基于出租車?？啃袨榈某鞘械缆方煌髂Ｐ图胺抡?/h1>
2016-08-17 07:24:20姬浩徐寅峰
系統(tǒng)管理學(xué)報(bào) 2016年4期
姬浩 ，徐寅峰，蘇 兵
（西安交通大學(xué)1a.管理學(xué)院；1b.機(jī)械制造系統(tǒng)工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，西安 710049；2.西安工業(yè)大學(xué) 經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院，西安 710032）
出租車作為城市公共交通重要組成部分，成為人們出行必不可少的交通工具?，F(xiàn)實(shí)中，受出租車巡游服務(wù)方式和盈利模式影響，使得出租車駕駛?cè)丝偸窍Ｍㄟ^多拉快跑的方式降低空載率，以實(shí)現(xiàn)利潤最大化，這導(dǎo)致出租車駕駛?cè)似毡榇嬖凇皬?qiáng)行變道、插隊(duì)、急停急剎、隨意?？可舷鲁丝汀钡确浅Ｒ?guī)駕駛行為，其中尤以“隨意?？可舷鲁丝汀北粡V泛詬病，往往會對正常行駛車流產(chǎn)生擾動(dòng)，具有明顯瓶頸效應(yīng)。為此，管理者在部分道路設(shè)立出租車定點(diǎn)?？空疽砸?guī)范這種行為，然而，當(dāng)?shù)缆分熊囕v較多、乘車需求頻繁時(shí)，出租車定點(diǎn)?？啃袨榫蜁筌囆纬勺璧K，導(dǎo)致短時(shí)車輛排隊(duì)，對車流形成阻斷，也具有明顯的瓶頸效應(yīng)。上述兩種?？啃袨槎紝Τ鞘械缆方煌鳟a(chǎn)生較為明顯影響，因此，研究出租車?？啃袨橛绊懴碌某鞘械缆方煌魈匦约把莼?guī)律，對于緩解城市交通擁堵具有重要現(xiàn)實(shí)意義。
國內(nèi)外學(xué)者運(yùn)用元胞自動(dòng)機(jī)、排隊(duì)論、沖突技術(shù)和延誤分析等理論，借助仿真技術(shù)、數(shù)值分析和運(yùn)籌優(yōu)化等方法，對城市車輛?？啃袨橛绊懴碌牡缆方煌饕?guī)律進(jìn)行了研究。主要針對兩類城市車輛停靠行為展開：
（1）城市公交車?？啃袨閷Φ缆方煌饔绊懷芯?。以城市公交車?？啃袨樘卣鳛榛A(chǔ)，分析港灣式和非港灣式不同類型公交車停靠站誘發(fā)的交通瓶頸[1]及對車輛延誤[2]、排隊(duì)[3]和道路[4]或交叉路口[5-6]通行能力的影響，文獻(xiàn)[7-9]中分析了我國特有的城市混行交通環(huán)境下，公交車停靠行為特征及對道路通行能力的影響。
（2）城市普通車輛路內(nèi)停車行為對城市道路交通流影響研究。Yousif[10]根據(jù)對現(xiàn)實(shí)交通調(diào)查數(shù)據(jù)分析路內(nèi)停車行為對交通擁堵的影響。Portilla等[11]運(yùn)用M/M/∞排隊(duì)模型分析路內(nèi)停車行為次數(shù)對道路通行能力的影響。Cao等[12]研究了交叉路口附近路內(nèi)停車行為對路口交通的影響。郭宏偉等[13]運(yùn)用沖突技術(shù)和仿真方法研究了 我國城市車輛路內(nèi)停車行為引發(fā)的交通瓶頸及對道路通行能力的影響。梅振宇等[14]建立了路內(nèi)停車行為的交通延誤模型。陳峻等[15]對機(jī)非混合交通流條件下，路內(nèi)停車行為導(dǎo)致的路段車流阻滯效應(yīng)進(jìn)行了研究。針對我國出租車特有巡游為主的運(yùn)營和服務(wù)方式，國內(nèi)學(xué)者多從出租車數(shù)量和分布預(yù)測[16]、出行分擔(dān)預(yù)測[17]、調(diào)度和服務(wù)優(yōu)化[18-20]、運(yùn)營系統(tǒng)優(yōu)化[21]以及城市出租車管理規(guī)劃等方面展開研究工作，未對由出租車?？啃袨檎T發(fā)的交通瓶頸特征及對道路交通流影響進(jìn)行研究。為此，本文通過對現(xiàn)實(shí)出租車停靠行為觀測和分析，提煉出租車隨意停靠和定點(diǎn)?？啃袨樘卣?，建立交通流模型，通過計(jì)算機(jī)模擬，定量分析出租車?？啃袨閷Τ鞘械缆方煌鞯挠绊懠把莼?guī)律，以此為交通管理部門規(guī)范出租車?？啃袨?、優(yōu)化?？繖C(jī)制，提高道路通行效率、緩解交通擁堵提供決策依據(jù)。
1 出租車停靠行為分析
1.1 出租車?？啃袨樘卣骺坍?/h3>
按照出租車?？康夭煌瑢⒊鲎廛囃？啃袨榉譃殡S意?？亢投c(diǎn)?？?，兩種停靠行為特征具有明顯差異。
（1）隨意?？俊，F(xiàn)實(shí)交通運(yùn)行中，出租車會在R車道隨意停靠上下乘客，這一行為將導(dǎo)致出租車與后車發(fā)生沖突，如圖1所示。隨意?？啃袨闀T發(fā)以下交通現(xiàn)象：
①停靠點(diǎn)不固定，隨意性強(qiáng)，可能會對造成后車短時(shí)延誤。
②出租車急剎、急停，后車無法準(zhǔn)確判斷。
③當(dāng)出租車頻繁?？繒r(shí)，就會形成多個(gè)短時(shí)、臨時(shí)交通瓶頸。
（2）定點(diǎn)?？?。在設(shè)置出租車?？空镜缆非页鲎廛囻{駛?cè)硕紘?yán)格遵守交通規(guī)則前提下，乘客和出租車駕駛?cè)硕紩谕？空菊埱蠓?wù)和提供服務(wù)，當(dāng)乘客需求較多時(shí)，出租車會在?？空靖浇抨?duì)?？?上下乘客，此時(shí)會對道路造成阻礙。當(dāng)?shù)缆奋嚵鬏^大時(shí)，就會形成交通瓶頸，對道路通行效率產(chǎn)生影響，如圖2所示。
圖1 出租車隨意停靠誘發(fā)的臨時(shí)交通瓶頸示意圖
圖2 出租車定點(diǎn)?？繉?dǎo)致的交通瓶頸示意圖
定點(diǎn)?？啃袨闀T發(fā)以下交通現(xiàn)象：
①?？空竟潭ǎ鲎廛嚺抨?duì)進(jìn)站，造成后車延誤。
②有?？啃枨罂蛰d出租車會根據(jù)出租車站附近排隊(duì)車輛長度來決定是否?？浚型？啃枨筝d客出租車則會排隊(duì)等待。
③當(dāng)乘客需求增加時(shí)，就會在?？空拘纬沙掷m(xù)時(shí)間較長的交通瓶頸。
定點(diǎn)?？壳樾芜M(jìn)一步抽象，將道路劃分為3類區(qū)域：
（1）?？空緟^(qū)域S。由2個(gè)車輛長度構(gòu)成，即同時(shí)可以停靠兩輛出租車上下乘客。
（2）?？窟^渡區(qū)域B。該區(qū)域位于出租車?？空旧嫌胃浇?。當(dāng)出租車通過XH點(diǎn)駛?cè)朐搮^(qū)域時(shí)，為便于進(jìn)站?？?，出租車駕駛?cè)烁鼉A向于在右道行駛，會提前減速、換道（當(dāng)出租車位于L車道）、調(diào)整駕駛狀態(tài)，且該區(qū)域出租車最大速度小于普通區(qū)域最大速度，設(shè)為υBmax；當(dāng)?？繀^(qū)被出租車占用時(shí)，R車道有?？啃枨筝d客出租車只能在過渡區(qū)域排隊(duì)等待提供服務(wù)；當(dāng)有停靠需求空載出租車靠近該區(qū)域時(shí)，首先會判斷排隊(duì)出租車長度，若未超出駕駛?cè)诵睦淼却龝r(shí)間上限，則停靠；否則，不?？浚崆皳Q道至L車道繼續(xù)前行。
（3）自由區(qū)域A和C。該區(qū)域車輛自由行駛、換道。具體抽象如圖3所示。
圖3 出租車定點(diǎn)?？砍橄笫疽鈭D
1.2 出租車?？砍掷m(xù)時(shí)間和駕駛?cè)送＼嚨却棠蜁r(shí)間上限
（1）出租車?？砍掷m(xù)時(shí)間。出租車停靠持續(xù)時(shí)間將會直接影響兩車道直行車輛延誤時(shí)長。出租車?？砍掷m(xù)時(shí)間與出租車載客與否有著直接關(guān)系。
①空載出租車?？砍掷m(xù)時(shí)間由停車、乘客開門上車和啟動(dòng)3個(gè)時(shí)間段組成。
