梁玉娟 韋蘭香 鄧衛(wèi)娟 唐秀福/河池學(xué)院物理與機(jī)電工程學(xué)院

直線式多站臺(tái)公交車站交通流特性的研究

梁玉娟 韋蘭香 鄧衛(wèi)娟 唐秀福/河池學(xué)院物理與機(jī)電工程學(xué)院

基于元胞自動(dòng)機(jī)NaSch 交通流模型，提出了直線式多站臺(tái)公交車站設(shè)置的雙車道元胞自動(dòng)機(jī)交通流模型，計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬結(jié)果表明：在周期邊界條件下，直線式多站臺(tái)公交車站的設(shè)置對(duì)交通流有較大的影響，但不同停泊車位數(shù)對(duì)應(yīng)的車流量沒有按照一定的趨勢變化，且站臺(tái)長度對(duì)交通流的影響情況沒有公交車占有比例對(duì)交通流影響那么明顯。

元胞自動(dòng)機(jī)；直線式；多站臺(tái)公交車站；雙車道

公交車中途?？空臼浅鞘凶罨A(chǔ)的公交設(shè)施，幾乎分布在城市任何一條有公交車輛運(yùn)行的道路上，雖然只占城市道路很短的一段，但對(duì)路段通行能力影響卻很大，是交通擁堵常發(fā)地段。在城市的中心區(qū)或老城區(qū)，由于建設(shè)年代早，道路寬度較窄，難以設(shè)置港灣式中途?？空?，多數(shù)是沿路側(cè)設(shè)置直線式中途?？空荆也煌€路公交車?？砍ＴO(shè)置在同一站點(diǎn)。公交車站?？磕芰κ欠从彻卉囌灸芴峁┕卉囃？糠?wù)能力大小的指標(biāo)，是公交基礎(chǔ)設(shè)施提供公交服務(wù)的最大供應(yīng)量，它受?？空镜耐＼噮^(qū)域長度的限制[1,3]，如果站臺(tái)過短，就不能發(fā)揮公交車?？空镜淖饔茫炊鴷?huì)影響道路的通暢；相反，站臺(tái)過長，不僅會(huì)浪費(fèi)道路資源，還不利于車輛的有序停靠，不方便乘客的上下車[2-3]。合理的站長既能充分利用道路的交通設(shè)施，又能滿足對(duì)公交服務(wù)的要求，同時(shí)又能減輕?？空靖浇h(huán)境的污染[3]。關(guān)于公交車站對(duì)交通流的影響已有許多學(xué)者對(duì)其關(guān)注[3-9]，而關(guān)于數(shù)值模擬研究站臺(tái)長度對(duì)交通流的影響卻較少見，本文應(yīng)用NaSch模型數(shù)值模擬不同站臺(tái)長度對(duì)交通流的影響情況。

1.模型與規(guī)則[3-5]

本文只研究直線式公交車站點(diǎn)，經(jīng)過同一路段的所有線路公交車都集中在同一個(gè)站點(diǎn)在車道上進(jìn)站停靠。一般道路系統(tǒng)都是由多條車道組成，為簡化問題，采用雙車道模型，如圖1所示。

圖1 直線式公交車停靠站的雙車道模型

將城市道路看作是左右兩條并列的、含有L個(gè)格點(diǎn)（cell）的一維離散格點(diǎn)鏈，這里長度均以格點(diǎn)為單位，做無量綱化處理。對(duì)應(yīng)實(shí)際道路長為7.5m的每個(gè)格點(diǎn)每一時(shí)刻或被一輛車占據(jù)或?yàn)榭?。假設(shè)道路上只有公交車和小汽車，并不計(jì)車輛長度。公交車站設(shè)在道路的中部，小汽車、公交車、公交車站分別用不同條紋的格點(diǎn)表示。A為統(tǒng)計(jì)流量的監(jiān)測器，設(shè)在公交車站之前。考慮到車輛的加速、減速過程，建模時(shí)引入了隨機(jī)慢化的概率，用車速v表示車輛的狀態(tài)，v允許在{0,1,2，…，vmax}范圍內(nèi)取值，vmax為最大車速。公交車體積大，速度小，取vmax=2cell/s=54km/h；小汽車雖然體積小，速度大，但市內(nèi)交通擁擠，取vmax=4cell/s=108km/h。左車道為快車道，右車道為慢車道且設(shè)置有公交車站點(diǎn)，因此，慢車道按公交車比例f=0.1隨機(jī)混合地分布小汽車和公交車，而快車道只隨機(jī)分布一種小汽車，車輛一旦分布到車道上，令其立即獲得一個(gè)v∈[0，vmax]的車速。設(shè)車輛從左到右，可變換車道在兩條車道上循環(huán)行駛，并設(shè)兩種車輛具有相同的隨機(jī)慢化概率p=0.25。公交車輛在公交車站處不允許超車，實(shí)行先到先進(jìn)站先行的原則，而車輛狀態(tài)演化的更新規(guī)則、公交車站處小汽車運(yùn)行規(guī)則、車輛換道規(guī)則均與文獻(xiàn)[3-5]的一致。

