公交出入口?？空就ㄐ心芰υO(shè)置研究

公交出入口?？空就ㄐ心芰υO(shè)置研究

0相關(guān)研究文獻公共汽車站是道路上的基礎(chǔ)設(shè)施，根據(jù)位置可分為兩種類型：路段和交叉口。路段上設(shè)置港灣式公交?？空?方便公交車?？?減少了公交車?？颗c社會車輛之間的相互干擾,在一定程度上提高了通行效率。但是從公交車的角度而言,在進出站臺時增加了公交車的行駛距離,同時出站時必須等待社會車輛的間隙插入駛出,增加了公交車等候出站時間,造成公交車在站點內(nèi)擁堵概率的增加;并且當公交車出站匯入主線社會車流時,會引起主線車速的下降,影響主線車流的通行能力,當社會車流量較高時易形成時空上的瓶頸,造成交通阻塞。因此,有必要對港灣式公交?？空镜脑O(shè)置條件進行研究。各國相關(guān)學(xué)者在公交站點通行能力方面進行了大量研究,文獻、中均對公交?？空镜耐ㄐ心芰M行研究,給出了公交站點通行能力模型,并對站點泊位利用率進行了詳細研究。Bowman等對無公交專用道的非港灣式?？空镜耐ㄐ心芰M行了研究,得出了通行能力計算模型,用來評價公交站點處乘客接受服務(wù)所需等待時間的靈敏度。王敬東對港灣式公交?？空镜脑O(shè)置問題進行研究,主要是通過經(jīng)濟效益評價的方法來驗證港灣式公交?？空就顿Y的必要性。郭中華等通過大量的調(diào)查數(shù)據(jù),通過Excel軟件構(gòu)建了多元線性模型,分析了直線式公交?？空緦Φ缆方煌鞯挠绊?。黃敏等使用修正的Webster延誤模型對公交車出站過程中公交車和社會車輛的延誤進行分析,以此來反映港灣式公交車出站對道路交通流的影響。楊孝寬等利用公交影響時間來建立?？空緦β范瓮ㄐ心芰τ绊懩Ｐ?但模型中的具體時間是采用調(diào)查數(shù)據(jù)擬合的方法得到的。文獻中主要對公交站點通行能力進行了研究,未研究公交站點對道路交通流的影響;文獻中對公交?？空驹O(shè)置問題進行了研究,集中在公交站點的通行能力方面,未給出具體設(shè)置條件;文獻中基于大量的調(diào)查數(shù)據(jù),分析公交站點處公交車的停靠對道路交通流的影響,重點在社會車輛延誤的分析。綜上所述,各國學(xué)者研究重點主要集中于?？空就ㄐ心芰σ约巴？繒r間,而對具體設(shè)置港灣式公交?？空镜臈l件研究甚少。鑒于此,本文中通過公交車進出直線式與港灣式?？空镜挠绊憰r間,首先對直線式?？空驹O(shè)計通行能力進行研究,得出設(shè)置港灣式?？空镜南孪迼l件。然后研究港灣式公交?？空居绊懪抨牊o溢出與排隊有溢出2種情況下對外側(cè)車道通行能力的影響模型,得出設(shè)置港灣式?？空镜纳舷?最終給出不同公交到達率下2種公交?？空镜脑O(shè)置條件,為公交?？空咎庈嚨劳ㄐ心芰π拚峁┮罁?jù)。1公交車入口和停車站的運營機制1.1直線式公交?？空颈疚闹兄饕芯砍鞘械缆分新范紊铣Ｒ姷闹本€式與港灣式公交?？空?種模式,并以影響較為明顯的雙向四車道為例進行研究。直線式公交?？空镜恼军c形式簡單、易于設(shè)置,它將公交?？繀^(qū)域直接設(shè)置在機動車道上,影響后續(xù)車輛通行,設(shè)計模式如圖1所示。對于港灣式公交?？空?當公交車在?？空旧舷驴蜁r,認為對外側(cè)車道無影響,但是進出?？空緯ν鈧?cè)車道產(chǎn)生影響,此種模式的公交站點影響的是與停車泊位相鄰的最外側(cè)車道,設(shè)計模式如圖2所示。1.2啟動停止站操作引擎1.2.1直線式?？空竟煌？空緯r間模型對于直線式公交站點,在公交車?？快o止階段(開關(guān)門和上下客),公交車輛將占用1條車道,形成道路瓶頸,會對道路通行能力產(chǎn)生折減,?？繒r間越長,道路通行能力折減程度越大。采用公交占用站臺時間描述直線式?？