②載客出租車?？砍掷m(xù)時(shí)間由停車、車費(fèi)結(jié)算（找零、打印發(fā)票等）、乘客開門下車和啟動(dòng)4個(gè)時(shí)間段組成，其持續(xù)時(shí)間要大于空載情形。
（2）駕駛?cè)送＼嚨却棠蜁r(shí)間上限?，F(xiàn)實(shí)中，當(dāng)R車道受阻直行車輛等待時(shí)間超過駕駛?cè)诵睦砣棠蜕舷迺r(shí)，駕駛?cè)司蜁?qiáng)制換道至L車道以超越出租車，避開沖突點(diǎn)，在這一過程中，會與L車道直行車輛發(fā)生沖突，造成直行車輛延誤，進(jìn)而影響整個(gè)道路交通流。
通過實(shí)際調(diào)研，收集出租車停靠持續(xù)時(shí)間和駕駛?cè)说却棠蜁r(shí)間上限數(shù)據(jù)，求算數(shù)平均值，如表1所示。
表1 出租車?？科骄掷m(xù)時(shí)間和駕駛?cè)送＼嚨却棠蜁r(shí)間上限
2 考慮出租車停靠行為的城市道路交通流模型
本文以城市較為常見單向雙車道道路系統(tǒng)為對象，研究出租車?？啃袨橛绊懴碌牡缆方煌魈匦约把莼?guī)律，所構(gòu)建道路系統(tǒng)屬基本路段，無交叉口、非機(jī)動(dòng)車和行人影響，道路線形條件良好。
2.1 模型參數(shù)定義
根據(jù)元胞自動(dòng)機(jī)理論并考慮城市道路中車輛速度較低特征，設(shè)定每輛車占用2個(gè)元胞。將每個(gè)時(shí)刻劃分為2個(gè)子時(shí)間步，在第1個(gè)時(shí)間步內(nèi)，車輛按照所定義規(guī)則進(jìn)行換道；在第2個(gè)時(shí)間步內(nèi)，車輛在所在車道按照所定義更新規(guī)則進(jìn)行更新。整個(gè)系統(tǒng)存在普通車輛和出租車兩類車輛。
相關(guān)參數(shù)定義：
υmax——車輛最大速度
υn（t）——車輛n在t時(shí)刻的速度
tw——車輛受到阻礙需要停車等待時(shí)間
Tu——車輛停車等待忍耐時(shí)間上限
ts——出租車實(shí)時(shí)?？砍掷m(xù)時(shí)間
T0——出租車平均停靠持續(xù)時(shí)間
Tx=1，2——空載出租車和載客出租車
l=1，2——L和R車道
Si=0，1——出租車?？亢筒煌？?，其中i=1，2分別表示隨意停靠行為和定點(diǎn)?？啃袨?/p>
ms——排隊(duì)出租車長度
2.2 模型構(gòu)建
2.2.1 出租車?？恳?guī)則 只有當(dāng)出租車位于R車道時(shí)，才可?？?，并且定義乘客乘車需求（上、下車）概率為p1，表示現(xiàn)實(shí)中乘客乘坐出租車的需求的不確定性，也即當(dāng)有乘車需求時(shí)出租車停靠的可能性。具體規(guī)則：
（1）隨意停靠。對于隨意停靠行為，當(dāng)乘客在道路任意點(diǎn)有上、下車需求時(shí)，出租車就可能在需求點(diǎn)停靠。因此，有
當(dāng)滿足式（1）時(shí)，出租車就?？?；否則，不?？俊?/p>
（2）定點(diǎn)?？俊６c(diǎn)?？績煞N情形——空載和載客具有明顯不同的行為特征。
①當(dāng)載客出租車有?？啃枨髸r(shí)，即使?？空颈黄渌鲎廛囌加茫矔谕？空旧嫌闻抨?duì)等待直至乘客下車。因此，有
當(dāng)滿足式（2）時(shí)，載客出租車?？?；否則，不?？?。
②當(dāng)空載出租車有停靠需求時(shí)，首先會判斷排隊(duì)等待時(shí)間（用排隊(duì)車輛數(shù)來代替），如果小于等于停車等待忍耐時(shí)間上限，則排隊(duì)等待；否則，放棄?？浚^續(xù)行駛。因此，有
當(dāng)滿足式（3）時(shí)，空載出租車停靠；否則，不?？?。上式中，mmax為有?？啃枨蟪鲎廛嚹芙邮艿淖畲笈抨?duì)車輛長度。
2.2.2 車輛換道規(guī)則 出租車和普通車輛換道行為具有明顯差異。為了獲取更好的行駛空間，即使鄰道后方有車靠近，出租車也具有較強(qiáng)換道欲望，較普通車輛換道更為冒險(xiǎn)，即出租車強(qiáng)制換道行為普遍存在；普通車輛更多采用自由換道，但當(dāng)遇到前車阻擋，短時(shí)不能快速前行或者通行時(shí)，普通車輛也會采取強(qiáng)制換道，而此情形下出租車則采用更為激進(jìn)的忽略行駛安全的強(qiáng)制換道，即搶道行為。
（1）隨意?？壳樾蜗碌膿Q道規(guī)則。
①普通車輛換道規(guī)則。
C1規(guī)則：自由換道規(guī)則。為更加準(zhǔn)確刻畫現(xiàn)實(shí)交通，本文借鑒彈性安全換道間距模型（F-STCA）中的換道風(fēng)險(xiǎn)度ξ來定義自由換道規(guī)則[22]，即
式中：υ為車輛n換道一個(gè)時(shí)間步后后方車輛的相對速度；d為換道一個(gè)時(shí)間步后車輛n與后方車輛的間距，并且證明為換道安全保障的充分條件?；诖?，定義自由換道規(guī)則。
當(dāng)tw≤Tu成立，且滿足式（5）、（6），即
則車輛正常換道；否則，不換道。
C2規(guī)則：強(qiáng)制換道規(guī)則。當(dāng)tw＞Tu成立，表示車輛受到阻礙不能前行，停車等待時(shí)間超過等待忍耐時(shí)間上限，且滿足：
定義p2和p3為普通車輛自由換道和強(qiáng)制換道概率，表示滿足換道規(guī)則時(shí)，車輛換道的可能性。當(dāng)普通車輛滿足C1和C2規(guī)則，車輛以p2和p3換道。
②出租車換道規(guī)則。
C3規(guī)則：強(qiáng)制換道規(guī)則。當(dāng)tw≤Tu成立時(shí)，且滿足：
則出租車強(qiáng)制換道；否則，不換道。
C4規(guī)則：搶道規(guī)則。當(dāng)tw＞Tu成立時(shí)，由于受到阻礙，出租車短時(shí)不能前行，此時(shí)出租車會采取更為冒險(xiǎn)的搶道行為。根據(jù)對現(xiàn)實(shí)交通觀測，只要換道前、后視距有1個(gè)空元胞距離以上，即滿足
則出租車搶道；否則，不換道。
定義pchange為出租車強(qiáng)制換道率，表示出租車強(qiáng)制換道的可能性，根據(jù)強(qiáng)制換道行為不同取不同值，即
一般出租車換道以追求速度更大化為目標(biāo)，而當(dāng)受到前車阻礙，等待時(shí)間超過其忍耐時(shí)間上限時(shí)，出租車關(guān)注的是盡早換道至鄰道以繞開阻塞點(diǎn)，而不是換道后的行車速度，此時(shí)出租車有第一時(shí)間搶道至鄰道的期望，即當(dāng)滿足條件后，就會以p5=1換道。
（2）定點(diǎn)?？壳樾蜗碌膿Q道規(guī)則。定點(diǎn)?？壳樾蜗?lián)Q道規(guī)則要綜合考慮車輛類型、車道和區(qū)域3個(gè)因素：
①A和C區(qū)域。普通車輛和出租車分別采用隨意停靠C1～C4規(guī)則。
②B區(qū)域。
C5規(guī)則：R車道車輛換道規(guī)則。在該區(qū)域，有?？啃枨蟪鲎廛嚥辉试S換道至L車道，只能排隊(duì)等待?？浚黄胀ㄜ囕v和無?？啃枨蟪鲎廛嚥捎肅1～C4規(guī)則換道。
C6規(guī)則：L車道車輛換道規(guī)則。對于普通車輛和無?？啃枨蟪鲎廛?，在該區(qū)域采取C1～C4規(guī)則換道；對于有?？啃枨蟪鲎廛?，經(jīng)過XH點(diǎn)駛?cè)隑區(qū)域后，就會不斷觀察R車道前后車輛空隙，尋求換道時(shí)機(jī)，條件滿足就搶道。在此情形下，出租車搶道行為比規(guī)則C4所描述行為更為冒險(xiǎn)，往往忽略與R車道后車安全間距，只要R車道對應(yīng)位置無車，出租車就搶道，由于這種搶道行為具有強(qiáng)制性，本文定義為強(qiáng)制搶道；另外，當(dāng)出租車行駛至XB位置仍未換至R車道時(shí)，則停靠在該位置，等待時(shí)機(jī)，完成強(qiáng)制搶道。具體規(guī)則為
