CN107564322B - 单向双公交专用道条件下分离式站台停靠车辆分配方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种单向双公交专用道条件下分离式站台停靠车辆分配方法。本发明将分离式两站台作为一个系统进行分析，运用间隙接受理论计算上游站台公交车的驶出延误，并根据公交车辆在站台的服务率、考虑上游交叉口信号灯的高峰到达率以及累积车辆数得到公交车的站内延误时间，进而建立公交站台系统车均延误模型，深入表征公交车辆在分离式公交站台的服务效率，以车均延误最小为目标求得上下游站台的最佳公交车车辆数分配方案。

Description

单向双公交专用道条件下分离式站台停靠车辆分配方法

技术领域

本发明涉及公共交通领域，具体涉及一种单向双公交专用道条件下分离式站台停靠车辆分配方法。

背景技术

分离式公交停靠站是指为避免大规模的公交车排队，在同侧的上下游相隔一定的间距连续设置普通式或浅港湾式公交站，形成“同一站点多个站台”模式的公交停靠站。

公交优先政策的大力推行，使得公交出行的人数不断攀升，进而促使公交车数量和线路的不断增加，在一些公交集中停靠点，单核的公交站台已经无法满足乘客的需求，由于其高峰时段的服务率小于公交车辆到达率，使得站台附近经常出现拥挤、排队的现象，从而引起交通流紊乱，易形成交通瓶颈和大范围拥堵。

设置分离式公交站台能够有效提升停靠站的总通行能力，缓解单个站台负荷过大造成的拥堵。但是，当设置分离式公交站台后，如何根据停靠站内部的车流运行特征合理分配上下游站台的停靠车辆数，是决定该项措施能够充分发挥功效的关键。

发明内容

本发明的目的在于提供了一种单向双公交专用道条件下分离式站台停靠车辆分配方法，在考虑上游交叉口信号控制的影响下，以车均延误为评价指标，构建分离式站台停靠车辆分配优化函数，实现了单向双公交专用道条件下分离式站台系统的运行效率最优，能够克服目前对分离式站台公交停靠车辆数分配的盲目性。

本发明采用的技术方案是：

一种单向双公交专用道条件下分离式站台停靠车辆分配方法，包括以下步骤：

A)计算上游站台的站内延误

a)测算站台的公交车到达率及累积排队车辆数

这里包括以下两个参数：某时间段对应的累积车辆数n_T、上游站台公交车到达率λ_up。

b)根据站台通行能力获取站台服务率

这里包括如下几个参数：站台服务率μ、多泊位的公交站台通行能力C_B、有效绿信比g/c、公交站台清空时间t_c、乘客平均上下车时间T、补偿滞留时间和到达波动的折减因子R、多车位的有效泊位数S。

c)根据上游站台公交车到达率及站台服务率计算站内延误

一旦确定公交车辆到达和停靠站服务特征，便能精确描述公交车辆在停靠站的排队过程；

这里包括如下几个参数：公交车辆的站内延误D_i、上游站台公交车到达率λ_up、某时间段内对应的累积车辆数n_T、站台服务率μ。

B)确定上游站台公交车驶出站台时的临界穿越间隙

当公交车辆在上游站台服务完毕后会依次驶出站台，此时会与进入下游站台的公交车辆发生冲突，由于其通行权低而必须穿越进入下游站点的公交车流，而临界穿越间隙是描述穿越过程的关键参数，计算步骤包括：

a)计算前车驶过冲突点的时间

这里包括如下两个参数：公交车长度l、公交转向角θ、公交车安全行驶时速v、公交专用道宽度w、前车安全行驶通过冲突点的时间t_a。

b)确定公交车换道行驶时间

根据道路特性和公交车的车辆特性来计算公交车的换道行驶时间，该过程中，公交车由初速度零启动加速至安全时速后改至匀速行驶。

这里包括如下几个参数：驾驶员的反应时间t_i、车辆动力因素P、滚动阻力系数f、汽车旋转质量换算系数W、公交车加速度a、公交车车上游站台公交车换道行驶时间t_m、公交车安全行驶时速v、公交专用道宽度w。