空竟煌？快o止階段對道路通行能力的影響,文獻中僅描述了1個車門的情況,結(jié)合中國實際情況,本文中新增了前后車門均可上下客及上下客車門分開的情況,建立直線式?？繒r間模型為td={(Ρata+Ρbtb)/2+toc前后車門都可上下客max{Ρata,Ρbtb}+toc上下客車門分開Ρata+Ρbtb+toc僅1個車門上下客(1)式中:td為平均?？繒r間;Pa為每車最擁擠車門的下車乘客數(shù);ta為下車乘客過道通過時間;Pb為每車最擁擠車門的上車乘客數(shù);tb為上車乘客過道通過時間;toc為車輛開門和關(guān)門時間。1.2.2公交車輛到達率測量研究表明公交車輛的到達率符合負指數(shù)分布,到達率為λ,公交車輛?？繒r間服從服務(wù)率為μ的負指數(shù)分布。對于港灣式公交?？空?S個停車泊位可以看作是S個服務(wù)臺數(shù),按照由遠至近的?？吭瓌t,只要有停車位空閑,公交車輛就可以進站接受服務(wù)。公交進站過程可近似用排隊服務(wù)系統(tǒng)——車輛到達間隔時間為負指數(shù)分布/服務(wù)時間為負指數(shù)分布/S個服務(wù)臺(M/M/S)來表示,服務(wù)強度用ρ表示。公交車站只對在該站停留的公交車輛提供服務(wù),而且所有的公交線路的發(fā)車頻率之和可以表征該站的公交車輛平均到達率,所以有λ′=m∑i=1Ρi3600,u=1tiρ=λ′Su}(2)式中:λ′為研究站點的公交車輛平均到達率;Pi為通過所研究站點的第i條公交線路的發(fā)車頻率;m為通過所研究站點的公交線路總數(shù);u為公交站點對公交車輛的服務(wù)率;ti為不同類型?？空镜耐？?服務(wù))時間。2公共汽車連接時間模型2.1公交車輛?？空疚恢脼榱私⒏m合城市道路路段公交?？空驹O(shè)置條件的模型,提出以下假設(shè)條件:(1)每個車道的車輛到達情況是一樣的,且車輛不能在對向車道上行駛。(2)公交車輛按先后順序進出?？空?并且按照由遠至近的原則停靠。(3)公交?？空驹O(shè)置于機動車道最外側(cè),不受非機動車以及行人的影響。(4)公交出站需讓行社會車輛。(5)公交車在進入?？空局罢J為公交車在最外側(cè)車道行駛,無變換車道過程。2.2?？空鞠拗茣r間本文中研究公交車進出?？空緦Φ缆窌r間上的消耗,造成道路通行能力的折減。對于直線式公交?？空?公交進出站影響公交車所?？寇嚨赖耐ㄐ心芰?影響時間為公交?？快o止階段的時間之和,分別有2種情況:一種是當公交影響時間小于道路車流的平均車頭時距時,則認為對道路沒有影響;另一種是當公交影響時間大于道路車流的平均車頭時距時,則公交?？繉Φ缆吠ㄐ心芰Ξa(chǎn)生影響。就港灣式公交?？空径?分成排隊無溢出與排隊有溢出2種情況進行分析:對于排隊無溢出的情況,公交影響時間指的是進出站延誤時間;對于排隊有溢出的情況,則需再加上排隊溢出公交車等待進站的時間,同時港灣式公交?？空驹O(shè)置條件須考慮公交出站尋找間隙的延誤損失時間。2.2.1直線停車場對于直線式公交?？空径?公交進出?？空居绊憰r間包括公交車輛進出站延誤時間、?？繒r間(上下客和開關(guān)門)以及啟動損失時間。(1)加速出站延遲時間進站延誤時間Dd是指平均行駛速度為v減速到速度為0的情況,則延誤時間為Dd=∫t0(1-adt+0v)dt=t-ad2vt2(3)由于t=v/ad,則可以推導(dǎo)出進站延誤時間為Dd=v/(2ad);同理可推導(dǎo)出加速出站延誤時間Da=v/(2aa)。所以進出站總的延誤時間為tad=v2aa+v2ad=v2(1aa+1ad)(4)式中:tad為進出站延誤總時間;aa、ad分別為起動平均加速度、制動平均減速度。