徐 特，孫華磊，黃炯崗，李 娜

(長安大學(xué) 公路學(xué)院，陜西 西安 710064)

一、研究背景

我國公交系統(tǒng)由于線網(wǎng)規(guī)劃、道路交通設(shè)計、公交信息系統(tǒng)等各方面的滯后和設(shè)計不協(xié)調(diào)，公交車在?？空镜倪\行秩序混亂的現(xiàn)象一直很突出。具體現(xiàn)象表現(xiàn)為:公交車無序進(jìn)站造成泊位資源無法充分利用;車輛隨機選位?？吭斐沙丝蜔o法定點候車;這些問題都嚴(yán)重影響了公交系統(tǒng)的運行效率和道路服務(wù)水平，而且增加了安全隱患［1］。

目前智能公交系統(tǒng)尚未全面普及，而公交調(diào)度不能對每一個公交車進(jìn)站的信息進(jìn)行實時的動態(tài)反饋調(diào)度。為了改善公交車進(jìn)站混亂的狀況，作為對公交調(diào)度系統(tǒng)盲點的補充，本文現(xiàn)提出公交車進(jìn)站智能引導(dǎo)系統(tǒng)的構(gòu)想［2］。

二、公交車排隊模型分析

(一)公交進(jìn)站排隊系統(tǒng)

實際可認(rèn)為公交車站的到達(dá)規(guī)律近似服從泊松分布，而上下客的時間服從負(fù)指數(shù)分布，因而公交車站的車輛到站－上下客過程可看作一個泊松輸入，負(fù)指數(shù)分布服務(wù)的單路排隊多通道排隊系統(tǒng)。該模型的特點是:服務(wù)系統(tǒng)中有N個服務(wù)臺，顧客按泊松流來到服務(wù)系統(tǒng)，平均到達(dá)率為λ;服務(wù)時間服從負(fù)指數(shù)分布，平均服務(wù)率為μ［3］。

(二)公交車進(jìn)站排隊原理

當(dāng)站內(nèi)無公交車時，優(yōu)先分配最靠出站口的停車位，方便后車進(jìn)入。當(dāng)站內(nèi)有車時，我們進(jìn)行分情況討論:當(dāng)所有泊位停滿時，車輛在站外等候，采取離開一輛進(jìn)一輛的方式進(jìn)站;當(dāng)泊位未停滿時，以乘客等待時間最少(即車輛從發(fā)送信號到進(jìn)站與乘客調(diào)整等待區(qū)域時間一致時等待時間最少)為原則計算，基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型分析，我們可以得到如下公式:

先定義如下變量:

設(shè)站臺泊位為i，其使用狀態(tài)有fi表示，則有

tdd(r，k，i)——線路 r的第 k 輛車在泊位 i處的?？繒r間

ta(r，k，i)——線路 r的第 k 輛車從發(fā)送信號開始到達(dá)泊位i處的時間

tp(r，k，i)——乘坐線路 r的第 k 輛車的乘客從看到顯示屏到移動至泊位i處的時間

Nsp(r，k)——站臺上等待線路r的第k輛車的乘客數(shù)量

Nbp(r，k)——線路 r的第 k輛車準(zhǔn)備下車的乘客數(shù)量

做如下假設(shè):

一是乘客數(shù)量根據(jù)每一路車的具體情況取統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)值。

二是考慮公交車到站前乘客已經(jīng)都到達(dá)站內(nèi)或者接近，不考慮在排隊完成后再加進(jìn)隊列的乘客，同時，車輛不允許離開泊位再停車。

假設(shè)車輛v1為線路r1的第ka輛車，v1所分配到的泊位設(shè)為i，若v1到達(dá)車站的時候僅有自己，即此時f1=1，直接?？吭诓次?即可;若f1=0，則需要進(jìn)行分配泊位i'，過程如下:分析可知V1到站過程中乘客所需要時間，即v1到達(dá)i'的時間t1(i')為:

乘客總等待時間為:

設(shè)v1從發(fā)射的信號被接收到到達(dá)指定泊位的時間為t1(i')，同時站臺上的乘客也在向指定泊位定向移動，時間設(shè)為tp(r1，k1，i')。如果車輛v1比乘客先到達(dá)泊位i'，則上車乘客的平均等待時間tw(r1，k1，i')與其移動時間 tp(r1，k1，i')相等(即移動后無需額外等待時間)，否則tw(r1，k1，i')就包括上車乘客的移動時間與移動后等待時間之和，也等于到達(dá)泊位v1的時間。即有:

而另分配泊位后，車輛v1的乘客總等待時間Tw(i')為:

假設(shè)泊位編號1到n，考慮基于等待時間Tw(i')最小的時間分配的泊位m滿足

上述函數(shù)的約束條件為:

公式(1)表示乘坐線路r的乘客到達(dá)泊位m的平均時間要小于Tp，Tp為乘客可接受的最大移動時間，可通過交通調(diào)查獲得。

公式(2)表示車輛在泊位m上停靠后，車輛車門關(guān)閉的時間小于等于最后一名乘客到達(dá)泊位的時間。tp(m)表示乘客移動到泊位m所需要的最大移動時間。△t為由車門關(guān)閉等引起的額外損失時間。

則按照此算法分配車位，能實現(xiàn)從車輛信號被車站終端接收后在進(jìn)站過程中乘客等待時間最短，不會產(chǎn)生不舒適的感覺，并達(dá)到進(jìn)站上下車效率最優(yōu)。

