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CN109584546B - 一种快速-常规公交共享车道发车流量阈值的确定方法 - Google Patents

一种快速-常规公交共享车道发车流量阈值的确定方法 Download PDF

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CN109584546B
CN109584546B CN201810721982.1A CN201810721982A CN109584546B CN 109584546 B CN109584546 B CN 109584546B CN 201810721982 A CN201810721982 A CN 201810721982A CN 109584546 B CN109584546 B CN 109584546B
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Abstract

本发明公开了一种常规—快速公交共享车道发车流量阈值的确定方法，该方法首先以快速公交和常规公交共线道路为研究对象，将特定快速公交发车频率下的常规公交的发车量作为阈值的控制指标，进而研究快速公交专用道共享阈值的约束条件，然后通过对几类关键指标的分析，分别提出了运行时间约束条件、站点排队概率约束条件、路段运行效率作为三类约束条件，最后通过计算不同交通条件下的阈值范围，归纳总结出常规—快速公交共享车道阈值条件的确定方法。本发明旨在探索常规—快速公交专用车道共享设置的定量化条件，可以为专用道共享设置提供优化方法支撑，在保障专用道公交运行效率和路段整体运行效益的基础上，最大限度地发挥现有道路交通资源的优势。

Description

一种快速-常规公交共享车道发车流量阈值的确定方法
技术领域
本发明涉及城市交通规划与管理领域，特别是涉及一种快速-常规公交共享车道发车流量阈值的确定方法。
背景技术
随着我国经济的快速发展，城市化、机动化的进程日益加快，我国大部分城市小汽车增长速度和道路交通设施的增长速度的差距日益扩大，交通问题日益突出。对于大部分城市，只有发展公共交通，实行公交优先的政策，将公共交通建设成为城市交通的主力，才能够从根源上缓解城市交通出现的拥堵等交通问题。
快速公交系统是一种新型的公共交通形式，兼具常规公交及轨道交通的优点，运量大、平均运送速度高、灵活性好、环境污染小，而建设成本相对低廉，日益得到推广应用。此外，快速公交作为城市交通的骨干，一般都必需辅以常规公交作为补充。常规公交和快速公交并存于城市公共交通系统中，存在着大量的共线情况，而另一方面，独立的运行空间是保证快速公交高效运行的基本前提，快速公交线路一般都拥有独立路权的专用车道，由于发车频率较低，因此独立的路段快速公交专用道通常利用率较低，存在着较大的资源浪费。
因此，在保证快速公交运行不受较大影响的前提下，可以在快速公交和常规公交共线的道路上，将快速公交专用道进行共享，提供给地面常规公交使用。一方面可以提高快速公交专用道的利用效率，优化道路资源的配置，另一方面可以提高普通公交的运行效率，减少延误。当前已经有相关的快速公交专用道与常规公交进行共享的类似实践，即所谓组合线路的快速公交线路形式，本质上是以类似常规公交的支线作为主线的辅助。但是这些实践并没有考虑依据定量化的设置标准进行设置，如果共享专用车道的地面常规公交发车量过大，将严重影响整体服务水平。因此，对于快速-常规公交专用道共享的发车量的下限和上限进行定量判定具有重要的现实意义。
发明内容
为了解决以上问题，本发明提供一种快速-常规公交共享车道发车流量阈值的确定方法，该方法以协调快速公交与常规公交两种交通方式的高效运行，提高城市道路资源的利用效率为目标，以快速公交和常规公交线路共线段为研究对象，研究特定交通条件下快速公交与常规公交进行专用道独立或共享的阈值条件确定的方法，可以为快速公交专用道与常规公交共享设置提供参考，为达此目的，本发明提供一种快速-常规公交共享车道发车流量阈值的确定方法，包括以下步骤：
