1、港湾式公交停靠站尺寸设计方法探究摘要：港湾式停靠站的尺寸，主要取决于泊位数量，以及单个停车位的长度，对于宽度、渐变段长度等通过规范、其他文献研究均可以找到对应的参考值，最主要的研究领域还是在于泊位数量的确定和单个停车位的长度计算。对于站台泊位数量的计算，主要通过排队论进行计算，典型的如北京交通大学李凯胜多线路公交停靠站的设置研究 ，根据车辆到达服从泊松分布，停留时间服从负指数分布或者爱尔朗分布，进而对车辆排队过程进行分析，确定泊位数量。 关键词：港湾式停靠站；排队论；泊位数；泊松分布 1 港湾式公交停靠站尺寸设计 港湾式停靠站就是在道路车行道外侧，采取局部拓宽路面的公共交通停靠站，公交车辆停靠
2、在港湾内，而不占用行车道。 1.1 港湾式公交停靠站停靠特性分析 车辆在站台附近的运行可以分为两个阶段，分别为进港湾和出港湾过程，进港湾阶段包括变道行驶以及减速停车两个动作，出港湾阶段不受停靠车辆的影响，直接采取转弯半径加速离站。本文所研究的进出站规则为公交车辆按照先后顺序进站，按照由远及近进行停靠，保证停车的秩序，从而不产生混乱。 图 2-1 规则下的进出港湾示意图 1.2 港湾式公交停靠站站台尺寸计算 港湾式公交停靠站尺寸包括三部分：减速段，站台，加速段，因此在对站台尺寸进行设计时，需要对三部分进行计算。在城市道路设计规范 CJJ 37-906（以下简称规范 ）中，给出了港湾式停靠站的几何
3、构造图，并对加减速段长度以及站台长度给出了参考值，但是并没有给出具体的计算公式，灵活性不强。通常情况下，加减速段的长度依据公交车辆的速度和加减速值即可以确定，一般地，渐变段长度依据规范值给定。 表 2-2城市道路工程设计规范参考值 该停靠规则下，车辆的停靠是由远及近进行停靠，车辆的变道均在加减速段完成，由于车辆按照先进先出，因此，站台的长度取决于泊位的数量和长度，但是一般地泊位单位长度与车辆的本身长度和前后安全间距相关，所以主要因素为泊位数量。泊位数量决定了车辆进入站台的数量，也就决定了公交站点的服务率，泊位数量越多，可以停靠的公交车辆越多，对道路主线影响越小，但是泊位数量过多，造成空间的过多
4、浪费，带来了运行效率低的反作用。因此，如何确定合理的泊位数量，是在设计港湾式停靠站时一个重要的参数。 1.2.1 站台泊位数量计算 在以前的研究中，对于站台泊位数量的计算，主要采用两种方法，一是通过计算公交停靠站的公交通行能力，再计算单个有效泊位的通行能力，从而得到总的泊位数量，典型的代表文献有 SHI Hongwen 的Resarch on the Way to Determine Types and Scales of Bus Stops3，该种方法的优点是充分考虑了停靠站台的容量，并可以结合交叉口的影响进行计算，其中引入的有效泊位数量更是考虑了停靠站台各个停靠位置不等量使用带来的干扰，但
5、是其缺点在于，没有考虑车辆的排队效应，即虽然总体来说，可以满足通行能力要求，但是在高峰时期，公交车辆过多的到达，可能会超过站台容量，导致车辆排队，从而影响主线车流；二是通过排队论进行计算，典型的如北京交通大学李凯胜多线路公交停靠站的设置研究一文中，对两种方法均给出了说明，排队论模型中，车辆的到达服从泊松分布，这是通过调查实证了的，停留时间即站台的服务时间服从爱尔朗分布，由于服务强度是衡量系统中稳定状态的参数，因此只要保证服务强度/泊位数量小于 1，即泊位数量大于服务强度即可，优点是考虑了车辆的排队效应，但是到达率和服务率的输入值均为平均值，模型中没有考虑车辆到达的一个置信区间，即没有保证多大概
