一种合用站台的常规公交车辆到达率上限确定方法与流程

本发明涉及城市交通规划领域，特别是一种快速公交与常规公交合用中途停靠的站台常规公交车辆到达率上限确定方法。

背景技术：

快速公交系统具有独立的运行空间、快速公交车站和枢纽、快速公交车辆、线路与旅客服务、票价票制和收费系统以及运营保障体系六个基本要素。其中，独立的运行空间对道路空间资源提出了较高的要求，实际建设中快速公交路线的局部路段的道路空间可能受限，从而难以实现快速公交高等级站台设施的建设。常规公交与快速公交合用站台为解决这一问题提供了新的思路。

由于合用站台的公交车流特性，常规公交与快速公交系统的分析方法不能直接应用于合用站台。合用站台的快速公交受到常规公交影响，排队和延误的可能性更高。因此，对于合用站台的设计考虑的因素与指标都与普通站台有所不同。当前对于快速公交与常规公交合用站台的研究很少，考虑合用站台两类公交运行效率的线路设计也缺乏相应内容。

技术实现要素：

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种确定快速公交与常规公交合用中途停靠站台的常规公交到达率上限的方法，为合用站台线路方案设计提供依据。

技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种合用站台的常规公交车辆到达率上限确定方法，该方法包括以下步骤：

步骤1、依据前期调查，获取公交车在站台停靠的相关信息：包括乘客平均登乘时间、平均上下乘客数量、乘客上下车方式以及公交车辆的长度；

步骤2、根据步骤1所得的站台停靠的相关信息，计算站台服务时间；

步骤3、根据站台空间条件和站台通行能力要求，确定合用站台的泊位数；

步骤4、根据工程设计的需要，确定允许的快速公交和常规公交各自排队概率上限和合用站台的泊位组织形式；

步骤5、根据事先设计的快速公交的线路数和发车频率，确定快速公交到达率；

步骤6、结合步骤2所计算的站台服务时间、步骤3确定的站台泊位数、步骤4确定的合用站台的泊位组织形式和步骤5确定的快速公交到达率，设定初始的常规公交到达率，在此基础上计算常规公交和快速公交的排队概率；若常规公交的排队概率和快速公交的排队概率均小于步骤4所确定的各自的排队概率上限，则增大常规公交到达率，直到对应的常规公交到达率大于常规公交排队概率上限或者快速公交到达率大于快速公交排队概率上限。

进一步的，在本发明中，所述步骤2包括以下步骤：

(1)按照下式计算公交车辆开关门和进出站台的总时间

t_open+t_close+t_arrive+t_departure＝10+L/6

式中：

t_arrive——公交减速进站所需时间，单位：s；

t_departure——公交加速出站所需时间，单位：s；

t_open——公交打开车门所用，单位：s；

t_close——关闭车门所用时间，单位：s；

L——公交车辆长度，单位：m；

(2)计算乘客上下车时间：

当已知公交车辆各车门的乘客分布时，不同上下车方式的情况下的乘客上下车时间按下式计算：

式中：

t_ud——乘客上下车时间，单位：s；

t_u——乘客的平均上车时间，单位：s；

t_d——乘客的平均下车时间，单位：s；

x_u——最拥挤车门的上车乘客数量，单位：人；

x_d——最拥挤车门下车的乘客数量，单位：人；

当公交车辆各车门乘客的分布情况未知时，乘客的上下车时间按下式计算：

t_ud＝xγ

式中：

x——公交车在该站台总的上、下乘客数，单位：人；

γ——公交车的乘客登乘速率，单位：s/人；

(3)根据下式计算站台服务时间

t_service＝t_open+t_close+t_arrive+t_departure+t_ud

式中：

t_service——站台服务时间，单位：s。

进一步的，在本发明中，所述步骤4中的泊位组织形式是指对泊位的使用权的分配形式，包括混合式组织形式和组合式组织形式，其中混合式组织形式规定快速公交和常规公交共用所有泊位，组合式组织形式规定其中一个泊位为快速公交专用，剩余泊位供快速公交和常规公交共同使用，并且组合式组织形式仅适用于港湾式公交站台。