步骤1，获取相关因素参数的数据：包括快速公交线路发车量、平均交叉口间距和站点间距、站点的服务时间、社会车流量、站台形式和泊位数、站点公交的到达规律、共线段长度、道路的车道数，交叉口绿信比及相关因素数据；
步骤2，路段运行效率约束条件判断，令常规公交线路发车量为0辆/h，求解共享前后的人均行程时间，判断路段约束条件是否成立，如果不成立，则不断调高常规公交发车量，最终满足该约束条件的常规公交发车量即是该条件确定的常规公交发车量下限约束值；
步骤3，排队概率约束条件判断，首先设定常规公交发车量为一个较高的初始值，取200辆/h，然后根据站点公交的到达规律和站点泊位形式，使用对应模型计算排队概率，判断是否符合排队概率条件，如果不符合，则调低常规公交发车量，直到符合条件为止，则不断调整后符合约束条件的上限值即是该条件确定的常规公交的发车量上限约束值；
步骤4，运行时间约束条件判断，设常规公交发车量为较高的初始值200辆/h，根据路段速度-流量模型和交叉口延误模型计算路段和交叉口花费的时间，根据站点公交到达分析模型计算排队延误，判断是否符合总运行时间条件，如果不符合，则调低常规公交发车量，直到符合为止，则符合时的常规公交发车量即是运行时间约束条件限定的上限值；
步骤5，确定阈值区间，根据步骤2确定的常规公交发车量，将其确定为阈值的下限约束值；对比步骤3与步骤4所确定的常规公交发车量，选择其中较小的作为阈值的上限约束值，则可以得到阈值的取值范围。
作为本发明进一步改进，步骤1中阈值判定所需相关因素数据中道路物理因素数据包括：共线段长度、车道数、交叉口间距、站点间距、泊位数；交通管控因素数据包括：交叉口绿信比、快速公交发车量；交通状态因素数据包括：高峰期间社会车流量、站点服务时间、站点公交到达规律；阈值判别指标包括：效率优先系数和排队概率容许上限值。
作为本发明进一步改进，所述步骤2中以人均行程时间为指标的专用道共享的路段运行效率条件为：
t′avg<ξtavg
式中：ξ为效率优先系数，t′avg为共享后人均行程时间，tavg为共享前人均行程时间；
共享前后断面人均行程时间计算公式分别为：
Figure GDA0002993127620000031
式中：qBRT为快速公交流量(pcu/h)；qcg为常规公交流量(pcu/h)；qsh为社会车辆流量(pcu/h)；tz为共享前专用道上车辆行程时间(h)；thx为共享前社会车道上车辆行程时间(h)；pBRT为快速公交载客数(人/辆)；pcg为常规公交载客数(人/辆)；psh为社会车辆载客数(人/辆)；
Figure GDA0002993127620000032
式中：t′z为共享后专用道上车辆行程时间(h)；t′hx为共享后社会车道上车辆行程时间(h)；其余符号同前；
又由根据改进的BPR模型，确定路段速度模型为：
Figure GDA0002993127620000033
式中：v0为自由流速度(km/h)；q为流量(pcu/h)；c为道路通行能力(pcu/h)；
所以，共享前专用道上车辆行程时间tz和社会车道上车辆行程时间thx可表示为：
Figure GDA0002993127620000034
Figure GDA0002993127620000035
式中：L为共享段长度；vz为共享前专用道上车辆行驶速度(km/h)；vhx为共享前社会车道上车辆行驶速度(km/h)；其余符号同前；
所以，共享后断面人均行程时间计算公式中共享后专用道上车辆行程时间t′z和社会车道上车辆行程时间t′hx可表示为：
Figure GDA0002993127620000036
Figure GDA0002993127620000037
式中：vz'为共享后专用道上车辆行驶速度(km/h)；vhx'为共享后社会车道上车辆行驶速度(km/h)；其余符号同前。
作为本发明进一步改进，所述步骤3中以排队概率为指标的约束条件具体为：
P≤Ppermit
式中：P为快速公交与常规公交排队概率(km)；Ppermit为容许的排队概率上限。排队概率容许上限根据具体工程的需要选取，建议取10％～25％；
