港灣式公交?？空境叽缭O(shè)計方法探究

1、<p>　　港灣式公交?？空境叽缭O(shè)計方法探究</p><p>　　摘要：港灣式?？空镜某叽纾饕Q于泊位數(shù)量，以及單個停車位的長度，對于寬度、漸變段長度等通過規(guī)范、其他文獻研究均可以找到對應的參考值，最主要的研究領(lǐng)域還是在于泊位數(shù)量的確定和單個停車位的長度計算。對于站臺泊位數(shù)量的計算，主要通過排隊論進行計算，典型的如北京交通大學李凱勝《多線路公交停靠站的設(shè)置研究》，根據(jù)車輛到達服從泊松分布，停留時間服

2、從負指數(shù)分布或者愛爾朗分布，進而對車輛排隊過程進行分析，確定泊位數(shù)量。 </p><p>　　關(guān)鍵詞：港灣式?？空?；排隊論；泊位數(shù)；泊松分布 </p><p>　　1 港灣式公交停靠站尺寸設(shè)計 </p><p>　　港灣式?？空揪褪窃诘缆奋囆械劳鈧?cè)，采取局部拓寬路面的公共交通?？空荆卉囕v?？吭诟蹫硟?nèi)，而不占用行車道。 </p><p>　

3、　1.1港灣式公交?？空就？刻匦苑治?</p><p>　　車輛在站臺附近的運行可以分為兩個階段，分別為進港灣和出港灣過程，進港灣階段包括變道行駛以及減速停車兩個動作，出港灣階段不受停靠車輛的影響，直接采取轉(zhuǎn)彎半徑加速離站。本文所研究的進出站規(guī)則為公交車輛按照先后順序進站，按照由遠及近進行?？?，保證停車的秩序，從而不產(chǎn)生混亂。 </p><p>　　圖2-1規(guī)則下的進出港灣示意圖 <

4、/p><p>　　1.2港灣式公交停靠站站臺尺寸計算 </p><p>　　港灣式公交?？空境叽绨ㄈ糠郑簻p速段，站臺，加速段，因此在對站臺尺寸進行設(shè)計時，需要對三部分進行計算。在《城市道路設(shè)計規(guī)范 CJJ 37-90》[6]（以下簡稱《規(guī)范》）中，給出了港灣式停靠站的幾何構(gòu)造圖，并對加減速段長度以及站臺長度給出了參考值，但是并沒有給出具體的計算公式，靈活性不強。通常情況下，加減速段的長度依

5、據(jù)公交車輛的速度和加減速值即可以確定，一般地，漸變段長度依據(jù)《規(guī)范》值給定。 </p><p>　　表2-2《城市道路工程設(shè)計規(guī)范》參考值 </p><p>　　該?？恳?guī)則下，車輛的停靠是由遠及近進行?？?，車輛的變道均在加減速段完成，由于車輛按照先進先出，因此，站臺的長度取決于泊位的數(shù)量和長度，但是一般地泊位單位長度與車輛的本身長度和前后安全間距相關(guān)，所以主要因素為泊位數(shù)量。泊位數(shù)量決定了

6、車輛進入站臺的數(shù)量，也就決定了公交站點的服務率，泊位數(shù)量越多，可以?？康墓卉囕v越多，對道路主線影響越小，但是泊位數(shù)量過多，造成空間的過多浪費，帶來了運行效率低的反作用。因此，如何確定合理的泊位數(shù)量，是在設(shè)計港灣式?？空緯r一個重要的參數(shù)。 </p><p>　　1.2.1站臺泊位數(shù)量計算 </p><p>　　在以前的研究中，對于站臺泊位數(shù)量的計算，主要采用兩種方法，一是通過計算公交?？空?/p>

7、的公交通行能力，再計算單個有效泊位的通行能力，從而得到總的泊位數(shù)量，典型的代表文獻有SHI Hongwen的《Resarch on the Way to Determine Types and Scales of Bus Stops》[3]，該種方法的優(yōu)點是充分考慮了停靠站臺的容量，并可以結(jié)合交叉口的影響進行計算，其中引入的有效泊位數(shù)量更是考慮了?？空九_各個?？课恢貌坏攘渴褂脦淼母蓴_，但是其缺點在于，沒有考慮車輛的排隊效應，即雖然總體