进一步的，在本发明中，所述步骤6中计算快速公交和常规公交排队概率包括以下步骤：

对混合式泊位组织形式，按以下步骤计算排队概率：

1)计算常规公交与快速公交混合车流的等效到达率

λ′＝λ_A+λ_B

式中：

λ_A——快速公交到达率，单位：辆/h；

λ_B——常规公交到达率，单位：辆/h；

λ′——等效到达率，单位：辆/h；

2)计算常规公交与快速公交混合车流在站台的等效公交车流的平均服务时间

式中：

t′——等效公交车流的平均服务时间，单位：s；

t_A——快速公交服务时间，单位：s；

t_B——常规公交服务时间，单位：s；

3)计算常规公交与快速公交混合车流在站台的平均服务率

式中：

u′——混合公交车流在站台的平均服务率，单位：辆/h；

4)计算站台的服务强度

式中：

ρ′——站台服务强度；

s——站台泊位总数，单位：个；

5)计算站台所有泊位空闲的概率

式中：

P₀——站台所有泊位空闲的概率；

6)计算快速公交和常规公交的排队概率期望值

式中：

P——公交车辆在混合停靠合用站台的排队概率期望值；对组合式泊位组织形式，按以下步骤计算排队概率：

1)计算快速公交的服务率

式中：

u_z——快速公交服务率，单位：辆/h；

2)计算快速公交使用合用泊位的概率

式中：

λ_A——快速公交到达率，单位：辆/h；

ρ_z——快速公交专用泊位服务强度；

p_zs——快速公交使用合用泊位的概率；

3)计算使用合用泊位的快速公交的到达率

λ_sA＝p_zsλ_A

式中：

λ_sA——使用合用泊位的快速公交到达率，单位：辆/h；

4)计算使用合用泊位的快速公交和常规公交的总到达率

λ_h＝λ_sA+λ_B

式中：

λ_B——常规公交到达率，单位：辆/h；

λ_h——合用泊位快速公交和常规公交总到达率，单位：辆/h；

5)计算使用合用泊位的快速公交和常规公交混合车流的平均服务时间：

式中：

t_h——使用合用泊位的快速公交和常规公交混合车流的平均服务时间，单位：s；

6)计算使用合用泊位的快速公交和常规公交混合车流的平均服务率：

式中：

u_h——使用合用泊位的快速公交和常规公交混合车流的平均服务率；

7)计算合用泊位的服务强度：

式中：

k——合用泊位数量；

ρ_h——合用泊位服务强度；

8)计算合用泊位空闲的概率

式中：

P_h0——合用泊位空闲的概率；

9)计算使用合用泊位的快速公交和常规公交的排队概率：

式中：

P_h——使用合用泊位的快速公交和常规公交的排队概率；

10)计算使用专用泊位的快速公交因为站前已形成排队而排队的概率：

式中：

p′——使用专用泊位的快速公交因为站前已形成排队而排队的概率；

11)计算快速公交总排队概率：

p＝p_zsp_h+p′

式中：

p——快速公交总排队概率；

将计算的快速公交总排队概率p和常规公交排队概率P_h与步骤4确定的排队概率上限比较；若排队概率小于对应的上限值，增大常规公交到达率，重新计算排队概率，直到快速公交或者常规公交的排队概率大于对应的排队概率上限，此时的常规公交到达率即是常规公交到达率的上限。

有益效果：

本发明与现有技术相比，具有以下优点：

现有的合用站台采用单一的直线式站台，既没有进行泊位组织形式的设计，也没有依据公交运行效率，考虑合用站台公交运行特性的不同进行发车频率设计，进而进行线路设计。常规公交线路的发车频率设计采用的是普通公交站台的设计方法，没有考虑合用站台两类公交的互相影响造成的特殊性，因而设计不尽合理。

本发明以排队概率为指标，考虑了合用中途停靠站台公交运行的特点，提出了确定站台常规公交到达率上限的方法，为站台的站台线路数、公交线路发车频率的设计提供了依据。可以避免不当的线路设计造成站台快速公交和常规公交的排队和延误增大，成为影响公交系统运行效率的瓶颈。

附图说明

图1为本发明的流程图。

图2为本发明中混合式泊位组织形式示意图。

图3为本发明中组合式泊位组织形式示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作更进一步的说明。

如附图1所示为快速公交与常规公交合用站台常规公交到达率上限确定方法流程图。下面进行详细地说明。

1.获取站台的相关信息

站台相关信息包括乘客平均登乘时间，平均上下乘客数量，乘客上下车方式，公交车辆的长度。

乘客平均登乘时间是指每个乘客上车时间或者下车的平均时间，该值可以根据合用站台所在地区的公交服务水平结合以往调查经验进行估计，也可以类比条件类似的站台进行取值。平均上下乘客数量是指该站台平均上车或下车的平均乘客数量，该值可通过前期对于站台附近的公交需求调查进行估计。乘客上下车方式是指乘客是否分车门进行上下车。对于快速公交和常规公交，以上信息均需分别获取。

