韓智強(qiáng)，宋　晨，賈志絢，劉建麟，申澤國，李瀟楠

(太原科技大學(xué)交通與物流學(xué)院，太原 030024)

?

城市公交?？空竞臅r(shí)模型研究

韓智強(qiáng)，宋晨，賈志絢，劉建麟，申澤國，李瀟楠

(太原科技大學(xué)交通與物流學(xué)院，太原 030024)

摘要：為分析城市公交延誤產(chǎn)生的主要機(jī)理，以太原市某公交線路為例，考慮到乘客上下車、二次停車及其概率、車內(nèi)乘客擁擠度、站臺類型、進(jìn)出站等因素，分別建立公交車在始發(fā)站、中間站和終點(diǎn)站耗時(shí)模型，并與車輛延誤實(shí)測值進(jìn)行對比分析。結(jié)果表明，耗時(shí)模型計(jì)算值與實(shí)際車輛耗時(shí)誤差在10%以內(nèi)，研究結(jié)果可應(yīng)用于公交車各個(gè)站點(diǎn)的到達(dá)時(shí)間預(yù)報(bào)、公交線路運(yùn)行誘導(dǎo)，為提高公共交通系統(tǒng)的精細(xì)化運(yùn)營服務(wù)水平、增加城市公交吸引力以及優(yōu)化出行方式提供參考。

關(guān)鍵詞：城市公交；?？空军c(diǎn)；延誤分析；二次停車

伴隨城市化規(guī)模迅猛發(fā)展，城市機(jī)動車保有量和道路交通流量逐年增加，交通延誤和交通事故頻發(fā)，已成為制約居民出行需求的主要問題。城市交通是城市社會發(fā)展的主要命脈，其良性循環(huán)和可持續(xù)發(fā)展對促進(jìn)城市經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有現(xiàn)實(shí)意義。目前，我國城市公共交通的主體依然是常規(guī)地面公共汽車，與城市快速軌道交通相比，其社會成本低、社會綜合效益好，在未來的城市公共系統(tǒng)中依然占據(jù)非常重要的地位[1]。且隨著電子技術(shù)在交通系統(tǒng)中的發(fā)展和運(yùn)用，利用先進(jìn)的檢測技術(shù)和通信手段，已經(jīng)能夠準(zhǔn)確、快速獲得靜、動態(tài)交通信息，從而為進(jìn)一步研究公交車行程時(shí)間預(yù)測方法和提高預(yù)測精度提供了可能[2]。因此，本文在國內(nèi)外研究的基礎(chǔ)上，對城市公交站臺耗時(shí)進(jìn)行研究，分析站臺高峰小時(shí)和非高峰小時(shí)對應(yīng)的耗時(shí)模型，從中提出相應(yīng)措施，合理分配公共交通的運(yùn)營，并且提出公交車輛運(yùn)營效率的評估方法。

1延誤的定義

延誤是指由于道路與環(huán)境條件、交通干擾以及交通管理與控制設(shè)施等駕駛員無法控制的因素所引起的行程時(shí)間損失，單位以s/輛或min/輛計(jì)[3]。

2公交?？空狙诱`模型的建立

2.1　模型建立

公交車輛站臺耗時(shí)主要由三部分組成：起站，中間站，終點(diǎn)站，其技術(shù)路線圖，如圖1所示：

(1)

式中：T為總耗時(shí)量(s)；T1為起點(diǎn)站耗時(shí)(s)；Ti為中間站耗時(shí)(s)；Tn為終點(diǎn)站耗時(shí)(s).

圖1　研究技術(shù)路線

2.2　起點(diǎn)站

公交車在起點(diǎn)站的特點(diǎn)是：準(zhǔn)時(shí)、?？繒r(shí)間較長，乘客上車時(shí)間充裕，而且車內(nèi)空間寬敞，乘客上車速度快，沒有下車人員，每輛車都有自己唯一的發(fā)車點(diǎn)，不受其他車輛的干擾，不會有進(jìn)出站的延誤，不會有二次停車。由于起點(diǎn)站的特殊性，公交車在起點(diǎn)站內(nèi)的耗時(shí)只與上車人數(shù)有關(guān)，本文統(tǒng)計(jì)了在起點(diǎn)站內(nèi)上車人數(shù)和上車耗時(shí)關(guān)系。

分別對高峰小時(shí)和非高峰小時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，通過擬合發(fā)現(xiàn)，在高峰小時(shí)和非高峰小時(shí)起點(diǎn)站上車人均耗時(shí)均在0.9 s左右，為簡化計(jì)算，本文建議在后續(xù)計(jì)算時(shí)，高峰小時(shí)和非高峰小時(shí)均可采用人均耗時(shí)0.9 s，則起點(diǎn)耗時(shí)T1：

T1=0.9X0+0.8

(2)