2.數(shù)值模擬與分析

圖2 公交車比例f=0.1時(shí)的基本圖：（a）為左車道；（b）為右車道

圖2表明：①公交車比例較小時(shí)，兩車道的流量都比較大，因?yàn)檐嚨郎现饕撬俣容^大的小汽車，公交車后面的小汽車可以通過換道行駛，公交車站的“瓶頸”限制作用較弱。②左車道的流量比右車道的大，當(dāng)車流密度時(shí)兩車道對(duì)應(yīng)的流量都最大，兩個(gè)最大值之差為0.3073，這主要是由于右車道設(shè)有公交車站，公交車是占道?？糠?wù)，其后的公交車需等待停靠，而小汽車則尋找時(shí)機(jī)轉(zhuǎn)到左車道上，因而左車道上主要是速度較大的小汽車，而右車道主要是速度較小的公交車。③密度很小或者很大時(shí)不同停泊車位數(shù)對(duì)應(yīng)的流量幾乎重合在一起，隨密度呈線性增大或線性減小，因?yàn)榈兔芏葧r(shí)，車輛相互干擾小能自由行駛，流量主要由車速?zèng)Q定；而高密度時(shí)，車輛間相互作用非常大，車速都很小，公交車站對(duì)車流的影響減弱，流量主要由密度決定。④中等密度區(qū)域出現(xiàn)一個(gè)近似平臺(tái)的流量區(qū)域，因?yàn)閒較小，車輛還能保持相對(duì)較大的車速，在遇到公交車進(jìn)站占道停靠時(shí)，其上游的公交車、小汽車或減速或轉(zhuǎn)道，出現(xiàn)時(shí)停時(shí)走的交通現(xiàn)象。⑤中等密度區(qū)域，N=5對(duì)應(yīng)的流量最小，N=2對(duì)應(yīng)的流量最大，N=1、6對(duì)應(yīng)的流量較小，與N=4的接近，介于最小最大值之間，同一密度對(duì)應(yīng)最大流量與最小流量的差值很小，在0.1以下。流量隨著N的增多沒有按照某一種趨勢變化，這是與公交車站的停靠能力有關(guān)，而停靠能力除了與站臺(tái)長度、停靠時(shí)間有關(guān)外，還受公交車到達(dá)率和路段交通狀況等因素的影響[2]。N=1，在公交車較多的情況下，公交車相繼到達(dá)車站，后面到達(dá)的公交車要排隊(duì)等候進(jìn)站；N=6，相鄰兩輛公交車到達(dá)車站有一定的時(shí)間間隔，當(dāng)最前方的公交車?？糠?wù)完畢離開時(shí)，緊跟其后的公交車又未服務(wù)完畢，車站處公交車又不能超車，那么后面到達(dá)的公交車也只能在后面排隊(duì)等候，這兩種情況公交車站的“瓶頸”作用時(shí)間增大，因而對(duì)應(yīng)的流量相應(yīng)較小。

