公共交通通行能力和服务质量手册(Transit capacity and quality of service manual, TCQSM2004)将可靠性分为准时性(On-time performance)和车头时距稳定性(Evenness of headways)两个方面, 给出了广泛应用的公交运行可靠性评价方法、指标和服务水平分级^[14]。

准点性指标是公交可靠性评价的基础和核心, 也是最直观的评价指标, 反映了公交车辆是否按照时刻表规定的时间到达规定车站, 通常用准点率表示, 指准点行车次数与全部行车次数的比值^[14], 准点率的计算取决于“ 准点行车” 的定义范围, 从而使得计算结果有较大差异。

公交运行准时性反映公交运营车辆是否晚点, 对于公交运营商和乘客, 关注的不仅仅是运营车辆是否晚点, 还关注车辆晚点的程度, 公交车辆的晚点程度反映了公交系统运行的稳定性, 因此稳定性也是公共交通可靠性的重要方面。目前, 评价公交运行稳定性主要有两个角度:基于车辆运行时间和基于发车间隔。公交线路途经道路的行驶条件、交通条件、信号灯数量、驾驶员行为特性等, 都会影响到公交车辆的运行时间和沿途各站的实际间隔。而当一辆公交车在某站产生了延误, 这个延误会相应传播到下一站点, 即更多的乘客滞留在下一站点, 由于上下车人数的增加导致车辆停站时间的延长, 又会导致后续站点产生更大的延误, 且这个过程将会一直持续到终点站。反之, 后续车辆可能由于上下车人数减少降低了停站时间, 可能很快地赶上之前延误的公交车辆, 从而产生“ 聚串” 现象, 导致车辆运行不稳定^[15]。

与准时性评价指标不同的是, 目前对稳定性指标的选取比较分散, 主要有三类:①运行时间标准差(或方差)或发车间隔标准差(或方差)^{[16, 17]}, 反映数据集的离散程度, 在公共交通可靠性中应用最为广泛; ②运行时间比和发车间隔比^[18], 定义为公交实际运行时间或发车间隔与计划运行时间或发车间隔的比值, 反映公交样本数据与时刻表的一致程度; ③车头时距变异系数^[14], 定义为数据集的标准差与其均值的比值, 是一个相对变异的指标。

不设置公交专用道时, 公交车与社会车辆处于混行状态, 由于公交车辆动力性能的不足, 受到社会车辆随意的超车变道、交织穿插、停车, 交叉口信号灯延误以及与转向车辆交织延误等因素的干扰, 同时可能受到慢行交通的影响, 导致公交车辆运行秩序混乱, 行车状态处于非常不稳定的状态, 公交车服务水平很难保证。公交车在高峰期间的运行过程体现为“ 起点站按均匀间隔发车→ 沿途受干扰, 公交车运行车速产生波动、行车间隔变得不稳定→ 乘客不能及时运送, 开始积压, 客流量变得不均匀→ 前车车辆超载、车内拥挤、公交停站时间变长, 后车载客量变小、停靠站时间缩短, 到站时刻可能提前→ 沿途延误累积、车辆行程时间和运行状态变得不稳定→ 公交线路周转能力下降, 调度计划受影响→ 公交服务水平下降” 。

设置公交专用道, 将某一条车道分配给公交车行驶, 使公交车辆和社会车辆分车道行驶, 保障了公交车行驶的道路空间要求, 减少了公交车与社会车辆混行所带来的相互干扰, 公交车运行秩序有所提升, 运行状态更加稳定, 行车延误的减少有效保证了公交车运行车速。因此, 可以认为设置公交专用道最直接的交通效益是公交运行秩序和运行状态稳定性得以提高。

从乘客出行角度出发, 在常规地面公交运行车速不高的现实情况下, 乘客更关心的是乘坐公交车到达目的地的行程时间可靠性, 即乘客上车后, 公交车按照计划时刻表在相对稳定的时间段内到达目的站点, 期望车辆行程时间能够保持稳定, 而对公交车辆自身运行车速关心程度小。

