滁州市城市公交線路最優(yōu)化分析

嚴大思，奚硯濤，潘玲玲

(中國礦業(yè)大學資源與地球科學學院，江蘇徐州 221008)

滁州市城市公交線路最優(yōu)化分析

嚴大思?，奚硯濤，潘玲玲

(中國礦業(yè)大學資源與地球科學學院，江蘇徐州 221008)

城市化的迅速發(fā)展，迫切要求城市公共交通的合理規(guī)劃。針對公交線路規(guī)劃設計的特點與目標，本文基于優(yōu)化理論和GIS技術，結合SPSS數據統(tǒng)計技術，對收集到的2008年12月份滁州市各公交線路客流數據進行分析統(tǒng)計處理，再利用ArcGIS網絡分析原理，對公交線路數據進行空間分析，并結合疊加分析原理，分析公交線路各要素的不合理性。本文主要從城市公交發(fā)車頻率、公交站點分布、公交線路優(yōu)化三個方面著手，分析滁州市目前公交線路存在的問題，并針對三個方面進行優(yōu)化計算和分析，得到滁州市具體公交車發(fā)車頻率一周分布表以及站點與線路的優(yōu)化圖，給出了具體的解決方法，能從實際角度為該市公共交通規(guī)劃提供一定的支持，真正意義上的節(jié)省線路規(guī)劃中的人力物力，提高規(guī)劃效果。

SPSS；ArcGIS；公交線路；線路優(yōu)化

1 前 言

近幾年來，隨著我國優(yōu)先發(fā)展公共交通政策的提出，不少新方法開始在公交線路優(yōu)化上得到應用。而在我國常規(guī)公交線路優(yōu)化方法中，主要有王煒教授[1]提出的以直達客流量最大為目標的公交網絡逐條布設方法，王志棟[2]提出的多種約束條件的公交網絡優(yōu)化模型，以研究公交線網優(yōu)化為主，建立了不少數學優(yōu)化模型，但是大多屬于理論研究，部分模型難以求解，而且數據采集較難。對此，本文主要是從應用角度，利用強大的GIS技術，結合實地采集的公交線路數據，對城市公交路線的合理規(guī)劃提出一種最優(yōu)化分析的方法，有助于為未來城市公交的科學發(fā)展和線路優(yōu)化提供輔助決策支持。

2 發(fā)車頻率優(yōu)化分析

發(fā)車頻率的優(yōu)化分析主要依據的是實際采集的樣本數據，是以客流量數據[3]為基礎的，因此實踐性較強。

2.1 數據的搜集與處理

公交車發(fā)車頻率的研究分析，首先需要采集公交車最初抽樣樣本數據，本文采集了滁州市10條公交線路的相關數據。本文以2路公交車為例，其基本情況為:班次，每10分鐘一班，起始站為山水人家，終點站為北關轉盤，沿途經過24站停靠。首班6:00，末班:夏季20:00、冬季19:30。由于暫時沒有統(tǒng)一車輛，車輛座位為22－25座不等，核定載客人數為30人。

數據的收集主要是用實地跟車觀察的方法，得到了2008年12月份滁州10條公交線路的數據。主要記錄沿途各?？空旧舷萝嚨娜藬?、到站時間等數據，如表1所示。

2路車周一部分樣本數據 表1

收集的基本公交數據只是粗略統(tǒng)計2路各站點的上下車人數情況，而無法對每一個站點進行進一步研究分析。將一周內每一天的表格樣本數據導入Excel里，將樣本數據按照每班次時間段內的車上最高峰人數進行分段整合。然后再利用SPSS軟件對以上數據分別進行逐步聚類分析。按照歸類后的6個類別，對所有樣本數據進行重新整理，把同一類別的數據合并到一組(表2)，分別對各類別進行觀察，計算出每個類別里的時間段的總和與車上最高峰人數的平均值(表3)。

聚類后重新整合的數據(顯示部分) 表2

時間段總長度與最高峰人數均值 表3

2.2 發(fā)車頻率的計算

實地調查發(fā)現滁州市2路公交車由于車型不同，現有車輛座位也不統(tǒng)一，為22～25個座位，車輛核定載客量為30人，班次為10分鐘/班。發(fā)車頻率的計算公式如下:

式中:F為發(fā)車頻率；T為時間段總長度；f為現有發(fā)車頻率；V為車上最高峰人數平均值；S為核定載客量；

根據表3中的數據代入公式計算可得每個類別的發(fā)車頻率:類別1、2、3、4、5、6中時間段的發(fā)車頻率分別為5 min、4 min、10 min、23 min、15 min、7 min每班。

把各類別里的發(fā)車頻率代入表2的數據中即得到周一到周日每個時間段的發(fā)車頻率，將優(yōu)化后的各時間段內的發(fā)車頻率數據重新整理，把發(fā)車頻率相同的時間段進行合并，統(tǒng)計出一周每天內的各時間段內的發(fā)車頻率(表4)，達到發(fā)車頻率優(yōu)化的目的。

