■ 艾維宣 孔祥銘 張陳遠(yuǎn)灝 王天洋 張玉昆

北京市公交車(chē)線路擁堵模型研究

■ 艾維宣 孔祥銘 張陳遠(yuǎn)灝 王天洋 張玉昆

在當(dāng)今社會(huì)，隨著汽車(chē)的普及和城市的快速發(fā)展，交通擁堵問(wèn)題也越發(fā)嚴(yán)重，已經(jīng)成為全球性問(wèn)題。多年來(lái)，人們一直尋求解決交通擁堵問(wèn)題的措施和方法。本文從公共交通的角度出發(fā)，研究公交車(chē)線路擁堵問(wèn)題。

首先，根據(jù)搜集到的數(shù)據(jù)，建立了公交車(chē)線路容納能力模型，包括考慮道路交通流影響的公交車(chē)行駛速度模型和公交站飽和度模型，分析造成公交車(chē)線路擁堵的成因；其次，建立基于公交車(chē)線路容納能力的乘客滿意度模型，并通過(guò)設(shè)置調(diào)查問(wèn)卷的方式確定公交車(chē)行駛速度和公交站飽和度在乘客滿意度模型中的權(quán)重；針對(duì)所得到的結(jié)果，撰寫(xiě)報(bào)告給城市交通管理部門(mén)提供決策參考。結(jié)果表明，影響公交車(chē)線路容納能力的原因主要來(lái)自：公交線路設(shè)計(jì)及站點(diǎn)設(shè)置缺陷、混合車(chē)道、道路車(chē)流量大、人口密集等。針對(duì)這些原因，本文提出電纜-車(chē)道改造、安裝智能電子觀測(cè)信號(hào)燈和設(shè)置行人-機(jī)動(dòng)車(chē)信號(hào)燈間隔三個(gè)可實(shí)行的解決方案。

一、問(wèn)題分析與數(shù)據(jù)采集

本文以北京朝陽(yáng)門(mén)南小街路口為例，研究公交車(chē)線路擁堵問(wèn)題。

朝陽(yáng)門(mén)南小街位于北京市東城區(qū)（如圖1所示），周?chē)ㄖ兄袊?guó)建設(shè)銀行、中國(guó)工商銀行、新鮮胡同小學(xué)、建國(guó)門(mén)社區(qū)博物館等標(biāo)志性建筑，緊靠地鐵5號(hào)線、6號(hào)線的樞紐，其長(zhǎng)度貫穿建國(guó)門(mén)內(nèi)大街，直到外國(guó)文學(xué)出版社。附近有朝內(nèi)小街公交站，過(guò)站停車(chē)的公交車(chē)包括24路、58路、101路、109路、110路、112路、140路、674路、夜13路和夜28路。

經(jīng)過(guò)小組成員實(shí)地勘察和切身體會(huì)，朝陽(yáng)門(mén)南小街路口公交車(chē)線路擁堵問(wèn)題主要體現(xiàn)在如下幾個(gè)方面：（1）公交車(chē)移動(dòng)緩慢，出站車(chē)輛堆積，同時(shí)路口路段車(chē)輛密度較大，形成交通堵塞，影響城市正常交通秩序。（2）公交車(chē)站內(nèi)人群密度大，車(chē)站飽和度，乘客排隊(duì)時(shí)間長(zhǎng)。（3）公交車(chē)內(nèi)部過(guò)度擁擠，一方面導(dǎo)致乘客轉(zhuǎn)移到后門(mén)下車(chē)比較困難；另一方面造成公交車(chē)內(nèi)乘客身體不適。（4）機(jī)動(dòng)車(chē)、非機(jī)動(dòng)車(chē)和行人違反交通規(guī)則情況較為突出，影響公交車(chē)正常通行。

圖1 朝陽(yáng)門(mén)南小街路口地理位置圖

本文針對(duì)朝陽(yáng)門(mén)南小街路口公交車(chē)路線擁堵問(wèn)題，搜集相關(guān)數(shù)據(jù)，通過(guò)數(shù)學(xué)建模的方法分析公交車(chē)路線擁堵問(wèn)題的成因，深入探討并給出交通改善的長(zhǎng)期應(yīng)對(duì)策略和可操作的解決方案。

（一）問(wèn)題分析

北京公交網(wǎng)絡(luò)四通八達(dá)，但在許多路段，卻有著嚴(yán)重的交通擁堵問(wèn)題。當(dāng)下最要緊的是兩個(gè)問(wèn)題：公交車(chē)行駛速度和公交車(chē)站的人群擁擠問(wèn)題。這兩個(gè)問(wèn)題直接地影響了乘客的乘車(chē)滿意度。

