基于GIS的公交線路優(yōu)化分析

焦明連 賈艷紅 陳海燕

(1淮海工學(xué)院測繪工程學(xué)院，連云港 222005)(2連云港市勘察測繪院有限公司，連云港 222001)

基于GIS的公交線路優(yōu)化分析

焦明連1賈艷紅1陳海燕2

(1淮海工學(xué)院測繪工程學(xué)院，連云港 222005)
(2連云港市勘察測繪院有限公司，連云港 222001)

摘 要:針對公交線路規(guī)劃設(shè)計的特點與目標(biāo)，以實地采集數(shù)據(jù)及地圖數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，利用GIS空間分析中的緩沖區(qū)分析、疊置分析及網(wǎng)絡(luò)分析功能，以江蘇省連云港市新浦區(qū)某實驗區(qū)為例，對研究區(qū)域的公交站點輻射范圍、區(qū)域交通設(shè)施完備度、區(qū)域交通便捷度和區(qū)域交通道路通達(dá)性指標(biāo)進(jìn)行了分析.并結(jié)合空間信息疊置原理，以溝通淮海工學(xué)院蒼梧校區(qū)與通灌校區(qū)的公交線路為例，以路線長短和乘客數(shù)量為權(quán)重進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)分析，并結(jié)合研究區(qū)公交站點輻射范圍、區(qū)域交通設(shè)施完備度、區(qū)域交通便捷度和區(qū)域交通道路通達(dá)性分析結(jié)果，對現(xiàn)有公交線路優(yōu)化問題進(jìn)行了分析.明確了目前公共交通存在的若干問題，為進(jìn)一步實施公交線網(wǎng)優(yōu)化方案及提高公交運(yùn)行效率提供參考.研究表明，GIS技術(shù)對于解決城市公共交通線路優(yōu)化和分析問題具有重要作用.

關(guān)鍵詞:公交線路;優(yōu)化;GIS技術(shù);空間分析

城市公共交通作為城市的重要組成部分，如何做到對其進(jìn)行有效、合理的管理，使公交運(yùn)管系統(tǒng)暢通，方便市民出行，對于每個城市來說都至關(guān)重要.近年來，隨著我國優(yōu)先發(fā)展公共交通政策的提出，不少新方法在公交線路優(yōu)化上得到應(yīng)用.王煒等［1］提出以直達(dá)客流量最大為目標(biāo)的公交網(wǎng)絡(luò)逐條布設(shè)方法;胡啟洲等［2］建立了四維消耗的公交網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化模型.目前以研究公交線網(wǎng)優(yōu)化為主建立了不少數(shù)學(xué)模型，而大多屬于理論研究，部分模型難以求解，數(shù)據(jù)采集困難［3-6］.對此，從應(yīng)用角度考慮，利用GIS技術(shù)，以連云港新浦區(qū)為例開展了公交線路優(yōu)化研究.結(jié)合實地調(diào)查及地圖采集的公交線路數(shù)據(jù)，對城市公交路線的合理規(guī)劃提出一種優(yōu)化分析方法，以便為城市公交科學(xué)發(fā)展和線路優(yōu)化提供輔助決策支持.

1 研究內(nèi)容、方法和技術(shù)路線

1.1 連云港公交線網(wǎng)概況

連云港市區(qū)包括海州區(qū)、新浦區(qū)、連云區(qū)、國家級經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū).現(xiàn)有公交站點在整個市區(qū)范圍內(nèi)大致均勻分布，市政府所在地新浦區(qū)公交線路最為發(fā)達(dá)，成為溝通其他各區(qū)的交通樞紐.另外，城市周邊人口流量較小，公交站點分布較為稀疏，而城市中心繁華地段人口流量較大，公交站點分布比較密集.因此，整體上公交站點布局基本符合區(qū)域人口分布格局.

在連云港市區(qū)內(nèi)，公交線路分為僅限于某個區(qū)內(nèi)的公交和跨區(qū)環(huán)城公交2種線路.目前，僅限于某個區(qū)內(nèi)的公交線路都是新浦區(qū)的一些舊有線路，線路途經(jīng)人口密集、人流量大，線路長期超負(fù)荷運(yùn)載，導(dǎo)致公交車輛破舊不堪，運(yùn)載能力及安全性十分有限.另一種跨區(qū)環(huán)城公交線路，是溝通城市東西的大動脈，一般站點眾多，人口流量大，由于大多為新建線路，公交車輛較新，車輛載荷能力強(qiáng)，為城市東西溝通奠定了基礎(chǔ).另據(jù)觀察，在連云港新浦區(qū)，公交線路設(shè)計及站點布局不合理等問題仍很突出，部分公交線路相互重疊路段過長導(dǎo)致公共交通經(jīng)常出現(xiàn)局部路段異常擁擠，而一些路段乘客稀少的狀況.這無疑是對公交運(yùn)力資源的浪費(fèi)，也給人流密集區(qū)域的乘客出行帶來了諸多不便.