當(dāng)滿足C6規(guī)則時(shí)，出租車就會以p5=1強(qiáng)制搶道。另外，規(guī)定車輛在S區(qū)域不允許換道。
2.2.3 車輛更新規(guī)則 普通車輛和無?？啃枨蟪鲎廛囁俣群臀恢米兓?guī)則類似，都采用NS[23]模型更新規(guī)則；有?？啃枨蠛鸵淹？砍鲎廛囁俣群臀恢酶聞t有所不同。
（1）有?？啃枨蟪鲎廛嚫乱?guī)則。定點(diǎn)?？壳樾蜗赂乱?guī)則根據(jù)是否到達(dá)?？空痉譃閮煞N情況：
①出租車尚未到達(dá)停靠站，按照NS模型更新規(guī)則更新，在進(jìn)入B區(qū)域后，取最大速度為。
②出租車到達(dá)?？空?，可以?？浚瑴p速和位置更新2個(gè)步驟，隨意停靠出租車也采用相同更新規(guī)則，即
（2）已?？砍鲎廛嚫乱?guī)則。隨意和定點(diǎn)?？績煞N情形已停靠出租車采用相同更新規(guī)則，包含?？窟M(jìn)行中和?？拷Y(jié)束兩種情況，兩種情況更新規(guī)則不同，具體如下：
①停靠進(jìn)行中出租車更新規(guī)則。當(dāng)ts≤T0時(shí)，出租車?yán)^續(xù)?？?，包括停車等待、位置更新2個(gè)步驟，即
上述規(guī)則中i為第i個(gè)?？繒r(shí)刻，T0具體值見表1。
②?？拷Y(jié)束出租車更新規(guī)則。當(dāng)ts＞T0時(shí)，出租車結(jié)束?？浚铀?、位置更新2個(gè)步驟，即
3 數(shù)值模擬及結(jié)果分析
3.1 基本參數(shù)設(shè)定
以西安市某單向雙車道道路為原型，分析出租車?？啃袨閷Φ缆方煌饔绊懠把莼?guī)律。將選取道路劃分為300個(gè)元胞，每個(gè)元胞長度為3.75 m，對應(yīng)道路長度為1 125 m，長度與城市干路路段長度相近。對于定點(diǎn)?？壳樾危瑢⒌缆穭澐譃? 類4個(gè)區(qū)域A、B、S、C，長度分別為：LA=150，LB=6，LS=4，LC=140。每個(gè)時(shí)間步長為1 s，每輛車占據(jù)2個(gè)元胞，車輛最大速度υmax=5，對應(yīng)車速為67.5 km/h和40.5 km/h。取普通車輛自由換道概率p2=0.7，強(qiáng)制換道概率p3=0.8；出租車強(qiáng)制換道概率p4=0.9。為避免暫態(tài)影響，前10 000個(gè)時(shí)間步模擬結(jié)果舍棄不用，對后10 000個(gè)時(shí)間步數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。數(shù)值模擬采用開放性邊界條件，將L和R車道入口處6個(gè)元胞設(shè)定為發(fā)車區(qū)，模擬車輛進(jìn)入道路，定義pin為單位時(shí)間步內(nèi)車輛進(jìn)入道路系統(tǒng)的概率，即當(dāng)進(jìn)車條件滿足時(shí)，車輛從發(fā)出區(qū)（元胞1，2，…，υmax+1）以概率pin進(jìn)入L和R車道，并定義混合率pm1為進(jìn)入道路系統(tǒng)車輛中出租車所占比例，混合率pm2為出租車中空載出租車所占比例；給定出車率pout=1，表示只要滿足出車條件，車輛就離開道路系統(tǒng)；另外，對照表1中出租車?？砍掷m(xù)時(shí)間T0實(shí)測值，并根據(jù)出租車在乘客下車后又會在同一地點(diǎn)搭載其他乘客的現(xiàn)實(shí)情形，取T0=11作為空載、載客出租車停靠持續(xù)時(shí)間，停車等待忍耐時(shí)間上限Tu=3。
3.2 道路平均車流量和通行效率定義
為了分析不同出租車停靠行為對道路交通流影響及規(guī)律，針對隨意?？壳樾卧诘缆肪鶆蚍植荚O(shè)置6個(gè)虛擬探頭，收集車流量數(shù)據(jù)；對定點(diǎn)?？壳樾?，在A區(qū)域設(shè)置3個(gè)虛擬探頭，收集車流量數(shù)據(jù)并進(jìn)行處理。具體定義：
（1）各車道平均車流量
（2）道路通行效率
式中：?為道路通行效率；Qr和Q0分別為考慮出租車?？啃袨榈牡缆奋嚵髁亢蜔o出租車干擾的道路車流量。
3.3 各車道流量分布及通行效率分析
3.3.1 各車道流量分布 通過計(jì)算機(jī)程序模擬，采集流量數(shù)據(jù)，繪制如圖4、5所示各車道流量分布圖，由圖可見，流量曲線存在轉(zhuǎn)折點(diǎn)，將兩種情形下各車道交通流劃分為自由流和飽和流，各車道流量都是先呈線性增加后達(dá)到飽和趨于穩(wěn)定，進(jìn)一步分析可以得到以下流量演化趨勢：
（1）出租車隨意停靠情形下各車道流量演化趨勢。
①趨勢1。當(dāng)?shù)缆奋囕v較少時(shí)（pin≤0.3）時(shí)，隨著pm1的增加，L和R車道流量都呈線性增加，但不同pm1時(shí)，R車道流量具有差異，而L車道流量則無明顯差異。
產(chǎn)生上述現(xiàn)象的原因在于，當(dāng)?shù)缆奋囕v較少時(shí)，隨著pm1的增加，隨意?？砍鲎鈹?shù)量增加，對R車道正常車輛產(chǎn)生干擾也會增加，使得流量具有差異，但整體呈增加趨勢；對于L車道而言，由于出租車隨意?？啃袨閷?dǎo)致R車道部分受阻車輛向L車道強(qiáng)制換道，但由于道路車輛較少，強(qiáng)制換道車輛與L車道正常行駛車輛發(fā)生沖突可能性較小，對L車道車輛幾乎未產(chǎn)生影響，故流量無明顯差異。
②趨勢2。隨著進(jìn)車率pin（pin≥0.5）的增加，各車道流量相繼達(dá)到飽和，且飽和流量呈下降趨勢，同時(shí)，R車道車流量下降幅度明顯快于L車道車流量。
圖4 各車道流量示意圖
圖5 各車道流量示意圖
產(chǎn)生上述現(xiàn)象的原因在于，隨著pin的增加，隨意停靠出租數(shù)量增多導(dǎo)致受阻車輛增多，會有更多車輛向L車道強(qiáng)制換道、搶道，對L和R車道都會產(chǎn)生影響，使得各車道流量下降。但由于道路中車輛較多，L車道車輛滿足強(qiáng)制換道空間機(jī)會減少，R車道受阻車輛無法及時(shí)強(qiáng)制換道、搶道至L車道，致使R車道車輛延誤增多，導(dǎo)致R車道飽和流量下降幅度要大于L車道下降幅度。
（2）出租車定點(diǎn)停靠行為情形下各車道流量演化趨勢。
①趨勢1。當(dāng)pin較小時(shí)（pin≤0.3），各車道流量無明顯差異。
產(chǎn)生上述現(xiàn)象的原因在于，當(dāng)各車道車流量較小時(shí)，停靠出租車較少，不會形成車輛排隊(duì)，各車道車流幾乎未受到影響，流量無明顯差異。
②趨勢2。當(dāng)進(jìn)車率pin進(jìn)一步增加（pin≥0.5）時(shí)，各車道流量相繼達(dá)到飽和，流量呈下降趨勢，且流量變化幅度相近。
產(chǎn)生上述現(xiàn)象的原因在于，當(dāng)進(jìn)入道路車輛增加時(shí)，定點(diǎn)?？砍鲎廛嚁?shù)量隨之增多，瓶頸效應(yīng)凸顯，導(dǎo)致各車道流量下降；另外，由于?？奎c(diǎn)固定，有?？啃枨蟪鲎廛嚂崆皳Q道至R車道，以方便停車，而無?？啃枨筌囕v，則會提前換道至L車道以盡快通過瓶頸，導(dǎo)致L和R車道車輛受到影響相似，流量變化相近。
（3）兩種?？壳樾蜗赂鬈嚨懒髁垦莼厔荼容^。通過對圖4、5出租車隨意停靠和定點(diǎn)?？啃袨橛绊懴碌牡缆妨髁勘容^，得到各車道流量呈現(xiàn)以下2個(gè)趨勢：
①趨勢1。隨著進(jìn)車率pin的增加（pin≥0.3），隨意停靠情形下各車道流量變化幅度要小于定點(diǎn)?？壳樾蜗赂鬈嚨儡嚵髁孔兓取?/p>
