同线路BRT与常规公交速度特性对比分析＊

蔡志理 邴其春

（山东交通学院交通与物流工程系1） 济南 250023） （吉林大学交通学院2） 长春 130025）

快速公交系统（bus rapid transit，BRT）利用了现代化公交技术，配合智能交通与运营管理，开辟了公交专用道路，建造了新式公交车站，力求实现准轨道交通的运营服务水平［1］.多年来，国外对BRT系统的研究主要是集中在专用道、站台、交叉口优先信号、车辆、智能公交技术等方面，侧重于BRT的规划、建设与评价等内容，研究范围广泛［2－4］.国内主要侧重于 BRT 的适应性、应用条件和投资效益等方面研究，也有学者针对评价指标体系及BRT线路选择与换乘技术展开研究［5－6］.本文拟选取济南市典型的北园大街BRT－1线路及同线路常规公交（normal bus transit，NBT）线路为研究对象，对该线路上的快速公交和同线路的常规公交的速度特性及分布规律进行对比分析，并对两者速度特性的显著性差异做出检验.

1 快速公交速度特性分析基础

1.1 速度特性基本概念及影响因素

本文从对比分析的角度出发，选取同线路上站间行驶速度、行程速度和运营速度，以及区间运营速度等作为对比分析的指标，以便于逐层剖析BRT与常规公交2种模式在运行速度上的特点与特性，深刻揭示导致两者速度特性差异的内在原因.

站间行驶速度是指公交车辆在两站间行驶的距离与不停车行驶时间（既不包括交叉口停车延误，也不计车站停靠时间）之比.站间行程速度是指公交车辆驶过的两站间距离与行驶过程中所需的总时间（包括交叉口停车延误，但不计车站停靠时间）之比［7］.站间运营速度则是指公交车辆驶过的2站间距离与所花费总时间（包括站间交叉口停车延误，也包括到站停靠时间）之比.这里假设该线路有m个站点区间，共采集n组车辆运行数据，其中第i个站间的距离为Li，第j辆公交车辆驶离该站间前一个站点i－1的时刻为，到达后一个站点i的时刻为，驶离后一个站点i的时刻为，在第i个站间交叉口延误的时间为是，公交车辆在该站间的平均行驶速度为

站间平均运营速度为

式中：p为组成第h区间的站间数；Lk为该区间中的第k个站间距；为第j辆公交车驶离第h区间中起点站的时刻；为第j辆公交车驶离该区间最末站的时刻.

影响BRT与NBT速度特性的因素很多，主要包括有专用道及其隔离形式、专用站及其设置形式、公交车辆性能、交叉口信号优先程度、道路条件与状况、交通流量以及智能运营管理模式等.其中，专用道拥有独立路权的程度直接关系到专用道上可运行车辆的种类与数量，专用道与社会车辆的隔离形式决定了它在行车过程中所受横向干扰的程度；专用站台及其设置形式则会影响到乘客售检票与登乘车的方式以及上下车的便捷程度，进而影响到公交车辆在站停靠时间；公交车辆的性能指标则影响到车辆加速的动力性、行驶的舒适与安全性；交叉口的信号优先程度影响到公交车在交叉口的延误时间和运行效率；运营组织与管理模式及系统的智能化程度也会影响到公交系统的整体运行效率与服务水平.

1.2 非参数检验基础理论

拟合优度检验即在假设样本数据服从某种参数分布后，要对所做的假设进行检验.这里仅以单样本 Kolmogorov－Smirnov（K－S）检验为例介绍拟合优度检验的统计原理.K－S检验是将样本的累积分布函数与确定的理论分布函数相比较，根据差值的大小确定样本是否来自于给定的总体.其零假设是“H0：样本来自的总体的分布与指定的理论分布无显著差异”，用F（x）表示给定分布关于x的理论累积分布函数，S（x）表示样本实际观测的累积概率函数.设D为F（x）与S（x）差距的最大值，即

如果实际观测D＞Da（可查表），则拒绝H0假设，即样本来自的总体分布与指定的理论分布存在显著差异.

