交通/运输运营和容量基础

从供给侧来看，大多数公共交通系统运营的服务都具有某些共同特征。其中最突出的是车辆循环和容量的概念。之后，我们将讨论特定模式的一些运营特征，特别是将铁路模式与固定路线公交服务区分开来。

运营和容量概念

车辆循环

将车辆（厢式货车、公交车或火车）在一天的交通服务时间内运行情况称为“循环”，因为这种运行模式往往每天都会重复。下图展示了这种循环模式。

循环从车辆从车库（车库、停车场或其他地点）启动开始。车库是车辆存放或维修的公共场所。
车辆从车库被调至一个可以开始服务的地点。这个地点通常是路线的终点。从车库到这个地点的移动被称为“调出”。
车辆从起始地点驶往另一个路线终点，在沿途的站点或站台停靠，让乘客上下车。我们将车辆的这种移动称为“行程”（或车辆行程）。
车辆在沿途行驶时，既会产生运行时间，也会产生停留时间。运行时间是指在站点或站台之间行驶的时间，停留时间是指在停靠地点等待乘客上下车的时间。
车辆在沿途行驶时处于“营运”状态，因此，在提供乘客服务时，沿途行驶的时间和里程被称为“营运时间”和“营运里程”。
车辆到达路线终点后，会重新定位以便继续服务。如果车辆沿相同路线或从相同终点开始的另一条路线返回，则在重新进入营运状态之前，可能会有短暂的恢复时间，称为“换班”。
车辆也可能在终点之间移动，以开始服务于不同的路线，这会导致所谓的“空驶”行程，即不在营运状态下，在两个终点之间行驶。
车辆继续在固定路线上的营运服务，重复在站点或站台停靠，让乘客上下车的过程。
当车辆到达其设定行程的最后终点时，它将返回车库。从路线终点到车库的这种移动被称为“调入”。

这种车辆循环模式适用于固定路线服务，特别是公交和铁路交通系统。对于按需服务，路线没有正式的“终点”，而是“终点”代表了乘客上下车的确切地点。在任何时候，如果车辆空载，则可以空驶到下一个接送地点，也可以返回车库。

容量

交通运营中的容量是指在给定时间内，在固定路线上的某个点，能够通过的最大乘客数量。容量最常见的衡量单位是每小时乘客数量。

在交通运营中，我们将车辆在某个点通过的时间间隔定义为间隔（或时间间隔），通常以分钟为单位。间隔的倒数称为频率，它基本上反映了单位时间内车辆在路线上的某个点通过的次数，通常以每小时车辆数为单位。

${\begin{array}{rl}{\text{Frequency (veh/hr)}}&f={\frac {60{\text{ min/hr}}}{h}}\\\\{\text{Headway (in min)}}&h={\frac {60{\text{ min/hr}}}{f}}\\\end{array}}$

例如，一条间隔为 10 分钟的路线，频率为每小时 6 辆车。

考虑到这一点，交通路线的容量等于频率和每辆车的最大乘客数量的乘积。

${\begin{array}{rl}{\text{Capacity (passengers/hr)}}&{\text{on the route }}=C_{route}=f\cdot N_{car}\cdot C_{car}\\\\{\text{where: }}&f={\text{ frequency on the route (veh/hr)}}\\&N_{car}={\text{number of cars per train (= 1 for bus)}}\\&C_{car}={\text{maximum number of persons per car (or bus)}}\\\end{array}}$

例如，一条频率为每小时 6 辆公交车，每辆公交车最大载客量为 55 人的公交路线，容量为每小时 330 人。一条频率为每小时 15 列火车（间隔 4 分钟），每列火车 6 节车厢，每节车厢最大载客量为 150 人的铁路线路，容量为每小时 13,500 人。