8、來說，可以滿足通行能力要求，但是在高峰時期，公交車輛過多的到達，可能會超過站臺容量，導致車輛排隊，從而影響主線車流；二是通過排隊論進行計算，典型的如北京交通大學李凱勝《多線路公交停靠站的設(shè)置研究》一文中，對兩種方法均給出了說明，排隊論模型中，車輛的到達服從泊松分布，這是通過調(diào)查實證了的，停留時間即站臺的服務時間服從愛爾朗分布，由于服務強度是衡量系統(tǒng)中穩(wěn)定狀態(tài)的參數(shù)，因此只要保證服務強度/泊位數(shù)量小于1，即泊位數(shù)量大于服務強度即可，優(yōu)點是

9、考慮了車輛的排隊效應，但是到達率和服務率</p><p>　　本文在綜合上述文獻的基礎(chǔ)上，給出了基于排隊論模型的泊位數(shù)量計算方法，并綜合通行能力、公交車輛的發(fā)車頻率，加以車輛等待時間的概率分布約束，給出了計算到達率和服務率的泊位數(shù)量計算模型。 </p><p>　　公交車輛的運行受到道路交通條件、交叉口信號控制和?？空就？垦诱`等眾多不確定因素的影響，使得每輛公交車輛到達?？空镜臅r間是不確定

10、的，也即停靠站車輛的到達是隨機的。當?shù)缆费鼐€的交通條件比較復雜時，尤其是復線組合、交叉口間距較小且無信號優(yōu)先控制時，公交車到站的隨機性增大，車輛到達將服從泊松分布，公交車輛服務時間服從負指數(shù)分布。經(jīng)過大多數(shù)實證調(diào)查，這時可以認為?？空九c到達車流構(gòu)成了“單路排隊多通道服務系統(tǒng)（M/M/S）”。 </p><p>　　具體針對公交?？空?，M/M/S服務系統(tǒng)就是指：當?？空緹o公交車輛?？繒r，達到車輛按照由前到后的?？宽?/p>

11、序進行?？浚瑢τ诤罄m(xù)到達的公交車輛，在公交站臺下游排隊等候，只要站臺有空閑車位，就可以按照先到先服務的原則，進站停靠進行上下客服務。 </p><p>　　根據(jù)排隊論知識，對于M/M/S系統(tǒng)有： </p><p><b>　　服務強度 </b></p><p>　　表示每個服務臺在單位時間內(nèi)的平均負荷，也即每個服務臺的利用率。對于公交停靠站表示

12、泊位利用率，即： </p><p><b>　　（2- 1） </b></p><p><b>　　其中， </b></p><p>　　S：表示?？空镜牟次粩?shù)； </p><p>　?。簽楣卉囕v的平均到達率； </p><p>　?。簽閱挝粫r間內(nèi)停靠站通過的公交車輛數(shù)，即

13、平均服務率； </p><p>　　很明顯，在的情況下，系統(tǒng)處于穩(wěn)態(tài)，即?？空静粫霈F(xiàn)死鎖擁堵現(xiàn)象。 </p><p>　　公交站點無車輛?？扛怕?</p><p><b>　?。?- 2） </b></p><p>　　公交站點有n輛車輛時的概率 </p><p><b>　?。?-

14、3） </b></p><p><b>　　系統(tǒng)平均隊長 </b></p><p><b>　?。?- 4） </b></p><p><b>　　車輛等待時間概率 </b></p><p><b>　?。?- 5） </b></p>

15、;<p><b>　　有效泊位數(shù) </b></p><p>　　當停靠站設(shè)置泊位數(shù)多于1個時，對于各條公交線路?？课恢梦醇右悦鞔_限制的停靠站，其各個泊位不是等量使用的，且?？渴枪痪€路之間會產(chǎn)生干擾，使用效率不會到達100％。而有些大型的多線路公交停靠站將各條線路劃分到不同的站牌里，為了規(guī)范車輛的進站秩序，提高人們的排隊候車秩序，每條線路都有其固定的泊位?？刻?，但是這樣公交泊位

