城市轨道交通与快速公交换乘时间衔接分析

谢立宏

(吉林铁道职业技术学院,132001,吉林∥副教授)

城市轨道交通与快速公交换乘时间衔接分析

谢立宏

(吉林铁道职业技术学院,132001,吉林∥副教授)

在分析城市轨道交通与快速公交特点的基础上,以缩短出站乘客换乘时间为目的,重点研究利用快速公交疏散城市重点区域轨道交通站点产生的大量出站客流的协调条件。通过对城市轨道交通出站换乘时间的详细分析,将出站乘客换乘时间细分为四部分,建立乘客换乘总等待时间最短宏观模型,并分析造成乘客候车时间长的原因;运用时空图对两者换乘过程、换乘状态进行描述,探讨总结两者协调调度的条件。最后运用实例对该方法进行验证。

城市轨道交通;快速公交;出站换乘

Author's addressJilin Railway Vocational and Technology College,132001,Jilin,China

在某些地铁车站附近,由于接驳的道路公交调度控制方式为“定点发出、两头卡点”,而城市道路容易受道路拥挤等影响,导致在途到站时间不固定,容易造成道路公交车到站的非正常“大间距”。这与城市轨道交通的密集发车、大运输量的特点相矛盾,导致客流大量拥堵。为了使城市轨道交通能够充分发挥其大客流量运输的特点,各城市在重点发展城市轨道交通作为城市公共交通骨干的同时,应在城市重点道路考虑发展畅通性有保障的快速公共交通系统(BRT)作为其基础性接驳方式。

快速公交系统由于有物理隔离的专用道和智能交通系统等保障措施,畅通性有保障,利于车辆的灵活调度,满足出行需求。因此国内外一部分城市已经建设或正在筹划建设快速公共交通。大多城市将快速公交定位为轨道交通的延伸、补充。因此快速公交与轨道交通之间需要进行协调规划,保证轨道交通重要站点大量出站客流的快速疏散。这样才能充分发挥城市轨道交通的重要作用。

当前在公共交通多式协调理论中,虽有相关研究,但从总体上看,大都是从宏观角度对两者换乘系统进行分析研究,同时研究内容主要集中在线网规划方面。本文从出站乘客换乘时间角度出发,以尽快地疏散重点轨道交通车站聚集的大量出站人群为目的,分析出站乘客通过快速公交疏散的换乘时间问题,对两者进行协调调度,最大限度地缩短出站乘客在快速公交车站的等待时间。

1 出站客流换乘时间分析

当轨道交通出站客流从站点流向快速公交站点时,存在一定的换乘延误时间。在换乘设施、换乘通道设计合理的基础上,乘客换乘延误时间主要是由换乘等待时间引起。将乘客换乘延误缩减为最短,可以节约乘客换乘时间,实现出站乘客换乘时间最短的目的。

乘客换乘时间t主要由四部分组成:乘客上下车所用时间t1;乘客购票检票时间t2;换乘站之间(指快速公交停靠站与轨道交通车站之间)的步行时间t3;乘客在快速公交站点的候车时间t4。即:t=t1+t2+t3+t4。

一般乘客上下车所用的时间t1,经过观测,前后上下客时间差在0.3 s左右,即t1基本上可以取为一定值。

由于主要考虑出站客流,所以t2可以忽略。

t3主要与换乘通道的长度有关。在同一换乘通道的情况下,乘客总换乘平均步行时间也可视为一固定值。

t4主要是由以下两种情况产生:

(1)乘客到达快速公交目标站台时,目标车辆还没有到站,乘客需要花费一定的时间等待(这种情况最为常见);

(2)乘客到达快速公交目标站台时,目标车辆刚刚离站,乘客需等待下班车辆,此时候车时间达到最大 ,并且 T候车≥T发车间隔。

由上述分析可知,出站乘客换乘快速公交时间的长短变化主要由换乘候车时间决定。缩短乘客换乘时间,主要是尽量缩短乘客的换乘候车时间。对于上述两种情况,可以通过研究轨道交通与快速公交运营模式,在运营计划中合理安排轨道交通列车和快速公交车辆的协调调度,优化乘客换乘时间,提高快速公交与轨道交通的衔接效率,降低大多数人的候车时间。