上式中，排队概率P可以利用等待制的M/M/n排队系统的公式计算其指标，如下所示：
Figure GDA0002993127620000041
式中：P0为泊位空闲的概率；s为混合停靠站台的泊位数；ρ为系统的服务强度；其中：
Figure GDA0002993127620000042
Figure GDA0002993127620000043
λ＝λA+λB
Figure GDA0002993127620000044
Figure GDA0002993127620000045
式中：λA、λB分别为快速公交和常规公交的到达率(辆/h)；tA、tB分别为快速公交和常规公交的平均服务时间(s)。λ为等效公交车流的到达率(辆/h)；t为等效公交车流的平均服务时间(s)；u为等效公交车流的服务率(辆/h)。
作为本发明进一步改进，所述步骤4中以站点运行时间为指标的约束条件具体为：
Figure GDA0002993127620000046
Figure GDA0002993127620000047
Figure GDA0002993127620000048
Figure GDA0002993127620000049
式中：L为共享段长度(km)；Tgz为共享后专用道上所有站点延误时间；Tgj为共享后专用道上所有交叉口延误时间；Tgl为共享后专用道路段运行时间；tgz为共享后专用道上平均单个站点延误时间；nz为站点个数；nj为交叉口个数；tgj为共享后专用道上平均单个交叉口延误时间；vgl为共享后专用道路段运行速度；vy为最低等级的快速公交系统运送速度下限；g为车道组的有效绿灯时间(s)；C为信号周期长度(s)；X为车道组的v/c比；其余符号同前。
本发明一种快速-常规公交共享车道发车流量阈值的确定方法，相比现有技术，具有以下有益效果：
本发明以快速公交和常规公交共线道路为研究对象，对应共享路段、交叉口、站点等多因素影响，分别建立了与发车量相关的量化模型和计算方法；同时基于多因素分析，讨论了不同物理条件下，确定常规公交发车量上下限阈值区间的约束条件，指导实际共享运行；此外，实际应用中根据不同物理条件，阈值区间将会受到不同因素的影响，本方法能够帮助找出制约瓶颈，弥补现有专用道共享条件定量化设置方法的缺陷，对于优化设计有较好的补充作用，从而进一步实现道路断面资源的优化配置，提升道路综合交通的运行效率。
附图说明
图1为本发明的流程图；
图2为本发明不同常规公交发车量路段人均时耗示意图；
图3为本发明不同常规公交发车量站点排队概率示意图；
图4为本发明不同常规公交发车量运行时间。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述：
本发明提供一种快速-常规公交共享车道发车流量阈值的确定方法，该方法以协调快速公交与常规公交两种交通方式的高效运行，提高城市道路资源的利用效率为目标，以快速公交和常规公交线路共线段为研究对象，研究特定交通条件下快速公交与常规公交进行专用道独立或共享的阈值条件确定的方法，可以为快速公交专用道与常规公交共享设置提供参考。
运用此发明中的方法，结合具体算例对本发明做进一步说明。一种快速-常规公交共享车道发车流量阈值的确定方法，包括以下步骤：
步骤1，获取相关因素参数的数据：包括快速公交线路发车量、平均交叉口间距和站点间距、站点的服务时间、社会车流量、站台形式和泊位数、站点公交的到达规律、共线段长度、道路的车道数，交叉口绿信比相关数据。
表1阈值判定所需相关因素数据
Figure GDA0002993127620000061
根据调查和工程需要，确定本算例中相关参数数据如下表所示：
表2实例相关参数值
Figure GDA0002993127620000062
步骤2，路段运行效率约束条件判断，令常规公交线路发车量为0辆/h，求解共享前后的人均行程时间，判断路段约束条件是否成立，如果不成立，则不断调高常规公交发车量，最终满足该约束条件的常规公交发车量即是该条件确定的常规公交发车量下限约束值。
所述以人均行程时间为指标的专用道共享的路段运行效率条件为：
t′avg<ξtavg