对于两独立样本的非参数检验，用于推断两个独立样本是否来自相同的总体，具体有四种方法供选用，分别为Mann－Whitney U秩和检验法、K－S检验法、Moses extreme reactions检验法、Wald－Wolfowitz游程检验法.其中：Mann－Whit－ney U秩和检验法（又简称M－W检验），是最常用的两个独立样本检验，其零假设是“H0：两独立样本来自于无显著差异的总体”.M－W检验法是利用两独立样本的秩的比较得到的.首先，将两样本数据按照升序合并在一起，计算第一组样本的观察值大于第二组样本观察值的次数；然后，再计算第二组样本的观察值大于第一组样本观察值的次数，分别用U1和U2表示.如果U1和U2比较接近，则说明两个独立样本有可能来自于同一个总体.

两独立样本K－S检验的零假设是“H0：两独立样本的总体分布无显著差异”.检验统计量D为两样本秩的累积分布函数的最大差值.显然，当D较小时，两样本差异较小，两样本更有可能取自相同分布的总体；反之，当D较大时，两样本差异变大，两样本更有可能取自不同分布的总体［8］.

2 数据采集方案

2.1 目标路段的选择与线路基本情况

为便于对比分析，选取济南市北园大街西段和中段的BRT－1线路以及同路段上NBT线路作为目标路段.济南市BRT－1线路位于济南市北园路高架下，西起黄岗路东，东至全福立交桥，全长11.6km.该线路全程设中央岛式停靠站17个，平均站距约为725m；站台全部采用密闭式，车下售票，车辆靠左侧停靠和上下乘客；全线除东工商河至三孔桥站间外，全部采用路中式BRT专用道，专用道与社会车道间采用栅栏式物理隔离，大型客车可与BRT车辆共用专用道；沿线共有机动车平面交叉口15个，行人过街通道8个；在平面交叉口和行人过街通道处，BRT均不享受公交优先信号.该线路运营车辆选用18m双铰接豪华公交车辆，最高行车限速为50km／h［9］.在同线路上的常规公交线路设置大致分为3个区间：西段设有32路常规公交线路，西起黄岗东路，东至长途汽车总站，中间包括4个站点，基本与BRT－1线路同线同站设置，该区间越靠西侧的路段社会车流量越小；中段设有K57和K107路常规公交线路，从生产路北口至历山路，中间包括3个站点，也与BRT－1线路同线同站设置，该路段的交通流量偏大.

2.2 数据采集方案的设计

根据研究目的和数据采集的技术手段，本文设计如下两种数据采集方案.

方案1 利用“手持与车载两用GIS数据采集器”测定北园大街BRT－1线路和同线路常规公交的站间距离及区间距离，再利用“多功能交通调查仪”采用跟车法分别采集目标路段上BRT车辆和NBT车辆的到、离站时刻以及达到、停留和通过交叉口的时刻，以便计算和对比分析同路段上的BRT与NBT的行车速度特性及分布规律.数据采集时间覆盖早、晚高峰时段和平峰运营时段.

方案2 使用多功能交通调查仪，采用车牌照法记录BRT车辆和NBT车辆在沿线各站的到、离站时刻及达到、停留和通过交叉口的时刻等，以便计算车辆在各站间或区间的运营速度以及分析运营速度的分布特性.

3 BRT与同线路常规公交速度特性对比分析

依据上述数据采集方案，自2011年3月至4月间多次对济南市北园大街BRT－1线路及沿线NBT的行车数据进行采集，共获得数据样本150余组.在数据预处理过程中，为了保证采集数据的质量，检查和剔除了其中的错误数据和无效数据.然后，依据不同的研究目的分别对所采集的数据进行了各类速度计算、统计分析和图表处理.

3.1 站间速度特性对比分析

为了对比分析BRT和NBT的站间速度特性，首先针对方案1和方案2所采集的车辆运行数据，按西段和中段分别计算它们的站间平均行驶速度 （）、行程速度（）和运营速度（），并置于同一图中进行对比分析，结果分别如图1、图2和图3所示.