圖3、圖4是公交車比例f=0.1，公交車站點(diǎn)及其前后200個(gè)格點(diǎn)對(duì)應(yīng)不同停泊車位時(shí)兩車道的時(shí)空演化斑圖。橫軸表示位置，縱軸表示時(shí)間，黑點(diǎn)表示有車輛占據(jù)格點(diǎn)，白點(diǎn)表示格點(diǎn)為空，不連續(xù)的黑點(diǎn)則表示從相鄰車道換道過來的車輛。圖中白色區(qū)域是道路的間隙；明顯的黑色區(qū)域是車輛局部擁堵狀態(tài)；灰色區(qū)域是車輛暢通行駛狀態(tài)。由斑圖可知，①N=2、3時(shí)，公交站點(diǎn)及其上游路段有比較大的阻塞區(qū)域；②N=1、4、5、6時(shí)，公交站點(diǎn)及上游路段出現(xiàn)了不連續(xù)的擁堵區(qū)域，且向上游方向傳播，表明車站前（上游方向）出現(xiàn)了時(shí)走時(shí)停的交通波現(xiàn)象；③車站后面（下游方向）阻塞逐漸消散，但右車道白色區(qū)域比較多，表明鄰道的小汽車未能急時(shí)換道過來；④左車道的車輛密度大，車站下游，白色區(qū)域很少，道路利用率高，阻塞消散得迅速，處于自由流狀態(tài)。斑圖也同樣能說明基本圖的變化趨勢。

圖3 公交車比例f=0.1，車流密度ρ=0.15，不同停泊車位時(shí)左車道的時(shí)空演化斑圖

圖4 公交車比例f=0.1, 車流密度ρ=0.15，不同停泊車位時(shí)右車道的時(shí)空演化斑圖

3.結(jié)論

直線式公交車?？空?，公交車輛是占道停靠服務(wù)的，此時(shí)雙車道變成一條車道，顯然公交車站成了道路的瓶頸，是造成交通擁堵的重要因素，但車輛可以轉(zhuǎn)道、超車，在一定程度上又可以緩解排隊(duì)擁堵現(xiàn)象。模擬結(jié)果表明：直線式多站臺(tái)公交車站對(duì)交通有較大影響，但車流量沒有隨著停泊車位數(shù)的增加而按照一定的趨勢變化，在公交車比例為0.1的條件下，N=2時(shí)通行能力最大，N=5時(shí)通行能力最小，N=1、4、6通行能力接近，介于最小最大值之間，同一密度對(duì)應(yīng)最大流量與最小流量之差在0.1以下，與文獻(xiàn)[3-5]比較，站臺(tái)長度沒有公交車占有比例對(duì)交通的影響那么明顯。

[1]何寧,馬健霄,李娜.公交車站停靠能力的研究[J].城市軌道交通研究,2004，2:78-80.

[2]李娜,陳學(xué)武.公交車中途停靠站?？磕芰霸O(shè)計(jì)站長計(jì)算初探[J].土木工程學(xué)報(bào),2003，36(7):72-77.

[3]梁玉娟.公交車?？繉?duì)城市道路交通的影響[D].廣西大學(xué),2009.

[4]梁玉娟,薛郁.非港灣式公交車站?？刻匦缘难芯縖J].力學(xué)學(xué)報(bào),2012，44(1):111-116.

[5]梁玉娟,盤佳秀,薛郁.公交車站及?？繒r(shí)間對(duì)混合交通流的影響[J].廣西物理,2009，30(1):8-12.

[6]郭四玲,韋艷芳,時(shí)偉,等．公交車?？繒r(shí)間的統(tǒng)計(jì)分析[J].廣西師范大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2006，24(2):5-9.

[7]汪海龍,錢勇生.基于元胞自動(dòng)機(jī)的港灣公交站間距影響研究[J].計(jì)算機(jī)應(yīng)用,2007，27(11):2632-2633,2651.

[8]康三軍,薛郁.直線式公交車站站點(diǎn)設(shè)置的研究[J].力學(xué)學(xué)報(bào),2012，44(4):718-726.

[9]Zhao XM, Gao ZY, Jia B. The capacity drop caused by the combined effect of the intersection and the bus stop in a CA model[J]. Physica A,2007,385: 645-658.

廣西高校重點(diǎn)科學(xué)技術(shù)項(xiàng)目（2013ZD059）；廣西高校優(yōu)秀人才資助計(jì)劃項(xiàng)目（桂教人[2011]40號(hào)）； 河池學(xué)院重點(diǎn)科研項(xiàng)目（2012YBZ-N006）。