優(yōu)化后周一各時間段發(fā)車頻率 表4

圖1 優(yōu)化后一周內發(fā)車頻率線形圖

3 公交站點優(yōu)化分析

對于城市公交站點的優(yōu)化，原則是方便人們出行，實際就是距離居民區(qū)，超市，學校，醫(yī)院，工廠等等這些地方應該較近。結合滁州的所有特征點，我們首先對公交站點進行網絡分析，得到以站點為中心的服務區(qū)分布圖。具體網路分析的思路為:首先是生成道路網絡數據集。路網的生成涉及很多約束條件，而在本文，對于公交站點相對于人來說，約束條件相對較少，最明顯的就是路線的禁左、禁右、單向線、速度等對人的約束要小得多。對于人來說，唯一的限制應該是公交站點距離出發(fā)地的距離。例如:相關文獻研究得出成年人正常情況下步頻為2秒3步，步行距離為 0.72 m，乘客從出發(fā)點步行至最近公交站點的滿意步行時間上限為5 min[7]。所以在計算服務區(qū)分析時，道路的行駛速度為0.064 km/min，另外設定時間為2，3，5 min。由此可得出乘客在滿意步行時間內從出發(fā)點步行至最近公交站點的示意圖。

然后，用得到的服務區(qū)分布圖與滁州市的居民分布圖，進行視覺疊加分析，觀察每個公交站點是否能覆蓋到所有的特征點。原則就是能覆蓋居民區(qū)、超市等特征點或區(qū)域的邊緣即可。

圖2 原有站點服務區(qū)圖

圖3 優(yōu)化后的站點服務區(qū)圖

結果發(fā)現滁州市公交站點的分布存在很多的不合理性，比如城區(qū)一些范圍出現了覆蓋空白，某些住宅小區(qū)或人流量比較大的集散地沒有被公交站點服務范圍覆蓋；在某些區(qū)域出現公交站點過于密集，覆蓋范圍重疊度比較大。所以需要對現有公交站點進行增加、刪除和修改等操作[4]，重新規(guī)劃公交站點，具體措施如下:

(1)移動位置的公交站點:1路:南樵區(qū)政府、教校訓練場。2路:清流公園、建設路、蘇寧電器、北湖小區(qū)。3路:上莊、市工商銀行、郵電大樓、二院。5路:北湖小區(qū)。9路:實驗中學、北湖小區(qū)。11路:滁州賓館、南大橋。

(2)增設的公交站點:

①城區(qū)東部區(qū)域:市轉播臺附近增設一個站點；天樂小區(qū)北部和東部各增設一個站點；盛世華庭怡園北部增設一個站點；中央儲備糧滁州直屬庫增設一個站點；城東小區(qū)南部增設一個站點；市膠鞋廠東部和西部各增設一個站點；東門街道辦事處附近增設一個站點；

②城區(qū)南部區(qū)域:康佳安康小區(qū)東部增設一個站點；藍天小區(qū)北部增設一個站點；滁州經濟技術開發(fā)區(qū)管委會附近增設一個站點；東方安農商貿公司附近增設一個站點；宏祥大型停車場西部增設一個站點；新英中學附近增設一個站點；山水人家西部增設一個站點；長樂小區(qū)東部增設一個站點；

③城區(qū)西部區(qū)域:市原子能應用研究所增設一個站點；清流小學附近增設一個站點；新興家園西部增設一個站點；豐樂山莊津樂園西部增設一個站點；市農科所附近增設一個站點；紫薇西區(qū)東部增設一個站點；市玻璃廠附近增設一個站點；實驗中學高中部附近增設一個站點；安居苑西部和北部各增設一個站點；瑞景熙園北部增設一個站點；市公路材料供應站附近增設一個站點；

④城區(qū)北部區(qū)域:市地震局南部增設一個站點；勝利小學附近增設一個站點；北門街道辦住處附近增設一個站點；市米廠及其南部住宅區(qū)附近各增設一個站點；五孔橋附近增設一個站點。

將得到的結果再做一次網絡分析和疊加分析，即得到優(yōu)化后的站點分布圖。觀察圖3可以發(fā)現，優(yōu)化后的公交站點在乘客滿意步行時間內的服務范圍基本可以覆蓋城區(qū)的主要人口居住地和主要的人口集散地，達到了對公交站點優(yōu)化的目的。

4 公交線路的優(yōu)化

公交線路的優(yōu)化應充分考慮到城市人口居住分布與密度，以及某些特定的特征點的分布。例如，學校、醫(yī)院、工廠、單位、超市等等與人們活動相關的特征點。另外就是必須結合城市道路規(guī)劃等某些客觀條件。在對城市公交線路進行優(yōu)化時，首先應客觀的評價當前的線路。公共交通系統(tǒng)的評價指標多達數十種[3]。本文采用線路網基本參數體系指標來進行評價，具體參數包括線路條數、線路長度、線路重疊度、非直線系數等要素。經過數據處理與計算，得出表5所示數據。

由表5可得，滁州市公交系統(tǒng)存在以下問題:

(1)公交線路覆蓋密度小，沒有覆蓋城區(qū)的某些邊緣地區(qū)。例如，滁州市的公交并沒有完全覆蓋目前比較興盛的開發(fā)區(qū)，而由于各種企業(yè)的建立，這里將成為人口聚集的另一處。