1.2 研究內(nèi)容

影響城市公交線路優(yōu)化的因素有很多，主要是基礎(chǔ)設(shè)施和運(yùn)營2個方面，一般情況下，在公交線路優(yōu)化中，主要考慮城市客運(yùn)交通需求、停車場、公交車輛、道路條件、效率因素和政策因素等幾個方面因素的影響［7-10］.鑒于連云港市公交線路區(qū)域發(fā)展不平衡和人口分布不均等特點，利用ArcGIS軟件，對市區(qū)公交站點輻射范圍、區(qū)域交通設(shè)施完備程度、區(qū)域交通便捷程度和區(qū)域交通道路通達(dá)性等方面進(jìn)行了分析，明確了公共交通存在的若干問題，得到了一些有益的結(jié)論，為進(jìn)一步實施公交線網(wǎng)優(yōu)化方案及提高公交運(yùn)行效率提供了參考.

1.3 研究方法和技術(shù)路線

通過對公交站點的分布情況及乘客密度的調(diào)查，進(jìn)行點緩沖區(qū)分析得到公交站點覆蓋范圍.對區(qū)域內(nèi)道路矢量數(shù)據(jù)進(jìn)行緩沖區(qū)分析，判斷居民出行地距離道路的遠(yuǎn)近程度;然后將公交站點輻射范圍分析結(jié)果與道路緩沖區(qū)分析結(jié)果進(jìn)行空間疊置，獲取道路上是否分布有乘車站點等出行設(shè)施，得到交通便捷度信息.繼而分析得到交通設(shè)施完備度信息及道路通達(dá)度信息.在此基礎(chǔ)上，對整個道路及站點建立幾何網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)集，進(jìn)行GIS網(wǎng)絡(luò)分析.最后將這些信息進(jìn)行綜合疊置分析，得到線路配置和站點優(yōu)化分析結(jié)論，具體研究技術(shù)路線如圖1所示.

2 連云港公交線路優(yōu)化分析

2.1 研究數(shù)據(jù)獲取

研究中利用的工作底圖來自于Google公司提供的地圖產(chǎn)品.通過對重點研究區(qū)域的地圖截屏獲得研究所需的柵格數(shù)據(jù)底圖，借助ArcGIS軟件的地圖數(shù)字化功能對柵格數(shù)據(jù)中的公交站點、公交路線和實驗小區(qū)空間分布信息進(jìn)行數(shù)字化，得到研究所需的全部矢量數(shù)據(jù)及其對應(yīng)的屬性表.

2.2 公交線路優(yōu)化分析

1)公交站點輻射范圍分析

公交站點輻射范圍是區(qū)域交通便捷度和交通道路通達(dá)性分析的必備條件.通過GIS緩沖區(qū)分析可獲得主要公交站點的點緩沖區(qū)范圍，即公交站點的輻射范圍.通過對公交站點分布的實地調(diào)查發(fā)現(xiàn)，在市區(qū)范圍內(nèi)，每2個公交站點之間的距離大約為800 m左右.城市近郊區(qū)或城鄉(xiāng)結(jié)合部2個公交站點之間的距離略大，在1 000～1 500 m左右.此外，通過對乘坐公共交通工具出行的市民的問卷調(diào)查發(fā)現(xiàn)，市民如乘坐公共交通工具出行，則其到達(dá)公交站點之前的最大行走距離是800 m(該距離受公交站點之間距離影響較大).因此，本研究以800 m為緩沖半徑，對公交站點的點矢量數(shù)據(jù)進(jìn)行了緩沖區(qū)分析，得到公交站點的輻射范圍(見圖2).

圖1 研究技術(shù)路線圖

圖2 公交站點輻射范圍分析圖

2)區(qū)域交通設(shè)施完備度分析

區(qū)域交通設(shè)施完備度分析是利用GIS緩沖區(qū)分析對研究小區(qū)面狀數(shù)據(jù)進(jìn)行緩沖區(qū)分析實現(xiàn)的.由于每一個公交站點的輻射范圍為800 m左右，為使市民出行方便，即市民可在出行區(qū)域一定范圍內(nèi)自主選擇公交車乘坐站點，這就要求在其出行范圍內(nèi)至少應(yīng)包括2個或2個以上的公交站點，即要求實驗小區(qū)的輻射范圍內(nèi)至少應(yīng)包括2個或2個以上公交站點，2個公交站點輻射范圍應(yīng)為2個800 m，即1600 m左右，而市民出行時都愿意選擇最近的站點乘車.因此，在區(qū)域交通設(shè)施完備度分析中，以實驗小區(qū)為面域，以1500 m作為緩沖寬度進(jìn)行緩沖區(qū)分析.得到如圖3所示的區(qū)域交通設(shè)施完備度分析結(jié)果.