本文從交通道路擁堵方面入手，一方面，考慮因道路擁堵造成的公交車(chē)行駛速度減慢，通過(guò)計(jì)算公交車(chē)的行駛速度來(lái)體現(xiàn)公交車(chē)在路上的擁堵情況從而給出具體的針對(duì)性措施；另一方面，考慮公交車(chē)站擁擠程度，通過(guò)計(jì)算公交車(chē)站人群飽和度來(lái)體現(xiàn)公交車(chē)運(yùn)輸效率從而根據(jù)問(wèn)題解決人群擁堵問(wèn)題。

分析流程如圖2所示。首先，收集紅綠燈變燈時(shí)間、車(chē)流量、汽車(chē)行駛速度、車(chē)站原有等待人數(shù)、公交車(chē)到站時(shí)的上下車(chē)人數(shù)、各個(gè)方向進(jìn)入車(chē)站的人數(shù)。根據(jù)所搜集的數(shù)據(jù)建立行駛時(shí)間縮短的優(yōu)化模型，通過(guò)計(jì)算公交車(chē)從路口前一站到下一站的行駛時(shí)間T，以行駛時(shí)間T為指標(biāo)，直觀地反映出交通擁堵的情況。本文建立車(chē)站人群飽和度的優(yōu)化模型，以人群飽和度C為指標(biāo)，直觀地體現(xiàn)出乘客乘車(chē)的滿意度，并通過(guò)使人群飽和度C減小的方法有效地解決乘客等車(chē)時(shí)滿意度低的問(wèn)題。其次，設(shè)計(jì)調(diào)查問(wèn)卷，從而得到公交車(chē)行駛速度的滿意度和公交車(chē)站擁擠滿意度的權(quán)重比例。

圖2 分析流程圖

（二）數(shù)據(jù)采集

朝內(nèi)小街公交站臺(tái)長(zhǎng)24米，寬2米，共設(shè)兩處站牌。朝陽(yáng)門(mén)南小街路口東西向?yàn)殡p向8車(chē)道，南北路為雙向分別為6車(chē)道和5車(chē)道，如圖3所示。

通過(guò)攝影的方法采集所需的數(shù)據(jù)，包括紅綠燈持續(xù)時(shí)間，路段車(chē)流量，公交車(chē)發(fā)車(chē)的時(shí)間間隔，公交車(chē)?？繒r(shí)間，行人在路口阻礙時(shí)間，公交車(chē)的種類(lèi)和數(shù)量，上下車(chē)人數(shù)等相關(guān)參數(shù)（調(diào)研時(shí)間為2016年12月16日非高峰時(shí)間段14：00～16：30，晚高峰時(shí)間段17：00～18：00）。

圖3 研究案例示意圖

1.車(chē)流量

采集的數(shù)據(jù)包含紅綠燈時(shí)間和非高峰時(shí)段和晚高峰時(shí)段各個(gè)車(chē)道的車(chē)流量，見(jiàn)表1。

表1 紅綠燈時(shí)間和車(chē)流量數(shù)據(jù)

2.公交站點(diǎn)情況

采集的數(shù)據(jù)包含14：00和17：00車(chē)站的原有等待人數(shù)和兩個(gè)時(shí)段（非高峰時(shí)段和晚高峰時(shí)段）從各個(gè)方向進(jìn)入車(chē)站的人數(shù)（如表2所示）。表3為不同種類(lèi)公交車(chē)?？恳淮紊舷萝?chē)人數(shù)。根據(jù)互聯(lián)網(wǎng)查詢結(jié)果分析整理，本文取擁堵時(shí)段時(shí)發(fā)車(chē)間隔為0.3小時(shí)，取普通時(shí)段時(shí)發(fā)車(chē)間隔為0.6小時(shí)。

表2 原有等待人數(shù)和進(jìn)站人數(shù)

表3 公交車(chē)上下車(chē)人數(shù)

二、模型建立與分析

（一）模型建立

公交車(chē)線路擁堵問(wèn)題可以由公交車(chē)線路容納能力體現(xiàn)出來(lái)，而公交車(chē)線路容納能力可以從公交站臺(tái)飽和度和考慮道路交通流影響的公交車(chē)行駛速度三個(gè)方面進(jìn)行計(jì)算。因此，本文首先建立考慮道路交通流影響的公交車(chē)行駛速度模型和公交車(chē)站飽和度模型。

給定時(shí)段內(nèi)公交車(chē)站的等待人數(shù)包括車(chē)站的原有等待人數(shù)、這個(gè)時(shí)段公交車(chē)?？寇?chē)站后上下車(chē)的人數(shù)差以及從各個(gè)方向進(jìn)入車(chē)站的人數(shù)總和，基于考慮道路交通流影響的公交車(chē)行駛速度模型和公交站飽和度模型，可以構(gòu)建公交車(chē)線路容納能力模型。

（二）成因分析

基于公交車(chē)線路容納能力模型的結(jié)果，利用根本原因分析法，結(jié)合模型參數(shù)，分析造成公交車(chē)線路擁擠的成因，并得出結(jié)論。

