基于VISSIM的首都机场出租车上客方案比选研究

耿中波 ，宋国华 ，赵 琦 ，高 永 ，万 涛 ，辛 然

（1.北京交通大学城市交通复杂系统理论与技术教育部重点实验室，北京 100044；2.北京交通发展研究中心，北京 100161；3.北京首都国际机场股份有限公司，北京 100621）

机场陆侧交通系统在衔接机场交通和城市交通中发挥着十分重要的作用[1]，出租车作为一种重要的衔接方式而受到了广泛的研究。然而，目前研究主要集中在出发层出租车下客点方面[2-4]，对于到达层出租车上客区的通行能力及服务水平[5-6]的研究相对较少。而且其研究内容也主要集中在对现有水平的分析与评价[7]，无法对机场出租车上客区备选方案的整体服务水平做出相应分析。

VISSIM作为一种微观交通仿真工具，由于它可以动态、直观地模拟交通运行的各种交通场景而被广泛的应用于交通系统运行的分析与评价中[8-9]。因此，本文根据北京首都国际机场T3航站楼到达层出租车上客区的功能划分和交通运行特点，并结合机场管理者的实际要求，通过仿真模型VISSIM对比研究了北京首都国际机场T3航站楼出租车上客区的现行方案与备选方案。

1 现状分析

北京首都国际机场T3航站楼到达层出租车上客区车流组织如图1所示。出租车上客区主要分为进出口、①号泊车待客区、②号泊车待客区、乘客排队入口A、乘客排队入口B和出租车排队区。出租车待客区设置斜向停车位，①、②号待客区各设12个停车位，上客区进出口为出租车单行车道。

图1 现行方案车流组织图Fig.1 Traffic organization of current scheme

目前北京首都国际机场T3航站楼出租车上客区的周期性交通组织流线设计为：工作人员首先引导一部分出租车进入待客区②的泊车位等待乘客上车，等到待客区②的泊车位停满出租车后，工作人员放行乘客入口B，乘客携带行李上车。与此同时，工作人员禁止出租车再进入待客区②，并引导空载出租车进入待客区①，等到待客区①的泊车位停满出租车后工作人员引导空载出租车在出租车入口排队区等待并放行乘客入口A，乘客携带行李上车。在进入待客区的乘客携带行李上车后，待客区①和②泊车位的载客出租车依次沿最外侧车道离开。

通过现场调研和数据采集，获得出租车上客区基本交通参数如表1所示。

表1 现场调研交通参数值Tab.1 Traffic parameters from site survey

2 方案设计

由于目前北京首都国际机场T3航站楼出租车上客区交通压力较大，不能很好地满足乘客需求。因此提出了北京首都国际机场T3航站楼出租车上客区的备选方案：在最外侧拓宽一个车道，并将①、②待客区的泊车位由原来的2×2设置成3×2的形式，总停车位增至36个，出口由原来的单车道改成了两车道。由于地形的限制，进口仍为单车道。而出租车上客区的周期性交通组织流线设计仍按现行方案进行。北京首都国际机场T3航站楼出租车上客区备选方案车流组织如图2所示。

图2 备选方案车流组织图Fig.2 Traffic organization of alternative scheme

为了对备选方案进行综合评价，本文根据北京首都国际机场T3航站楼出租车上客区管理者的要求，同时依据机场出租车上客区的交通运行特点和实际需求，将现行方案与备选方案的通行能力、机动车污染物排放、旅客排队等待时间作为各方案的评价标准。其中，出租车上客区的小时通行能力是管理者最为关心的问题，将出租车上客区的小时通行能力作为评价指标，可以很好地反映出备选方案相比于现行方案的可行性。由于上客区属半封闭区间且旅客对机动车排放的暴露程度高，将出租车上客区的出租车排放污染物CO、NOx和HC作为分析对象，研究不同运行方案对环境的影响，进而分析备选方案的可取性。最后，将旅客排队时间和静止等待时间纳入研究范围，从旅客感知的角度分析现行方案与备选方案的优劣。具体情况如图3所示。

图3 备选方案评价流程图Fig.3 Evaluation process of alternative scheme

3 仿真设计

为了对比分析北京首都国际机场T3航站楼出租车上客区现行方案与备选方案的整体服务能力，分别对两个方案出租车上客区的车流组织情况进行仿真。

3.1 车流径路

由于目前北京首都国际机场T3航站楼出租车上客区的车流组织较为固定，出租车从进入到停泊再到载客离开都是按固定的线路行驶。因此，在仿真过程中，通过输入路径决策点和相关路径来实现上述过程：设置12条静态行驶路径来模拟①、②号泊车位的出租车行驶，同时通过设置各行驶路径的相对流量来模拟实际运行状况。