2.计算站台服务时间

站台服务时间指公交车辆没有因排队而延误在公交站完成上下车服务所需的时间。根据公交车辆进站完成服务的顺序，服务时间由5个部分组成：公交车辆进站减速时间，公交车辆开门时间，乘客上下车时间，公交车辆关门时间，公交车辆加速出站时间。因此，分别按下面步骤和公式确定各部分时间：

(1)按照下式计算公交车辆开关门和进出站台的总时间

t_open+t_close+t_arrive+t_departure＝10+L/6

式中：

t_arrive——公交减速进站所需时间，单位：s；

t_departure——公交加速出站所需时间，单位：s；

t_open——公交打开车门所用，单位：s；

t_close——关闭车门所用时间，单位：s；

L——公交车辆长度，单位：m；

(2)计算乘客上下车时间：

当已知公交车辆各车门的乘客分布时，不同上下车方式的情况下的乘客上下车时间按下式计算：

式中：

t_ud——乘客上下车时间，单位：s；

t_u——乘客的平均上车时间，单位：s；

t_d——乘客的平均下车时间，单位：s；

x_u——最拥挤车门的上车乘客数量，单位：人；

x_d——最拥挤车门下车的乘客数量，单位：人；

当公交车辆各车门乘客的分布情况未知时，乘客的上下车时间按下式计算：

t_ud＝xγ

式中：

x——公交车在该站台总的上、下乘客数，单位：人；

γ——公交车的乘客登乘速率，单位：s/人；

(3)根据下式计算站台服务时间

t_service＝t_open+t_close+t_arrive+t_departure+t_ud

式中：

t_service——站台服务时间，单位：s。

3.确定合用站台的泊位数

合用站台泊位数是指该站台实际可供公交进站短时停靠的可用泊位数量。由于一个泊位需占用一定的空间，所以站台所处位置周围的空间条件会限制所能建设的泊位数量。另外，泊位数应满足通行能力的要求。因此泊位数量结合站台附近的空间条件以及站台通行能力的要求确定。

4.确定允许的快速公交和常规公交的排队概率上限以及合用站台泊位组织形式

排队概率上限是指容许的快速公交或者常规公交的排队概率最大值，应根据工程具体需要确定。

泊位组织形式是指对泊位的使用权的分配形式。泊位组织形式分为混合式组织形式和组合式组织形式。混合式组织形式规定快速公交和常规公交共用所有泊位，组合式组织形式规定其中一个泊位作为快速公交专用，剩余泊位供快速公交和常规公交共同使用。如附图2，3所示。混合式的组织方式给予快速公交和常规公交同等的泊位使用权，快速公交和常规公交的延误和排队的概率相同，可能会造成快速公交的延误和排队概率增大，影响快速公交的运行效率。组合式的泊位组织方式能够保证快速公交的泊位供应，但是相当于剥夺了常规公交一个可用泊位，造成常规公交延误和排队的可能性增大，且组合式组织更为困难。所以如果对快速公交的运行效率有较高要求时，宜选用组合式。反之，如果兼要考虑常规公交和运行效率，可以选用混合式。应根据具体工程的需要确定。

5.根据事先设计的快速公交的线路数和发车频率，确定快速公交到达率

对于合用站台，应该以快速公交为优先。因此，对于合用站台的线路设计，可以优先设计快速公交，然后再进一步根据标准设计常规公交的线路方案。本发明正是为了进一步设计常规公交线路方案提供依据。

6.计算排队概率并得到上限值

在一定快速公交到达率水平下，如果快速公交排队概率恰好大于快速公交排队概率上限或者常规公交排队概率恰好大于常规公交排队概率上限，表明此时的快速公交或是常规公交中的一类的排队概率超过了标准，公交运行受到较大干扰，则此时常规公交到达率即为常规公交到达率上限。根据排队论，按以下步骤计算排队概率并得到上限：