(2)某些公交路線長度過長。根據《規(guī)范》[5]標準，公交線路的長度約束范圍一般為 5 km～10 km之間，觀察表5可以發(fā)現，滁州市大部分公交線路長度超過10 km。

(3)部分公交線路相互重疊路段過長，重疊度過大。通過調查發(fā)現，滁州市公交線路在市中心區(qū)域和南大橋以北路段重疊度比較高，乘客出行選擇路線較多，公交車空車率比較大，公交車運營效率低下。

(4)公交線路的非直線系數直接反應公交線路的曲折程度，通過觀察發(fā)現部分滁州公交線路非直線系數偏大，公交路線曲折過大，影響人們出行效率。

評價指標 表5

結合這些問題，我們開始著手對線路進行優(yōu)化調整。在這里，只以2路車為例進行優(yōu)化分析:由表5可以很容易看出2路公交線路的重疊度和非直線系數均超過《規(guī)范》標準，通過調查發(fā)現其原因主要是公交線路過長。實際情況中2路車在南大橋以北路段載客量少，而且在該路段重疊線長最長，乘客出行選擇空間比較大，可以考慮在南大橋站點開辟或者選擇其他路段。

在前面優(yōu)化后的公交站點圖里我們不難發(fā)現，在南大橋南岸以東途經市委、國際大酒店、東門口，再過橋向北到市米廠這段路線里，不僅重疊路段少、能把優(yōu)化后的市米廠附近的公交站點激活，而且減少了整個路線的長度，通過表6可以看到，優(yōu)化后的2路公交各項指標都接近《規(guī)范》標準。再結合前面提出的方法對發(fā)車頻率進行優(yōu)化，則得到合理優(yōu)化后的2路公交。

優(yōu)化前后2路車指標對比 表6

圖4 2路車優(yōu)化前路線

圖5 2路車優(yōu)化后路線

5 結 論

本文主要從實際出發(fā)，對滁州市公交進行實地考察，對公交數據進行抽樣收集，運用SPSS數據統(tǒng)計技術對公交車的發(fā)車頻率進行了計算，得到了每個時段具體發(fā)車頻率。運用ArcGIS的網絡分析和疊加分析對公交站點和線路分別進行了優(yōu)化分析，提出了一些解決方案。為城市公交線路的規(guī)劃在技術角度上提供了較強的指導作用。但是城市公交的規(guī)劃涉及的內容較多，我們需要進一步提高獲取數據的質量和數量，追求更進一步的優(yōu)化。

[1]王煒，徐吉謙，楊濤等.城市交通規(guī)劃理論及其應用[M].南京:東南大學出版社，1998:136～139

[2]王志棟.公交線網優(yōu)化模型的建立[J].大連鐵道學院學報，1997，18(4):31～34

[3]陳強.公交車調度優(yōu)化模型[J].四川師范學院學報(自然科學版)，2002，23(2):174～179

[4]C.von Ferber，T.Holovatch，Yu.Holovatch，etc.Network harness:Metropolis public transport[J].Physica A，2007，380:585～591

[5]GB50220–95.城市道路交通規(guī)劃設計規(guī)范[S].

[6]謝華，都金康.基于優(yōu)化理論和GIS空間分析技術的公交站點規(guī)劃方法[J].武漢理工大學學報(交通科學與工程版)，2004，28(6):907～909

[7]呂林.城市公交站點優(yōu)化設計方法研究[D].東南大學碩士學位論文，2006.4

The Optimal Analysis of Urban Public Transport Route in Chuzhou City

Yan DaSi，Xi YanTao，Pan LingLing
(School of Resources and Earth Science，China University of Mining＆Technology，Xuzhou 221008，China)

The rapid development of urbanization，we urgently need a reasonable planning on the urban public transport.For the characteristic and target of the design on public transport planning，the paper has based on optimization theory and GIS technology.And with SPSS statistical techniques，we have analyzed the passenger data of bus collected in December 2008 in Chuzhou city.Then with the theory of ArcGIS network analysis，we have a spatial analysis on the data of Bus Lines.And also have analyzed the unreasonable features in each Bus Lines with the overlay analysis.We have carried out optimized calculation and analysis on the three aspects of the departure frequency of Urban Bus，bus station distribution and optimization of Bus lines，to analyze the exist problems nowadays on urban public transport route of Chuzhou.And have carried out Optimization calculation and analysis for the three aspects.Finally we have gained the distribution table of one week on the Bus departure frequency and the Optimization chart of the station and Lines，and proposed the specific methods.So we can give some support in actual sight for the public planning，to truly save the cost of human and material resources on the lines planning and promote the effect of planning.

SPSS；ArcGIS；Public Transport Route；Optimization of Lines

1672－8262(2010)02－108－05

U121，O22

A

2009—11—15

嚴大思(1987—)，男，碩士研究生，從事地理信息系統(tǒng)理論及相關應用研究。

中國礦業(yè)大學青年科研基金項目(A2006018)和中國礦業(yè)大學資源與地球科學學院科研基金項目資助。