公交車頭時距控制方法研究

王港華

摘 要：隨著人們生活水平提高，私家車保有量急劇增加，在城市道路資源有限的情況下造成擁堵，以及對環(huán)境的污染。優(yōu)先發(fā)展公共交通是解決城市交通擁堵的重要策略，而在目前生活當(dāng)中，公交運行時間不穩(wěn)定、準點率低、車頭時距極易發(fā)生變化導(dǎo)致串車或大間隔現(xiàn)象發(fā)生，使得公交出行方式吸引力下降。城市公交系統(tǒng)的主要挑戰(zhàn)是在連續(xù)公交車之間保持恒定車頭時距，以提高公共交通的服務(wù)性能。

關(guān)鍵詞：公共汽車;串車;運行間隔;運行時刻表;車頭時距

引言

發(fā)生公交串車現(xiàn)象的主要原因有兩點：交通流的隨機性質(zhì)以及在站乘客的需求。即使所有公交車都按照時刻表安排的時間發(fā)車（即理想狀態(tài)下讓所有公交車之間的時間間隔相同），在運行過程中也會因為車流中其他車輛的干擾、路口信號燈的隨機性以及站點乘客的數(shù)量、上車速度等原因讓原本均衡的車頭時距受到影響，導(dǎo)致串車現(xiàn)象發(fā)生。

1研究意義及研究現(xiàn)狀

既有研究方法主要是使車頭時距從無序變?yōu)橛幸?guī)律，以均衡車頭時距為切入點：緩解交通擁堵，防止公交聚集;減少站點乘客和車內(nèi)乘客的等待時間;提高公共交通服務(wù)質(zhì)量，增加公交出行吸引力，降低環(huán)境污染。既有研究對公交車頭時距的控制方法主要基于運行時刻表（加入松弛時間）或基于車頭時距（針對影響因素提出優(yōu)化控制策略），也有從乘客角度提出以平均等待時間最小化為目標的控制策略，利用實時數(shù)據(jù)信息進行動態(tài)控制，或與預(yù)定義車頭時距值作比較的適應(yīng)性方案，有些城市甚至在交叉口設(shè)置公交優(yōu)先的信號。

車頭時距控制問題最早于1964年由Newell和Potts提出過，當(dāng)時的公交運營商一般通過在時刻表中引入松弛時間來處理問題，但這個方法延誤了車內(nèi)乘客的出行時間，且對公交系統(tǒng)的運行能力造成損失，因此靜態(tài)方案無法滿足交通管理的需求。

近幾年，隨著AVL、APC、GPS等監(jiān)測工具技術(shù)方面的進步和發(fā)展，實時動態(tài)控制策略展現(xiàn)了較好的控制效果。利用這些工具，決策者可以掌握交通路網(wǎng)的實際行為，實施實時的控制策略，實現(xiàn)更精確的調(diào)度調(diào)整。從空間結(jié)構(gòu)的角度來看，不同的控制策略可以被分為兩類：站點控制，包括維穩(wěn)策略和跳站策略;站間控制，包括公交車速調(diào)節(jié)策略和交通信號優(yōu)先策略。也可以結(jié)合兩種控制方法來調(diào)節(jié)公交車頭時距或優(yōu)化公共交通系統(tǒng)的運營。

2雙向自均衡控制策略

分別在初始車頭時距隨機、運行時間確定和隨機的場景下，比較當(dāng)前在控制站點處駐留的公交車分別與其前車、后公交車之間的車頭時距，判斷是否需要實施控制方案使當(dāng)前公交車在控制點處滯留，根據(jù)前后車頭時距的差值確定駐車時間，并推導(dǎo)此控制方法的收斂性及其連鎖效應(yīng)。

假設(shè)公交運行路線為封閉環(huán)形路線，公交車有足夠容量運載每一位在站候車的乘客且不相互超車。運行路線中只有一個控制點，即起點（也是終點），且在控制點處的駐車時間是車頭時距的一部分。用部署傳感器和GPS來監(jiān)測實時位置和公交運行速度越來越普遍，所以數(shù)據(jù)信息收集方面是容易獲取的。

在初始車頭時距隨機、公交運行時間確定且固定的場景下，所有受到干擾的車頭時距在控制方法的作用下會收斂至一個共同值（數(shù)值大小不確定）;若在此方法中有更多的控制點，車頭時距將以更快的速率達到自均衡，因為每個控制點會對每對（前、后車頭時距為一對）車頭時距都起到調(diào)節(jié)作用，但旨在通過控制策略來減少車頭時距差異，因為每次駐車都不可避免會增加乘客的等待、出行時間，一定程度上降低服務(wù)質(zhì)量。而在初始車頭時距隨機、公交運行時間是服從一定概率分布的隨機變量的場景下，控制策略會使車頭時距方差減小并收斂成一個確定值（數(shù)值已知）。

對于控制參數(shù)的求解，分別在公交數(shù)量不同的情況下確定最優(yōu)值，一些研究中指出設(shè)置一個較小的控制參數(shù)（比如小于0.5），將有助于降低運行時間延長的效應(yīng)，改善乘客等待時間，但此策略的目標是用一個略大的控制參數(shù)以更快的速度平衡車頭時距，結(jié)果表明此方法下駐車總時間有界。

結(jié)語

此控制策略能有效使受干擾的車頭時距恢復(fù)均衡值，但由于包含連鎖效應(yīng)，其平穩(wěn)性和收斂性的推導(dǎo)受到一定限制;控制參數(shù)的推導(dǎo)只進行了一輪運算，可能產(chǎn)生次優(yōu)結(jié)果，存在很大研究空間。

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