三、方案設(shè)計

(一)設(shè)計思路

綜合考慮車站泊位、車輛進(jìn)出方式、車站站牌設(shè)施等方面，在現(xiàn)有的公交站臺設(shè)施的基礎(chǔ)上，基于ZigBee無線傳輸技術(shù)，通過車載和車站通訊終端實時監(jiān)測即將到達(dá)?？空镜墓卉囕v。

指示過程如下:(1)公交車接近站臺，信號被車站終端接收。(2)站臺接收信息后將車輛?？寇囄话l(fā)布在電子站牌上，車輛按位置進(jìn)站，同時行人到指定位置候車。(3)通過隔斷門有序上下車。(4)公交車離站，向終端發(fā)送信息，終端引導(dǎo)下一輛車進(jìn)入。

(二)技術(shù)實現(xiàn)

我們選用了ZigBee技術(shù)作為通訊模塊。Zig-Bee是一種高可靠的無線數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)，使用方便，工作可靠，價格低廉。本方案在公交車上安裝基于ZigBee技術(shù)的信號發(fā)射器，在站臺設(shè)置接收和發(fā)射節(jié)點。

圖1 信息交互示意圖

四、實驗數(shù)據(jù)分析

以某路公交車為實例進(jìn)行對比分析。對該路公交車進(jìn)行跟蹤調(diào)查，并在實驗室進(jìn)行系統(tǒng)模擬可得:

公交車上單向出行人數(shù)均為420，得到420×(3－2)=400s=7min的時間節(jié)省

改進(jìn)前的運行速度

運行速度增加1.44km/h。

其中:V0－改進(jìn)前運行速度;V0'－改進(jìn)后運行速度;△V－增加的運行速度

減少用戶出行時間:t0－t0'=2.11min

平均每個乘客節(jié)省2.11min，出行時耗降低了約 8.8%。

五、創(chuàng)新特色

本方案填補了一般公交站設(shè)計和交通管理研究的盲點，能夠做到在較低的改建成本和易操作的組織措施的條件下，改進(jìn)公交車站內(nèi)的混亂組織。公交車智能進(jìn)站方案的動態(tài)泊位引導(dǎo)，能夠做到在有限的公交泊位的情況下，實現(xiàn)泊位利用率的最大化。有組織地引導(dǎo)公交車進(jìn)站，即使在繁忙狀態(tài)下，泊位也能不間斷利用，提高運行效率［4］。

基于ZigBee的公交車進(jìn)站引導(dǎo)方案最核心的思想在于公交車空閑泊位的準(zhǔn)確獲取和?？啃畔⒓皶r發(fā)布。并且能夠?qū)崿F(xiàn)全程無需人工參與，節(jié)約了人力成本，減少了人工操作的反應(yīng)時間。

總之，本方案填補了車聯(lián)網(wǎng)中無法對具體公交站進(jìn)行調(diào)度指揮的空白，將單個車輛停車定位變得更加精確。

六、應(yīng)用前景

本公交車進(jìn)站引導(dǎo)系統(tǒng)在車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)不斷應(yīng)用和發(fā)展的大背景下，立足于“城市公共交通優(yōu)先發(fā)展”的戰(zhàn)略，提高公共交通占機動化出行比例，縮短乘客的乘車時間。該系統(tǒng)不僅結(jié)合了車輛的信息指示，也對站內(nèi)的?？亢蜕舷萝噷嵤﹦討B(tài)引導(dǎo)，無需進(jìn)行所有車站的統(tǒng)一調(diào)度和聯(lián)網(wǎng)。本系統(tǒng)具有兩方面優(yōu)勢:一是可與交通信號燈結(jié)合，實現(xiàn)路段整體調(diào)控。本方案可采用“紅波控制理論”，在傳輸系統(tǒng)的引導(dǎo)下，當(dāng)車站無空閑泊位時，站臺終端會將延長紅燈信號時間的指令發(fā)送給上游信號燈，實現(xiàn)紅波控制，避免出現(xiàn)排隊溢出現(xiàn)象［5］。二是造價低，設(shè)備安裝和改造簡單。暫使用ZigBee無線數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)，成本低，公交站改造較容易，車輛也只需加裝信號收發(fā)模塊，具有很強的操作性，同時設(shè)備的維護(hù)也較為簡單。升級空間大，隨著無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的不斷發(fā)展，可以不斷升級ZigBee系統(tǒng)，增加信號強度和可靠性。

［1］安蕾，王磊，張潔.交通高峰時段“人車互等－公交車進(jìn)站?？康托栴}”的調(diào)查研究——以西安市鐘樓公交車停靠站為例［J］.華中建筑，2014(6):127～130.

［2］彭國雄，莫漢康.城市公交停靠站設(shè)置常見問題及對策［J］.交通運輸工程學(xué)報，2001(3):77～80.

［3］王煒，過秀成等.交通工程學(xué)［M］.南京:南京:東南大學(xué)出版社，2000:34～47.

［4］葛宏偉.城市公交停靠站點交通影響分析及優(yōu)化技術(shù)研究［D］.東南大學(xué)，2006.

［5］Wong S，Yang H，Au Yeung W，et al.Delay at signal－controlled intersection with bus stop upstream［J］.American Society of Civil Engineers，1998(3):229～234.