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今天推送的是“城乡交通与市政基础设施专栏”的研究文献。(专栏编辑:卓健)。
探究高客运量公交走廊的替代服务方案
来源: GU Weihua, AMINI Z, CASSIDY M J. Exploring alternative service schemes for busy transit corridors[J]. Transportation Research Part B: Methodological, Part A, 2016 (93): 126-145.
高客运量的公交线路往往会提供全站点停靠的交通服务。尽管这种公交服务方式受大多数公交使用者喜爱,但也会导致公交服务质量下降和公交服务预算上升。因而公交运营商总是将全站点停靠的方案,与其他车辆调度替代方案进行比较。公交替代方案主要包括两种形式:①跳站停靠;②特快专列。本研究将客流量λ 和运输距离l 作为随机变量,建立了连续的数学模型,分别对富有的城市(时间成本系数取20$/h) 以及贫困的城市(时间成本系数取5$/h) 的普通巴士系统、快速巴士系统、轨道交通系统进行独立的比较。
(1) 普通巴士系统
首先因为普通巴士与道路中的其他交通流使用同样的交通空间,当普通巴士系统由原本的全站点停靠方案转变为跳站停靠或特快专线方案时,无需新增基础设施。数据结果显示,当客运量较低、平均出行距离较短时,全站点停靠方案是宏观成本最低的方案。相对较高的管理成本使得该条件下的替代方案竞争力下降。而当客运量超过一定阈值(本研究中为420 人/h) 时,替代方案将成为最佳的方案选择。世界上大多数高客运量公交走廊具有超出阈值的客流,故跳站停靠的替代方案具有更广泛的适用性。
本研究进一步发现,对于富有的城市(时间成本取20$/h),当客运量、出行距离进一步增加时,无论是全站台停靠方案,还是未经优化的跳站停靠方案都无法满足交通需求。此时,只有经优化站点位置的跳站停靠方案,能够阻止在公交站点排队的人流的增长。此外这种替代方案的宏观成本最低。
(2) 快速巴士系统
本研究对快速巴士系统的分析分两种情况展开:一是优化站点位置时不需要增加新的设施;二是优化站点位置时需要在每个站点增加新的公交专用道。将本次模拟结果数据同普通巴士系统模拟数据进行比较,得出当交通需求量超过普通巴士系统的最大供应量时,城市可以采用快速公交系统,以提高公交服务水平。当客运量较低、平均出行距离较短时全站点停靠方案是宏观成本最低的选择。不论是富有的城市,还是贫困的城市,几乎对于本次模拟范围内所有的客运量λ和出行距离l,经过站点位置优化的跳站停靠方案都是最佳的方案。这种方案相比全站点停靠方案,成本节省量最多可超过10%。而当调节优化站点位置时增加的设施成本时,结果并没有产生太大的变化,经过站点位置优化的跳站停靠方案依旧是最优方案。
(3) 轨道交通系统
首先假设轨道交通系统当由全站点停靠方案转换为站点位置未经优化的跳站停靠方案时不会增加新的设施成本,而当转换为站点位置优化的跳站停靠方案或特快专列时会增加新的设施成本。这种新增的成本主要源自在优化的站点处新增的双向轨道的费用。同样对于大多数的客运量λ和出行距离l的取值,跳站停靠的方案为最佳方案。然而相比普通巴士系统和快速巴士系统额数据结果,轨道交通系统的跳站停靠方案的统治地位并没有那么明显。
这是因为相比地面巴士系统,轨道交通系统的站点优化不能完全做到最优。对于贫困的城市,未经站点位置优化的跳站停靠方案,对于大多数的客运量λ的取值都是最优方案。因为当时间成本系数较低时,因站点位置优化带来的设施成本对分析结果的影响更为明显。而对于富有的城市,当客运量取较高值时,因站点位置优化带来的设施成本能够得到平衡。
本研究中的数据模型可以通过适当调整以适应更广泛的公交服务设计。两种公交替代方案,尤其是跳站停靠方案,相比传统的全站点停靠方案都能够降低成本。当公交系统由全站点停靠方案转变为替代方案时,预计能够节省10%的成本。而使用数据分析软件scratch 得出的站点位置优化的替代方案,能够节省近30%的成本。这种成本节省,主要源于更高的平均行驶速度,而当乘客的交通需求增加、出行距离延长时,节省的成本能够抵消掉转化为替代方案时增加的管理成本。
研究总结认为,尽管本次研究只考虑替代方案带来的最底线的潜在优势,公交替代方案往往依旧是最佳选择。本研究结果对有志于提高公交服务的运营团队能够有所帮助。
(供稿:吴卓烨)
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