產(chǎn)生上述現(xiàn)象的原因在于，由于隨意?？奎c(diǎn)不固定，會形成短時(shí)瓶頸，堵塞帶會在較短時(shí)間內(nèi)消散，擴(kuò)散范圍較小；而定點(diǎn)?？奎c(diǎn)固定，會形成長時(shí)瓶頸，堵塞車流需要花費(fèi)較長時(shí)間消散，對車流延誤影響要超過隨意?？壳樾?，故定點(diǎn)?？壳樾胃鬈嚨里柡土髁孔兓纫笥陔S意停靠情形。
②趨勢2。當(dāng)進(jìn)車率pin≤0.3時(shí)，出租車隨意?？啃袨閷Φ缆妨髁坑绊懜?；當(dāng)pin＞0.3時(shí)，定點(diǎn)?？啃袨閷Φ缆妨髁坑绊懜?。
產(chǎn)生上述現(xiàn)象的原因在于，當(dāng)?shù)缆奋囕v較少時(shí)（pin≤0.3），出租車定點(diǎn)停靠情形下，停靠出租車數(shù)量較少，由于瓶頸位置固定，駕駛?cè)嘶谝酝?jīng)驗(yàn)，可以提前預(yù)知，行駛車輛會提前換道至目標(biāo)車道，不會在出租車?？空靖浇纬奢^長排隊(duì)車輛，瓶頸效應(yīng)不明顯，對道路車流影響有限；而出租車隨意?？壳樾蜗拢捎谄款i隨機(jī)，無法提前預(yù)知，致使隨意停靠行為誘發(fā)的瓶頸效應(yīng)更為明顯，故整體而言，隨意?？啃袨閷囕v延誤較多，對道路流量影響更大；當(dāng)?shù)缆奋囕v較多時(shí)（pin＞0.3），?？砍鲎廛嚁?shù)量增多，此時(shí)定點(diǎn)?？啃袨闀?dǎo)致更多排隊(duì)車輛，瓶頸效應(yīng)顯著，對道路流量影響更大。
3.3.2 道路時(shí)空圖 為了更為清楚地描述和分析出租車兩種停靠行為對道路交通流影響及演化規(guī)律，繪制各車道時(shí)空圖，圖6～9分別給出了自由流狀態(tài)（pin=0.3，pm1=0.1，pm2=0.5）和飽和流狀態(tài)（pin=0.5，pm1=0.3，pm2=0.5）時(shí)，道路時(shí)空圖。
（1）出租車隨意?？壳樾蜗碌缆窌r(shí)空圖。在自由流狀態(tài)，由圖6（a）可見，由于出租車隨意停靠行為，R車道車流會形成短時(shí)聚集帶，但很快就會消散，瓶頸阻斷車流并不顯著，未對車道流量產(chǎn)生明顯影響；而由圖6（b）可見，出租車隨意?？啃袨閷車道車流幾乎沒有產(chǎn)生影響，整體處于自由流狀態(tài)，各車道車輛基本都能正常行駛，出租車隨意?？啃袨椴⑽串a(chǎn)生較大影響，L和R車道流量相近。
圖6 pin=0.3，pm1=0.1，p m2=0.5時(shí)系統(tǒng)各車道時(shí)空圖（時(shí)間演化方向從下至上，位置演化方向從左至右）
圖7 pin=0.5，pm1=0.3，p m2=0.5時(shí)系統(tǒng)各車道時(shí)空圖（時(shí)間演化方向從下至上，位置演化方向從左至右）
圖9 pin=0.5，pm1=0.3，p m2=0.5時(shí)系統(tǒng)各車道時(shí)空圖（時(shí)間演化方向從下至上，位置演化方向從左至右）
而在飽和流狀態(tài)，如圖7所示，L和R車道都形成隨機(jī)臨時(shí)瓶頸，產(chǎn)生了較為明顯、一定長度堵塞帶；同時(shí)，R車道阻塞帶長度相比L車道較長，阻塞效應(yīng)更為顯著，并向上游傳遞，但會在一定時(shí)間內(nèi)消散。
（2）出租車定點(diǎn)?？壳樾蜗碌缆窌r(shí)空圖。與隨意?？壳樾蜗嗨?，在自由流狀態(tài)，如圖7（a）、（b）所示，L和R車道車流都會在?？空军c(diǎn)上游處形成短時(shí)聚集帶，但會很快消散，未對各車道流量產(chǎn)生明顯影響。
而在飽和流狀態(tài)，如圖8（a）、（b）所示，L和R車道都會在?？空军c(diǎn)上游形成明顯、長度較長、形態(tài)相近的堵塞帶，車流阻斷效應(yīng)明顯，并向上游傳遞，需要較長時(shí)間才能消散。
（3）兩種停靠行為情形下道路時(shí)空特征分析。對比兩種停靠行為情形下道路時(shí)空圖，得到以下異同特征：
①相同特征。
（a）自由流狀態(tài)，隨意停靠和定點(diǎn)?？壳樾蜗?，道路時(shí)空變化相似，車流量相近。
（b）飽和流狀態(tài)，兩種?？啃袨槎紩a(chǎn)生明顯瓶頸，且R車道都會形成顯著的車流斷帶，阻斷效應(yīng)更為明顯。
②不同特征。
（a）兩種?？啃袨檎T發(fā)的瓶頸特征不同。隨意?？啃袨檎T發(fā)多個(gè)隨機(jī)、臨時(shí)交通瓶頸；而定點(diǎn)停靠行為誘發(fā)固定瓶頸。
（b）兩種?？啃袨閷?dǎo)致的阻塞帶特征不同。隨意?？啃袨閷?dǎo)致的堵塞帶長度較短，能在較短時(shí)間內(nèi)消散，不會向上游大范圍傳遞，對道路流量影響較小；而定點(diǎn)?？啃袨閷?dǎo)致的堵塞帶較長，需要更長時(shí)間消散，會向上游大范圍傳遞，對道路流量影響較大。
3.3.3 道路通行效率分析 根據(jù)仿真數(shù)據(jù)，按照式（15）計(jì)算道路通行效率，繪制兩種?？啃袨榍樾蜗碌缆吠ㄐ行剩鐖D10所示。
圖10 道路通行效率示意圖
（1）隨意?？壳樾蜗碌缆吠ㄐ行?。由圖10（a）、（b）可見，當(dāng)pin較小時(shí)（pin≤0.3），隨著pm1的增加，L車道通行效率下降幅度較小；而當(dāng)pin增大時(shí)（pin≥0.5），隨著pm1的增加，L和R車道通行效率都有明顯下降，且R車道通行效率下降速度要大于L車道。
（2）定點(diǎn)?？壳樾蜗碌缆吠ㄐ行省Ｓ蓤D11（a）、（b）可見，對于不同pin，當(dāng)pm1增加時(shí)，L和R車道通行效率都會下降，且兩車道通行效率呈同步變化趨勢。
（3）兩種情形下道路通行效率分析和比較。由圖12（a）、（b）可得以下結(jié)論：
圖11 道路通行效率示意圖
圖12 兩類出租車?？啃袨榍樾蜗碌牡缆吠ㄐ行时容^示意圖
①當(dāng)?shù)缆奋囕v較多時(shí)，定點(diǎn)停靠對道路通行效率影響更大。
②兩種?？啃袨槎紝車道通行效率影響更為明顯。
由圖12進(jìn)一步可得，隨著進(jìn)車率pin的增加，受出租車隨意?？啃袨橛绊?，R車道通行效率最大下降幅度從38.43%增加至42.30%，L車道通行效率最大下降幅度從5.15%增加至18.92%；而在定點(diǎn)?？啃袨榍樾蜗?，L和R車道通行效率最大下降幅度由21.76%增加至61.26%。通過以上分析，可以得出，出租車?？啃袨閷φＰ旭傑嚵髟斐筛蓴_，并誘發(fā)交通瓶頸，對道路通行效率產(chǎn)生了較為明顯的影響。
4 結(jié)語
針對我國城市出租車?？啃袨樘卣?，運(yùn)用交通仿真方法和元胞自動(dòng)機(jī)理論構(gòu)建模型，分析出租車隨意?？亢投c(diǎn)停靠行為情形下道路交通流演化規(guī)律和通行效率。通過數(shù)值模擬和分析可知，兩種?？啃袨槎紩T發(fā)交通瓶頸，對道路交通流產(chǎn)生影響，且交通流演化規(guī)律和影響程度存在差異，當(dāng)pin≤0.3，出租車隨意?？啃袨閷φ麄€(gè)道路交通流尤其是R車道影響更大，通行效率下降最快，最大下降幅度達(dá)到38.43%；當(dāng)pin≥0.5時(shí)，定點(diǎn)?？啃袨閷Φ缆方煌饔绊懜螅瑑绍嚨劳ㄐ行氏陆迪嘟_(dá)到61.26%，也即道路中車輛較多如上下班高峰期，出租車隨意?？啃袨閷Φ缆方煌ǜ蓴_更小。因此，管理部門在進(jìn)行出租車?？空军c(diǎn)設(shè)置、?？啃袨橐?guī)范管理時(shí)，要充分考慮道路車流量，分時(shí)段、路段建立靈活的出租?？恐贫?，在保證市民方便出行的同時(shí)，提高道路通行效率，最大限度減少出租車停靠行為誘發(fā)的道路交通擁堵。
需要指出的是，本文只考慮了單一車輛交通環(huán)境下出租車?？啃袨閷Φ缆方煌饔绊懞脱莼?guī)律，而現(xiàn)實(shí)則是由大量機(jī)動(dòng)車、非機(jī)動(dòng)、行人等構(gòu)成的混行交通環(huán)境，進(jìn)一步工作可以分析混行交通情形下，出租?？啃袨閷Φ缆方煌鞯挠绊懠把莼?guī)律。