圖4 公交車(chē)行駛速度根本原因分析圖

（1）公交線路設(shè)計(jì)及站點(diǎn)設(shè)置缺陷導(dǎo)致公交運(yùn)輸效率低。許多的公交站點(diǎn)建立在大型地標(biāo)性建筑的門(mén)口，而周?chē)殡S龐大的人群，許多亂停放、亂駕駛的車(chē)輛。

（2）交通規(guī)劃不合理會(huì)導(dǎo)致紅燈時(shí)間過(guò)長(zhǎng)。有些路口由于東西走向車(chē)流量大或者道路規(guī)模大，為避免擁擠，綠燈持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)，則南北走向的紅燈時(shí)間長(zhǎng)。這就導(dǎo)致了南北走向車(chē)輛不斷堆積，造成車(chē)輛擁堵。

（3）交通標(biāo)志標(biāo)線混亂導(dǎo)致混合車(chē)道的出現(xiàn)，直接影響車(chē)輛通行。

（4）交通發(fā)展問(wèn)題導(dǎo)致道路行車(chē)能力低，車(chē)道少。

（5）地標(biāo)性建筑林立，如：學(xué)校、醫(yī)院、證券交易所。在此周?chē)?，往往都是人流的聚集地，伴隨的是交通的主要干道，車(chē)流量大、人員密集。

（6）人均收入增加，私家車(chē)擁有量增加，導(dǎo)致車(chē)流量大，影響公交車(chē)行駛速度。

三、改善措施與方案

（一）電纜-車(chē)道改造

加設(shè)公交進(jìn)站專用車(chē)道，增加電纜變道器，解決電纜公交車(chē)受阻問(wèn)題。

圖5 公交車(chē)站飽和度根本原因分析圖

高峰時(shí)期公交車(chē)車(chē)輛密度大，到站時(shí)車(chē)輛停靠會(huì)導(dǎo)致后面的公交車(chē)輛減速停止，從而減弱了運(yùn)輸效率并且造成了后車(chē)擁堵的現(xiàn)象，因此，建議在距離車(chē)站40米處開(kāi)始增加一條公交專用進(jìn)站車(chē)道，便于進(jìn)站停車(chē)的公交車(chē)停靠，也不會(huì)影響不停靠此站的公交車(chē)的行駛。

考慮到有電纜公交車(chē)，因此對(duì)電纜進(jìn)行改造，增加電纜變道器，使要?？康碾娎|公交車(chē)進(jìn)入?？繀^(qū)，不停靠的電纜公交車(chē)可以不受阻礙地通行，也進(jìn)一步解決了電纜公交車(chē)超車(chē)問(wèn)題。

（二）安裝智能電子觀測(cè)信號(hào)燈

由于紅燈時(shí)間安排不太合理，導(dǎo)致主要道路的紅燈時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，車(chē)流量加大。因此，可以研發(fā)一種“智能電子觀測(cè)信號(hào)燈”這種信號(hào)燈能自主觀測(cè)車(chē)流量、人流量，從而控制信號(hào)燈變燈的時(shí)間間隔，加大車(chē)輛通行能力；并且可以更有效地減輕主要道路堵車(chē)現(xiàn)象，也解決了信號(hào)燈時(shí)間安排不合理的問(wèn)題。

（三）設(shè)置行人-機(jī)動(dòng)車(chē)信號(hào)燈間隔

將行人過(guò)馬路時(shí)的綠燈時(shí)間減短，再把減短的時(shí)間增加到黃燈時(shí)間上，可以有警告行人的效果，從而大幅度減少行人闖紅燈的現(xiàn)象，既可以保障行人的安全，又可以增加車(chē)流在綠燈時(shí)的通行時(shí)間，進(jìn)一步減緩交通擁堵。

為此，筆者建議：

（1）交通部門(mén)可以將公交車(chē)專用道修成一條環(huán)形的軌道，巧妙地在居民區(qū)和商業(yè)區(qū)間穿梭，這樣既緩解了公交車(chē)的擁堵，也方便了群眾的出行。

（2）商業(yè)機(jī)構(gòu)在同一地區(qū)內(nèi)實(shí)行錯(cuò)峰上下班。

（3）可以使紅綠燈處于感應(yīng)自控模式—通過(guò)對(duì)車(chē)流量大小的感應(yīng)自動(dòng)調(diào)節(jié)紅綠燈的時(shí)間，從而緩解交通壓力。

（4）駕駛區(qū)內(nèi)裝有實(shí)時(shí)的交通情況圖，并給司機(jī)適當(dāng)?shù)慕ㄗh，讓其避開(kāi)擁堵路段。除此之外，將人行道全部建為拱橋形，將人車(chē)徹底分離。

（5）應(yīng)加大每輛車(chē)的滿載人數(shù)，可把經(jīng)常滿載的公交車(chē)換為雙層車(chē)。

（作者單位：北京電子科技職業(yè)學(xué)院）