c)确定穿越车辆与后车的最小安全间距

这里包括以下一个参数：两相邻公交车间最小安全间距t_f。

d)根据以上参数得到临界穿越间隙。

C)计算上游站台公交车的驶出延误

在单向双公交专用道条件下车流量相对较小，本发明采用泊松分布描述公交车辆的到达，驶出延误时间的计算步骤包括：

a)根据间隙接受理论计算驶出公交车平均等待间隔数

这里包括以下几个参数：平均等待间隔数I、下游站台公交车每小时停靠数q、临界穿越间隙τ。

b)再计算所有非穿越间隔的平均延续时间

这里包括以下两个参数：下游站台公交车每小时停靠数q、临界间隙τ。

c)根据公交车平均等待间隔数和所有非穿越间隔的平均延续时间，计算出上游站台公交车的平均驶出延误

D)计算分离式站台的公交车平均延误

通过合理分配上游和下游站台服务的公交车辆数，能够有效减少两股车流之间的相互干扰，实现分离式公交站点的系统运行最优，为此将车均延误最小作为分离式站台停靠车辆分配方法的优化目标，公交车平均延误的计算步骤包括：

a)计算公交车高峰到站率

由于受到站台上游交叉口信号控制的影响，公交车往往呈周期性集中到站的规律。

这里包括以下三个参数：高峰到达率λ_s、上游交叉口信号灯周期时长c、上游交叉口信号灯绿灯时长g。

b)根据公交车高峰到站率分别计算上下游站台的站内延误和上游站台驶出延误，进而计算站台的总延误D和车均延误d。

E)以车均延误最低为目标确定最优分配方案

绘制公交车均延误与公交站台到达率的关系曲线，将车均延误最小值对应的上下游站台停靠车辆数作为最佳分配方案。

本发明将分离式两站台作为一个系统进行分析，运用间隙接受理论计算上游站台公交车的驶出延误，并根据公交车辆在站台的服务率、考虑上游交叉口信号灯的高峰到达率以及累积车辆数得到公交车的站内延误时间，进而建立公交站台系统车均延误模型，以车均延误最小为目标求得上下游站台的公交车辆数最佳分配方案。

本发明的有益效果：

1)提出了分离式站台内公交车辆的临界穿越间隙理论计算模型，克服了目前利用调查数据标定的随机性，并节省大量人工。

2)建立了分离式站台公交车辆延误理论计算模型，能够深入表征公交车辆在分离式公交站台的服务效率。

3)以服务效率最优为目标提出了分离式公交站台停靠车辆分配方法，克服了目前公交线路分配的盲目性，实现了分离式公交站台的服务效率最优。

附图说明

图1是本发明方法流程图；

图2是单向双公交专用道条件下分离式站台形式示意图；

图3是分离式站台公交车运行特征示意图；

图4是上游站台公交车换道第一阶段示意图；

图5是上游站台公交车换道第二阶段示意图；

图6是上游站台公交车换道第三阶段示意图。

具体实施方式

下面结合附图1和具体实施方式对本发明作进一步说明：

本发明使用排队论、可接受间隙理论等相关理论建立分离式公交停靠站内车辆之间相互应该关系模型，为公交车辆在分离式站点的线路及车辆停靠组织提供理论支持，见图2和图3，求出上下游两站台的站内延误和上游站台的驶出延误，构建车均延误计算模型，以车均延误最小值时的解作为最佳分配方案。

A)计算上游站台的站内延误

a)测算站台的公交车到达率及累积排队车辆数

这里包括以下两个参数：某时间段对应的累积车辆数n_T、上游站台公交车到达率λ_up

b)根据站台通行能力获取站台服务率

这里包括如下几个参数：站台服务率μ、多泊位的公交站台通行能力C_B、有效绿信比g/c、公交站台清空时间t_c、乘客平均上下车时间T、多车位的有效泊位数S、反应车辆停站时间与到站时间变化程度对场站容量影响的补偿滞留时间和到达波动的折减因子R，一般取0.83；站台服务率的公式如下：

c)根据上游站台公交车到达率及站台服务率计算站内延误

一旦确定公交车辆到达和停靠站服务特征，便能精确描述公交车辆在停靠站的排队过程；

这里包括如下几个参数：公交车辆的站内延误D_i、上游站台公交车到达率λ_up、某时间段内对应的累积车辆数n_T、站台服务率μ；站内延误的计算公式如下：

B)确定上游站台公交车驶出站台时的临界穿越间隙

当公交车辆在上游站台服务完毕后会依次驶出站台，此时会与进入下游站台的公交车辆发生冲突，由于其通行权低而必须穿越进入下游站点的公交车流，而临界穿越间隙是描述穿越过程的关键参数，整个穿越过程分为三个阶段，见图4-图6；三个阶段分别对应不同的时间，三个时间之和构成临界穿越间隙，计算步骤包括：

a)计算前车驶过冲突点的时间

公交车服务完毕后，驾驶员观察内侧车道车流情况并判断间隙是否可接受，若判定间隙可接受时，将启动公交车进行换道，为确保安全行驶，需要等待间隙中的前车通过冲突点后，穿越车辆方能启动；