6、率下车辆是不需要排队的，在另外一篇文献港湾式公交中途停靠站的设置建议中，提到了考虑多大概率下港湾式停靠站容纳不下公交车的因素，并且综合限制了多少概率下公交站台处于无车状态，保证了站点的服务效率，但是并没有交待到达率和服务率的来源和渠道，此外，无论对于车辆、司机还是运营商以及乘客，往往更关注公交车进站时的等待时间会不会很长，即延误的长短，而不是会不会等待概率的大小，同时也没有综合考虑交叉口以及通行能力的要求。 本文在综合上述文献的基础上，给出了基于排队论模型的泊位数量计算方法，并综合通行能力、公交车辆的发车频率，加以车辆等待时间的概率分布约束，给出了计算到达率和服务率的泊位数量计算模型。 公交车
7、辆的运行受到道路交通条件、交叉口信号控制和停靠站停靠延误等众多不确定因素的影响，使得每辆公交车辆到达停靠站的时间是不确定的，也即停靠站车辆的到达是随机的。当道路沿线的交通条件比较复杂时，尤其是复线组合、交叉口间距较小且无信号优先控制时，公交车到站的随机性增大，车辆到达将服从泊松分布，公交车辆服务时间服从负指数分布。经过大多数实证调查，这时可以认为停靠站与到达车流构成了“单路排队多通道服务系统（M/M/S） ”。 具体针对公交停靠站，M/M/S 服务系统就是指：当停靠站无公交车辆停靠时，达到车辆按照由前到后的停靠顺序进行停靠，对于后续到达的公交车辆，在公交站台下游排队等候，只要站台有空闲车位，就
8、可以按照先到先服务的原则，进站停靠进行上下客服务。 根据排队论知识，对于 M/M/S 系统有： 服务强度 表示每个服务台在单位时间内的平均负荷，也即每个服务台的利用率。对于公交停靠站表示泊位利用率，即： （2- 1） 其中， S：表示停靠站的泊位数； ：为公交车辆的平均到达率； ：为单位时间内停靠站通过的公交车辆数，即平均服务率； 很明显，在的情况下，系统处于稳态，即停靠站不会出现死锁拥堵现象。 公交站点无车辆停靠概率 （2- 2） 公交站点有 n 辆车辆时的概率 （2- 3） 系统平均队长 （2- 4） 车辆等待时间概率 （2- 5） 有效泊位数 当停靠站设置泊位数多于 1 个时，对于各条公
9、交线路停靠位置未加以明确限制的停靠站，其各个泊位不是等量使用的，且停靠是公交线路之间会产生干扰，使用效率不会到达 100。而有些大型的多线路公交停靠站将各条线路划分到不同的站牌里，为了规范车辆的进站秩序，提高人们的排队候车秩序，每条线路都有其固定的泊位停靠处，但是这样公交泊位的使用效率也依然不能达到 100。因此不同的泊位数在不同状况的停靠站的情况下有着不同的有效泊位数。 HCM 20007 中，对有效泊位数的研究如下： 表 2- 3 HCM 2000 关于有效泊位数的参考值 当公交站点处的车辆数大于停靠车位数时，即停靠站容纳不下到达的车辆，车辆即产生排队，其概率为： （2- 6） 当排队系统
10、达到以下几个约束条件时，即可认为该泊位数 S 是可行的推荐泊位数量： 平均队长小于有效泊位数； 排队概率低于设计阈值，排队概率处于一定置信度下； 停靠站无车概率，即空闲系数须低于设计阈值，即空闲系数处于一定置信度下； 排队等待时间的概率低于设计阈值，即等待时间须控制在一定置信度下； 即，在以下约束条件下，求得的泊位数 S 为设计泊位数： （2- 7） 其中， ：S 个泊位数中有效停车位； ：排队系统中车辆数超过设计停车位的置信度，推荐取值10%30%； ：排队系统中没有车辆，即停靠站空闲的置信度，推荐取值10%30%； ：等待时间的设计阈值，即置信区间，推荐取值为； ：排队系统中等待时间的置信
11、度，推荐取值 10%30%； 1.2.2 到达率 和服务率 的计算 一般地，和的取值来源于直接观测得到，但是在对一个新的停靠站点进行设计时，这些值往往不能直接获得，因此，需要提供一个切实可行的计算方法来进行计算。 基于发车频率计算的 停靠站点的到达车辆频繁程度取决于发车频率和中途行程干扰的波动程度，但是对于平均到达率，应与各线路的发车数量相接近。假设波动程度等于 0，则有： （2- 8） 其中， ：为经过该停靠站点的总线路条数； ：第 i 条线路的发车频率，辆/小时； 考虑到一天中时段的不同，发车频率也可能会有调整，在对上述发车频率进行取值时，可以考虑为高峰期段内的发车频率。 基于通行能力计算