式中：ξ为效率优先系数，t′avg为共享后人均行程时间，tavg为共享前人均行程时间。
共享前后断面人均行程时间计算公式分别为：
Figure GDA0002993127620000071
式中：qBRT为快速公交流量(pcu/h)；qcg为常规公交流量(pcu/h)；qsh为社会车辆流量(pcu/h)；tz为共享前专用道上车辆行程时间(h)；thx为共享前社会车道上车辆行程时间(h)；pBRT为快速公交载客数(人/辆)；pcg为常规公交载客数(人/辆)；psh为社会车辆载客数(人/辆)。
Figure GDA0002993127620000072
式中：t′z为共享后专用道上车辆行程时间(h)；t′hx为共享后社会车道上车辆行程时间(h)；其余符号同前。
又由根据改进的BPR模型，确定路段速度模型为：
Figure GDA0002993127620000073
式中：v0为自由流速度(km/h)；q为流量(pcu/h)；c为道路通行能力(pcu/h)。
所以，共享前专用道上车辆行程时间tz和社会车道上车辆行程时间thx可表示为：
Figure GDA0002993127620000074
Figure GDA0002993127620000075
式中：L为共享段长度(km)；vz为共享前专用道上车辆行驶速度(km/h)；vhx为共享前社会车道上车辆行驶速度(km/h)；其余符号同前。
所以，共享后专用道上车辆行程时间t′z和社会车道上车辆行程时间t′hx可表示为：
Figure GDA0002993127620000076
Figure GDA0002993127620000077
式中：vz'为共享后专用道上车辆行驶速度(km/h)；vhx'为共享后社会车道上车辆行驶速度(km/h)；其余符号同前。
根据上述步骤2中的求解公式，可以求得不同常规公交发车量水平下共享前后的人均时耗。计算得到共享前的人均时耗(乘以效率优先系数以后)和共享后的人均时耗与随常规公交发车量变化的关系如图2所示。
观察到当常规公交发车量为16辆/h，共享后人均时耗小于共享前人均时耗，因此，本算例中满足路段效率优先条件的常规公交发车量下限为y1＝16辆/h。
步骤3，排队概率约束条件判断，首先设定常规公交发车量为一个较高的初始值，取200辆/h，然后根据站点公交的到达规律和站点泊位形式，使用对应模型计算排队概率，判断是否符合排队概率条件，如果不符合，则调低常规公交发车量，直到符合条件为止，则不断调整后符合约束条件的上限值即是该条件确定的常规公交的发车量上限约束值。
所述以排队概率为指标的约束条件具体为：
P≤Ppermit
式中：P为快速公交与常规公交排队概率；Ppermit为容许的排队概率上限。排队概率容许上限根据具体工程的需要选取，建议取10％～25％。
上式中，排队概率P可以利用等待制的M/M/n排队系统的公式计算其指标，如下所示：
Figure GDA0002993127620000081
式中：P0为泊位空闲的概率；s为混合停靠站台的泊位数；ρ为系统的服务强度。
其中：
Figure GDA0002993127620000082
Figure GDA0002993127620000083
λ＝λA+λB
Figure GDA0002993127620000084
Figure GDA0002993127620000085
式中：λA、λB分别为快速公交和常规公交的到达率(辆/h)；tA、tB分别为快速公交和常规公交的平均服务时间(s)。λ为等效公交车流的到达率(辆/h)；t为等效公交车流的平均服务时间(s)；u为等效公交车流的服务率(辆/h)。
由上述步骤3中的计算公式，可计算本算例中不同常规公交发车量下的排队概率，如图3所示。由于容许排队概率上限为20％，得该条件确定的常规公交发车量上限为y2＝56辆/h。
步骤4，运行时间约束条件判断，设常规公交发车量为较高的初始值200辆/h，根据路段速度-流量模型和交叉口延误模型计算路段和交叉口花费的时间，根据站点公交到达分析模型计算排队延误，判断是否符合总运行时间条件，如果不符合，则调低常规公交发车量，直到符合为止，则符合时的常规公交发车量即是运行时间约束条件限定的上限值。