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姬浩 ，徐寅峰，蘇 兵
（西安交通大學(xué)1a.管理學(xué)院；1b.機(jī)械制造系統(tǒng)工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，西安 710049；2.西安工業(yè)大學(xué) 經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院，西安 710032）
出租車作為城市公共交通重要組成部分，成為人們出行必不可少的交通工具?，F(xiàn)實(shí)中，受出租車巡游服務(wù)方式和盈利模式影響，使得出租車駕駛?cè)丝偸窍Ｍㄟ^多拉快跑的方式降低空載率，以實(shí)現(xiàn)利潤最大化，這導(dǎo)致出租車駕駛?cè)似毡榇嬖凇皬?qiáng)行變道、插隊(duì)、急停急剎、隨意?？可舷鲁丝汀钡确浅Ｒ?guī)駕駛行為，其中尤以“隨意?？可舷鲁丝汀北粡V泛詬病，往往會對正常行駛車流產(chǎn)生擾動(dòng)，具有明顯瓶頸效應(yīng)。為此，管理者在部分道路設(shè)立出租車定點(diǎn)?？空疽砸?guī)范這種行為，然而，當(dāng)?shù)缆分熊囕v較多、乘車需求頻繁時(shí)，出租車定點(diǎn)?？啃袨榫蜁筌囆纬勺璧K，導(dǎo)致短時(shí)車輛排隊(duì)，對車流形成阻斷，也具有明顯的瓶頸效應(yīng)。上述兩種?？啃袨槎紝Τ鞘械缆方煌鳟a(chǎn)生較為明顯影響，因此，研究出租車?？啃袨橛绊懴碌某鞘械缆方煌魈匦约把莼?guī)律，對于緩解城市交通擁堵具有重要現(xiàn)實(shí)意義。
國內(nèi)外學(xué)者運(yùn)用元胞自動(dòng)機(jī)、排隊(duì)論、沖突技術(shù)和延誤分析等理論，借助仿真技術(shù)、數(shù)值分析和運(yùn)籌優(yōu)化等方法，對城市車輛?？啃袨橛绊懴碌牡缆方煌饕?guī)律進(jìn)行了研究。主要針對兩類城市車輛停靠行為展開：
（1）城市公交車?？啃袨閷Φ缆方煌饔绊懷芯?。以城市公交車?？啃袨樘卣鳛榛A(chǔ)，分析港灣式和非港灣式不同類型公交車停靠站誘發(fā)的交通瓶頸[1]及對車輛延誤[2]、排隊(duì)[3]和道路[4]或交叉路口[5-6]通行能力的影響，文獻(xiàn)[7-9]中分析了我國特有的城市混行交通環(huán)境下，公交車停靠行為特征及對道路通行能力的影響。
（2）城市普通車輛路內(nèi)停車行為對城市道路交通流影響研究。Yousif[10]根據(jù)對現(xiàn)實(shí)交通調(diào)查數(shù)據(jù)分析路內(nèi)停車行為對交通擁堵的影響。Portilla等[11]運(yùn)用M/M/∞排隊(duì)模型分析路內(nèi)停車行為次數(shù)對道路通行能力的影響。Cao等[12]研究了交叉路口附近路內(nèi)停車行為對路口交通的影響。郭宏偉等[13]運(yùn)用沖突技術(shù)和仿真方法研究了 我國城市車輛路內(nèi)停車行為引發(fā)的交通瓶頸及對道路通行能力的影響。梅振宇等[14]建立了路內(nèi)停車行為的交通延誤模型。陳峻等[15]對機(jī)非混合交通流條件下，路內(nèi)停車行為導(dǎo)致的路段車流阻滯效應(yīng)進(jìn)行了研究。針對我國出租車特有巡游為主的運(yùn)營和服務(wù)方式，國內(nèi)學(xué)者多從出租車數(shù)量和分布預(yù)測[16]、出行分擔(dān)預(yù)測[17]、調(diào)度和服務(wù)優(yōu)化[18-20]、運(yùn)營系統(tǒng)優(yōu)化[21]以及城市出租車管理規(guī)劃等方面展開研究工作，未對由出租車?？啃袨檎T發(fā)的交通瓶頸特征及對道路交通流影響進(jìn)行研究。為此，本文通過對現(xiàn)實(shí)出租車停靠行為觀測和分析，提煉出租車隨意停靠和定點(diǎn)?？啃袨樘卣?，建立交通流模型，通過計(jì)算機(jī)模擬，定量分析出租車?？啃袨閷Τ鞘械缆方煌鞯挠绊懠把莼?guī)律，以此為交通管理部門規(guī)范出租車?？啃袨?、優(yōu)化?？繖C(jī)制，提高道路通行效率、緩解交通擁堵提供決策依據(jù)。
1 出租車停靠行為分析
1.1 出租車?？啃袨樘卣骺坍?/h3>
按照出租車?？康夭煌瑢⒊鲎廛囃？啃袨榉譃殡S意?？亢投c(diǎn)?？?，兩種停靠行為特征具有明顯差異。
（1）隨意?？俊，F(xiàn)實(shí)交通運(yùn)行中，出租車會在R車道隨意停靠上下乘客，這一行為將導(dǎo)致出租車與后車發(fā)生沖突，如圖1所示。隨意?？啃袨闀T發(fā)以下交通現(xiàn)象：
①停靠點(diǎn)不固定，隨意性強(qiáng)，可能會對造成后車短時(shí)延誤。
②出租車急剎、急停，后車無法準(zhǔn)確判斷。
③當(dāng)出租車頻繁?？繒r(shí)，就會形成多個(gè)短時(shí)、臨時(shí)交通瓶頸。
（2）定點(diǎn)?？?。在設(shè)置出租車?？空镜缆非页鲎廛囻{駛?cè)硕紘?yán)格遵守交通規(guī)則前提下，乘客和出租車駕駛?cè)硕紩谕？空菊埱蠓?wù)和提供服務(wù)，當(dāng)乘客需求較多時(shí)，出租車會在?？空靖浇抨?duì)?？?上下乘客，此時(shí)會對道路造成阻礙。當(dāng)?shù)缆奋嚵鬏^大時(shí)，就會形成交通瓶頸，對道路通行效率產(chǎn)生影響，如圖2所示。
圖1 出租車隨意停靠誘發(fā)的臨時(shí)交通瓶頸示意圖
圖2 出租車定點(diǎn)?？繉?dǎo)致的交通瓶頸示意圖
定點(diǎn)?？啃袨闀T發(fā)以下交通現(xiàn)象：
①?？空竟潭ǎ鲎廛嚺抨?duì)進(jìn)站，造成后車延誤。
②有?？啃枨罂蛰d出租車會根據(jù)出租車站附近排隊(duì)車輛長度來決定是否?？浚型？啃枨筝d客出租車則會排隊(duì)等待。
③當(dāng)乘客需求增加時(shí)，就會在?？空拘纬沙掷m(xù)時(shí)間較長的交通瓶頸。
定點(diǎn)?？壳樾芜M(jìn)一步抽象，將道路劃分為3類區(qū)域：
（1）?？空緟^(qū)域S。由2個(gè)車輛長度構(gòu)成，即同時(shí)可以停靠兩輛出租車上下乘客。
（2）?？窟^渡區(qū)域B。該區(qū)域位于出租車?？空旧嫌胃浇?。當(dāng)出租車通過XH點(diǎn)駛?cè)朐搮^(qū)域時(shí)，為便于進(jìn)站?？?，出租車駕駛?cè)烁鼉A向于在右道行駛，會提前減速、換道（當(dāng)出租車位于L車道）、調(diào)整駕駛狀態(tài)，且該區(qū)域出租車最大速度小于普通區(qū)域最大速度，設(shè)為υBmax；當(dāng)?？繀^(qū)被出租車占用時(shí)，R車道有?？啃枨筝d客出租車只能在過渡區(qū)域排隊(duì)等待提供服務(wù)；當(dāng)有停靠需求空載出租車靠近該區(qū)域時(shí)，首先會判斷排隊(duì)出租車長度，若未超出駕駛?cè)诵睦淼却龝r(shí)間上限，則停靠；否則，不?？浚崆皳Q道至L車道繼續(xù)前行。
（3）自由區(qū)域A和C。該區(qū)域車輛自由行駛、換道。具體抽象如圖3所示。
圖3 出租車定點(diǎn)?？砍橄笫疽鈭D
1.2 出租車?？砍掷m(xù)時(shí)間和駕駛?cè)送＼嚨却棠蜁r(shí)間上限
（1）出租車?？砍掷m(xù)時(shí)間。出租車停靠持續(xù)時(shí)間將會直接影響兩車道直行車輛延誤時(shí)長。出租車?？砍掷m(xù)時(shí)間與出租車載客與否有著直接關(guān)系。
①空載出租車?？砍掷m(xù)時(shí)間由停車、乘客開門上車和啟動(dòng)3個(gè)時(shí)間段組成。
②載客出租車?？砍掷m(xù)時(shí)間由停車、車費(fèi)結(jié)算（找零、打印發(fā)票等）、乘客開門下車和啟動(dòng)4個(gè)時(shí)間段組成，其持續(xù)時(shí)間要大于空載情形。