(2)單車行駛距離tq的計算Τ1=(tad+td+tq-1q)λ={0td≤ˉh[v2(1aa+1ad)+td+tq-1q]λtd>ˉh(5)式中:λ為1h內(nèi)到達的公交車輛數(shù);q為外側(cè)機動車道的車流量;ˉh為機動車道的平均車頭時距;tq為從駕駛員感知、判斷、開始制動,到制動發(fā)生效力的全部時間,通常按2.5～3.0s計算。2.2.2機動車私家車種類型時距描述,對于仿真模型的設(shè)定要求,公交車輛將從鼓勵港灣式公交進出站影響時間主要分為2種:第1種為公交排隊無溢出;第2種是公交排隊有溢出。但公交出站尋找間隙的延誤損失時間只跟外側(cè)車流量有關(guān),所以延誤模型是相同的。由間隙接受理論與排隊論可知,將等待時間看成一個M/M/1(僅有1個服務(wù)通道)的排隊系統(tǒng)中的延誤時間,而公交車輛從公交車站進入機動車道所需要的臨界間隔為τ,機動車車頭時距服從負指數(shù)分布,則有P(h≥τ)=e-qτ(6)ts=ˉhe-qτ-ˉh-τ(7)式中:h為機動車道車頭時距;P為機動車車頭時距大于或等于臨界間隙的概率;ts為公交出站停車延誤時間。(1)非出行時間港灣式?？空竟卉囃？繜o溢出的影響時間是指公交進出站對道路的影響時間,公交出站尋找間隙時,公交讓行社會車輛,認為對社會車輛無影響,而且?？枯d客時間認為對相鄰車道也無影響。則港灣式?？空竟卉嚐o溢出的總?？坑绊憰r間T2為Τ2=v2(1aa+1ad)λ(8)(2)出站公交車尋找間隙的停車延遲時間公交排隊溢出的情況可近似用排隊論來建立公交車輛的排隊等待時間,則公交站點的排隊系統(tǒng)可以用M/M/S系統(tǒng)進行近似分析。根據(jù)排隊論中生滅過程的平衡分布可得Ρ0=[S-1∑n=01n!(λu)n+1S!(1-ρ)(λu)S]-1(9)式中:P0為沒有公交車等待的概率;n為系統(tǒng)中的公交車數(shù)。根據(jù)Little公式可以推導(dǎo)出溢出公交車平均排隊長度與平均等待時間為Lq=+∞∑n=Sn-SSn-SS!(λu)nΡ0=(Sρ)SρΡ0S!(1-ρ)2(10)tw=Lqλ=(Sρ)SρΡ0S!(1-ρ)2λ(11)式中:Lq為公交排隊溢出平均車輛數(shù);tw為溢出公交車平均等待時間。不同公交到達率下排隊溢出車輛數(shù)總的影響時間W為W=λLqtw=[(Sρ)SρΡ0S!(1-ρ)2]2(12)此外,當公交出站尋找不到外側(cè)車道可接受間隙時,公交車必須等待,即式(7)中推導(dǎo)出來的停車延誤時間,此時認為溢出等待進站的公交車輛不能順利進站,導(dǎo)致溢出公交車輛等待時間增加,增加的值即為出站公交車尋找間隙的停車延誤時間。因此,排隊溢出的公交車總影響時間T3為Τ3=Τ2+W+(hˉe-qτ-hˉ-τ)λ=[v2(1aa+1ad)+(hˉe-qτ-hˉ-τ)]λ+[(Sρ)SρΡ0S!(1-ρ)2]2(13)綜上可知,直線式與港灣排隊無溢出2種模式公交站點的服務(wù)時間t1與t2為線性函數(shù),而公交排隊溢出港灣?？空緯r間隨著hˉ的變化而變化,則公交站點服務(wù)時間t3為t3=v2(1aa+1ad)+td+tq+(hˉe-qτ-hˉ-τ)(14)3港口站關(guān)閉條件3.1基于公交?？奎c的外側(cè)車道通行能力模型以直線式公交?？空緸槔M行研究,當公交車靠邊?？科陂g,外側(cè)車道被占用,導(dǎo)致外側(cè)車道的車輛需在可插入間隙內(nèi)匯入內(nèi)側(cè)車道;當內(nèi)側(cè)車道的車頭時距有足夠的可插入間隙可供外側(cè)車道車輛匯入時,認為公交車的?？繉ι鐣嚵鬟\行沒有影響。因此,直線式公交?？恐饕芯抗煌？繉ν鈧?cè)車道通行能力的折減。綜上可得,公交?？坑绊懴碌耐鈧?cè)車道通行能力模型為C1=Cd(1-Τ13600)(15)式中:C1為公交?？坑绊懙耐鈧?cè)車道通行能力;Cd為外側(cè)車道設(shè)計通行能力。