式中T1為起點(diǎn)站耗時(shí)；X0為起點(diǎn)站上車人數(shù)。

圖2　起點(diǎn)站低峰小時(shí)上車耗時(shí)散點(diǎn)圖

圖3　起點(diǎn)站高峰小時(shí)上車耗時(shí)散點(diǎn)圖

擬合一次擬合相關(guān)系數(shù)變量數(shù)一次擬合y=0.92x+0.80.9732最優(yōu)擬合y=0.87x+0.750.9822

2.3　中間站

公交車輛駛?cè)胫虚g站時(shí)，延誤影響因素較多，主要考慮了乘客上下車耗時(shí)、二次停車耗時(shí)、進(jìn)出站耗時(shí)、乘客擁擠度等因素的影響。

2.3.1上車耗時(shí)分析

在上車過程，乘客分布存在隨機(jī)性。但總體而言，總耗時(shí)量與上車人數(shù)成正相關(guān)，如圖4、圖5所示。為定量分析上車耗時(shí)產(chǎn)生的影響，引入乘客擁擠度的概念，如式(3)所示：

Q=SA/Sf

(3)

式中：Q乘客擁擠度；SA為車上實(shí)際人數(shù)；Sf為車輛滿載時(shí)人數(shù)。其中公交車滿載人數(shù)=車廂固定乘客座位數(shù)+車廂有效站立面積(平方米)×每平方米允許站人數(shù)[4]，每平方米最多允許站立8人[5]。

圖4　中間站低峰小時(shí)上車耗時(shí)散點(diǎn)圖

圖5　中間站高峰小時(shí)上車耗時(shí)散點(diǎn)圖

圖6所示為上車總耗時(shí)量與上車人數(shù)和擁擠度間函數(shù)關(guān)系。設(shè)上車人數(shù)為S1，車內(nèi)擁擠度為Q(取值范圍為0到1)，擬合得到上車耗時(shí)Z1的函數(shù)如式(4)：

圖6　中間站上車總耗時(shí)分析

(4)

式中：Z1—上車總耗時(shí)量(s)；S1—上車人數(shù)；Q—乘客擁擠度。

2.3.2下車耗時(shí)

乘客在下車過程中，無需付費(fèi)，且乘客提前準(zhǔn)備，車外空間較大，在下車耗時(shí)分析時(shí)，可忽略擁擠度的影響。

圖7　中間站低峰小時(shí)下車耗時(shí)散點(diǎn)圖

圖8　中間站高峰小時(shí)下車耗時(shí)散點(diǎn)圖

由圖7、圖8可看出，下車耗時(shí)在高峰小時(shí)與非高峰小時(shí)相差不大，因此，對下車耗時(shí)做統(tǒng)一分析處理，其擬合結(jié)果如表2所示。

由于一次擬合公式與最優(yōu)擬合公式計(jì)算結(jié)果相差不大，為工程應(yīng)用方便，建議采用一次擬合計(jì)算公式，如式(5)所示：

表2　下車總耗時(shí)回歸分析

Z2=0.75S2+0.765

(5)

式中：Z2—下車耗時(shí)(s)；S2—中間站下車人數(shù)。

2.3.3二次停車

當(dāng)乘客擁擠度較大時(shí)，二次停車次數(shù)明顯增加，車輛延誤也隨之增大。但由于二次停車分布隨機(jī)性較大，分析過程較為復(fù)雜，需進(jìn)行大樣本采集，本文統(tǒng)計(jì)了不同時(shí)段內(nèi)二次停車次數(shù)與耗時(shí)的分布，并用數(shù)值分析軟件origin進(jìn)行擬合回歸，如圖9、圖10所示：

圖9　中間站二次停車概率分部圖

圖10　中間站二次停車耗時(shí)分析曲線圖

由圖9可知，二次停車次數(shù)頻率較大，主要集中于上午7：00~8：00點(diǎn)，下午18：00~19：00，與城市交通出行高峰時(shí)間相符。

(6)

式中：P為某時(shí)刻二次停車的概率；t為對應(yīng)時(shí)刻(6時(shí)-22時(shí))。

在調(diào)查中，發(fā)現(xiàn)二次停車的耗時(shí)不盡相同，因此，通過對二次停車耗時(shí)分析擬合，如圖10所示：

(7)

圖10二次停車耗時(shí)曲線，呈正態(tài)分布，回歸計(jì)算得出其平均耗時(shí)為19.81 s，實(shí)際應(yīng)用中可取20 s.

2.3.3進(jìn)出站耗時(shí)

(a)對于非港灣式的普通公交站，進(jìn)出站時(shí)間為：

(8)

式中：L為公交車長度(m)；a為進(jìn)出站的加減速度，考慮到車內(nèi)乘客的乘車舒適度，在進(jìn)站時(shí)a取1.5m/s2，出站時(shí)取1.0m/s2[6].

(b)對港灣式站臺，車輛出入站耗時(shí)總時(shí)間與站臺長度有關(guān)，進(jìn)出站耗時(shí)為：

(9)

式中：N為進(jìn)出站耗時(shí)(s)；s為站臺長度(m)；v為正常行駛速度(km/h).