12、的 公交停靠站的服务率（辆/秒） ，即单位时间内一个停车泊位服务的公交车数，相当于停靠站的公交车辆通行能力，可以表示为： （2- 9） 其中， ：交叉口绿信比，一般地，针对路段来说，取值为 1.0； （2- 10） ：公交车辆在停靠站的平均滞留时间，s。其由下式决定： （2- 11） 式中， ：清空时间，s； ：平均停靠时间，s； ：运营裕量，s。 清空时间 当公交车辆关门准备离开停靠站时，有一段附加的时间，就是清空时间，在这段时间内下一辆公交车无法使用该停靠车位。对于港湾式公交停靠站，这段时间由以下三部分组成，分别为车辆的启动时间、车辆驶过车长距离以清空停靠站的时间和重返延误。重返延误表示公
13、交车辆重新返回道路时所要求的道路上车流间的适当的间隙。重返延误与路侧车道的交通流量相关，并随着交通量的增加而增加。 多项研究讨论了清空时间的组成，并认为清空时间在 920s 之间。港湾式停靠站的重返延误可以现场测定或者按下表估算。需注意的是该表只适用于车辆随机到达的情况。表 2- 4 公交车辆的平均重返延误 注：根据道路通行能力手册中无信号灯控制的交叉口计算方法得到（次要道路的右转车流停车让行控制） ，假定可接受间隙为 7s 且车辆随机到达。延误以每小时停靠 12 辆公交车辆为基准。 平均停靠时间 单个停靠车位的通行能力是确定停靠站和公交设施通行能力的基础。相应地，车辆在停靠车位的平均停靠时间
14、是确定这些区域通行能力的基础。停靠时间与上车和/或下车乘客的数量，以及每个乘客所需的服务时间成正比。 影响停靠时间的因素主要有以下五个： 乘客需求和载客。通过流量最大的车门上下车的乘客的数量是决定所有乘客的服务时间的一个重要因素。 公交停靠站间距。停靠站的数量越少，在相应站台上车的乘客越多。停靠站过少，每站的停靠时间相对较长，乘客的步行距离也相对较大；停靠站过多，则会因为车辆在停靠站处加速、减速以及等待信号灯的损失时间的增加而降低整体的运行速度。因此，需要在其中寻找一个平衡。 购票方式。平均购票时间是影响每个乘客上车时间的主要因素。某些购票方式允许乘客在乘客需求大的站点从多个车门同时上车，这就
15、可以提高乘客上车的效率。 车辆类型。上下车过程中的上下阶梯会增加乘客的上下车时间。 车内空间。当车上有站立的乘客时，若有乘客上车，由于车上乘客需要花时间向车辆的尾部移动，刚上车的乘客需要花更多的时间到投币机投币。 在有乘客需求数据或预测数据的情况下，停靠时间的计算方法如下：第一步：预测小时客流量。这种预测只需用于客流量最高的站点。 第二步：针对高峰时段对小时客流量进行调整。一般每条线路的高峰小时系数，在 0.60.95 之间，默认值取为 0.75。用公式对小时客流量进行调整以反映高峰时段中的客流高峰分布情况。式中，指高峰小时客流量，指高峰 15 分钟客流量。 第三步：确定基本乘客服务时间。下表
16、可以用来预测常规情况下的乘客服务时间，即乘客上下行分开，且所有乘客通过同一车门上车的情况。 表 2- 5 单通道上下车的乘客服务时间 注：当车上有站立乘客时，每人的上车时间增加 0.5s；低底盘车辆的上车及下车时间每人减去 0.5s。 第四步：修正当大量乘客通过同一车门上下车时的乘客服务时间。当 25%50%的乘客沿着与主流向乘客相反的方向通过同一车门时，上车和下车的乘客服务时间都增加 20%（单车门增加 0.5s） ，以反映乘客在车门处拥塞的情况。 第五步：计算停靠时间。停靠时间是指在最拥挤的车门处所需的乘客服务时间加上开门和关门的时间。通常情况下，车门开和关的合理时间为 25s。 （2- 12） 其中， ：平均停靠时间，s； ：每车最拥挤车门的下车乘客数，人；