（2）駕駛?cè)送＼嚨却棠蜁r(shí)間上限?，F(xiàn)實(shí)中，當(dāng)R車道受阻直行車輛等待時(shí)間超過駕駛?cè)诵睦砣棠蜕舷迺r(shí)，駕駛?cè)司蜁?qiáng)制換道至L車道以超越出租車，避開沖突點(diǎn)，在這一過程中，會與L車道直行車輛發(fā)生沖突，造成直行車輛延誤，進(jìn)而影響整個(gè)道路交通流。
通過實(shí)際調(diào)研，收集出租車停靠持續(xù)時(shí)間和駕駛?cè)说却棠蜁r(shí)間上限數(shù)據(jù)，求算數(shù)平均值，如表1所示。
表1 出租車?？科骄掷m(xù)時(shí)間和駕駛?cè)送＼嚨却棠蜁r(shí)間上限
2 考慮出租車停靠行為的城市道路交通流模型
本文以城市較為常見單向雙車道道路系統(tǒng)為對象，研究出租車?？啃袨橛绊懴碌牡缆方煌魈匦约把莼?guī)律，所構(gòu)建道路系統(tǒng)屬基本路段，無交叉口、非機(jī)動(dòng)車和行人影響，道路線形條件良好。
2.1 模型參數(shù)定義
根據(jù)元胞自動(dòng)機(jī)理論并考慮城市道路中車輛速度較低特征，設(shè)定每輛車占用2個(gè)元胞。將每個(gè)時(shí)刻劃分為2個(gè)子時(shí)間步，在第1個(gè)時(shí)間步內(nèi)，車輛按照所定義規(guī)則進(jìn)行換道；在第2個(gè)時(shí)間步內(nèi)，車輛在所在車道按照所定義更新規(guī)則進(jìn)行更新。整個(gè)系統(tǒng)存在普通車輛和出租車兩類車輛。
相關(guān)參數(shù)定義：
υmax——車輛最大速度
υn（t）——車輛n在t時(shí)刻的速度
tw——車輛受到阻礙需要停車等待時(shí)間
Tu——車輛停車等待忍耐時(shí)間上限
ts——出租車實(shí)時(shí)?？砍掷m(xù)時(shí)間
T0——出租車平均停靠持續(xù)時(shí)間
Tx=1，2——空載出租車和載客出租車
l=1，2——L和R車道
Si=0，1——出租車?？亢筒煌？?，其中i=1，2分別表示隨意停靠行為和定點(diǎn)?？啃袨?/p>
ms——排隊(duì)出租車長度
2.2 模型構(gòu)建
2.2.1 出租車?？恳?guī)則 只有當(dāng)出租車位于R車道時(shí)，才可?？?，并且定義乘客乘車需求（上、下車）概率為p1，表示現(xiàn)實(shí)中乘客乘坐出租車的需求的不確定性，也即當(dāng)有乘車需求時(shí)出租車停靠的可能性。具體規(guī)則：
（1）隨意停靠。對于隨意停靠行為，當(dāng)乘客在道路任意點(diǎn)有上、下車需求時(shí)，出租車就可能在需求點(diǎn)停靠。因此，有
當(dāng)滿足式（1）時(shí)，出租車就?？?；否則，不?？俊?/p>
（2）定點(diǎn)?？俊６c(diǎn)?？績煞N情形——空載和載客具有明顯不同的行為特征。
①當(dāng)載客出租車有?？啃枨髸r(shí)，即使?？空颈黄渌鲎廛囌加茫矔谕？空旧嫌闻抨?duì)等待直至乘客下車。因此，有
當(dāng)滿足式（2）時(shí)，載客出租車?？?；否則，不?？?。
②當(dāng)空載出租車有停靠需求時(shí)，首先會判斷排隊(duì)等待時(shí)間（用排隊(duì)車輛數(shù)來代替），如果小于等于停車等待忍耐時(shí)間上限，則排隊(duì)等待；否則，放棄?？浚^續(xù)行駛。因此，有
當(dāng)滿足式（3）時(shí)，空載出租車停靠；否則，不?？?。上式中，mmax為有?？啃枨蟪鲎廛嚹芙邮艿淖畲笈抨?duì)車輛長度。
2.2.2 車輛換道規(guī)則 出租車和普通車輛換道行為具有明顯差異。為了獲取更好的行駛空間，即使鄰道后方有車靠近，出租車也具有較強(qiáng)換道欲望，較普通車輛換道更為冒險(xiǎn)，即出租車強(qiáng)制換道行為普遍存在；普通車輛更多采用自由換道，但當(dāng)遇到前車阻擋，短時(shí)不能快速前行或者通行時(shí)，普通車輛也會采取強(qiáng)制換道，而此情形下出租車則采用更為激進(jìn)的忽略行駛安全的強(qiáng)制換道，即搶道行為。
（1）隨意?？壳樾蜗碌膿Q道規(guī)則。
①普通車輛換道規(guī)則。
C1規(guī)則：自由換道規(guī)則。為更加準(zhǔn)確刻畫現(xiàn)實(shí)交通，本文借鑒彈性安全換道間距模型（F-STCA）中的換道風(fēng)險(xiǎn)度ξ來定義自由換道規(guī)則[22]，即
式中：υ為車輛n換道一個(gè)時(shí)間步后后方車輛的相對速度；d為換道一個(gè)時(shí)間步后車輛n與后方車輛的間距，并且證明為換道安全保障的充分條件?；诖?，定義自由換道規(guī)則。
當(dāng)tw≤Tu成立，且滿足式（5）、（6），即
則車輛正常換道；否則，不換道。
C2規(guī)則：強(qiáng)制換道規(guī)則。當(dāng)tw＞Tu成立，表示車輛受到阻礙不能前行，停車等待時(shí)間超過等待忍耐時(shí)間上限，且滿足：
定義p2和p3為普通車輛自由換道和強(qiáng)制換道概率，表示滿足換道規(guī)則時(shí)，車輛換道的可能性。當(dāng)普通車輛滿足C1和C2規(guī)則，車輛以p2和p3換道。
②出租車換道規(guī)則。
C3規(guī)則：強(qiáng)制換道規(guī)則。當(dāng)tw≤Tu成立時(shí)，且滿足：
則出租車強(qiáng)制換道；否則，不換道。
C4規(guī)則：搶道規(guī)則。當(dāng)tw＞Tu成立時(shí)，由于受到阻礙，出租車短時(shí)不能前行，此時(shí)出租車會采取更為冒險(xiǎn)的搶道行為。根據(jù)對現(xiàn)實(shí)交通觀測，只要換道前、后視距有1個(gè)空元胞距離以上，即滿足
則出租車搶道；否則，不換道。
定義pchange為出租車強(qiáng)制換道率，表示出租車強(qiáng)制換道的可能性，根據(jù)強(qiáng)制換道行為不同取不同值，即
一般出租車換道以追求速度更大化為目標(biāo)，而當(dāng)受到前車阻礙，等待時(shí)間超過其忍耐時(shí)間上限時(shí)，出租車關(guān)注的是盡早換道至鄰道以繞開阻塞點(diǎn)，而不是換道后的行車速度，此時(shí)出租車有第一時(shí)間搶道至鄰道的期望，即當(dāng)滿足條件后，就會以p5=1換道。
（2）定點(diǎn)?？壳樾蜗碌膿Q道規(guī)則。定點(diǎn)?？壳樾蜗?lián)Q道規(guī)則要綜合考慮車輛類型、車道和區(qū)域3個(gè)因素：
①A和C區(qū)域。普通車輛和出租車分別采用隨意停靠C1～C4規(guī)則。
②B區(qū)域。
C5規(guī)則：R車道車輛換道規(guī)則。在該區(qū)域，有?？啃枨蟪鲎廛嚥辉试S換道至L車道，只能排隊(duì)等待?？浚黄胀ㄜ囕v和無?？啃枨蟪鲎廛嚥捎肅1～C4規(guī)則換道。
C6規(guī)則：L車道車輛換道規(guī)則。對于普通車輛和無?？啃枨蟪鲎廛?，在該區(qū)域采取C1～C4規(guī)則換道；對于有?？啃枨蟪鲎廛?，經(jīng)過XH點(diǎn)駛?cè)隑區(qū)域后，就會不斷觀察R車道前后車輛空隙，尋求換道時(shí)機(jī)，條件滿足就搶道。在此情形下，出租車搶道行為比規(guī)則C4所描述行為更為冒險(xiǎn)，往往忽略與R車道后車安全間距，只要R車道對應(yīng)位置無車，出租車就搶道，由于這種搶道行為具有強(qiáng)制性，本文定義為強(qiáng)制搶道；另外，當(dāng)出租車行駛至XB位置仍未換至R車道時(shí)，則停靠在該位置，等待時(shí)機(jī)，完成強(qiáng)制搶道。具體規(guī)則為