容量是在比较不同交通模式时非常重要的一个概念。

公交运营

公交运营通常遵循上述传统的车辆循环模式。每辆公交车的运营由一名运营员（司机）控制。该运营员负责在路线范围内安全驾驶公交车，以及在沿途的站台或站点管理乘客上下车。他们还可能负责管理车上的票价支付，以及确保乘客的安全和保障。

公交运营中一种相当普遍的特征是“招手停靠”运营。实际上，这意味着公交车只有在有乘客上下车时才需要停靠在站台或站点；否则，公交车可以以运行速度直接绕过站台。在这种情况下，需要上下车的乘客必须向运营员示意，以便他/她知道是否需要在下一站或站点停靠。

在某些情况下，公交车可能会在所有站台停靠；这在公交车停靠站台数量有限，或在这些站台上下车乘客数量很多的情况下更为常见。

公交路线上的容量等于路线频率和每辆公交车上的乘客数量的乘积。为了提高容量，可以提高公交车频率或提高每辆公交车的载客量，或者同时提高两者。

在频率方面，对于高频服务（例如，每分钟超过一班车）的主要限制是每个车站的公交车停靠位的数量限制。公交车必须在站台停留一定时间，以便乘客上下车，在此期间能够进入站台的公交车数量取决于站台的停靠位数量。如果一个站台的平均停留时间为 20 秒，且该站台只有一个停靠位，那么该站台的最高公交车频率为每分钟 3 辆。当然，缩短停留时间（例如，多门上下车，在登车时无需支付车费）可以在此类情况下提高运力。此外，拥有多个停靠位，尤其是在多条线路重叠的路线路段，也可以提高服务频率。
在公交车容量方面，机构可能会从标准的单层 40 英尺公交车转向运载能力更高的公交车，例如双层公交车或铰接式公交车。这些类型的公交车可能比标准公交车载客量高得多。

最后，当公交车在混合交通中运行时，众所周知，维持时刻表是一个挑战。信号时机、交通拥堵、交通事故以及其他因素都会扰乱预计的运行时间；同样，容纳带有自行车或轮椅的乘客也会导致站台停留时间更长。因此，时刻表执行不佳是服务可靠性的一个常见挑战。在许多情况下，公交机构将在正常时刻表中留出一些“余量”，包括在路线的各个点以及终点站的停泊时间中增加额外时间，以便让任何落后于时刻表的公交车赶上来。

众所周知，高频公交服务容易出现“扎堆”现象：前一辆公交车可能落后于时刻表，而后续的公交车则领先于时刻表，直到它们形成两辆公交车并排运行。为了应对时刻表执行不佳和公交车扎堆现象，公交运营还可能包括实时控制的要素。这些措施可能包括：（1）在站台停留公交车以使班次间隔更加均匀；（2）鼓励驾驶员在站台之间加速或减速以维持时刻表；（3）在更极端的情况下，允许公交车跳过站台或“短途折返”（即在非终点站位置改变路线方向）以改善时刻表执行或在路线特定路段乘客需求激增时提供更多运力。

铁路运营

铁路车辆（火车）也遵循前面所示的车辆循环。但是，通常火车会在路线上的每个车站停靠。此外，在许多情况下，车费收取是在车站进行的，这样火车的所有车门都可以用于乘客上下车。

铁路系统可以在独立的轨道环境中运行，拥有自己的轨道，没有冲突的交通，也可以在与其他道路车辆混合的交通环境中运行，或者在这两种环境中混合运行。正如显而易见的，拥有独立的轨道环境允许火车在没有太多限制的情况下运行，从而实现更高的速度和更加可靠的服务（时刻表执行良好，行驶时间差异最小）。一旦铁路受到混合交通的影响，速度就会下降，服务往往变得不可靠。

铁路系统最常见的是通过电力运行，电力通过“第三轨”或架空接触线传输到车辆，其中“第三轨”位于现有轨道附近的地面上，架空接触线则位于头顶上方。

铁路系统的运行通常由信号系统控制，信号系统指示火车司机适当的运行条件，可以通过路边信号或火车驾驶室内的信号进行指示。传统上，这些信号系统是按照称为“区段”的固定轨道段进行排列的。这些区段的定义是为了控制火车的安全运行：同一时间不允许两列火车位于同一个区段内。这可以由火车司机控制，也可以采用自动或半自动系统来强制执行这些区段限制。