圖3 區(qū)域交通設(shè)施完備度分析圖

3)區(qū)域交通便捷度分析

區(qū)域交通便捷度指道路離居民出行地的遠(yuǎn)近程度及道路上是否分布有乘車站點等出行設(shè)施.若居民出行地離道路越近，且道路上的出行設(shè)施越多，則居民生活區(qū)域的交通便捷度就越高.因此，研究中分析區(qū)域交通便捷度時，首先對區(qū)域內(nèi)道路分布的矢量數(shù)據(jù)進(jìn)行緩沖區(qū)分析，以判斷居民出行地離道路的遠(yuǎn)近程度;其次，將公交站點輻射范圍分析結(jié)果與道路緩沖區(qū)分析結(jié)果進(jìn)行空間疊置，獲取道路上是否分布有乘車站點等出行設(shè)施信息.最后，綜合分析某區(qū)域的交通便捷程度.在具體分析時，首先對研究區(qū)道路分布線狀數(shù)據(jù)進(jìn)行緩沖區(qū)分析，為保障每條線路周圍有小區(qū)分布，采用區(qū)域交通設(shè)施完備度分析中設(shè)定的實驗小區(qū)面緩沖區(qū)的緩沖寬度1 500 m作為線緩沖區(qū)寬度，得到區(qū)域交通干線緩沖區(qū)分布結(jié)果.其次，將公交站點輻射范圍分析結(jié)果與區(qū)域交通干線緩沖區(qū)分布結(jié)果進(jìn)行疊置分析獲得交通便捷度分析結(jié)果，如圖4所示.

圖4 區(qū)域交通便捷度分析圖

4)區(qū)域交通道路通達(dá)性分析

區(qū)域交通道路通達(dá)性指到達(dá)某特定區(qū)域的交通運(yùn)輸條件，通常用距離、耗時和費(fèi)用等指標(biāo)來反映［11］.分析區(qū)域交通道路通達(dá)性時是分析實驗小區(qū)與交通干線的連接是否暢通.若交通干線的輻射范圍與實驗小區(qū)分布面域有重疊則認(rèn)為該實驗小區(qū)交通道路通達(dá)性好，若小區(qū)與越多條交通干線輻射范圍重疊，則認(rèn)為該小區(qū)交通道路通達(dá)性越好.城市公共交通建設(shè)目標(biāo)是建立四通八達(dá)的公共交通網(wǎng)絡(luò)，覆蓋整個城市區(qū)域，為城市居民工作和生活提供服務(wù).若城市中線路覆蓋程度低，將導(dǎo)致大面積公交線路覆蓋盲區(qū)的出現(xiàn)，這將造成市民出行的極大不便.因此，研究中將區(qū)域內(nèi)公交線路緩沖區(qū)與實驗小區(qū)分布面域進(jìn)行了疊置分析，得到區(qū)域交通道路通達(dá)性分析結(jié)果(見圖5).

圖5 區(qū)域道路通達(dá)分析圖

3 連云港公交線路優(yōu)化案例分析

通過上述分析發(fā)現(xiàn)，區(qū)域內(nèi)一些走向的主干道路上幾乎沒有站點，此類道路屬于公交線路盲區(qū)路段;而有些區(qū)域則重復(fù)線路甚多;有些路段雖不是盲區(qū)路段，但通過線路極少，經(jīng)過調(diào)查發(fā)現(xiàn)這些路段附近又分布著許多小區(qū)，并有大量居民出入，這都是公交線路分布不合理的具體體現(xiàn).針對上述問題，研究對連云港市公交線路進(jìn)行了優(yōu)化分析.通過交通設(shè)施完備度和交通道路通達(dá)性及交通便捷度等信息的綜合考慮，經(jīng)過調(diào)查發(fā)現(xiàn)，淮海工學(xué)院是連云港一座擁有2萬多名師生的高校，主校區(qū)坐落于連云港新浦區(qū)蒼梧路，而分校區(qū)通灌校區(qū)位于新浦區(qū)通灌南路，校區(qū)之間相距5 km左右.校區(qū)間教學(xué)設(shè)施共享性很高，人員流動相當(dāng)頻繁.但學(xué)校校車班次和數(shù)量都極其有限，僅供教師上課使用，眾多學(xué)生往返于兩校區(qū)之間時只能借助公共交通設(shè)施，而這兩個校區(qū)之間又沒有直達(dá)的公交設(shè)施.為保證學(xué)生出行方便及公交運(yùn)營效率，建議以淮海工學(xué)院為起點，經(jīng)過通灌校區(qū)站點，以海州區(qū)政府為終點，建議設(shè)置一條專線.以路線長短和乘客數(shù)量為權(quán)重進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)分析，以縮短原有公交線路，提高公交運(yùn)營效率，并節(jié)約運(yùn)力.具體設(shè)計方案如圖6所示.