所述以站点运行时间为指标的约束条件具体为：
Figure GDA0002993127620000091
Figure GDA0002993127620000092
Figure GDA0002993127620000093
Figure GDA0002993127620000094
式中：L为共享段长度(km)；Tgz为共享后专用道上所有站点延误时间；Tgj为共享后专用道上所有交叉口延误时间；Tgl为共享后专用道路段运行时间；tgz为共享后专用道上平均单个站点延误时间；nz为站点个数；nj为交叉口个数；tgj为共享后专用道上平均单个交叉口延误时间；vgl为共享后专用道路段运行速度；vy为最低等级的快速公交系统运送速度下限，取值为20km/h；g为车道组的有效绿灯时间(s)；C为信号周期长度(s)；X为车道组的v/c比；其余符号同前。
根据上述步骤4中计算公式，可计算出本算例中不同常规公交发车量下公交到站的平均停靠时间。结合模型计算的结果可以得到不同常规公交发车量下共享段的总运行时间，如图4所示。
运送速度下限为20km/h，则长度为10km的路段运行时间不能超过30min，由图中可以得到本算例对应运送速度下运行时间约束限制的常规公交发车量上限约束值为y3＝72辆/h。
步骤5，确定阈值区间，根据步骤2确定的常规公交发车量，将其确定为阈值的下限约束值；对比步骤3与步骤4所确定的常规公交发车量，选择其中较小的作为阈值的上限约束值，则可以得到阈值的取值范围。
综合以上步骤，最终可以确定适合进行引入快速公交专用道与快速公交共享的常规公交发车量S∈(y1,min(y2,y3))＝(16,min(56,72))＝(16,56),即阈值区间为16辆/h～56辆/h。也就是说，在该算例的交通条件下，与快速公交进行专用道共享的常规公交数量范围在16辆/h～56辆/h之间。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作任何其他形式的限制，而依据本发明的技术实质所作的任何修改或等同变化，仍属于本发明所要求保护的范围。

Claims (1)

1.一种快速-常规公交共享车道发车流量阈值的确定方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，获取相关因素参数的数据：包括快速公交线路发车量、平均交叉口间距和站点间距、站点的服务时间、社会车流量、站台形式和泊位数、站点公交的到达规律、共线段长度、道路的车道数，交叉口绿信比及相关因素数据；
步骤1中阈值判定所需相关因素数据中道路物理因素数据包括：共线段长度、车道数、交叉口间距、站点间距、泊位数；交通管控因素数据包括：交叉口绿信比、快速公交发车量；交通状态因素数据包括：高峰期间社会车流量、站点服务时间、站点公交到达规律；阈值判别指标包括：效率优先系数和排队概率容许上限值；
步骤2，路段运行效率约束条件判断，令常规公交线路发车量为0辆/h，求解共享前后的人均行程时间，判断路段约束条件是否成立，如果不成立，则不断调高常规公交发车量，最终满足该约束条件的常规公交发车量即是该条件确定的常规公交发车量下限约束值；
所述步骤2中以人均行程时间为指标的专用道共享的路段运行效率条件为：
t′avg<ξtavg
式中：ξ为效率优先系数，t′avg为共享后人均行程时间，tavg为共享前人均行程时间；
共享前后断面人均行程时间计算公式分别为：
Figure FDA0002993127610000011
式中：qBRT为快速公交流量(pcu/h)；qcg为常规公交流量(pcu/h)；qsh为社会车辆流量(pcu/h)；tz为共享前专用道上车辆行程时间(h)；thx为共享前社会车道上车辆行程时间(h)；pBRT为快速公交载客数(人/辆)；pcg为常规公交载客数(人/辆)；psh为社会车辆载客数(人/辆)；
Figure FDA0002993127610000012
式中：t′z为共享后专用道上车辆行程时间(h)；t′hx为共享后社会车道上车辆行程时间(h)；其余符号同前；
