基于客流量的公交線路規(guī)劃研究

吳冰帆+程麗燕

摘 要 本文在獲取公交站點(diǎn)及線路的上客/下客流量信息的基礎(chǔ)上，對(duì)公交線路進(jìn)行分析評(píng)估和規(guī)劃研究，提出基于客流量的公交線路評(píng)價(jià)模型。

關(guān)鍵詞 公共交通；公交客流量；線路規(guī)劃

中圖分類號(hào) TP3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1674-6708（2016）160-0203-02

1 課題背景

隨著時(shí)代的進(jìn)步、社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，我國(guó)城市建設(shè)不斷加快，城市化人口越來(lái)越大，路上機(jī)動(dòng)車輛出行量不斷增加，交通需求日益增加。交通設(shè)施建設(shè)的步伐卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)跟不上交通需求的增長(zhǎng)速度，交通擁堵已經(jīng)成為國(guó)內(nèi)很多城市面臨的主要問題。國(guó)內(nèi)外很多專家、學(xué)者及行業(yè)內(nèi)人士對(duì)城市交通進(jìn)行了詳細(xì)、深入的研究，研究結(jié)果表明解決目前城市道路交通擁堵問題的最佳方法為：大力發(fā)展城市公共交通，提高城市交通的信息化水平，建立先進(jìn)的公共交通系統(tǒng)，提高公交運(yùn)營(yíng)部門的管理水平，實(shí)現(xiàn)公交調(diào)度的智能化[1]。大力發(fā)展公共智能交通，提高公交分擔(dān)率，已經(jīng)成為緩解擁堵問題的重要選擇。

城市公共交通系統(tǒng)能否有效、高效地運(yùn)行，不僅取決于道路建設(shè)和車輛配置等硬件設(shè)施條件，更有賴于提升公交系統(tǒng)的信息化水平。公交線路規(guī)劃的合理與否關(guān)系到公交系統(tǒng)能否滿足城市快速發(fā)展帶來(lái)的實(shí)際需求，合理的公交線路規(guī)劃是依靠公交系統(tǒng)解決城市擁堵的關(guān)鍵所在。

2 本文研究目標(biāo)和內(nèi)容

2.1 研究目標(biāo)

本文在獲取公交站點(diǎn)和公交線路的上下客流量信息的基礎(chǔ)上，對(duì)公交線路規(guī)劃進(jìn)行研究，提出基于客流量的公交線路評(píng)價(jià)模型。

2.2 研究?jī)?nèi)容

本文研究的主要內(nèi)容是公交線路規(guī)劃研究。具體研究?jī)?nèi)容是：利用得到的公交營(yíng)運(yùn)基本信息及公交客流量信息，對(duì)現(xiàn)有的公交線路進(jìn)行分析評(píng)估和規(guī)劃研究，提出基于客流量的公交線路評(píng)價(jià)模型。

3 公交線路規(guī)劃研究現(xiàn)狀

國(guó)外專家、學(xué)者對(duì)公交線路規(guī)劃的研究起步比較早，有比較廣泛和深入的研究，主要可以分為以下幾個(gè)階段。

第一個(gè)階段為20世紀(jì)40—60年代。這個(gè)階段，主要根據(jù)經(jīng)驗(yàn)來(lái)進(jìn)行公交線路規(guī)劃。當(dāng)城市擴(kuò)大的過程中，為了滿足城市的發(fā)展需求，公交線路需要不斷的增加，增加的依據(jù)主要有2點(diǎn)。一是根據(jù)城市居民的反應(yīng)或者公交公司的調(diào)查；二是由某些權(quán)威機(jī)構(gòu)或者專家根據(jù)經(jīng)驗(yàn)來(lái)確定增加方案[2]。

第二個(gè)階段為20世紀(jì)60—80年代。這個(gè)階段，學(xué)者主要利用系統(tǒng)分析法來(lái)進(jìn)行公交線路規(guī)劃。1967年，Lampkin提出將乘客的乘坐舒適度和出行時(shí)間作為公交線網(wǎng)的服務(wù)指標(biāo)之一，依此建立了一個(gè)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)模型[3]。Hirsch等學(xué)者將公交線網(wǎng)優(yōu)化模型作為一個(gè)固定的需求模型，之后各種數(shù)學(xué)算法被提出來(lái)用于求解這類模型[4]。