3.2 周期性停靠

目前北京首都国际机场T3航站楼出租车上客区的出租车必须在指定停车位停靠，在等待乘客将随身行李装载完毕并上车后才能离开，而且整个过程是按照周期性的车流组织调度来实现的。如果通过将实际停车空间类型的停车场和停车场类型的路径决策相结合来模拟出租车在指定停车位的短暂停靠，会出现出租车只根据停车时间分布决定停靠时间而随时驶入和驶出，这与实际情况不符。因此，本文对于空载出租车辆在泊车位处短暂停留并驶离的模拟不是通过将实际停车空间类型的停车场和停车场类型的路径决策相结合来实现的，而是根据现场调研采集的各平均时间及分布数据，通过设置“虚拟”交通信号来模拟出租车在指定停车位停靠并等待旅客上车。

图4和图5是现行方案和备选方案各信号控制配时图，其中信号控制器1是对出租车入口排队区车辆的控制模拟，其绿灯放行时间按调研均值35 s输入；信号控制器2～7和信号控制器8～13分别是对待客区①和②泊车位的控制模拟，其绿灯放行时间按调研均值20 s输入；而信号控制器14是对于空载出租车在待客区②没有空位后再选择待客区①停靠的模拟。由于车辆从出租车入口排队区到待客区②的行驶延误，本文根据现场调研数据将信号控制器14的绿灯放行时间设定为在信号控制器1的基础上加2 s（出租车从入口排队区到待客区②的平均行程时间）。此外，旅客在A、B入口处排队等待乘车，也是通过信号控制来实现的，其绿灯放行时间按调研均值15 s输入。

图4 现行方案各信号配时Fig.4 Signal timing of current scheme

图5 备选方案各信号配时Fig.5 Signal timing of alternative scheme

备选方案出租车入口排队区绿灯放行时间、乘客排队入口绿灯放行时间和车流调度组织周期时间均按现行方案的3/2（备选方案与现行方案出租车待客区泊车位的比值）输入；而由于备选方案待客区泊车位的增加使最外缘车道的疏散压力增大，对①、②泊车待客区的绿灯放行时间和两个待客区载客出租车离去间隔时间也均按现行方案的3/2再加5 s（补偿值）输入。备选方案补偿值t的取值范围是[0，T1-T2-T3-T4]，为了保证泊车待客区②的所有载客出租车可以顺利驶离泊车待客区，将t取最大允许值5 s。其中，Ti（i=1、2、3、4）的具体含义是：T1为泊车待客区②的最后驶入出租车驶离的时刻；T2为出租车入口排队区的最后放行时刻；T3为出租车在泊车待客区的平均停靠时间；T4为空载出租车从入口排队区到待客区②的平均行程时间。

3.3 参数标定

在系统默认的驾驶员行为参数的基础上，通过对现行方案的仿真平台输入出租车期望速度分布曲线和设置相应的信号控制周期后，现行方案仿真结果与实际调研的通行能力相对误差为14.7%，误差偏大。为了在此基础上提高仿真精度，本文以现场调研采集的平均值为基础，并参照典型城市道路交叉口模型中影响仿真结果的主要参数[10]，选取观察前方车辆数（OB_VEH/辆）、最大减速度（MAX_DEC/m·s-2）、最小车头时距（MIN_HW/m）、平均停车间距（AX/m）和观察前方距离（LA_DIS/m）进行标定并给出各参数因素的水平值，其他参数按系统默认值处理。标定因素和水平值如表2所示。

表2 待标定参数水平因素表Tab.2 Span of uncalibrated parameters

利用正交实验法，设计正交试验方案，选择L25（56）[11]正交表进行仿真试验，分别得出北京首都国际机场T3航站楼出租车上客区现行方案的小时通行能力。根据现行方案的实际通行能力，计算得出各实验的相对误差

其中：Er为相对误差；X为现行方案仿真通行能力值；T为现行方案理论通行能力值。各试验相对误差如表3所示。

表3 正交试验仿真结果与误差分析Tab.3 Simulation results and error analysis of orthogonal experiments