2 乘客总等待时间最短宏观模型

等待时间是换乘时间中的一部分。利用快速公交疏散城市中心区域轨道站点大客流的最短调度问题就是:在进行车辆调度时,最大限度地缩短出站乘客在快速公交站点换乘等待时间[1-3]。

为了便于分析,在某一时间区间[t1,t2]内,假设轨道交通和快速公交线路的发车间隔为定值。设:tR1_d(t1≤tR1_d≤t2)为第一辆轨道交通车辆从始发站的发车时间;tB1_d(t1≤tB1_d≤t2)为同一时间区间内第一辆快速公交从始发站的发车时间;HR为轨道交通车辆的发车间隔;HB为与以上轨道交通车辆存在换乘的快速公交线路的发车间隔。则:

式中:

tRj_d——第j辆轨道交通车辆从始发站的出发时间;

tBi_d——第i辆快速公交车辆从始发站的出发时间。

设TRj_k表示城市轨道交通车辆从始发站到达换乘点k计划行驶时间;TBi_k表示快速公交车从始发站到达换乘点计划行驶时间(在换乘点k与轨道交通车辆相邻到达)。在某一时间区间内,tB1_d+TB_k+tB1_m为第一辆快速公交车从始发站到达换乘点k的时间(TB_k表示第i辆快速公交车辆到达换乘站k的计划行驶时间),tR1_d+TR_k+tB1_m为第一辆轨道交通车辆从始发站到达换乘点k的时间(TR_k表示第j辆轨道交通车辆到达换乘站k的计划行驶时间),tRj_m表示为第 j辆轨道交通车辆从始发站到达换乘站k的相对于计划到达时间的延误时间,tBi_m表示为第i辆快速公交车车辆从始发站到达换乘站k的相对于计划到达时间的延误时间。则:

式中:

tRj_k——第j辆轨道交通车辆到达换乘站k的时间;

tBi_k——第i辆快速公交车辆到达换乘站k的时间。

设tw表示平均换乘步行时间(tw包括乘客下车时间及购票、检票时间),假设只要时间条件满足,乘客就可以乘车,即不考虑每辆车上车乘客数量和乘客上车排队延误。第j辆轨道交通车辆乘客换乘快速公交在换乘站k的等待时间为:

式中:

TBis_k——第i辆快速公交车辆在换乘站k的停留时间。

由上述分析可知,根据轨道列车和快速公交到站情况,乘客换乘等待时间可有多种组成情况,并且乘客换乘等待时间的长短受轨道交通车辆与快速公交车到达站k的到站时间间隔、发车间隔、在站停留时间及换乘步行时间等的影响。通过对两者发车及到站时间进行协调控制,使得两者到站时间及在站停留时间满足:tBi_k≤tRj_k+tw≤tBi_k+TBis_k,则可实现乘客总换乘等待时间最短的目的,甚至实现候车时间为0(不考虑乘客上车排队时间及所有乘客上下车时间)。由于轨道列车一般按固定时间行驶,快速公交和轨道交通车辆行驶至换乘站k的延误可以取很小值或忽略不计。

3 快速公交疏散协调分析

根据前文分析结论:当满足 tBi_k≤tRj_k+tw≤tBi_k+TBis_k时,换乘等待时间最短,换乘为理想状态。上述一列轨道车辆与一辆快速公交在换乘枢纽k的换乘过程可用图1所示时空图[4]中实线进行描述。

图1 轨道交通与快速公交换乘时空图

图中:

TRj_k——轨道车辆理想到站时刻;

tR_off——轨道列车乘客下车时间;

tR_on——轨道列车乘客上车时间;

TRjd_k——轨道列车理想离站时刻;

③防守压力大。嫩江、松花江、黑龙江以及乌苏里江干流超警河段长3400多km。黑龙江干流大部分堤防防洪标准不足20年一遇，有300多km堤防堤顶低于洪峰水位，防守战线长、压力大。

tRj_k——轨道交通实际到站时刻;

TRjd_k——轨道列车理想离站时刻;

tRB——乘客从轨道站台到公交站台换乘时间;

TBi_k——快速公交理想到站时刻;

tB_on——公交车辆乘客上车时间;

TBid_k——公交车辆理想离站时刻;

tBid_k——公交车辆实际离站时刻;

tRjd_k——轨道列车实际离站时刻。

实际上,在两者无协调控制的情况下,换乘通常表现为非理想过程。当出站乘客到达快速公交疏散站点时,快速公交正在离站或者已经离开车站,该情况下换乘乘客只能等待下一辆列车。这时称之为换乘失败,如图1中虚线所示。当 tBid_k≥tRj_k+tR_of f+tRB+tB_on时,出站换乘协调成功。

