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提要 城市公交致力于为人们提供最快捷、方便和经济的出行条件。而随着人口的不断增加，城市公交系统往往显得十分拥挤，所以城市公交系统的管理与规划就显得尤为重要。大量的仿真工具运用于道路交通的规划、运行及检验，却很少有仿真模型顾及到乘客的行为和车辆的具体运作。本文从乘客的行为和车辆的具体运作方面入手，探索建立仿真模型，对现行公交系统进行模拟与分析。
一、引言
针对我国城市公交系统的现状及存在的问题，要从根本上解决当前大中城市日益严重的交通拥挤和环境污染等问题，只有大力发展公共交通才是获得城市交通可持续发展的根本途径。由于在财力、物力、法规、时间和空间上的限制，发展新的公共交通的解决方案是非常困难的，而且由于这个系统的规模和复杂程度，我们不可能建立一个全球性的理论模型用于分析我国的城市公交系统。所以，采用计算机仿真软件来模拟现实中的公交系统，通过建模到仿真分析的结果，找到解决当前公交系统面临的问题的最好方法。
二、仿真技术在公交系统中的目的以及与之相配合使用的其他方法与技术
公交系统仿真是指利用计算机系统仿真技术来研究交通行为，它是一门对交通运动随时间和空间的变化跟踪描述的技术。对于公交系统这样一个随机的、动态的、复杂的大系统，我们不可能建立一个全球性的理论模型用于分析我国的城市公交系统，而且即使耗费了大量的人力、财力、物力建立了如此庞大的理论模型，由于公交系统的多变性、突发性和灵活性，也不一定能发挥其价值。
仿真模型解决了这一系列的问题，它与其他分析技术，如需求分析、通行能力分析、交通流模型、排队理论等结合在一起，可以用来对多种因素相互作用的公交设施或公交系统进行分析和评估。在通过对文献的学习后，发现公交系统的三个主要组成部分为：人的行为、动态的道路交通和具体公交系统的运行，而它们三者之间的相互作用就导致了公交系统的多变性和复杂性。
三、建立仿真模型的过程、检验和验证
制约公交系统仿真研究有三个主要因素。首先，模型必须包括公交运输的具体情况；其次，它必须在模拟的时间内允许一些突发事件的发生；最后，仿真的结果必须在不同的时间和空间尺度上进行分析。
（一）确定仿真模型的组成成分。在公交系统仿真模型中，可以找到三个主要的组成部分：人的行为、动态的道路交通和具体公交系统的运行，它们三者间相互作用就构成了公交系统的复杂性。（图1）
（二）仿真模型——人的行为。在公交系统中，我们用模态选择的模型来确定乘客的人数和他们的运输行为。通常情况下，我们输入该模型的数据是全球的需求量。一个有关于人的运输需求被定义为起点、终点、离开时间和到达时间这四部分，而在一天内，一个人可以有很多次的运输需求，并且对于每一次的需求，我们都有很多路线、运输方式可以选择，所以我们采用多项式选择模型。
多项式选择模型定义某一个人n在一系列选择范围Cn内选择运输方式i的概率为：
P（iC■）＝■
其中：Cn—运输方式的替代品，包括私人轿车、步行、公交车和其他运输方式；Vi，n—运输方式i的效用函数。
这里，我们认为效用函数为：
Vi，n＝?滋cost（Ci，n）＋?滋time（di，n）
di，n＝?茁waitt■+?茁■t■+?茁■t■
其中：Ci，n—旅行的经济成本；di，n—感觉的时间成本；参数μcost和μtime用来平衡这两种成本；twait—有效的等待时间；twalk—有效的步行时间；tvehicle—有效的乘车时间。
（三）计算运输方式选择的确定性效用。为了估计对于一个需求来说，选择具体某一种运输方式的概率，我们选择了以下三种运输方式进行比较：步行、私人轿车和公交车。对于步行来说，经济成本Cwalk，n是不存在的，我们要考虑的只是感觉步行的时间成本βwalktwalkwalk；n，选择一条从起点到终点的最短路径是非常重要的。对于私人轿车来说，我们需要考虑经济成本和感觉的时间成本，而公交车的选择比前二者更为复杂，需要分别考虑到公交车之旅的三种情况：步行去公交站、等待、在公交车内。具体公式如下：