16、的使用效率也依然不能達到100％。因此不同的泊位數(shù)在不同狀況的?？空镜那闆r下有著不同的有效泊位數(shù)。 </p><p>　　《HCM 2000》[7] 中，對有效泊位數(shù)的研究如下： </p><p>　　表 2- 3 HCM 2000關(guān)于有效泊位數(shù)的參考值 </p><p>　　當公交站點處的車輛數(shù)大于停靠車位數(shù)時，即停靠站容納不下到達的車輛，車輛即產(chǎn)生排隊，其概率為

17、： </p><p><b>　　（2- 6） </b></p><p>　　當排隊系統(tǒng)達到以下幾個約束條件時，即可認為該泊位數(shù)S是可行的推薦泊位數(shù)量： </p><p>　　平均隊長小于有效泊位數(shù)； </p><p>　　排隊概率低于設(shè)計閾值，排隊概率處于一定置信度下； </p><p>　　停

18、靠站無車概率，即空閑系數(shù)須低于設(shè)計閾值，即空閑系數(shù)處于一定置信度下； </p><p>　　排隊等待時間的概率低于設(shè)計閾值，即等待時間須控制在一定置信度下； </p><p>　　即，在以下約束條件下，求得的泊位數(shù)S為設(shè)計泊位數(shù)： </p><p><b>　　（2- 7） </b></p><p><b>　

19、　其中， </b></p><p>　?。篠個泊位數(shù)中有效停車位； </p><p>　?。号抨犗到y(tǒng)中車輛數(shù)超過設(shè)計停車位的置信度，推薦取值10%～30%； </p><p>　　：排隊系統(tǒng)中沒有車輛，即?？空究臻e的置信度，推薦取值10%～30%； </p><p>　?。旱却龝r間的設(shè)計閾值，即置信區(qū)間，推薦取值為； </p

20、><p>　　：排隊系統(tǒng)中等待時間的置信度，推薦取值10%～30%； </p><p>　　1.2.2到達率λ和服務率μ的計算 </p><p>　　一般地，和的取值來源于直接觀測得到，但是在對一個新的?？空军c進行設(shè)計時，這些值往往不能直接獲得，因此，需要提供一個切實可行的計算方法來進行計算。 </p><p>　　基于發(fā)車頻率計算的 </

21、p><p>　　停靠站點的到達車輛頻繁程度取決于發(fā)車頻率和中途行程干擾的波動程度，但是對于平均到達率，應與各線路的發(fā)車數(shù)量相接近。假設(shè)波動程度等于0，則有： </p><p><b>　?。?- 8） </b></p><p><b>　　其中， </b></p><p>　?。簽榻?jīng)過該?？空军c的總線路

22、條數(shù)； </p><p>　?。旱趇條線路的發(fā)車頻率，輛/小時； </p><p>　　考慮到一天中時段的不同，發(fā)車頻率也可能會有調(diào)整，在對上述發(fā)車頻率進行取值時，可以考慮為高峰期段內(nèi)的發(fā)車頻率。 </p><p>　　基于通行能力計算的 </p><p>　　公交停靠站的服務率（輛/秒），即單位時間內(nèi)一個停車泊位服務的公交車數(shù)，相當于?？空?/p>

23、的公交車輛通行能力，可以表示為： </p><p><b>　?。?- 9） </b></p><p><b>　　其中， </b></p><p>　?。航徊婵诰G信比，一般地，針對路段來說，取值為1.0； </p><p><b>　?。?- 10） </b></p&g

24、t;<p>　?。汗卉囕v在?？空镜钠骄鶞魰r間，s。其由下式?jīng)Q定： </p><p><b>　?。?- 11） </b></p><p><b>　　式中， </b></p><p><b>　?。呵蹇諘r間，s； </b></p><p>　?。浩骄？繒r間，

25、s； </p><p><b>　　：運營裕量，s。 </b></p><p><b>　　清空時間 </b></p><p>　　當公交車輛關(guān)門準備離開?？空緯r，有一段附加的時間，就是清空時間，在這段時間內(nèi)下一輛公交車無法使用該停靠車位。對于港灣式公交?？空荆@段時間由以下三部分組成，分別為車輛的啟動時間、車輛駛過車長距