根据试验结果，12号试验仿真结果的相对误差为7.3%<8.0%，符合本文的误差要求，故不再进一步缩小试验范围进行实验。同时将该试验方案直接用于备选方案的仿真平台进行输入。

4 结果分析

通过进行微观仿真，分别得到北京首都国际机场T3航站楼出租车上客区现行方案与备选方案的小时通行能力变化情况。为了分析仿真的准确程度，还对比分析了机场出租车上客区现行方案仿真模拟的小时通行能力与现行方案的理论小时通行能力。根据仿真结果，备选方案的小时通行能力相比于现行方案增长了6.1%，备选方案在通行能力方面有所增加但增加不明显。具体情况如表4所示。

表4 现行方案与备选方案的仿真通行能力Tab.4 Simulation capacity of current and alternative schemes

为了分析现行方案与备选方案出租车污染物排放对机场出租车上客区空气质量的影响，本文根据仿真输出的出租车逐秒速度数据和轻型车VSP计算公式便可得出每秒瞬时VSP值

再对逐秒VSP以1 kw/t为步长进行聚类并划分区间

根据对大量实测数据统计分析，由于VSP绝对值大于20 kW/t的区间样本占总样本量不到2.5%的比例，且对油耗排放的贡献率不足5%[12]，所以本文选择-20 kW/t到20 kW/t的VSP区间进行研究，采用MOVES排放模型[13]进行VSP分布率计算，并根据仿真输出的划分速度区间后的速度数据确定现行方案与备选方案的油耗排放。根据计算结果，备选方案CO、NOx和HC的小时排放量相比于现行方案分别增长了17.2%、14.4%和10.8%，增长均较为明显。具体情况如表5所示。

表5 现行方案与备选方案各污染物排放对比Tab.5 Emissions comparison of current and alternative schemes

排队者在排队过程中，自身空间位置与服务台的距离保持不变的最长持续时间会直接影响到排队者对于服务水平的感知。因此本文将该最长持续时间定义为平均静止等待时间并纳入研究范围。为了从旅客的角度对现行方案和备选方案进行分析评价，本文分别比较了现行方案与备选方案的旅客平均排队时间和平均静止等待时间。旅客平均排队时间表示了旅客从到达机场出租车上客区至上车所需要的时间。设排队乘客步行速度为v，现行方案与备选方案的平均排队长度为Li（i=现行方案、备选方案），则平均排队时间Ti（i=现行方案、备选方案）可表示为

本文中旅客平均静止等待时间表示了旅客在出租车上客区乘客入口处排队等待上车的过程中，在队列中静止站立等待所需要的最长时间（本文用在队列中平均的静止等待时间近似）。现行方案与备选方案的具体情况如表6所示。

表6 现行方案与备选方案排队等待时间对比Tab.6 Queuing time comparison of current and alternative schemes

根据上述从通行能力、对环境的影响和旅客感知的角度分析可知，对于北京首都国际机场T3航站楼到达层出租车上客区的备选方案，虽然在一定程度上增加了其小时通行能力，旅客平均排队时间有所降低，出租车上客区的基本服务能力有所提升。但是，由于进口处单车道的限制，使得备选方案通行能力增长并不明显。并且，备选方案机动车污染物排放和旅客的平均静止等待时间均明显增加，扩建车道和更改护栏设施也需要一定的资金成本投入。因此，不建议北京首都国际机场T3航站楼到达层出租车上客区按备选方案重新规划出租车上客区，而建议从提高出租车上客区协调管理水平和优化车流组织方面来提高其整体服务水平：

1）利用对讲机等简易通讯工具实现各控制处工作人员的及时通讯，提高楼前两个待客区间的车流组织效率；

2）提高楼前与出租车调车场协调调度，减少入口车道的排队拥堵；

3）提高上客区泊车位利用率，在待客区②区进车的同时安排一部分出租车暂时停泊在②号斜位泊车位旁边的行车道上；

4）拓宽出口车道，保证出口车流畅通。

5 结语

机场出租车上客区是衔接机场交通和城市交通的重要组成部分，其整体服务能力的高低在很大程度上影响到机场到达层输送旅客的能力。机场出租车上客区方案的择优比选，需综合考虑各方面的因素。本文通过VISSM进行微观仿真，对北京首都国际机场T3航站楼到达层出租车上客区的备选方案进行了综合评价，为备选方案的最终取舍提供依据，对其他民航机场到达层出租车上客区的备选方案评估具有指导和借鉴意义。

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