所以當N1>C1時(N1為外側(cè)車道車流量),應(yīng)設(shè)港灣式公交?？空?此條件為設(shè)置港灣式公交停靠站的下限條件。3.2外側(cè)車道通行能力計算根據(jù)不同的公交到達率,上限條件可以分成2種情況:一種是公交排隊無溢出,另一種是公交排隊有溢出。另外,還須考慮公交出站尋找足夠車頭間隙的延誤時間,當延誤時間大于公交車等待的最大承受時間,則認為此時應(yīng)該作為設(shè)置港灣?？空镜纳舷迼l件,此時的上限值應(yīng)該是公交車最大承受延誤時所對應(yīng)的外側(cè)車道通行能力值,同時還需滿足站點排隊服務(wù)系統(tǒng)的平衡條件。綜上所述,可計算出港灣式公交?？空就鈧?cè)車道通行能力模型為Ci=Cd(1-Τi3600)i=2,3ts=hˉe-qτ-hˉ-τ≤Τρ<1}(16)式中:T為最大承受的延誤時間;C2、C3分別為港灣式公交停靠在T范圍內(nèi)排隊無溢出與排隊溢出所影響的外側(cè)車道通行能力。因此當N2<C2(N2為公交排隊無溢出情況下外側(cè)車道車流量)、N3<C3(N3為公交排隊溢出情況下外側(cè)車道車流量)時,可分別作為公交排隊無溢出與排隊溢出情況下,設(shè)置港灣式公交?？空镜纳舷迼l件。4設(shè)置灣式公交?？空镜南孪迣ι衔乃隹紤]公交進出?？空居绊懴碌牡缆吠ㄐ心芰M行折減,進而給出港灣式公交?？空驹O(shè)置條件,主要由3個部分構(gòu)成:①港灣式公交?？空驹O(shè)置下限;②公交排隊無溢出情況下設(shè)置港灣式公交?？空镜纳舷?③公交排隊溢出情況下設(shè)置港灣式公交?？空镜纳舷?。采用交通仿真軟件VISSIM4.30,通過調(diào)整駕駛員行為參數(shù),對公交車輛不同到達率下得出的外側(cè)車道通行能力模型進行標定,以保證計算模型和仿真具有相同的輸入條件。然后比較在相同輸入條件下,以上3種模型計算結(jié)果與交通仿真結(jié)果之間的差異。4.1模型參數(shù)條件為了模型計算結(jié)果能夠與仿真結(jié)果進行對比分析,將模型中的Cd表示為道路外側(cè)車道流量,除公交外,其他社會車輛均為小汽車?；緟?shù)條件為:仿真模型選取上下客車門分開的情況,并假設(shè)公交車行駛速度為30km·h-1,社會車輛的行駛速度為40km·h-1,td=17s,tq=3s,aa=0.8m·s-2,ad=1.5m·s-2,v=30km·h-1,λ=20、30veh·h-1,Cd=q=100,200,…,1600veh·h-1,τ=7s,t=3s,u=20s。4.2港口站關(guān)閉4.2.1仿真結(jié)果驗證根據(jù)不同的公交到達率,在道路社會車流量變化的情況下,得出仿真結(jié)果與模型計算結(jié)果如圖3所示。檢驗結(jié)果表明,模型計算結(jié)果與仿真結(jié)果基本一致,平均誤差為4.7%。從圖3可以看出:在社會車流量不變情況下,隨著公交到達率的增加,外側(cè)車道通行能力在減少;但是當公交?？繒r間小于社會車輛平均車頭時距時,即在社會車流量小于130veh·h-1時,公交?？炕緦ν鈧?cè)車道通行能力不造成影響。4.2.2外側(cè)車道通行能力折減率為了研究港灣式公交?？空驹O(shè)置的下限條件,有必要對外側(cè)車道通行能力折減率進行分析,選取社會車流量1200～1600veh·h-1,與模型計算結(jié)果進行比較分析,如表1所示。由表1可見,當公交到達率為20veh·h-1時,在公交?？空痉秶鷥?nèi),外側(cè)車道通行能力的折減率為14.1%;當公交到達率為30veh·h-1時,外側(cè)車道的通行能力折減率為21.2%,所以在設(shè)計車速為40km·h-1的城市主干道上,根據(jù)《城市道路設(shè)計規(guī)范》可以計算得到單車道設(shè)計通行能力為1300veh·h-1,則折減后的外側(cè)車道通行能力分別為1117、1025veh·h-1。