交通/運輸運營和容量基礎

從供給側來看，大多數公共交通系統運營的服務都具有某些共同特徵。其中最突出的是車輛迴圈和容量的概念。之後，我們將討論特定模式的一些運營特徵，特別是將鐵路模式與固定路線公交服務區分開來。

運營和容量概念

車輛迴圈

將車輛（廂式貨車、公交車或火車）在一天的交通服務時間內執行情況稱為“迴圈”，因為這種執行模式往往每天都會重複。下圖展示了這種迴圈模式。

迴圈從車輛從車庫（車庫、停車場或其他地點）啟動開始。車庫是車輛存放或維修的公共場所。
車輛從車庫被調至一個可以開始服務的地點。這個地點通常是路線的終點。從車庫到這個地點的移動被稱為“調出”。
車輛從起始地點駛往另一個路線終點，在沿途的站點或站臺停靠，讓乘客上下車。我們將車輛的這種移動稱為“行程”（或車輛行程）。
車輛在沿途行駛時，既會產生執行時間，也會產生停留時間。執行時間是指在站點或站臺之間行駛的時間，停留時間是指在停靠地點等待乘客上下車的時間。
車輛在沿途行駛時處於“營運”狀態，因此，在提供乘客服務時，沿途行駛的時間和里程被稱為“營運時間”和“營運里程”。
車輛到達路線終點後，會重新定位以便繼續服務。如果車輛沿相同路線或從相同終點開始的另一條路線返回，則在重新進入營運狀態之前，可能會有短暫的恢復時間，稱為“換班”。
車輛也可能在終點之間移動，以開始服務於不同的路線，這會導致所謂的“空駛”行程，即不在營運狀態下，在兩個終點之間行駛。
車輛繼續在固定路線上的營運服務，重複在站點或站臺停靠，讓乘客上下車的過程。
當車輛到達其設定行程的最後終點時，它將返回車庫。從路線終點到車庫的這種移動被稱為“調入”。

這種車輛迴圈模式適用於固定路線服務，特別是公交和鐵路交通系統。對於按需服務，路線沒有正式的“終點”，而是“終點”代表了乘客上下車的確切地點。在任何時候，如果車輛空載，則可以空駛到下一個接送地點，也可以返回車庫。

容量

交通運營中的容量是指在給定時間內，在固定路線上的某個點，能夠透過的最大乘客數量。容量最常見的衡量單位是每小時乘客數量。

在交通運營中，我們將車輛在某個點透過的時間間隔定義為間隔（或時間間隔），通常以分鐘為單位。間隔的倒數稱為頻率，它基本上反映了單位時間內車輛在路線上的某個點透過的次數，通常以每小時車輛數為單位。

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

例如，一條間隔為 10 分鐘的路線，頻率為每小時 6 輛車。

考慮到這一點，交通路線的容量等於頻率和每輛車的最大乘客數量的乘積。

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

例如，一條頻率為每小時 6 輛公交車，每輛公交車最大載客量為 55 人的公交路線，容量為每小時 330 人。一條頻率為每小時 15 列火車（間隔 4 分鐘），每列火車 6 節車廂，每節車廂最大載客量為 150 人的鐵路線路，容量為每小時 13,500 人。

容量是在比較不同交通模式時非常重要的一個概念。

公交運營

公交運營通常遵循上述傳統的車輛迴圈模式。每輛公交車的運營由一名運營員（司機）控制。該運營員負責在路線範圍內安全駕駛公交車，以及在沿途的站臺或站點管理乘客上下車。他們還可能負責管理車上的票價支付，以及確保乘客的安全和保障。

公交運營中一種相當普遍的特徵是“招手停靠”運營。實際上，這意味著公交車只有在有乘客上下車時才需要停靠在站臺或站點；否則，公交車可以以執行速度直接繞過站臺。在這種情況下，需要上下車的乘客必須向運營員示意，以便他/她知道是否需要在下一站或站點停靠。

在某些情況下，公交車可能會在所有站臺停靠；這在公交車停靠站臺數量有限，或在這些站臺上下車乘客數量很多的情況下更為常見。

公交路線上的容量等於路線頻率和每輛公交車上的乘客數量的乘積。為了提高容量，可以提高公交車頻率或提高每輛公交車的載客量，或者同時提高兩者。

在頻率方面，對於高頻服務（例如，每分鐘超過一班車）的主要限制是每個車站的公交車停靠位的數量限制。公交車必須在站臺停留一定時間，以便乘客上下車，在此期間能夠進入站臺的公交車數量取決於站臺的停靠位數量。如果一個站臺的平均停留時間為 20 秒，且該站臺只有一個停靠位，那麼該站臺的最高公交車頻率為每分鐘 3 輛。當然，縮短停留時間（例如，多門上下車，在登車時無需支付車費）可以在此類情況下提高運力。此外，擁有多個停靠位，尤其是在多條線路重疊的路線路段，也可以提高服務頻率。
在公交車容量方面，機構可能會從標準的單層 40 英尺公交車轉向運載能力更高的公交車，例如雙層公交車或鉸接式公交車。這些型別的公交車可能比標準公交車載客量高得多。

最後，當公交車在混合交通中執行時，眾所周知，維持時刻表是一個挑戰。訊號時機、交通擁堵、交通事故以及其他因素都會擾亂預計的執行時間；同樣，容納帶有腳踏車或輪椅的乘客也會導致站臺停留時間更長。因此，時刻表執行不佳是服務可靠性的一個常見挑戰。在許多情況下，公交機構將在正常時刻表中留出一些“餘量”，包括在路線的各個點以及終點站的停泊時間中增加額外時間，以便讓任何落後於時刻表的公交車趕上來。