因此, 能够直接反映公交专用道设置效果, 同时体现乘客利益的公交运行可靠性评价指标是公交运行时间稳定性。

根据公交运行可靠性的定义和既有计算指标的总结, 本文定义公交运行时间稳定度TSI(Time stability index), 反映公交车辆按照时间计划稳定运行的能力。首先定义公交运行时间准时度PI(Punctuality index)为公交车从某一区段起始端到终点端之间的实际运行时间与计划运行时间的相对误差与1的差值。设某一区段内公交车从起点站到终点站间的实际运行时间为 t,计划运行时间为 T,则公交运行时间的相对误差为: δ=t-T/T。

公交运行时间准时度:

PI=1-δ=1-t-T/T(1)

公交运行时间准时度是用来衡量公交车运行过程的准时程度, 描述了公交线路一个方向上从出发点到终点运行时间与计划运行时间的偏差程度, 且PI≤ 1, 越是接近1, 表明该方向的准时程度越高, 如果PI< 1, 则表明运行时间偏差达到一倍以上, 公交车已经处于非常不准时的的运行状态。

公交运行时间稳定度TSI用来描述线路在一个方向上的准时度的离散程度, TSI越小表明准时的变化程度越小, 计算公式定义如下:

TSI=1-∑i=1k(PIi-PI__)2k-1/PI—(2)

式中: PIi为某时段内第 i班次公交运行时间准时度; PI¯为公交运行时间准时度均值; k为某时段内的总班次数。

各城市除个别市郊长线路、定班线路或发车间隔较大的线路外, 对于一般的城市公交线路, 几乎没有基于站点的行车计划, 即站点时刻表, 因此, 由起点站至中途站或中途站间、中途站至终点站的公交计划运行时间无法获取。在这种情况下, 公交运行时间稳定度可采用某一区段各班次公交车实际运行时间的均值作为计算基准。

根据公交专用道的基本属性, 专用道长度、专用道上的公交线路特征(线路多, 发车间隔较短、在专用道上运行里程较长的公交线路)、符合居民常规地面公交出行距离特征(5~8 km左右^{[20, 21]})、道路条件和建设标准(专用道连续性较好、有机非分隔设施、交叉口公交专用进口道比例高、标志标线清晰完善等)、避免道路施工影响等5个原则, 在上海市31条路侧公交专用道中选择浦建路-沪南路路侧公交专用道作为研究对象。结合现场踏勘(见表1), 考虑公交线路在公交专用道上运行里程和停站数量(里程长, 停站数量多)、发车间隔(间隔较短)、线路特征区位与走向(如体现城市向心交通特性的市通郊线路)3个原则, 筛选出浦建路-沪南路公交专用道上4条具有代表性的备选公交线路:沪南线、451路、779路、929路, 4条公交线路基本概况如表2所示。

表1

Table 1

表1(Table 1)

表1 浦建路-沪南路公交专用道各线路停靠站数统计表 Table 1 Statistics of bus station numbers for each line on Pujian Rd-Hunan Rd bus lane 北向南 南向北 停靠站数 线路数 公交线路 停靠站数 线路数 公交线路 12站 1 沪南线 12站 1 沪南线 10站 1 451 10站 2 451、周康9路 9站 2 周康9路、东周线 9站 2 浦卫专线、779 8站 3 浦卫专线、929、779 8站 1 东周线 7站 2 624、974 7站 2 929、974 6站 5 — 6站 8 — 5站 5 — 5站 5 — 4站 2 — 4站 1 — 3站 7 — 3站 6 — 2站 10 — 2站 8 — 1站 10 — 1站 11 — 总计 48 — — 47 — 注:不计南向北方向沪南路陈春路招呼站数据(2013年4月踏勘)。

表1 浦建路-沪南路公交专用道各线路停靠站数统计表 Table 1 Statistics of bus station numbers for each line on Pujian Rd-Hunan Rd bus lane

表2

Table 2

表2(Table 2)