这里包括如下几个参数：公交车长度l、公交转向角θ、公交车安全行驶时速v、公交专用道宽度w、前车安全行驶通过冲突点的时间t_a；

b)确定公交车换道行驶时间

根据道路特性和公交车的车辆特性来计算公交车的换道行驶时间，该过程中，公交车由初速度零启动加速至安全时速后改至匀速行驶；

这里包括如下几个参数：驾驶员的反应时间t_i、车辆动力因素P、滚动阻力系数f、汽车旋转质量换算系数W、公交车加速度a、公交车车上游站台公交车换道行驶时间t_m、公交车安全行驶时速v、公交专用道宽度w；

c)确定穿越车辆与后车的安全间距

通常取两相邻公交车之间最小车头时距为5s，在公交车完成换道过程时，应与后方主车道的车辆保持安全间距t_f，即车头时距与公交车正常行驶一个车身长度所花的时间差值，这里包括以下一个参数：与后车的安全间距t_f；

d)根据以上参数得到临界穿越间隙

τ＝t_a+t_i+t_m+t_f

C)计算上游站台公交车的驶出延误

在单向双公交专用道条件下车流量相对较小，见图2，本发明采用泊松分布描述公交车辆的到达，驶出延误时间的计算步骤包括：

a)根据间隙接受理论计算驶出公交车平均等待间隔数

这里包括以下几个参数：平均等待间隔数I、下游站台公交车每小时停靠数q、临界间隙τ；根据间隙接受理论，当下游站台公交车到达符合泊松分布时，上游站台驶出公交车的平均等待间隔数为：

b)计算所有非穿越间隔的平均延续时间

所有非穿越间隔的平均延续时间(h<τ)＝(非间隙的总时间)/(h<τ的间隔数)

这里的计算参数包括：非穿越间隔平均持续时间T_i、下游站台公交车每小时停靠数q、临界穿越间隙τ；非穿越间隔平均持续时间的计算公式如下：

c)根据公交车平均等待间隔数和非穿越间隔的平均持续时间，计算上游站台公交车的平均驶出延误

上游站台的公交车换道穿越时，整个过程可视作为一个M/M/1排队系统，公交车排队等待间隙的过程相当于是单位等待接受服务的过程。驶出延误即上游站台的公交车从站台驶出后在换道点排队寻找间隙的等待时间。

这里的计算参数包括：下游站台公交车每小时停靠数q、临界穿越间隙τ；驶出延误的具体计算公式如下：

D)计算分离式站台的公交车平均延误

通过合理分配上游和下游站台服务的公交车辆数，能够有效减少两股车流之间的相互干扰，实现分离式公交站点的系统运行最优，为此将车均延误最小作为分离式站台停靠车辆分配方法的优化目标，公交车平均延误的计算步骤包括：：

a)计算公交车高峰到站率

由于受到站台上游交叉口信号控制的影响，公交车往往呈周期性集中到站的规律，用平均到达率计算往往无法准确的描述现实情况；

这里包括以下三个参数：高峰到站率λ_s、上游交叉口信号灯绿信比g/c；高峰到站率的计算公式如下：

b)根据公交车高峰到站率分别计算上下游站台的站内延误和上游站台驶出延误，进而计算站台的总延误D和车均延误d

这里包含以下几个参数：分离式站台每小时总停靠车辆数m、下游站台每小时停靠车辆数q、上游站台累计车辆数n_up、下游站台累计车辆数n_down；

通过以上参数得到站台总延误D的计算公式如下：

即车均延误d的计算公式如下：

d＝D/m

E)以车均延误最低为目标确定最优分配方案

根据上述公式和实地调查所获取的数据进行计算分析，绘制公交车均延误与公交站台到达率的关系曲线，横坐标代表下游站台公交车到达率，纵坐标代表车均延误，在整个分离式站台总公交车流量和上游交叉口绿信比不发生改变的前提下，计算不同下游站台公交车数时的车均延误，在图中找出车均延误最小的极值点所对应的下游站台停靠车数，将车均延误最小值对应的上下台停靠车辆数作为最佳分配方案。