眾所周知，高頻公交服務容易出現“扎堆”現象：前一輛公交車可能落後於時刻表，而後續的公交車則領先於時刻表，直到它們形成兩輛公交車並排執行。為了應對時刻表執行不佳和公交車扎堆現象，公交運營還可能包括即時控制的要素。這些措施可能包括：（1）在站臺停留公交車以使班次間隔更加均勻；（2）鼓勵駕駛員在站臺之間加速或減速以維持時刻表；（3）在更極端的情況下，允許公交車跳過站臺或“短途折返”（即在非終點站位置改變路線方向）以改善時刻表執行或在路線特定路段乘客需求激增時提供更多運力。

鐵路運營

鐵路車輛（火車）也遵循前面所示的車輛迴圈。但是，通常火車會在路線上的每個車站停靠。此外，在許多情況下，車費收取是在車站進行的，這樣火車的所有車門都可以用於乘客上下車。

鐵路系統可以在獨立的軌道環境中執行，擁有自己的軌道，沒有衝突的交通，也可以在與其他道路車輛混合的交通環境中執行，或者在這兩種環境中混合執行。正如顯而易見的，擁有獨立的軌道環境允許火車在沒有太多限制的情況下執行，從而實現更高的速度和更加可靠的服務（時刻表執行良好，行駛時間差異最小）。一旦鐵路受到混合交通的影響，速度就會下降，服務往往變得不可靠。

鐵路系統最常見的是透過電力執行，電力透過“第三軌”或架空接觸線傳輸到車輛，其中“第三軌”位於現有軌道附近的地面上，架空接觸線則位於頭頂上方。

鐵路系統的執行通常由訊號系統控制，訊號系統指示火車司機適當的執行條件，可以透過路邊訊號或火車駕駛室內的訊號進行指示。傳統上，這些訊號系統是按照稱為“區段”的固定軌道段進行排列的。這些區段的定義是為了控制火車的安全執行：同一時間不允許兩列火車位於同一個區段內。這可以由火車司機控制，也可以採用自動或半自動系統來強制執行這些區段限制。

在“固定區段”訊號系統中，訊號具有各種顏色和圖案的指示，規定了適當的火車執行方式。在下圖所示的系統中，紅色訊號用於指示停車，黃色訊號用於指示減速，以便駛入前方紅色訊號，綠色訊號用於指示可以通行。規定訊號指示的最常見邏輯是基於訊號前方區段的佔用情況。在下圖中，紅色表示後續區段被佔用；黃色表示後續訊號為紅色；綠色表示後續兩個區段未被佔用。隨著火車從一個區段移動到另一個區段（從時間 *t* 到 *t*+1 到 *t*+2），訊號系統中的指示相應地改變。

鐵路線路的運力基於火車頻率、每列火車的車廂數量以及每輛車廂的最大容納人數。

頻率的上限通常受火車佔用區段的時間限制。由於兩列火車不能佔用同一個區段，因此穿越區段的最長時間就成為火車之間最短的班次間隔時間；最高頻率則是最短班次間隔時間的倒數。為了提高頻率（從而提高運力），必須縮短區段長度或確定其他方法來控制車輛執行。
通常，每列火車的車廂數量受車站站臺的幾何形狀或其他路線幾何特徵（例如，混合運營中兩條交叉街道之間的距離）限制。當火車在車站停靠時，所有車廂都允許乘客上下車，這意味著所有車廂都必須位於站臺上。因此，只有當線路上的所有車站都能夠容納這些車廂時，才能在火車上增加車廂。
車廂容量部分取決於車廂的長度以及車廂內座位和站立空間的佈置。站立空間越大，容量越大，但乘客的舒適度也會降低。

此外，在電力鐵路系統中，實際上火車和每列火車的車廂數量會受到配電系統供電容量的限制，因為每增加一輛車廂都會增加電力負載。

最後，一些鐵路系統採用全自動或半自動執行，其中火車速度可以透過自動系統控制。訊號透過軌道或電力系統傳輸到火車電機，指示給定區段的適當速度。

示例問題

問題

某公交機構擁有一條現有的 8.5 英里長的公交線路（單向），線路之間的平均速度為 16.9 英里/小時。該線路沿途設有 22 個站臺。如果每個站臺的平均停留時間為 18 秒，那麼整條線路的平均公交車速度是多少？

並且，如果在路線的遠端需要 5 分鐘的停泊時間，那麼往返行程的總時間是多少？假設回程所需時間與去程所需時間相同。

示例

解答

總行駛時間 = (8.5 英里) / (16.9 英里/小時) + (22 個站臺)*(18 秒/站臺)*(1 小時 / 3600 秒) = 0.613 小時 = 37 分鐘（四捨五入到最接近的分鐘）

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

往返行程總時間 = 37 分鐘 + 5 分鐘停泊時間 + 37 分鐘 = 79 分鐘

詞彙表

扎堆：指兩輛公交車在一條路線中彼此靠近，在某些情況下甚至在路線中並排行駛的現象。
空駛：指車輛在非營運服務期間往返路線終點站之間的行程；通常是為了將車輛重新定位到新路線的起點。
招呼站停靠：指車輛僅在有乘客需要上車或下車時才會在站臺停靠。否則，車輛可以繼續行駛，無需停靠。
停泊：指車輛在一次營運服務結束後到下一次（車輛）營運服務開始之前，在公共終點站停留的一段時間。
駛入：指車輛在營運服務結束後從路線終點站駛回車庫的行動。
駛出：指車輛從車庫駛向路線終點站以開始營運服務的行動。
營運服務：指車輛沿路線行駛，乘客可以上下車。
時刻表餘量：指在路線時刻表中插入的一小段時間，以改善時刻表執行。

參考文獻