图1 BRT与NBT站间平均行驶速度对比

由图1可见，在北园大街西段线路上，BRT－1的各站间平均行驶速度（）总体上保持了较高的水平，两端站间的均值可达32～33km／h，中间各站均值在28～30km／h之间，其偏低的原因主要是由于车辆在行驶过程中遇前方红灯信号滑行所致.常规公交的站间总体上呈现相对较低的水平，均值多数在21～23km／h之间，只有西端站间具有较高的，可达27.39km／h.BRT与常规公交的差值介于4.6～10km／h间，平均差值为6.9km／h.具体分析可见，在“黄岗东路－交通学院”站间的常规公交和快速公交都表现出较大的特性，且两者差值为西段的最小值（4.6 km／h），这一现象缘于道路上社会车流量相对较小，且常规公交还可利用道外侧的辅道行驶从而避开其间信号灯的影响，故而较大幅度地提升了常规公交的值；至于两者间仍存在的小幅度差值，主要源自车辆性能的差异.在“无影山东路－长途汽车站”站间，由于道路上的实际交通量通常较大，对常规公交的影响也较大，使之降至约23km／h；但对于BRT来说，则因该两站间的站距较大，且设有物理隔离的BRT专用道，其反而升至33km／h，使得两者差值拉大至近10 km／h.由此可见，对于站间距离长、交通流量大的路段，越有利于BRT专用道优势的发挥.

图2 BRT与NBT站间平均行程速度对比

图3 BRT与NBT站间平均运营速度对比

综上所述，对于北园大街西段和中段的某些站间来说，在交叉口信号和站台停车延误的综合影响下，BRT－1运营速度的优势已不再明显.因此，在该路段上的主要交叉口实施BRT信号优先并加强站台科学管理，对于提升BRT的服务水平非常必要.

3.2 区间速度特性对比分析

区间速度是指公交车在由若干个连续站间组成的区间上的运行速度.前面从微观的角度分析了BRT和NBT的站间速度特性，下面将从中观的角度进一步考察两种公交模式在区间上的速度特性.为此，分别选取具有不同交通流量的北园大街西段和中段两区间为目标路段，依据方案1和方案2采集公交运行数据，并运用SPSS软件进行统计分析.鉴于篇幅所限，本文仅给出其中的区间运营速度的描述性结果并对其进行分析，如表1所列.

由表1对比可见：（1）无论是西段还是中段，BRT－1的区间平均运营速度（）均明显高于同区间上常规公交，且标准差也相对较大，这表明BRT－1总体上以相对于NBT较高的在线路上运行，但其离散程度相对偏大.换句话说，相对NBT来说，BRT－1在两区间上的运营速度相比更为自由；（2）在2区间上，BRT－1的在18～20km／h之间，而常规公交的一般在14～15km／h之间.显而易见，前者明显优于后者，一是由于BRT车辆动力性能优于常规公交，二是因为BRT专用道采用了物理隔离，避免了车辆运行过程中的横向干扰；（3）从极值方面看，BRT－1在两区间上均具有较高的运营速度极大值（30 km／h左右），且极差也相对较大（约17km／h）.这一方面表明在既有的道路条件下BRT－1具有获得较高运营速度的潜能，另一方面也反映出BRT－1的实际运营速度高低差异较大，即在有些情况下BRT根本无法发挥其真正的潜能.对于常规公交来说，其极大值远低于BRT极大值，且极差也相比较小，表明常规公交实际所能达到的最高运营速度相对较低，但其运营速度分布相比BRT较为集中.

3.3 区间运营速度的非参数检验

3.3.1 区间运营速度的拟合优度检验 为了便于从整体上把握样本数据的分布特点，仅有上述描述集中趋势和离散趋势的统计量是不够的，还需要掌握数据分布的形态.下面先通过频率分析给出BRT和NBT在“黄岗路东－长途汽车站”西段的运营速度直方图，进而验证其所服从的分布规律，见图4和图5.