又由根据改进的BPR模型，确定路段速度模型为：
Figure FDA0002993127610000013
式中：v0为自由流速度(km/h)；q为流量(pcu/h)；c为道路通行能力(pcu/h)；
所以，共享前专用道上车辆行程时间tz和社会车道上车辆行程时间thx可表示为：
Figure FDA0002993127610000014
Figure FDA0002993127610000015
式中：L为共享段长度(km)；vz为共享前专用道上车辆行驶速度(km/h)；vhx为共享前社会车道上车辆行驶速度(km/h)；其余符号同前；
所以，共享后断面人均行程时间计算公式中共享后专用道上车辆行程时间t′z和社会车道上车辆行程时间t′hx表示为：
Figure FDA0002993127610000021
Figure FDA0002993127610000022
式中：vz'为共享后专用道上车辆行驶速度(km/h)；vhx'为共享后社会车道上车辆行驶速度(km/h)；其余符号同前；
步骤3，排队概率约束条件判断，首先设定常规公交发车量为一个较高的初始值，取200辆/h，然后根据站点公交的到达规律和站点泊位形式，使用对应模型计算排队概率，判断是否符合排队概率条件，如果不符合，则调低常规公交发车量，直到符合条件为止，则不断调整后符合约束条件的上限值即是该条件确定的常规公交的发车量上限约束值；
所述步骤3中以排队概率为指标的约束条件具体为：
P≤Ppermit
式中：P为快速公交与常规公交排队概率；Ppermit为容许的排队概率上限，排队概率容许上限根据具体工程的需要选取，建议取10％～25％；
上式中，排队概率P利用等待制的M/M/n排队系统的公式计算其指标，如下所示：
Figure FDA0002993127610000023
式中：P0为泊位空闲的概率；s为混合停靠站台的泊位数；ρ为系统的服务强度；
其中：
Figure FDA0002993127610000024
Figure FDA0002993127610000025
λ＝λA+λB
Figure FDA0002993127610000026
Figure FDA0002993127610000027
式中：λA、λB分别为快速公交和常规公交的到达率(辆/h)；tA、tB分别为快速公交和常规公交的平均服务时间(s)，λ为等效公交车流的到达率(辆/h)；t为等效公交车流的平均服务时间(s)；u为等效公交车流的服务率(辆/h)；
步骤4，运行时间约束条件判断，设常规公交发车量为较高的初始值200辆/h，根据路段速度-流量模型和交叉口延误模型计算路段和交叉口花费的时间，根据站点公交到达分析模型计算排队延误，判断是否符合总运行时间条件，如果不符合，则调低常规公交发车量，直到符合为止，则符合时的常规公交发车量即是运行时间约束条件限定的上限值；
所述步骤4中以站点运行时间为指标的约束条件具体为：
Figure FDA0002993127610000031
Figure FDA0002993127610000032
Figure FDA0002993127610000033
Figure FDA0002993127610000034
式中：L为共享段长度(km)；Tgz为共享后专用道上所有站点延误时间；Tgj为共享后专用道上所有交叉口延误时间；Tgl为共享后专用道路段运行时间；tgz为共享后专用道上平均单个站点延误时间；nz为站点个数；nj为交叉口个数；tgj为共享后专用道上平均单个交叉口延误时间；vgl为共享后专用道路段运行速度；vy为最低等级的快速公交系统运送速度下限；g为车道组的有效绿灯时间(s)；C为信号周期长度(s)；X为车道组的v/c比；其余符号同前；步骤5，确定阈值区间，根据步骤2确定的常规公交发车量，将其确定为阈值的下限约束值；对比步骤3与步骤4所确定的常规公交发车量，选择其中较小的作为阈值的上限约束值，则可以得到阈值的取值范围。
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