所以港灣式公交停靠站設(shè)置下限條件為Ν1>C1={1117veh?h-1λ=20veh?h-11025veh?h-1λ=30veh?h-14.3公共汽車列車的列數(shù)據(jù)保護4.3.1仿真結(jié)果驗證將公交到達率為λ=20、30veh·h-1代入式(16)中,根據(jù)不同的外側(cè)車道輸入流量,得到的模型計算結(jié)果與仿真結(jié)果如圖4所示。檢驗結(jié)果的平均誤差為3.2%,表明模型計算結(jié)果與仿真結(jié)果基本一致。由于公交進出站的影響時間只跟公交到達率有關(guān),而且影響時間所占的小時百分比較小,λ=20、30veh·h-1所占影響時間比率分別為4.44%、6.67%,所以外側(cè)車道通行能力與外側(cè)車道機動車到達率的關(guān)系基本趨于直線,同時說明對外側(cè)車道通行能力的折減不大。4.3.2模型計算結(jié)果公交出站延誤模型如式(7)所示,由于公交出站尋找外側(cè)車道車頭間隙,所以延誤時間與道路外側(cè)車道車流量有關(guān),而與公交到達率影響甚小。為了驗證延誤模型的準確性,選取公交到達率為20veh·h-1,將模型計算結(jié)果、仿真結(jié)果與文獻中的平均重返延誤進行對比(車輛隨機到達),得到的對比如圖5所示。由圖5可知:模型計算結(jié)果、仿真結(jié)果與文獻結(jié)果吻合得很好,而且隨著相鄰機動車流量的增加,重返延誤將迅速增大,所以本文中選取公交出站尋找間隙最大承受的延誤時間為ts=30s,將外側(cè)車流量q>1000veh·h-1的模型計算結(jié)果與仿真結(jié)果進行對比,對比結(jié)果如表2所示,當公交出站延誤在30s范圍內(nèi),可得出對應(yīng)的外側(cè)車道輸入流量為1400veh·h-1。由公交到達率為20、30veh·h-1得出每小時所影響外側(cè)車道通行能力分別為4.44%、6.67%,所以由式(16)計算出來的港灣式公交停靠站排隊無溢出的通行能力值分別為1338、1307veh·h-1。港灣式公交?？空驹O(shè)置上限條件為Ν2<C2={1338veh?h-1λ=20veh?h-11307veh?h-1λ=30veh?h-1因此,同等條件下設(shè)置港灣式公交?？空九抨牊o溢出的外側(cè)車道通行能力范圍用C0表示,得出的影響范圍為{1117veh?h-1≤C0≤1338veh?h-1λ=20veh?h-11025veh?h-1≤C0≤1307veh?h-1λ=30veh?h-14.4公共汽車列車的超出設(shè)置限制4.4.1?？空痉?wù)時間由于公交溢出港灣?？空厩闆r是基于無溢出的情況,所以除滿足港灣?？空緹o溢出基本參數(shù)條件外,還需基本參數(shù)條件為:?？空静次粩?shù)取S=1,則排隊系統(tǒng)為M/M/1系統(tǒng)。?？空痉?wù)時間按式(14)計算,將公交到達率λ=60veh·h-1代入式(16)中,根據(jù)不同的外側(cè)車道輸入流量,得到的模型計算結(jié)果與仿真結(jié)果如圖6所示。檢驗結(jié)果表明模型計算結(jié)果與仿真結(jié)果基本一致,平均誤差為6.2%。當外側(cè)機動車到達率大于1300veh·h-1時,外側(cè)車道的通行能力值將減少,主要是因為當外側(cè)車道流量達到1400veh·h-1時,公交站點的服務(wù)強度ρ=0.959≈1,后續(xù)溢出公交車輛將連續(xù)排隊,無法消散,造成道路外側(cè)車道通行能力迅速減少。4.4.2把握合理的互通