當(dāng)滿足C6規(guī)則時(shí)，出租車就會以p5=1強(qiáng)制搶道。另外，規(guī)定車輛在S區(qū)域不允許換道。
2.2.3 車輛更新規(guī)則 普通車輛和無?？啃枨蟪鲎廛囁俣群臀恢米兓?guī)則類似，都采用NS[23]模型更新規(guī)則；有?？啃枨蠛鸵淹？砍鲎廛囁俣群臀恢酶聞t有所不同。
（1）有?？啃枨蟪鲎廛嚫乱?guī)則。定點(diǎn)?？壳樾蜗赂乱?guī)則根據(jù)是否到達(dá)?？空痉譃閮煞N情況：
①出租車尚未到達(dá)停靠站，按照NS模型更新規(guī)則更新，在進(jìn)入B區(qū)域后，取最大速度為。
②出租車到達(dá)?？空?，可以?？浚瑴p速和位置更新2個(gè)步驟，隨意停靠出租車也采用相同更新規(guī)則，即
（2）已?？砍鲎廛嚫乱?guī)則。隨意和定點(diǎn)?？績煞N情形已停靠出租車采用相同更新規(guī)則，包含?？窟M(jìn)行中和?？拷Y(jié)束兩種情況，兩種情況更新規(guī)則不同，具體如下：
①停靠進(jìn)行中出租車更新規(guī)則。當(dāng)ts≤T0時(shí)，出租車?yán)^續(xù)?？?，包括停車等待、位置更新2個(gè)步驟，即
上述規(guī)則中i為第i個(gè)?？繒r(shí)刻，T0具體值見表1。
②?？拷Y(jié)束出租車更新規(guī)則。當(dāng)ts＞T0時(shí)，出租車結(jié)束?？浚铀?、位置更新2個(gè)步驟，即
3 數(shù)值模擬及結(jié)果分析
3.1 基本參數(shù)設(shè)定
以西安市某單向雙車道道路為原型，分析出租車?？啃袨閷Φ缆方煌饔绊懠把莼?guī)律。將選取道路劃分為300個(gè)元胞，每個(gè)元胞長度為3.75 m，對應(yīng)道路長度為1 125 m，長度與城市干路路段長度相近。對于定點(diǎn)?？壳樾危瑢⒌缆穭澐譃? 類4個(gè)區(qū)域A、B、S、C，長度分別為：LA=150，LB=6，LS=4，LC=140。每個(gè)時(shí)間步長為1 s，每輛車占據(jù)2個(gè)元胞，車輛最大速度υmax=5，對應(yīng)車速為67.5 km/h和40.5 km/h。取普通車輛自由換道概率p2=0.7，強(qiáng)制換道概率p3=0.8；出租車強(qiáng)制換道概率p4=0.9。為避免暫態(tài)影響，前10 000個(gè)時(shí)間步模擬結(jié)果舍棄不用，對后10 000個(gè)時(shí)間步數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。數(shù)值模擬采用開放性邊界條件，將L和R車道入口處6個(gè)元胞設(shè)定為發(fā)車區(qū)，模擬車輛進(jìn)入道路，定義pin為單位時(shí)間步內(nèi)車輛進(jìn)入道路系統(tǒng)的概率，即當(dāng)進(jìn)車條件滿足時(shí)，車輛從發(fā)出區(qū)（元胞1，2，…，υmax+1）以概率pin進(jìn)入L和R車道，并定義混合率pm1為進(jìn)入道路系統(tǒng)車輛中出租車所占比例，混合率pm2為出租車中空載出租車所占比例；給定出車率pout=1，表示只要滿足出車條件，車輛就離開道路系統(tǒng)；另外，對照表1中出租車?？砍掷m(xù)時(shí)間T0實(shí)測值，并根據(jù)出租車在乘客下車后又會在同一地點(diǎn)搭載其他乘客的現(xiàn)實(shí)情形，取T0=11作為空載、載客出租車停靠持續(xù)時(shí)間，停車等待忍耐時(shí)間上限Tu=3。
3.2 道路平均車流量和通行效率定義
為了分析不同出租車停靠行為對道路交通流影響及規(guī)律，針對隨意?？壳樾卧诘缆肪鶆蚍植荚O(shè)置6個(gè)虛擬探頭，收集車流量數(shù)據(jù)；對定點(diǎn)?？壳樾?，在A區(qū)域設(shè)置3個(gè)虛擬探頭，收集車流量數(shù)據(jù)并進(jìn)行處理。具體定義：
（1）各車道平均車流量
（2）道路通行效率
式中：?為道路通行效率；Qr和Q0分別為考慮出租車?？啃袨榈牡缆奋嚵髁亢蜔o出租車干擾的道路車流量。
3.3 各車道流量分布及通行效率分析
3.3.1 各車道流量分布 通過計(jì)算機(jī)程序模擬，采集流量數(shù)據(jù)，繪制如圖4、5所示各車道流量分布圖，由圖可見，流量曲線存在轉(zhuǎn)折點(diǎn)，將兩種情形下各車道交通流劃分為自由流和飽和流，各車道流量都是先呈線性增加后達(dá)到飽和趨于穩(wěn)定，進(jìn)一步分析可以得到以下流量演化趨勢：
（1）出租車隨意停靠情形下各車道流量演化趨勢。
①趨勢1。當(dāng)?shù)缆奋囕v較少時(shí)（pin≤0.3）時(shí)，隨著pm1的增加，L和R車道流量都呈線性增加，但不同pm1時(shí)，R車道流量具有差異，而L車道流量則無明顯差異。
產(chǎn)生上述現(xiàn)象的原因在于，當(dāng)?shù)缆奋囕v較少時(shí)，隨著pm1的增加，隨意?？砍鲎鈹?shù)量增加，對R車道正常車輛產(chǎn)生干擾也會增加，使得流量具有差異，但整體呈增加趨勢；對于L車道而言，由于出租車隨意?？啃袨閷?dǎo)致R車道部分受阻車輛向L車道強(qiáng)制換道，但由于道路車輛較少，強(qiáng)制換道車輛與L車道正常行駛車輛發(fā)生沖突可能性較小，對L車道車輛幾乎未產(chǎn)生影響，故流量無明顯差異。
②趨勢2。隨著進(jìn)車率pin（pin≥0.5）的增加，各車道流量相繼達(dá)到飽和，且飽和流量呈下降趨勢，同時(shí)，R車道車流量下降幅度明顯快于L車道車流量。
圖4 各車道流量示意圖
圖5 各車道流量示意圖
產(chǎn)生上述現(xiàn)象的原因在于，隨著pin的增加，隨意停靠出租數(shù)量增多導(dǎo)致受阻車輛增多，會有更多車輛向L車道強(qiáng)制換道、搶道，對L和R車道都會產(chǎn)生影響，使得各車道流量下降。但由于道路中車輛較多，L車道車輛滿足強(qiáng)制換道空間機(jī)會減少，R車道受阻車輛無法及時(shí)強(qiáng)制換道、搶道至L車道，致使R車道車輛延誤增多，導(dǎo)致R車道飽和流量下降幅度要大于L車道下降幅度。
（2）出租車定點(diǎn)停靠行為情形下各車道流量演化趨勢。
①趨勢1。當(dāng)pin較小時(shí)（pin≤0.3），各車道流量無明顯差異。
產(chǎn)生上述現(xiàn)象的原因在于，當(dāng)各車道車流量較小時(shí)，停靠出租車較少，不會形成車輛排隊(duì)，各車道車流幾乎未受到影響，流量無明顯差異。
②趨勢2。當(dāng)進(jìn)車率pin進(jìn)一步增加（pin≥0.5）時(shí)，各車道流量相繼達(dá)到飽和，流量呈下降趨勢，且流量變化幅度相近。
產(chǎn)生上述現(xiàn)象的原因在于，當(dāng)進(jìn)入道路車輛增加時(shí)，定點(diǎn)?？砍鲎廛嚁?shù)量隨之增多，瓶頸效應(yīng)凸顯，導(dǎo)致各車道流量下降；另外，由于?？奎c(diǎn)固定，有?？啃枨蟪鲎廛嚂崆皳Q道至R車道，以方便停車，而無?？啃枨筌囕v，則會提前換道至L車道以盡快通過瓶頸，導(dǎo)致L和R車道車輛受到影響相似，流量變化相近。
（3）兩種?？壳樾蜗赂鬈嚨懒髁垦莼厔荼容^。通過對圖4、5出租車隨意停靠和定點(diǎn)?？啃袨橛绊懴碌牡缆妨髁勘容^，得到各車道流量呈現(xiàn)以下2個(gè)趨勢：
①趨勢1。隨著進(jìn)車率pin的增加（pin≥0.3），隨意停靠情形下各車道流量變化幅度要小于定點(diǎn)?？壳樾蜗赂鬈嚨儡嚵髁孔兓取?/p>
產(chǎn)生上述現(xiàn)象的原因在于，由于隨意?？奎c(diǎn)不固定，會形成短時(shí)瓶頸，堵塞帶會在較短時(shí)間內(nèi)消散，擴(kuò)散范圍較小；而定點(diǎn)?？奎c(diǎn)固定，會形成長時(shí)瓶頸，堵塞車流需要花費(fèi)較長時(shí)間消散，對車流延誤影響要超過隨意?？壳樾?，故定點(diǎn)?？壳樾胃鬈嚨里柡土髁孔兓纫笥陔S意停靠情形。