26、離以清空停靠站的時間和重返延誤。重返延誤表示公交車輛重新返回道路時所要求的道路上車流間的適當?shù)拈g隙。重返延誤與路側(cè)車道的交通流量相關(guān)，并隨著交通量的增加而增加。 </p><p>　　多項研究討論了清空時間的組成，并認為清空時間在9～20s之間。港灣式?？空镜闹胤笛诱`可以現(xiàn)場測定或者按下表估算。需注意的是該表只適用于車輛隨機到達的情況。表 2- 4公交車輛的平均重返延誤 </p><p>

27、　　注：根據(jù)《道路通行能力手冊》中無信號燈控制的交叉口計算方法得到（次要道路的右轉(zhuǎn)車流停車讓行控制），假定可接受間隙為7s且車輛隨機到達。延誤以每小時?？?2輛公交車輛為基準。 </p><p><b>　　平均?？繒r間 </b></p><p>　　單個?？寇囄坏耐ㄐ心芰κ谴_定停靠站和公交設(shè)施通行能力的基礎(chǔ)。相應地，車輛在停靠車位的平均?？繒r間是確定這些區(qū)域通行能力

28、的基礎(chǔ)。?？繒r間與上車和/或下車乘客的數(shù)量，以及每個乘客所需的服務時間成正比。 </p><p>　　影響?？繒r間的因素主要有以下五個： </p><p>　　①乘客需求和載客。通過流量最大的車門上下車的乘客的數(shù)量是決定所有乘客的服務時間的一個重要因素。 </p><p>　　②公交?？空鹃g距。?？空镜臄?shù)量越少，在相應站臺上車的乘客越多。?？空具^少，每站的?？繒r間相

29、對較長，乘客的步行距離也相對較大；?？空具^多，則會因為車輛在停靠站處加速、減速以及等待信號燈的損失時間的增加而降低整體的運行速度。因此，需要在其中尋找一個平衡。 </p><p>　　③購票方式。平均購票時間是影響每個乘客上車時間的主要因素。某些購票方式允許乘客在乘客需求大的站點從多個車門同時上車，這就可以提高乘客上車的效率。 </p><p>　?、苘囕v類型。上下車過程中的上下階梯會增加

30、乘客的上下車時間。 </p><p>　　⑤車內(nèi)空間。當車上有站立的乘客時，若有乘客上車，由于車上乘客需要花時間向車輛的尾部移動，剛上車的乘客需要花更多的時間到投幣機投幣。 </p><p>　　在有乘客需求數(shù)據(jù)或預測數(shù)據(jù)的情況下，?？繒r間的計算方法如下： </p><p>　　第一步：預測小時客流量。這種預測只需用于客流量最高的站點。 </p>&l

31、t;p>　　第二步：針對高峰時段對小時客流量進行調(diào)整。一般每條線路的高峰小時系數(shù)，在0.6～0.95之間，默認值取為0.75。用公式對小時客流量進行調(diào)整以反映高峰時段中的客流高峰分布情況。式中，指高峰小時客流量，指高峰15分鐘客流量。 </p><p>　　第三步：確定基本乘客服務時間。下表可以用來預測常規(guī)情況下的乘客服務時間，即乘客上下行分開，且所有乘客通過同一車門上車的情況。 </p>&

32、lt;p>　　表 2- 5單通道上下車的乘客服務時間 </p><p>　　注：當車上有站立乘客時，每人的上車時間增加0.5s；低底盤車輛的上車及下車時間每人減去0.5s。 </p><p>　　第四步：修正當大量乘客通過同一車門上下車時的乘客服務時間。當25%~50%的乘客沿著與主流向乘客相反的方向通過同一車門時，上車和下車的乘客服務時間都增加20%（單車門增加0.5s），以反映乘

33、客在車門處擁塞的情況。 </p><p>　　第五步：計算?？繒r間。停靠時間是指在最擁擠的車門處所需的乘客服務時間加上開門和關(guān)門的時間。通常情況下，車門開和關(guān)的合理時間為2～5s。 </p><p><b>　?。?- 12） </b></p><p><b>　　其中， </b></p><p>

34、　?。浩骄？繒r間，s； </p><p>　?。好寇囎顡頂D車門的下車乘客數(shù)，人； </p><p>　?。合萝嚦丝头諘r間，s/人； </p><p>　?。好寇囎顡頂D車門的上車乘客數(shù)，人； </p><p>　?。荷宪嚦丝头諘r間，s/人； </p><p>　?。很囕v開門和關(guān)門時間，s。 </p>