根据上述分析,当乘客通过换乘通道及上下车的时间采用常量时,即 tRB、tR_off、tB_on为常量,乘客换乘成功与否,主要决定于两者的到站及离站时刻[5-6]。

因此定义:Tdi_aj为快速公交车辆离站与轨道列车到达时间间隔,Tdi_aj=tBid_k-tRj_k。

由图1可得Tdi_aj要满足最小间隔才能实现轨道乘客向公交车辆的换乘协调,即:

因此,实现换乘的协调条件见表1。

表1 两者换乘协调条件

4 实例分析

以西安正在建设的地铁2号线及南稍门站为例,采用前文分析结果进行时间换乘分析。

西安2号线纵贯南北,连接了古城最繁忙的站点,其中包括南稍门站。为繁华的南稍门站规划可靠的快速公交站点可以为其疏散大量的到站客流。假设南稍门快速公交站点位于2条相交道路的中心线上,其停靠站布置如图2中编号①②③④所示4个快速公交停靠站。根据现阶段公交调查统计结果,各停靠站乘客上下车时间及换乘步行时间见表2。

图2 南稍门站地铁与快速公交停靠站示意图

表2 2号线南稍门站现阶段各方向调查统计结果 s

为方便分析,在协调控制的情况下,轨道交通在站停留时间正好为乘客上下车时间之和,即tR_tz=tR_off+tR_on。根据调查统计数据,南稍门站上下客比例为3∶4,tR_tz=28 s。假设人均上下车时间与上下车的人数成正比,因此南稍门站轨道交通上车时间取为12 s,下车时间取为16 s。

南稍门站4个停靠站的快速公交线路与轨道交通最短离站控制时间,可表示为:

通过上述分析,南稍门站4个快速公交停靠站的换乘各参数见表3。

表3 时间协调控制参数表 s

根据表2和4个停靠站的快速公交线路的换乘协调条件,表3为理想时间协调控制参数,对表3结果四舍五入,因此南稍门站各停靠点快速公交时间到站时间和轨道交通到站时间间隔如表4所示,轨道交通和快速公交即可实现协调换乘。

表4 轨道交通与快速公交到站间隔和离站控制时间间隔 s

5 结语

以疏散城市轨道交通车站的出站客流为目的,对轨道交通和快速公交的时间换乘衔接进行分析,探讨实现两者协调衔接的条件,最后结合实例运用协调控制条件;得出两者协调控制的关系式,作为编制两者协调控制时刻表的参考。西安市2号线南稍门站附近为商业繁华地带,当城市轨道交通增大了其客流运输能力的同时,也带来了比以往更大规模的到站客流。及时迅速的疏散这些客流需要快速公交系统的配合。快速公交系统不需要对原有环境进行大规模的改扩建,只需要将调度时间安排合理就可以发挥巨大作用,排除了普通公交受道路阻抗影响的各种不利因素,是一种理想的与城市轨道交通接驳的公共交通方式。

[1]卢伟.基于信息服务的公交枢纽换乘时间模型的研究[J].佳木斯大学学报:自然科学版,2007(3):175.

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[3]杨晓光,周雪梅,臧华.基于 ITS环境的公共汽车交通换乘时间最短调度问题研究[J].系统工程,2003(2):56.

[4]林国鑫.城市轨道交通与快速公交运营调度协调研究[D].北京:北京交通大学,2007.

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Analysis of Transfer Time between Urban Rail Transit and Bus Rapid Transit

Xie Lihong

Based on an analysis of the characteristics of urban rail transit and bus rapid transit,the paper aims at shortening the out-of-station transfer time from passengers'point of view,and discusses mainly how to evacuate the passenger flow from rail transit stations in downtown area.Firstly,this paper divides the out-of-station transfer time into four parts,then builds up a macromodel that will realize the shortest waiting time.Based on this macromodel,the paper analyzes the reasons of time waste at stations,describes the traffic transfer process with space-time diagram,and explores the ways to coordinate urban rail transit and BRT.At last,an example is raised to prove this method.

urban rail transit;bus rapid transit;out-of-station transfer

U 121

2009-09-24)