(1)设定初始常规公交到达率。

(2)计算快速公交和常规公交排队概率：

对混合式泊位组织形式，快速公交和常规公交优先权相同，把整个合用站台作为一个排队服务系统，快速公交和常规公交车流作为一个整体考虑，按以下步骤计算排队概率：

1)计算常规公交与快速公交混合车流的等效到达率

λ′＝λ_A+λ_B

式中：

λ_A——快速公交到达率，单位：辆/h；

λ_B——常规公交到达率，单位：辆/h；

λ′——等效到达率，单位：辆/h；

2)计算混合车流的在站台的平均服务时间

式中：

式中：

t′——等效公交车流的平均服务时间，单位：s；

t_A——快速公交服务时间，单位：s；

t_B——常规公交服务时间，单位：s；

3)计算混合车流在站台的平均服务率

式中：

u′——混合公交车流在站台的平均服务率，单位：辆/h；

4)计算站台的服务强度

式中：

ρ′——站台服务强度；

s——站台泊位总数，单位：个；

5)计算站台所有泊位空闲的概率

式中：

P₀——站台所有泊位空闲的概率；

6)计算快速公交和常规公交的排队概率

式中：

P——公交车辆在混合停靠合用站台的排队概率期望值；

对组合式泊位组织形式，将专用泊位和合用泊位分别作为两个单独的排队系统，将快速公交车流分为使用专用泊位和使用合用泊位两类。快速公交优先使用专用泊位，当专用泊位已有快速公交车辆占用时，到达的快速公交使用合用泊位。使用合用泊位的快速公交和常规公交组成混合车流作为合用泊位排队系统的输入。快速公交的排队概率由两部分组成，使用合用泊位的排队概率和使用专用泊位的排队概率。按以下步骤计算排队概率：

1)计算快速公交的服务率

式中：

u_z——快速公交服务率，单位：辆/h；

2)计算快速公交使用合用泊位的概率

式中：

λ_A——快速公交到达率，单位：辆/h；

ρ_z——快速公交专用泊位服务强度；

p_zs——快速公交使用合用泊位的概率；

3)计算使用合用泊位的快速公交的到达率

λ_sA＝p_zsλ_A

式中：

λ_sA——使用合用泊位的快速公交到达率，单位：辆/h；

4)计算使用合用泊位的快速公交和常规公交的总到达率

λ_h＝λ_sA+λ_B

式中：

λ_B——常规公交到达率，单位：辆/h；

λ_h——合用泊位快速公交和常规公交总到达率，单位：辆/h；

5)计算使用合用泊位的快速公交和常规公交混合车流的平均服务时间：

式中：

t_h——使用合用泊位的快速公交和常规公交混合车流的平均服务时间，单位：s；

6)计算使用合用泊位的快速公交和常规公交混合车流的平均服务率：

式中：

u_h——使用合用泊位的快速公交和常规公交混合车流的平均服务率；

7)计算合用泊位的服务强度：

式中：

k——合用泊位数量；

ρ_h——合用泊位服务强度；

8)计算合用泊位空闲的概率

式中：

P_h0——合用泊位空闲的概率；

9)计算使用合用泊位的快速公交和常规公交的排队概率：

式中：

P_h——使用合用泊位的快速公交和常规公交的排队概率；

10)计算使用专用泊位的快速公交因为站前已形成排队而排队的概率：

式中：

p′——使用专用泊位的快速公交因为站前已形成排队而排队的概率；

11)计算快速公交总排队概率：

p＝p_zsp_h+p′

式中：

p——快速公交总排队概率；

(3)将计算的快速公交总排队概率p和常规公交排队概率P_h与步骤4确定的排队概率上限比较；若排队概率小于对应的上限值，增大常规公交到达率，重新计算排队概率，直到快速公交或者常规公交的排队概率大于对应的排队概率上限，此时的常规公交到达率即是常规公交到达率的上限。

下面结合具体实例来对本发明做进一步地说明。

本实例中，乘客分布情况未知，快速公交乘客平均登乘时间为0.8s/人，平均上下乘客数量为20人，长度为18m；常规公交乘客平均登乘时间为1.8s/人，平均上下乘客数量为15人，长度为12m。按步骤2计算得到快速公交服务时间为29s，取30s；常规公交服务时间为39s，取40s。确定泊位数为3，快速公交排队概率上限取2.5％，常规公交排队概率上限取10％。设计快速公交的到达率为20辆/h。

设定初始常规公交到达率为5辆/h，，若采用组合式组织形式，按步骤5计算排队概率，得到快速公交排队概率为0.04％，常规公交排队概率为0.3％，均小于上限值。不断调整常规公交排队概率，发现当常规公交到达率为43/h辆时，常规排队概率大于10％，因此常规公交到达率上限为43辆/h。同理计算混合式泊位组织形式的常规公交到达率上限为40辆/h。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，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。