在“固定区段”信号系统中，信号具有各种颜色和图案的指示，规定了适当的火车运行方式。在下图所示的系统中，红色信号用于指示停车，黄色信号用于指示减速，以便驶入前方红色信号，绿色信号用于指示可以通行。规定信号指示的最常见逻辑是基于信号前方区段的占用情况。在下图中，红色表示后续区段被占用；黄色表示后续信号为红色；绿色表示后续两个区段未被占用。随着火车从一个区段移动到另一个区段（从时间 *t* 到 *t*+1 到 *t*+2），信号系统中的指示相应地改变。

铁路线路的运力基于火车频率、每列火车的车厢数量以及每辆车厢的最大容纳人数。

频率的上限通常受火车占用区段的时间限制。由于两列火车不能占用同一个区段，因此穿越区段的最长时间就成为火车之间最短的班次间隔时间；最高频率则是最短班次间隔时间的倒数。为了提高频率（从而提高运力），必须缩短区段长度或确定其他方法来控制车辆运行。
通常，每列火车的车厢数量受车站站台的几何形状或其他路线几何特征（例如，混合运营中两条交叉街道之间的距离）限制。当火车在车站停靠时，所有车厢都允许乘客上下车，这意味着所有车厢都必须位于站台上。因此，只有当线路上的所有车站都能够容纳这些车厢时，才能在火车上增加车厢。
车厢容量部分取决于车厢的长度以及车厢内座位和站立空间的布置。站立空间越大，容量越大，但乘客的舒适度也会降低。

此外，在电力铁路系统中，实际上火车和每列火车的车厢数量会受到配电系统供电容量的限制，因为每增加一辆车厢都会增加电力负载。

最后，一些铁路系统采用全自动或半自动运行，其中火车速度可以通过自动系统控制。信号通过轨道或电力系统传输到火车电机，指示给定区段的适当速度。

示例问题

问题

某公交机构拥有一条现有的 8.5 英里长的公交线路（单向），线路之间的平均速度为 16.9 英里/小时。该线路沿途设有 22 个站台。如果每个站台的平均停留时间为 18 秒，那么整条线路的平均公交车速度是多少？

并且，如果在路线的远端需要 5 分钟的停泊时间，那么往返行程的总时间是多少？假设回程所需时间与去程所需时间相同。

示例

解答

总行驶时间 = (8.5 英里) / (16.9 英里/小时) + (22 个站台)*(18 秒/站台)*(1 小时 / 3600 秒) = 0.613 小时 = 37 分钟（四舍五入到最接近的分钟）

平均速度 = (8.5 英里 / 0.613 小时) = 13.9 英里/小时。

往返行程总时间 = 37 分钟 + 5 分钟停泊时间 + 37 分钟 = 79 分钟

词汇表

扎堆：指两辆公交车在一条路线中彼此靠近，在某些情况下甚至在路线中并排行驶的现象。
空驶：指车辆在非营运服务期间往返路线终点站之间的行程；通常是为了将车辆重新定位到新路线的起点。
招呼站停靠：指车辆仅在有乘客需要上车或下车时才会在站台停靠。否则，车辆可以继续行驶，无需停靠。
停泊：指车辆在一次营运服务结束后到下一次（车辆）营运服务开始之前，在公共终点站停留的一段时间。
驶入：指车辆在营运服务结束后从路线终点站驶回车库的行动。
驶出：指车辆从车库驶向路线终点站以开始营运服务的行动。
营运服务：指车辆沿路线行驶，乘客可以上下车。
时刻表余量：指在路线时刻表中插入的一小段时间，以改善时刻表执行。

参考文献