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全国交通科技大赛论文集(123等奖)
停靠站最佳线路容量研究
陆嘉珉,高跃文,赵庆鑫,王文修
(同济大学交通运输工程学院,上海,201804)
摘要:本文采用随机服务系统的理论,先从公交车的停靠时间分析入手,以公交车的饱和车头时距为研究重点,通过计算同时到站车辆概率,最终确定建立计算停靠站公交线路容量的模型,最后通过仿真模拟的方法对模型进行验证与分析。
关键词:停靠站,最佳线路,容量;公交车停靠时间;饱和车头时距;公交车到站概率。
1.问题提出与问题抽象
在世界上许多城市都存在公交车停靠站拥堵的现象,它已经成为影响公交系统服务水平提升的瓶颈,并对整个交通系统产生较大的负面影响。而停靠站拥堵的核心因素是停靠站线路容量不足,本研究将这一问题抽象为停靠站线路最佳容量的确定问题。
本研究主要针对港湾式停靠站和路侧式停靠站。
2.建模与仿真
2.1 公交车线路容量计算模型
2.1.1公交车停靠时间分析
公交车从减速进站到加速出站分为四个阶段 :分别为减速进站,开关门,乘客上下车,加速离站,对应的四个时间分别是t1,t2,t3,t4。
t1的计算可通运动学的基本公式得到:
本次研究根据实际情况,别取车长L=11m,汽车加速度b=1.5m/s2,得到t1=3.8s;
t2可以通过翻阅资料查得,一般为3-4s;
t3的影响因素众多,它的测定通常用实地测量的方法得到。本次研究的t3是在上海曹杨八村站经过多次实地观测最后得出的。
表1 不同车辆数的每客上车时间
N 1 2 3 第n辆车每客上车
时间t上(s) 2.2 2.9 3.5
t4的计算可以分为两部分:加速离站基本时间ta、公交车重新汇入车流的延误时间td。
ta的计算与他t1类似,td的计算可查阅下表。
表2 临近车道交通流对td的影响
临近车道的交通流(辆/时) 公交车重新进入交通流的平均延误时间(秒) 100 1 200 2 300 3 400 4 500 5 600 6 700 8 800 10 900 12 1000 15
2.1.2饱和车头时距分析
饱和车头时距Ts指到达停靠站上下客并驶出停靠站的前后两车的最短车头时距。Ts由减速进站时间t1, 开关门时间t2(一般为3~4s),乘客上下车时间t3,加速离站时间t4组成。即:
Ts=t1+t2+t3+t4
下面给出不同泊位情况下饱和车头时距的计算方法:
一泊位:
根据我们的调查(表1),对一个站位的情形,每客平均上车时间为2.2s,平均下车时间为1.3s,由此规定当量上车人数A=Max(每车上车人数,0.6*下车人数),于是每车上,下时间t3为2.2A。故一个泊位时的饱和车头时距为:
Ts=2.2A+ t1+ t2 +t4。Tu= t1+t2+t4,如果车头时距短于Tu,则后车在前车驶离之前就完成了上,下客作业(为简化计,假设两车的A值相同),则后车饱和车头时距为Tu+ (2.9-2.2)A=Tu+0.7ATu+1.45A;如果车头时距大与Tu+2.2A,则后车到达时前车已驶离,两车平均饱和车头时距为Tu+2.2A;如果车头时距在Tu~[Tu+2.2A]之间,则后车平均饱和车头时距为上述两后车值的平均值,即为Tu+1.45A,两车平均为Tu+1.825A。
同济大学郭冠英老师以及王谦硕士分别通过实际调查数据,同时参考以往研究成果对公交车到达情况做出经验拟合,证实多条线路公交车到达同一地点的车头时距服从负指数分布 ,则我们可以得到两站位情况下饱和车头时距的计算公式:
三泊位:
每车饱和车头时距与第1、2车到站时差t1,2、第2、3车到站时差t2,3的组合分布有关。以B表示事件(t1,2 Tu+2.2A),C表示事件(t1,2 Tu),D表示事件(Tu≤t1,2≤Tu+2.2A),B’表示事件(t2,3 Tu+2.2A),C’表示事件(t2,3 Tu),D’表示事件(Tu≤t2,3≤Tu+2.2A),则时差组合有9种,将每组的饱和车头时距乘以出现概率就可得到三泊位时的饱和车头时距的计算公式:
2.1.3同时到站车辆概率
根据我们的调查研究发现,公交车-停靠站构成了随机服务的M/M/1系统,该系统的服务能力u=Ts-1。P(mk)为停靠站驻车数大于k辆的概率,则根据M/M/1系统的性质,可推导出:
如果停靠站设置在信号灯交叉口进口道处,饱和车头时距会受到信号灯配时的影响,则上面的公式应改为:
我们利用C语言编写了同时到站车辆概率的计算程序,对2、3站位的情形进行了概率计算。为扩大程序的适用范围,在程序中,用户需输入车站类型、车站泊位数、当量上车人数、高峰小时单条线路的平均发车数以及毗邻车道车流量。
2.1.4最佳线路容量确定
根据前面三节的成果就可以确定公交车站的最佳线路容量了,下面我们给出两泊位车站的计算试例:
根据对
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