②趨勢2。當(dāng)進(jìn)車率pin≤0.3時(shí)，出租車隨意?？啃袨閷Φ缆妨髁坑绊懜?；當(dāng)pin＞0.3時(shí)，定點(diǎn)?？啃袨閷Φ缆妨髁坑绊懜?。
產(chǎn)生上述現(xiàn)象的原因在于，當(dāng)?shù)缆奋囕v較少時(shí)（pin≤0.3），出租車定點(diǎn)停靠情形下，停靠出租車數(shù)量較少，由于瓶頸位置固定，駕駛?cè)嘶谝酝?jīng)驗(yàn)，可以提前預(yù)知，行駛車輛會提前換道至目標(biāo)車道，不會在出租車?？空靖浇纬奢^長排隊(duì)車輛，瓶頸效應(yīng)不明顯，對道路車流影響有限；而出租車隨意?？壳樾蜗拢捎谄款i隨機(jī)，無法提前預(yù)知，致使隨意停靠行為誘發(fā)的瓶頸效應(yīng)更為明顯，故整體而言，隨意?？啃袨閷囕v延誤較多，對道路流量影響更大；當(dāng)?shù)缆奋囕v較多時(shí)（pin＞0.3），?？砍鲎廛嚁?shù)量增多，此時(shí)定點(diǎn)?？啃袨闀?dǎo)致更多排隊(duì)車輛，瓶頸效應(yīng)顯著，對道路流量影響更大。
3.3.2 道路時(shí)空圖 為了更為清楚地描述和分析出租車兩種停靠行為對道路交通流影響及演化規(guī)律，繪制各車道時(shí)空圖，圖6～9分別給出了自由流狀態(tài)（pin=0.3，pm1=0.1，pm2=0.5）和飽和流狀態(tài)（pin=0.5，pm1=0.3，pm2=0.5）時(shí)，道路時(shí)空圖。
（1）出租車隨意?？壳樾蜗碌缆窌r(shí)空圖。在自由流狀態(tài)，由圖6（a）可見，由于出租車隨意停靠行為，R車道車流會形成短時(shí)聚集帶，但很快就會消散，瓶頸阻斷車流并不顯著，未對車道流量產(chǎn)生明顯影響；而由圖6（b）可見，出租車隨意?？啃袨閷車道車流幾乎沒有產(chǎn)生影響，整體處于自由流狀態(tài)，各車道車輛基本都能正常行駛，出租車隨意?？啃袨椴⑽串a(chǎn)生較大影響，L和R車道流量相近。
圖6 pin=0.3，pm1=0.1，p m2=0.5時(shí)系統(tǒng)各車道時(shí)空圖（時(shí)間演化方向從下至上，位置演化方向從左至右）
圖7 pin=0.5，pm1=0.3，p m2=0.5時(shí)系統(tǒng)各車道時(shí)空圖（時(shí)間演化方向從下至上，位置演化方向從左至右）
圖9 pin=0.5，pm1=0.3，p m2=0.5時(shí)系統(tǒng)各車道時(shí)空圖（時(shí)間演化方向從下至上，位置演化方向從左至右）
而在飽和流狀態(tài)，如圖7所示，L和R車道都形成隨機(jī)臨時(shí)瓶頸，產(chǎn)生了較為明顯、一定長度堵塞帶；同時(shí)，R車道阻塞帶長度相比L車道較長，阻塞效應(yīng)更為顯著，并向上游傳遞，但會在一定時(shí)間內(nèi)消散。
（2）出租車定點(diǎn)?？壳樾蜗碌缆窌r(shí)空圖。與隨意?？壳樾蜗嗨?，在自由流狀態(tài)，如圖7（a）、（b）所示，L和R車道車流都會在?？空军c(diǎn)上游處形成短時(shí)聚集帶，但會很快消散，未對各車道流量產(chǎn)生明顯影響。
而在飽和流狀態(tài)，如圖8（a）、（b）所示，L和R車道都會在?？空军c(diǎn)上游形成明顯、長度較長、形態(tài)相近的堵塞帶，車流阻斷效應(yīng)明顯，并向上游傳遞，需要較長時(shí)間才能消散。
（3）兩種停靠行為情形下道路時(shí)空特征分析。對比兩種停靠行為情形下道路時(shí)空圖，得到以下異同特征：
①相同特征。
（a）自由流狀態(tài)，隨意停靠和定點(diǎn)?？壳樾蜗?，道路時(shí)空變化相似，車流量相近。
（b）飽和流狀態(tài)，兩種?？啃袨槎紩a(chǎn)生明顯瓶頸，且R車道都會形成顯著的車流斷帶，阻斷效應(yīng)更為明顯。
②不同特征。
（a）兩種?？啃袨檎T發(fā)的瓶頸特征不同。隨意?？啃袨檎T發(fā)多個(gè)隨機(jī)、臨時(shí)交通瓶頸；而定點(diǎn)停靠行為誘發(fā)固定瓶頸。
（b）兩種?？啃袨閷?dǎo)致的阻塞帶特征不同。隨意?？啃袨閷?dǎo)致的堵塞帶長度較短，能在較短時(shí)間內(nèi)消散，不會向上游大范圍傳遞，對道路流量影響較小；而定點(diǎn)?？啃袨閷?dǎo)致的堵塞帶較長，需要更長時(shí)間消散，會向上游大范圍傳遞，對道路流量影響較大。
3.3.3 道路通行效率分析 根據(jù)仿真數(shù)據(jù)，按照式（15）計(jì)算道路通行效率，繪制兩種?？啃袨榍樾蜗碌缆吠ㄐ行剩鐖D10所示。
圖10 道路通行效率示意圖
（1）隨意?？壳樾蜗碌缆吠ㄐ行?。由圖10（a）、（b）可見，當(dāng)pin較小時(shí)（pin≤0.3），隨著pm1的增加，L車道通行效率下降幅度較小；而當(dāng)pin增大時(shí)（pin≥0.5），隨著pm1的增加，L和R車道通行效率都有明顯下降，且R車道通行效率下降速度要大于L車道。
（2）定點(diǎn)?？壳樾蜗碌缆吠ㄐ行省Ｓ蓤D11（a）、（b）可見，對于不同pin，當(dāng)pm1增加時(shí)，L和R車道通行效率都會下降，且兩車道通行效率呈同步變化趨勢。
（3）兩種情形下道路通行效率分析和比較。由圖12（a）、（b）可得以下結(jié)論：
圖11 道路通行效率示意圖
圖12 兩類出租車?？啃袨榍樾蜗碌牡缆吠ㄐ行时容^示意圖
①當(dāng)?shù)缆奋囕v較多時(shí)，定點(diǎn)停靠對道路通行效率影響更大。
②兩種?？啃袨槎紝車道通行效率影響更為明顯。
由圖12進(jìn)一步可得，隨著進(jìn)車率pin的增加，受出租車隨意?？啃袨橛绊?，R車道通行效率最大下降幅度從38.43%增加至42.30%，L車道通行效率最大下降幅度從5.15%增加至18.92%；而在定點(diǎn)?？啃袨榍樾蜗?，L和R車道通行效率最大下降幅度由21.76%增加至61.26%。通過以上分析，可以得出，出租車?？啃袨閷φＰ旭傑嚵髟斐筛蓴_，并誘發(fā)交通瓶頸，對道路通行效率產(chǎn)生了較為明顯的影響。
4 結(jié)語
針對我國城市出租車?？啃袨樘卣?，運(yùn)用交通仿真方法和元胞自動(dòng)機(jī)理論構(gòu)建模型，分析出租車隨意?？亢投c(diǎn)停靠行為情形下道路交通流演化規(guī)律和通行效率。通過數(shù)值模擬和分析可知，兩種?？啃袨槎紩T發(fā)交通瓶頸，對道路交通流產(chǎn)生影響，且交通流演化規(guī)律和影響程度存在差異，當(dāng)pin≤0.3，出租車隨意?？啃袨閷φ麄€(gè)道路交通流尤其是R車道影響更大，通行效率下降最快，最大下降幅度達(dá)到38.43%；當(dāng)pin≥0.5時(shí)，定點(diǎn)?？啃袨閷Φ缆方煌饔绊懜螅瑑绍嚨劳ㄐ行氏陆迪嘟_(dá)到61.26%，也即道路中車輛較多如上下班高峰期，出租車隨意?？啃袨閷Φ缆方煌ǜ蓴_更小。因此，管理部門在進(jìn)行出租車?？空军c(diǎn)設(shè)置、?？啃袨橐?guī)范管理時(shí)，要充分考慮道路車流量，分時(shí)段、路段建立靈活的出租?？恐贫?，在保證市民方便出行的同時(shí)，提高道路通行效率，最大限度減少出租車停靠行為誘發(fā)的道路交通擁堵。
需要指出的是，本文只考慮了單一車輛交通環(huán)境下出租車?？啃袨閷Φ缆方煌饔绊懞脱莼?guī)律，而現(xiàn)實(shí)則是由大量機(jī)動(dòng)車、非機(jī)動(dòng)、行人等構(gòu)成的混行交通環(huán)境，進(jìn)一步工作可以分析混行交通情形下，出租?？啃袨閷Φ缆方煌鞯挠绊懠把莼?guī)律。
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