应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (3)

1.单向双公交专用道条件下分离式站台停靠车辆分配方法，其特征在于包括以下步骤：

A)计算上游站台的站内延误；

B)确定上游站台公交车驶出站台时的临界穿越间隙；

C)计算上游站台公交车的驶出延误；

D)计算分离式站台的公交车平均延误；

E)以车均延误最低为目标确定最优分配方案；

所述步骤A)计算上游站台的站内延误，包括如下步骤：

a)测算站台的公交车到达率及累积排队车辆数；

b)根据站台通行能力获取站台服务率；

c)根据上游站台公交车到达率及站台服务率计算站内延误；

所述步骤B)确定上游站台公交车驶出站台时的临界穿越间隙，包括如下步骤：

a)计算前车驶过冲突点的时间；

b)确定公交车换道行驶时间；

c)确定穿越车辆与后车的安全间距；

d)计算临界穿越间隙；

所述步骤C)计算上游站台公交车的驶出延误，包括如下步骤：

a)根据间隙接受理论计算驶出公交车平均等待间隔数；

b)计算所有非穿越间隔的平均持续时间；

c)根据公交车平均等待间隔数和非穿越间隔平均持续时间，计算上游站台公交车的平均驶出延误；

所述步骤D)计算分离式站台的公交车平均延误，包括如下步骤：

a)计算公交车高峰到站率；

b)根据公交车高峰到站率分别计算上下游站台的内延误和上游站台驶出延误，进而计算站台的总延误和车均延误。

2.根据权利要求1所述的单向双公交专用道条件下分离式站台停靠车辆分配方法，其特征在于：所述步骤B)确定上游站台公交车驶出的临界穿越间隙，具体是：

步骤a)第一阶段，计算前车驶过冲突点的时间

为确保安全行驶，上游站台穿越公交车需要等待间隙中的前车通过冲突点后，方能启动；

此步骤的计算包括如下几个参数：公交车长度l、公交转向角θ、公交车安全行驶时速v、公交专用道宽度w、前车安全行驶通过冲突点的时间t_a；

步骤b)第二阶段，确定公交车换道行驶时间

根据道路特性和公交车的车辆特性来计算公交车的换道行驶时间，该步骤首先计算公交车由零速度加速至安全时速的时间，再计算以匀速行驶剩余换道路程的时间；

此步骤的计算包括如下几个参数：驾驶员的反应时间t_i、车辆动力因素P、滚动阻力系数f、汽车旋转质量换算系数W、公交车加速度a、公交车上游站台公交车换道行驶时间t_m、公交车安全行驶时速v、公交专用道宽度w

步骤c)第三阶段，确定穿越车辆与后车的安全间距

在公交车完成换道过程时，应与后方内侧车道的车辆保持安全间距t_f，即车头时距与公交车正常行驶一个车身长度所花的时间差值；

此步骤计算包括以下两个参数：公交车长度l、与后车的安全间距t_f；

步骤d)计算换道的临界穿越间隙

将上述三个阶段求得的前车驶过冲突点的时间、公交车换道行驶时间、穿越车辆与后车的安全间距进行求和得到上游站台公交车换道的临界穿越间隙。

3.根据权利要求1所述的单向双公交专用道条件下分离式站台停靠车辆分配方法，其特征在于：所述步骤E)确定最优分配方案步骤如下：

步骤a)首先对实地调查所获取的数据代入以下模型进行计算并分析，得出不同下游站台每小时停靠车数条件下的分离式站台总延误D，进而求出车均延误d＝D/m；

上式包括以下参数：分离式站台每小时总停靠车辆数m、下游站台每小时停靠车辆数q、上游站台累计车辆数n_up、下游站台累计车辆数n_down、站台服务率μ、有效绿信比g/c、临界穿越间隙τ；

步骤b)绘制公交车均延误与公交站台到达率的关系曲线，在图中找出车均延误的最小极值点所对应的下游站台每小时停靠车辆数，将其作为最佳分配方案。