由于站臺類型不同，可容納公交車?？繑?shù)量不同，都會對公交車的進(jìn)出站耗時(shí)造成影響，故在實(shí)際應(yīng)用中可在原有理論模型的基礎(chǔ)上加一修正系數(shù)M，修正系數(shù)可用理論模型預(yù)測值與實(shí)地測量值進(jìn)行對比。對實(shí)際測量值進(jìn)行擬合，本論文以太原市某一站臺為例，預(yù)測值為10.1 S，對實(shí)際值擬合函數(shù)如圖11所示：

圖11　進(jìn)出站模型耗時(shí)系數(shù)修正圖

正態(tài)分布函數(shù)由μ和σ兩個(gè)參數(shù)確定，式中平均值為11.23，標(biāo)準(zhǔn)差為0.74，11.23與預(yù)測值對比可得出修正系數(shù)，0.74可代表該站臺進(jìn)出站耗時(shí)數(shù)據(jù)離散程度，該數(shù)值越大，數(shù)據(jù)離散程度越大。

因此，公交車輛在中間站產(chǎn)生耗時(shí)延誤可表示為：

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

(11)

式中：Z1(x，y)—上車耗時(shí)(s)；Z2(n)—下車耗時(shí)(s)；P—二次停車平均耗時(shí)(s)；f(t)—二次停車次數(shù)；N—進(jìn)出站耗時(shí)(s)；M—修正值(s).

2.3.3終點(diǎn)站

終點(diǎn)站乘客流向單一，只與乘客人數(shù)有關(guān)，如圖12、圖13所示為終點(diǎn)站公交車下車耗時(shí)和下車人數(shù)關(guān)系，其擬合公式為：

(12)

式中：Tn—終點(diǎn)站下車耗時(shí)(s)；S3—終點(diǎn)站下車人數(shù)(人)。

圖12　終點(diǎn)站下車人數(shù)與下車耗時(shí)散點(diǎn)圖

圖13　終點(diǎn)站下車人數(shù)與下車耗時(shí)關(guān)系曲線

3公交?？空狙诱`模型檢驗(yàn)

為檢驗(yàn)?zāi)Ｐ偷倪m用性，進(jìn)行了二次多線路調(diào)查，以太原某公交車為例，路線圖如圖14.公交?？空竞臅r(shí)模型計(jì)算結(jié)果與二次調(diào)查數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，其高峰小時(shí)和非高峰小時(shí)間的誤差均在10%以內(nèi)，誤差分析如圖15所示。

圖14　太原市某公交車輛運(yùn)行路線圖

圖15　模型檢驗(yàn)示意圖

4結(jié)論

通過以太原市某多見公交車為例[7-8]，研究其?？空镜难诱`耗時(shí)機(jī)理，建立耗時(shí)理論模型，并對其進(jìn)行檢驗(yàn)分析，結(jié)果如下所示：

(1)在已有傳統(tǒng)公交車站臺耗時(shí)理論基礎(chǔ)上，加入二次停車概率與耗時(shí)，乘客擁擠度等對?？空竞臅r(shí)的影響因素，修正公交車?？空九_時(shí)的理論模型。

(2)可以較精確計(jì)算公交車到達(dá)時(shí)間，可應(yīng)用于公交車各個(gè)站點(diǎn)到達(dá)時(shí)間預(yù)報(bào)，公交的精細(xì)化運(yùn)營調(diào)度。

(3)對于擬合回歸耗時(shí)公式，可在后續(xù)公交車上施加裝實(shí)時(shí)反饋計(jì)算設(shè)備，為緩解高峰期乘客的出行壓力和城市公交合理調(diào)度提供參考。

參考文獻(xiàn)：

[1]王希.城市公交站點(diǎn)延誤統(tǒng)計(jì)分析及對策研究[D].西安：長安大學(xué)，2007.

[2]朱麗穎.公交車輛行程時(shí)間預(yù)測方法研究[D].北京：北京交通大學(xué)，2010.

[3]徐吉謙，成學(xué)武.交通工程總論[M].北京：人們交通出版社，2013.

[4]中華人民共和國城鄉(xiāng)建設(shè)部.城市建設(shè)系統(tǒng)指標(biāo)解釋[S].2006.

[5]GB 7258-2012，機(jī)動車安全運(yùn)行技術(shù)條件[S].2012.

[6]王煒，過秀成.交通工程學(xué)[M].江蘇南京：東南大學(xué)出版社，2011.

[7]楊紫潔，賈志絢.交通瓶頸處大、小型車插隊(duì)行為的演化分析[J].太原科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2014，35(1)：49-53.

[8]常爭艷，賈志絢，武美先.信號配時(shí)與交通設(shè)計(jì)協(xié)同優(yōu)化[J].太原科技大學(xué)學(xué)報(bào)，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

中圖分類號：U491.4

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

doi：10.3969/j.issn.1673-2057.2016.01.012

文章編號：1673-2057(2016)01-0053-06

作者簡介：韓智強(qiáng)(1987-)，男，助教，碩士，主要研究方向?yàn)榻煌ǚ抡媾c橋梁檢測。

基金項(xiàng)目：太原科技大學(xué)UIT(xj2014038)

收稿日期：2015-05-06