表2 备选的4条代表性公交线路基本概况 Table 2 Introduction of four typical bus lines available as alternatives 沪南线 451路 779路 929路 起讫点 东昌路渡口站↔ 南汇汽车站 南京西路西藏中路站 ↔ 周东南路站 陆家嘴站↔ 御青路御桥路站 上海火车站(北广场)↔ 陈春路博华路站 线路长度/km 45.05 27.26 15.6(北向南) 15.1(南向北) 20.23 在公交专用道上 运行里程/km 浦东南路:2.6 浦建路-沪南路:9.0 西藏路:1.8 张杨路:0.6 东方路:1.5 浦建路-沪南路:8.3 东方路:3.2 浦建路-沪南路:7.5 浦建路-沪南路:6.2 在公交专用道上运行 里程与线路长度比例/% 25.75 44.75 北向南:68.59 南向北:70.86 30.65 工作日高峰发车间隔/min 5~6 4~6 6~8 5~8 单程计划运营时间/min 98 70 50 70

表2 备选的4条代表性公交线路基本概况 Table 2 Introduction of four typical bus lines available as alternatives

综合考虑线路长度、公交线路单程运行时间、在公交专用道上运行里程与线路长度的比例, 选取779路作为本文的研究对象, 线路走向及途经的东方路、浦建路-沪南路公交专用道区段交叉口分布情况如图1和图2所示。

图1

Fig.1

	Figure Option ViewDownloadNew Window
	图1 779路公交线路运行图Fig.1 Route map for bus 779

图2

Fig.2

	Figure Option ViewDownloadNew Window
	图2 以信号交叉口划分的779路途经公交专用道区段和编号Fig.2 Division of bus lane segments for bus 779 based on signalized intersection

进行公交运行可靠性分析, 所需数据主要包括公交基础数据(线路长度、站点布局、运营计划等)、公交实际运行数据(公交车辆在各站点的到站时间、离站时间、开关门时间, 以及公交车辆通过各交叉口、立交桥或某些关键节点的时刻等)、客流数据三类, 可采用跟车调查法。根据线路发车时刻表, 均匀抽取各个时刻的公交班次车辆, 安排调查员进行跟车调查, 所获取的调查结果能够反映该线路车辆的运行状况信息。779路公交计划单程运营时间为50 min, 若选择晚高峰开展调查, 则待调查的首班车发车时间不宜早于16:00, 末班车的发车时间不宜晚于18:10, 以保证所选择的样本班次公交车运行时间均在公交专用道专用时段内。

基于此, 在正常工作日的周二、周三、周四的晚高峰时段, 采用跟车调查法于2013年10~11月的采集得到单向各45班次的779路全线实际运行数据。在统计学中, 通常以允许相对误差 r来表示样本数据要求的精度, 根据以下简单随机抽样的样本量计算公式:

n0=t2S2r2Y¯2=tr2C2(3)

n=n01+n0N(4)

计算得到样本数据的相对误差 r对于抽样率 f的计算公式为:

r=(1-f)t2C2fN(5)

式中: f为抽样率, f=n/N, 其中n为样本量,f=n/N,其中n为样本总体规模; r为允许相对误差; t是对应一定置信度的百分位限值(置信度为99%时, t=1.65,置信度为95%时, t=1.96); C为总体变异系数, C=S/Y¯, S为总体标准差, Y¯为总体均值。

根据样本数据公交运行时间均值和标准差(见表3), 取置信度为95%, 计算得到779路跟车调查数据的相对误差在3%以下, 可认为调查数据符合本文研究需要。

表3

Table 3

表3(Table 3)

表3 779路抽样调查精度计算 Table 3 Survey precision of bus 779 抽样率 /% 运行时间 均值/s 运行时间 标准差 相对误差 /% 北向南 37.82 3747.2 383.7 2.36 南向北 42.86 3040.6 305.8 2.22 注:779路仅一端有调度站, 高峰时段两个方向发车规模不同, 样本总体规模根据晚高峰时段发车时刻表和现场调查获取。

表3 779路抽样调查精度计算 Table 3 Survey precision of bus 779