35、<p><b>　　運營裕量 </b></p><p>　　并不是所有的公交車在?？空镜耐？繒r間都相同，這與車輛間和線路間的乘客需求量的波動有關(guān)。車輛?？繒r間波動性對車輛通行能力的影響可用?？繒r間波動系數(shù)（）表示，即停靠時間與平均?？繒r間比值的標準差。 </p><p>　　根據(jù)對美國多個城市公交車輛?？繒r間的現(xiàn)場觀測，?？繒r間波動系數(shù)通常在0.4～0.8之

36、間，當現(xiàn)場數(shù)據(jù)缺失的情況下推薦采用0.6。如果將一系列的?？繒r間數(shù)據(jù)繪成坐標圖，可以得到近似如下圖所示的正態(tài)分布情況。分布越集中表示波動性越小，而越分散則表示波動性越大。 </p><p>　　圖 2- 6?？繒r間分布曲線 </p><p>　　公交?？寇囄坏耐ㄐ心芰υ谏弦惠v車剛離開停靠車位，后一輛車隨即到達的情況下達到最大值。但是這種情況并不是最理想的，主要有以下一些原因：①由于存在等待

37、進入?？寇囄贿M行服務的時間，車輛行程速度降低；②附加延誤的產(chǎn)生使公交時刻表的可靠性降低；③排隊公交車輛阻礙交通，造成長時間的擁堵。因此，公交通行能力的分析引入了進站失敗率的概念，用來表征車輛進站時所有?？繀^(qū)域都被占用的概率。 </p><p>　　進站失敗率與?？繒r間波動性、平均?？繒r間共同確定運營裕量，在?？繒r間和清空時間中加入運營裕量以確保進站失敗的發(fā)生率不會超過期望值。事實上，運營裕量就是車輛?？繒r間能夠超

38、過平均值的最大時間，并在停靠的車輛數(shù)接近?？空就ㄐ心芰r確保不產(chǎn)生公交進站失敗。設(shè)定的進站失敗率越低，運營裕量就越長，車輛的準點率也越高，而停靠車位的通行能力越小。 </p><p>　　根據(jù)統(tǒng)計數(shù)據(jù)，在正態(tài)分布曲線以下和給定點Z右部區(qū)域的面積（如上圖中陰影部分）表示任意指定車輛的?？繒r間長于該數(shù)值的概率。該?？繒r間與Z的關(guān)系為： </p><p><b>　　（2- 13） &

39、lt;/b></p><p><b>　　其中， </b></p><p>　?。簼M足期望進站失敗率的標準正態(tài)變量； </p><p>　?。和？繒r間的標準差； </p><p><b>　?。哼\營裕量，s； </b></p><p>　　：?？繒r間值，?？繒r間超過該值

40、的概率小于期望進站失敗率。 </p><p>　　：平均?？繒r間，s。 </p><p>　　對上式進行整理，可以得到在?？寇囄坏妮d客量接近其通行能力的情況下，有特定的設(shè)計進站失敗率得到運營裕量： </p><p><b>　?。?- 14） </b></p><p><b>　　其中， </b>&

41、lt;/p><p>　?。和？繒r間波動系數(shù)。 </p><p>　　下表為不同進站失敗率對應的Z值。 </p><p>　　表 2- 7給定進站失敗率所對應的Z值 </p><p>　　在市中心區(qū)，估算通行能力時設(shè)計進站失敗率建議值為7.5%～15%。在市中心區(qū)外圍，進站失敗率的建議值為2.5%。 </p><p>　　1

42、.2.3 單個停車位尺寸取值 </p><p>　　在確定了停靠站點的泊位數(shù)量之后，接下來需要確定的就是單個停車位的尺寸，這樣，整個站點的長度即可以確定。對于單個停車位尺寸的計算，有很多文獻進行了研究，一般地，都把單個車輛進出站長度分解為：變道長度、減速長度以及出港灣加速長度，在文獻《公交停靠站站臺尺寸的研究》[8]中，對上述三個階段采用物理分析計算得到了單個停車位尺寸的計算公式，結(jié)果如下表。 </p>