图4 BRT－1区间运营速度直方图

图5 常规公交区间运营速度直方图

由2图对比可见，尽管BRT与常规公交的区间运营速度直方图在形态上有所不同，即样本均值和标准差存在差异，但样本的总体分布都比较接近于正态分布，只是在分布形态的对称性、偏斜性和陡峭程度上存在着不同程度的差别.

为进一步确定上述各样本的正态性，利用单样本Kolmogorov－Smirnov检验方法对区间行程速度进行正态拟合优度检验，检验结果如表2所列.

同时，再利用频率分析法定量分析上述各样本在分布形态上的差异，结果见表3.

表2 单样本Kolmogorov－Smirnov检验

表3 描述统计量

由表2和表3可见：（1）K－S检验结果中的渐近显著性水平双尾检验值均大于0.05，因此可以认为样本数据均服从正态分布；（2）常规公交在“黄岗东路－长途汽车站”区间的运营速度的样本分布偏度为－0.049，峰度为－0.193，均相对较小，表明该样本的分布形态较接近正态分布，其偏斜程度和陡峭程度与标准正态分布相近；（3）BRT－1在“黄岗东路－长途汽车站”区间的运营速度的样本峰度最大（为1.370），且为正，表明该样本的分布更为集中，呈尖峰态.

3.3.2 区间运营速度两独立样本的非参数检验

两独立样本的非参数检验通过对两独立样本的分析，推断来自两个总体的分布是否存在显著性差异.本文针对北园大街BRT－1及沿线常规公交在“黄岗路东－长途汽车站”和“生产路北口－历山路”区间的运营速度进行两独立样本的非参数检验，以考察两种公交模式的运营速度分布是否存在显著性差异，检验结果如表4和表5所列.

表4 “黄岗路东－长途汽车站”区间两独立样本非参数检验

表5 “生产路北口－历山路”区间两独立样本非参数检验

表4和表5给出了利用两种方法进行区间运营速度两独立样本非参数检验的结果.从结果中可以看出，两种检验方法的 值均小于显著性水平0.05，因此拒绝零假设，即认为BRT－1的区间运营速度与沿线常规公交的区间运营速度存在显著性差异.由此推知，BRT－1的区间运营速度特性总体上优于常规公交，两者无论在速度的均值还是离散程度上均有显著性差异.

4 结 论

1）BRT的站间平均行驶速度、行程速度和运营速度均比常规公交具有明显或一定程度的优势，但平均运营速度在站间交叉口和站台延误的双重因素影响下优势有所下降.

2）BRT和常规公交在区间的运营速度均通过了正态性检验，且拟合度良好.

3）利用两独立样本非参数检验的方法对BRT和常规公交的区间运营速度进行检验，结果表明两样本数据存在显著性差异，来自不同的分布总体.

［1］徐康明.中国快速公交系统的发展战略［C］／／北京快速公交系统发展战略研讨会文集.北京：中国城市公共交通协会，北京交通发展研究中心，2003：13－14.

［2］Transportation Research Board.Bus rapid transit volume 2：case studies in bus rapid transit［R］.Transportation Research Board，2003.

［3］PAPANDREOU T N.Wilshire bus rapid transit more than just a dedicated bus lane［C］／／82th Annual Meeting of Transportation Research Board，Washington D.C.，2003.

［4］YIN Y F，MILLER M A.A framework for deployment planning of bus rapid transit systems［C］／／83th Annual Meeting of Transportation Research Board，Washington D.C.，2005.

［5］孙传姣，王元庆，周 伟.快速公交的运营管理研究［J］.交通企业管理，2007，22（4）：33－24.

［6］吴家庆，林 正.北京南中轴路快速公交运营效果分析［J］.城市交通，2007，5（4）：76－80.

［7］徐吉谦.交通工程总论［M］.北京：人民交通出版社，2008.

［8］张红兵，贾来喜，李 潞.SPSS宝典［M］.北京：电子工业出版社，2007.

［9］蔡志理，高 超，邴其春.济南市BRT－1线路行车速度特性分析［J］.山东交通学院学报，2010，18（4）：14－18.