卡数据的常规公交线路通行能力分析方法

李演洪

(上海市政工程设计研究总院(集团)有限公司，上海 200092)

0 引言

为实现各线路公交车辆的实时调度、信息发布等动态监控管理功能，我国许多大城市的公交车辆上安装了GPS卫星定位管理系统。同时，公交IC卡自动收费系统作为公交无人售票运营模式的先进替代品，已被诸多城市广泛应用。信息系统提供了大量详实的公交客流数据和交通系统信息，数据获取广度和精度的提高使得交通规划领域许多新技术的应用变得可行。

目前，对于公交IC卡数据的应用和研究，主要在客流分析和公交车辆运行指标计算两方面。客流分析主要包括站点上车人数统计、推断站点下车人数、推算线路断面流量，并且文献[1]推算了公交OD矩阵；公交车辆运行指标计算方面包括车辆运行速度、站内停靠时间、单程行驶时间、车辆周转时间、车辆延误时间等。

本文则主要通过IC卡数据，获取公交车辆进站、离站的加速时间，并结合车辆的平均运行时间和公交停靠站的通行能力计算公式，研究基于IC卡数据的常规公交线路通行能力分析方法。

1 IC卡数据信息

IC卡数据主要记录乘客刷卡的信息，并通过乘客所持卡的信息，进而获取乘客IC刷卡信息、车辆调度信息、公交线路信息，形成庞大的数据库。其中持卡乘客基本信息可通过IC卡号作为关键码联系到乘客刷卡信息表；乘客刷卡信息表可通过线路编号、刷卡站点和车辆代号分别将公交线路信息表、线路站点信息表和车辆调度信息表联系起来。通过数据库的结构性和连接性，最终形成庞大的IC卡数据信息库。

在乘客刷卡的同时，可以通过数据库中各属性表的连接性，获取包括卡编号、线路号、车辆编号、刷卡的日期和时刻等信息，如表1所示。

表1 IC卡数据可获取信息的数据结构表

在统计IC卡数据中，由于数据采集过程均由计算机完成，因此不易出现错误。但还是会出现大量数据丢失的情况，在此种情况下，当天的数据就无法使用了。在搜集数据的同时，一定要建立数据仓库，从中提取所需的刷卡信息、车辆信息、线路信息等。而且在分析公交IC卡数据的同时，还需要获取其他数据，例如线路开车频率、线路站点数据等。

2 公交车运行参数推算

根据文献[2]和文献[3]，可以通过聚类分析的方法获知刷卡所在的站点，并以此作为信息基础，获取公交车辆站间运行时间、站内停靠时间与站间运行速度。

2.1 站间运行时间

公交车辆在站点间的运行时间，直接决定了线路运营的效率及车辆调度决策。不同站点间的道路和交通条件导致运行时间也不相同。而在获知刷卡所在站点后，可以对应地获取相邻站点间的平均时间。

(1)

其中，K表示公交车辆总次数，m表示线路的总站点数。

2.2 站内停靠时间

(2)

2.3 站间运行速度

站间平均运行速度反映了公交车辆运行的具体指标，是体现公交车辆运行效率的重要指标。在获取相邻站点公交车辆平均运行时间后，和已知相邻站点间的平均站距li(i+1)的条件下，也可以得到站点间的车辆平均运营速度，如式(3)所示：

(3)

2.4 公交车辆的加减速时间

由于相关文献并没有基于IC卡数据的加减速研究，因此本文结合相关公交车辆运行标准，利用上述所获取的相关参数，估计公交车辆进站或者出站的加速和减速时间。

由于公交车辆运行较为平稳，因此可将站点间的平均运行速度作为进站减速的初始速度和出站加速后的速度。结合参考文献《道路通行能力分析》中提供的标准，一般取公交车辆的进站减速和出站加速距离为公交车辆长度，记为lbus，且减速度取b=1.5 m/s2，加速度取a=1.0 m/s2。

上述给出的一般取值并不能更好地与具体的公交车辆运行指标相符，存在一定的误差。而公交车辆进站和出站的速度差，可与根据IC卡数据获取的运行速度联系起来，并结合上述标准，计算更为实际的公交车辆加减速时间。

基于加减速距离的一般取值计算的加减速时间为：

(4)

基于加减速的一般取值计算的加减速时间为：

(5)

为了降低误差以及充分利用一般取值的普适性，可将基于加减速距离和加减速的一般取值所计算获取的加速度和减速度取平均，因此，最终获取的加速度和减速度的计算式子，分别如式(6)和式(7)所示：

(6)

(7)

3 常规公交线路的通行能力计算

公交线路的通行能力受沿线各停靠站通行能力的制约，其中通行能力最小的停靠站是公交线路通行能力的限制瓶颈。停靠站的通行能力取决于车辆占用停靠站的时间长短，因此，根据陈宽民主编的《道路通行能力分析》，可知公交停靠站通行能力计算公式为：

(8)

其中，t1为公交车辆进站停车所用时间，即为公交车辆减速时间；t2为公交车辆开门和关门时间；t3为乘客上下车占用时间，与t2一起即为公交车辆停靠时间；t4为车辆启动和离开车站时间，即为公交车辆加速时间。

结合第2节中计算获取的公交车辆运行相关指标，代进上式，即可得到基于IC卡数据计算的公交停靠站通行能力计算式子，如式(9)所示：

(9)

根据上式，即可确定公交线路的通行能力：

C线=min{C站}

(10)

按照相关标准，公交线路的设计通行能力等于该计算值乘以0.8。

图1 公交站点停靠时间示意图

接着提取车辆的站间平均车速，如图2所示，其中各站点对应的行驶速度为该站点与前一站点间路程的平均行驶速度。

图2 站间平均行驶速度示意图

假定公交车辆长度lbus为12 m，加减速度值如前面假设，以所获取的站点停靠时间和站间距为基础，经过式(9)计算，即可得到如图3所示的站点通行能力。从中可以发现，该线路的站点通行能力基本在100～200辆/h区间内，较为合理，其中最低的是站点9，其通行能力仅为76辆/h，也就是说，该线路的通行能力是76辆/h。

图3 公交站点通行能力示意图

4 结语

本文在公交IC卡数据处理的基础上，结合相关标准或者参考值，提出了基于公交IC卡数据的公交车辆进站和出站的减速度和加速度计算方法，并以此代入通行能力的计算公式，得到基于公交IC卡数据的常规公交线路通行能力分析公式。基于公交IC卡数据的通行能力分析，具有数据覆盖范围广、数据量丰富、可实现自动化计算、成本低等优势。随着研究的深入，在对公交IC卡数据处理精度不断提高的背景下，公交IC卡数据的普及越来越广，其计算方法可为常规公交线路通行能力分析提供参考。

本文的计算方法是建立在公交IC卡应用范围大的公交线路上，如此方能获取足够准确的时刻记录数据。因此，对于公交IC卡普及不足的地区线路，其在实际应用中还存在一定的局限性。