第三個(gè)階段為20世紀(jì)80年代至今。這個(gè)階段是公交線路規(guī)劃研究的黃金階段，大量的學(xué)者專家參與其中，各種新的方法被提了出來(lái)。Patttnaik等學(xué)者將遺傳算法應(yīng)用于公交線網(wǎng)設(shè)計(jì)，以將公交乘客出行費(fèi)用總和最小作為目標(biāo)，首先生成線路備選集，然后利用遺傳算法進(jìn)行優(yōu)選[5]。

國(guó)內(nèi)學(xué)者對(duì)于城市公交線路規(guī)劃的研究起步較晚。20世紀(jì)80年代，吳稼豪、李碩、夏偉民等學(xué)者較為全面的敘述了城市公共交通線路規(guī)劃的模型和求解模型的方法[6，7]。楊兆升等人提出了以客運(yùn)工作量最小為目標(biāo)，在一定的約束條件下，交公交OD分配到出行路徑上[8]。

20世紀(jì)90年代以來(lái)，由于國(guó)內(nèi)很多學(xué)者投入到城市公交線路規(guī)劃的研究上來(lái)，很多新的方法被提出來(lái)。王煒等學(xué)者提出了以公交直達(dá)客流量為目標(biāo)的“逐條布設(shè)，優(yōu)化成網(wǎng)”方法[9]。1999年，林伯梁等從組合優(yōu)化的角度，提出了一種公交網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化模型，模型考慮了經(jīng)營(yíng)者和乘客的利益，在滿足站點(diǎn)容量限制的情況下盡可能減少乘客出行時(shí)間和降低線路建設(shè)成本[10]。

城市公交線路網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化是公交線路規(guī)劃研究的核心內(nèi)容。解優(yōu)法和證優(yōu)法是公交線網(wǎng)優(yōu)化的兩種常用思路[11]。其中，解優(yōu)法的過程如下：預(yù)測(cè)城市交通的需求，設(shè)定特定目標(biāo)函數(shù)，求取最優(yōu)解。證優(yōu)法則是通過對(duì)多個(gè)備選線網(wǎng)規(guī)劃方案進(jìn)行分析比較，選擇其中的較優(yōu)方案。兩種思路經(jīng)常結(jié)合使用，如將解析優(yōu)化得到的線網(wǎng)與經(jīng)驗(yàn)線網(wǎng)共同組成備選線網(wǎng)，對(duì)解析優(yōu)化得到的線網(wǎng)根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行調(diào)整，還有要對(duì)經(jīng)驗(yàn)線網(wǎng)的解析優(yōu)化調(diào)整[12]。

當(dāng)前國(guó)內(nèi)外很多學(xué)者進(jìn)行公交線路規(guī)劃研究，提出了大量的模型和求解算法。本文基于公交客流量進(jìn)行公交線路規(guī)劃研究，依據(jù)公交線路規(guī)劃的常用原則，提出了線路規(guī)劃時(shí)的評(píng)價(jià)指標(biāo)，并建立了線路評(píng)價(jià)模型，為公交線路調(diào)整提供了依據(jù)。

4 基于客流量的公交線路規(guī)劃

公交線路規(guī)劃時(shí)，一般已經(jīng)存在一個(gè)初具規(guī)模的公交線網(wǎng)體系，該體系是在城市發(fā)展的過程中，由陸續(xù)開通的各條線路逐漸組成網(wǎng)絡(luò)的。進(jìn)行公交線路規(guī)劃，并不是要全盤推翻原有的所有線路，建立一個(gè)全新的線網(wǎng)系統(tǒng)。合理的線路規(guī)劃方案，應(yīng)該將現(xiàn)有線網(wǎng)體系與線路規(guī)劃相結(jié)合，進(jìn)行規(guī)劃時(shí)，保留乘客量較大的線路，去除乘客量較小的線路，然后根據(jù)需求調(diào)整現(xiàn)有線路或增加新線路。

根據(jù)公交線路網(wǎng)絡(luò)生成過程的不同，目前有兩大類的常用方法，一類采用單條線路的優(yōu)化方法，另一類是

線網(wǎng)整體優(yōu)化[12]。

第一類方法一般是采用逐條布設(shè)的思路，根據(jù)實(shí)際約束或需求，對(duì)現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)中的線路通過線路的合并，組合燈方法進(jìn)行優(yōu)化。王煒提出的“逐條布設(shè)，優(yōu)化成網(wǎng)”就是這類方法的代表。

第二類方法首先確定規(guī)劃的目標(biāo)，然后開始建立模型，并針對(duì)模型提出算法，求取最優(yōu)解。該類方法在1974年由steebrink首先提出。近些年來(lái)，很多復(fù)雜的算法不斷被提出，如遺傳算法等。