ωstop＝?茁■•tstop
ωinter-stop＝?茁■•（linter-stop•Sbus）
ωwait＝?茁wait（Pbus/2）
ωalight＝0
ωwalk＝?茁walk•（lroad-section•Swalk）
其中：ωwalk—在某路段感觉的持续时间；ωwait—感觉等公交车的持续时间；ωinter-stop—感觉公交车在站与站之间停的时间；ωstop—装载每个乘客所用的时间；ωalight—感觉公交车停车的时间；Swalk—平均步行速度；lroad-section—某路段的长度；Pbus—两辆公交车的间隔时间；Sbus—每辆公交车的速度；linter-stop—站与站之间的路程； tstop—一辆公交车的平均停车时间。
（四）检验和验证。这个仿真模型已经用于贝尔福城市公交系统的设计和评价，它涵盖了约5万人的一个公交系统，最后包括了8条公交路线，其中具有代表性的是长35km的一条路线。通过仿真实验，得出了两个代表性的数据：公交系统的载客量和乘客的候车时间。
1、公交系统的载客量。在仿真结论中可以发现，公交系统的高峰期一般出现在早上的七点，中午的十二点和下午的五点左右，而这些时间与我们平常出行时遇到的高峰期相符，充分显示了它的真实性。当然，在仿真模型中，我们可以轻而易举地找到超载的公交车和未使用的公交车，然后可以通过具体的措施，对一些公交车的行程和工作的小时数进行调整，避免超载和拥塞现象。
2、乘客的候车时间。乘客的候车时间对于衡量一个公交系统是否成功非常关键，因为一旦乘客的候车时间长了，人们就不愿意坐公交车出行，所以仿真的另一个作用就是通过模拟，显示出哪些路线的公交车候车时间太长，哪些太短，以便进行适当的调整。在模型运行过程中可以看到，当公交车的数量下降到一定的范围，公交系统正常的运输服务不能得到保证。
四、该模型中存在的问题和评论
由于公交系统自身的复杂性，使得仿真建模时抽象或简化尺度很难把握，如果处理不当，则会造成仿真模型“失真”。正如美国系统科学家Zadeh在其著名的“不相容定理”中所指出的，复杂性和精确性是互相矛盾的，随着系统复杂性的增加，人们对其进行精确描述的能力就要下降。公交系统中输入的大量数据，我们都是从搜集的大量的资料中获取的，自然会有一定的偏差，对于总体上公交系统的运行状况来说这个模型是非常合适的，但是对于单一的个体来说并不能保证它的精确度，这也是所有仿真模型都存在的问题。
“出行难”是现代都市的一大难题。实施以大运量、高效率的交通工具为主、其他交通工具为辅的“公交优先”战略，已经成为国内外许多大中城市解决城市交通问题的一剂良方。提倡公交优先并不是限制人们使用私人轿车，而是创造良好的条件鼓励人们使用高效、价廉的公共交通，公共交通系统具有运量大、速度快、污染少、能耗及占地比较少等显著优点。但同时，由于我国目前很多城市的公交系统设计上并不是很完善，经常会出现“等公交车难，乘公交车挤，坐公交车慢”等问题，让市民对“公交首选”产生很大的质疑，所以我们采用仿真模型来模拟整个城市的公交系统，希望通过此仿真系统，能对以上问题找到解决办法，对公交系统的设计完善有所帮助。
本仿真系统主要是以公交车为研究对象的。需要指出的是，公交车只是公共交通的一部分，并非是解决城市交通问题的唯一选项。我们前面提到的“公交优先”，指的是公交系统，而不是单指公交车。事实上，最有效的公交系统不是公交车，而是以地铁为首的轨道交通系统。在仿真软件的帮助下，城市交通系统可得到不断的改进和完善，对于人们出行的方便、快捷、井然有序可产生重要的作用，“等车难，坐车累，塞车烦”等问题，必将得到根本解决！■ |
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