43、;<p>　　表 2- 8 一般港灣式?？空镜恼九_長度 </p><p>　　可以發(fā)現(xiàn)，通過該種方法計算出來的單個停車位尺寸長度比一般的非港灣式尺寸大得多，幾乎是后者的兩倍，這對土地利用的要求非常高。實際上，車輛在進站過程中，加減速過程均在漸變段完成，變道長度可以考慮進行縮減，在站內(nèi)的停車只需在停車位內(nèi)完成，考慮到在先后順序進站、由遠及近的規(guī)則下，某些情況下，會出現(xiàn)?？空窘送M，遠端空閑的狀態(tài)，此

44、時車輛需要進行變道停車，但是這種情況是在同時到達車輛較多的情況下，因此，綜合考慮，建議對12m的公交車，單個停車尺寸為公交車身長度加上前后安全距離，安全距離一般取2.5m，建議單個停車尺寸取值15m。 </p><p>　　1.2.4港灣式停靠站臺寬度設(shè)計 </p><p>　　根據(jù)相關(guān)研究，港灣式公交?？空镜膶挾劝ㄜ囕v與路側(cè)石之間的距離和公交車的寬度。車輛與路側(cè)石之間的最小距離在15～

45、25cm之間，公交車的寬度一般在2.2.4～2.55m之間。因此港灣式公交?？空镜膶挾仍?.4～2.8m之間，再為公交車的?？款A留一些富余寬度，因此港灣式公交?？空緦挾炔捎?m較為合適。此外，乘客候車區(qū)域?qū)挾热Q于機非分隔帶的寬度，可以在其基礎(chǔ)上進行適當?shù)臄U張或縮減，對于沒有機非分隔帶的沿邊停靠站，寬度以候車區(qū)域要求為主。 </p><p><b>　　2總結(jié)和展望 </b></p&g

46、t;<p><b>　　2.1總結(jié) </b></p><p>　　本文在綜合上述文獻的基礎(chǔ)上，給出了基于排隊論模型的泊位數(shù)量計算方法，并綜合通行能力、公交車輛的發(fā)車頻率，加以車輛等待時間的概率分布約束，給出了計算到達率和服務率的泊位數(shù)量計算模型。 </p><p>　　將港灣式?？空镜呐抨犨^程看成是一個M/M/S的排隊系統(tǒng)，到達車輛服從泊松分布，?？繒r間

47、服從負指數(shù)分布，以平均隊長、空閑系數(shù)、排隊概率以及等待時間概率作為約束確定了港灣式?？空镜暮侠硗＼囄粩?shù)； </p><p>　　基于M/M/S系統(tǒng)，通過各條線路發(fā)車頻率計算平均到達率，通過基本的通行能力計算公式求得平均的停留時間，在新建?？空竞同F(xiàn)有?？空緝?yōu)化方面，提供了可行的計算設(shè)計方法。 </p><p><b>　　2.2展望 </b></p>&l

48、t;p>　　M/M/S排隊論的適用性，很大程度取決于車輛的進站規(guī)則，但是實際上車輛的進站情況與文章的假設(shè)規(guī)則不一致，即車輛有時并不會像停車位為空時就立即進去接受服務，如第一個停車位空閑，后面幾個為滿置時，后面排隊的車輛可能會選擇繼續(xù)排隊等待而不是，前進至第一個停車位停車，這時，就需要對車輛的停車行為進行研究； </p><p>　　當?？空緷M置，后續(xù)公交車輛就會處于排隊等待狀態(tài)，這時對于道路上的社會車輛會產(chǎn)

49、生干擾，此時，如何在公交車和社會車之間的延誤進行博弈，也是一個需要研究的方向； </p><p>　　M/M/S系統(tǒng)是把車輛的源頭視為無限源，但是對于公交運營公司來說，車輛的配置是一定的，也就是車輛的源頭并不是無限源，即在高峰期段，車輛的發(fā)車并不適用于M/M/S，此時，需要結(jié)合車輛配置情況及線路運營、發(fā)車頻率、高峰特性等復雜因素對排隊論的模型進行修正，如有限顧客源模型M/M/S/m。 </p>&l

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