圖6 優(yōu)化后路線

4 結(jié)論

公交線路規(guī)劃需要遵循優(yōu)先大流量的直達(dá)客流、平均滿載率盡可能高、市民出行方便快捷及盡可能選取最短距離等基本準(zhǔn)則［12-13］.但由于實際運(yùn)用中很難兼顧各項準(zhǔn)則，因此造成公交線網(wǎng)設(shè)置和規(guī)劃存在諸多不合理之處，嚴(yán)重影響公交系統(tǒng)運(yùn)行效率及市民出行方便程度.因此，對連云港公交線路數(shù)據(jù)進(jìn)行搜集，并對公交站點、線路分布現(xiàn)狀及市民出行狀況進(jìn)行調(diào)查，以GIS空間分析技術(shù)為依托，針對連云港公交線路分布不合理的現(xiàn)實問題，通過對連云港公共交通便捷度、交通設(shè)施完備度及區(qū)域道路通達(dá)度等指標(biāo)的分析，有針對性地選擇實驗線路進(jìn)行線路優(yōu)化分析，并提出調(diào)整和優(yōu)化方案，更好地促進(jìn)公交線路調(diào)整和優(yōu)化工作，保證公共交通系統(tǒng)效率提高及公共交通系統(tǒng)作用充分發(fā)揮.通過研究，深刻體會到GIS技術(shù)強(qiáng)大的空間分析功能及在現(xiàn)實問題解決中的巨大作用.但由于對城市公共交通狀況及其分析方法認(rèn)識較淺，研究還存在不足之處，今后仍將繼續(xù)完善，以便為連云港公交線路優(yōu)化這一現(xiàn)實問題的解決提供更加科學(xué)的決策方案.

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Optimization analysis of bus lines based on geographical information system

Jiao Minglian1Jia Yanhong1Chen Haiyan2
(1School of Geodesy＆Geomatica Engineering，Huaihai Institute of Technology，Lianyun gang 222005，China)
(2Surveying and Mapping Institute Co.，Ltd，Lianyungang 222001，China)

Abstract:According to the characteristics and objectives of planning and design of bus lines，some indices are analyzed based on the map and data acquiring on the spot in Xinpu District of Lianyungang City in Jiangsu Province，China.The indices include the radiation scope of bus stops，the facilities complete degree of regional transportation，the convenience degree of regional transportation and the accessible degree of regional road.The technology of the geographical information system(GIS)is introduced to this study，including spatial buffer analysis and spatial information overlay and network analysis.The optimal choice for the bus line from Cangwu campus to Tongguan campus of the Huaihai Institute of Technology is carried out based on the spatial network analysis by the weight of the length of bus lines and the quantity of passengers.The results are imported into this optimal choice simultaneously from the radiation scope of bus stops，the facilities complete degree of regional transportation，the convenience degree of regional transportation and the accessible degree of regional road.For clearing a number of issues in public transportation networks，a reference of bus running is provided for the optimization solutions of the public transportation network and improving the efficiency of the bus system.The study indicates that the GIS technology is very important for the analysis and optimization solutions of bus lines.

Key words:bus lines;optimization;geographical information system(GIS)technology;spatial analysis

中圖分類號:U121

A

1001－0505(2013)S2-0241-05

doi:10.3969/j.issn.1001 －0505.2013.S2.005

收稿日期:2013-08-20.

焦明連(1963—)，男，教授，13905138177@163.com.

基金項目:國家自然科學(xué)基金資助項目(41004003).

引文格式:焦明連，賈艷紅，陳海燕.基于GIS的公交線路優(yōu)化分析［J］.東南大學(xué)學(xué)報:自然科學(xué)版，2013，43(S2):241-245.［doi:10.3969/j.issn.1001 －0505.2013.S2.005］