本文基于公交客流量進(jìn)行公交線路規(guī)劃研究，依據(jù)公交線路規(guī)劃的常用原則，提出了線路規(guī)劃時(shí)的有關(guān)客流量的評(píng)價(jià)指標(biāo)，并依此線路評(píng)價(jià)模型，為后續(xù)的公交線路調(diào)整提供依據(jù)。

公交線路規(guī)劃是一個(gè)多目標(biāo)的優(yōu)化問題，主要關(guān)系到乘客和公交運(yùn)營(yíng)商兩方面的利用。乘客方面希望出行的時(shí)間成本和經(jīng)濟(jì)成本盡可能低，運(yùn)營(yíng)商方面則關(guān)心公交網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)營(yíng)效率與效益，希望服務(wù)客流密度盡可能大，投入成本盡可能低。本章根據(jù)這兩方面目標(biāo)，設(shè)定公交規(guī)劃時(shí)的參考指標(biāo)，初步建立公交線路評(píng)價(jià)模型。

5 公交線路規(guī)劃的指標(biāo)和評(píng)價(jià)模型

公交線網(wǎng)需要盡可能得平衡乘客和運(yùn)營(yíng)商兩方的利益，布設(shè)的過程中應(yīng)盡量滿足下面的原則。

乘客出行時(shí)間短：盡可能按照最短線路進(jìn)行布設(shè)，減少換乘，縮短乘客出行時(shí)間。

線路長(zhǎng)度合適：應(yīng)盡量避免布設(shè)過短和過長(zhǎng)的線路，保證線路長(zhǎng)度在合理的范圍內(nèi)。

服務(wù)客流量較大：應(yīng)優(yōu)先布設(shè)客流量較大的線路。

本文以公交客流量為參考，根據(jù)以上3個(gè)原則，進(jìn)行公交線路規(guī)劃研究，以下面幾點(diǎn)作為線路規(guī)劃時(shí)的參考指標(biāo)：線路客流量，線路客流密度，線路滿載率，線路直達(dá)客流量，站點(diǎn)客流量。各指標(biāo)的計(jì)算方法如下。

線路客流量：根據(jù)公交流量統(tǒng)計(jì)系統(tǒng)可以得到線路全天客流量，包括全天客流量以及高峰時(shí)段客流量。

線路客流密度：由線路客流量和線路長(zhǎng)度可以得到線路客流密度。

線路公交滿載率：根據(jù)客流量和公交承載能力，可以得到公交線路的滿載率。

線路直達(dá)客流量：根據(jù)公交流量統(tǒng)計(jì)系統(tǒng)，可以得到線路的客流量和具體刷卡乘客，然后根據(jù)乘客的出行軌跡，可以判斷乘客是否是直達(dá)，進(jìn)而得到線路的直達(dá)客流量。

站點(diǎn)客流量：根據(jù)公交流量統(tǒng)計(jì)系統(tǒng)，可以得到站點(diǎn)的客流量，包括全天客流量和高峰時(shí)段客流量。

根據(jù)以上參考指標(biāo)提出下面的公交線路評(píng)價(jià)公式：

可以利用以上模型對(duì)現(xiàn)有的公交線路進(jìn)行評(píng)價(jià)，即判斷現(xiàn)有路網(wǎng)的合理性，得到的結(jié)果可以為后續(xù)的公交線網(wǎng)調(diào)整提供參考。

上述指標(biāo)還可以用于公交線路規(guī)劃時(shí)其他階段的參考，如某線路流量過大，滿載率過高，可以考慮增加該線路的車輛分配數(shù)目；某站點(diǎn)的流量明顯超過該站點(diǎn)的實(shí)際承載能力時(shí)，可以考慮在其附近加設(shè)線路。

6 總結(jié)與展望

本文首先介紹了課題的研究背景和相關(guān)知識(shí)，提出了論文的研究目標(biāo)和內(nèi)容—基于客流量的公交線路規(guī)劃；接著，對(duì)線路規(guī)劃常用的方法進(jìn)行了總數(shù)；然后提出了線路規(guī)劃的目標(biāo)。在此基礎(chǔ)上，提出了線路規(guī)劃的原則基于公交客流量的線路規(guī)劃所采用的衡量指標(biāo)。最后，提出了基于客流量的公交線路評(píng)價(jià)模型。

本文提出的基于公交流量的線路規(guī)劃方法，主要是在理論方面的研究，下一步工作，在此基礎(chǔ)上，驗(yàn)證并完善該線路規(guī)劃方法。

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