公交線路的布設(shè)原則與方法

(西南交通大學(xué)希望學(xué)院 四川 成都 610000；西華師范大學(xué) 四川 南充 637000)

一、公交線路的布設(shè)原則及標(biāo)準(zhǔn)

公交線路系統(tǒng)錯(cuò)綜復(fù)雜，布設(shè)難度較大，會(huì)受到各種因素的影響，但是公交線路系統(tǒng)也必須遵守相應(yīng)的原則，主要包括以下幾點(diǎn)：

(1)沿主要客流方向開線。公交線路設(shè)線，應(yīng)該保障客流量最大、出行需求最大的路段優(yōu)先設(shè)立線路，這樣有利于提高整個(gè)公交線路網(wǎng)的平均乘車距離。也就是要最大程度地滿足公交乘客的出行需求，并且，以滿足城市居民日常上班、上學(xué)的出行活動(dòng)的需求為主，兼顧文化、生活出行活動(dòng)的需求。

(2)所開線路平均客流量均不低于最低開線標(biāo)準(zhǔn)。在線路進(jìn)行開設(shè)前，須估算該線路的乘客數(shù)。乘客數(shù)必須達(dá)到一定標(biāo)準(zhǔn)，才能開設(shè)線路。這樣既能保證較高的公交運(yùn)輸效率，也能保證公交企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。

(3)線路的長度在所規(guī)定的范圍內(nèi)。線路過長，車輛周轉(zhuǎn)時(shí)間長，車輛準(zhǔn)點(diǎn)率會(huì)下降，發(fā)車、配車均有一定的困難；線路太短，車輛周轉(zhuǎn)過快，乘客數(shù)可能偏少，影響經(jīng)濟(jì)效益。因此，在開設(shè)公交線路時(shí)，應(yīng)使線路長度在合理的范圍內(nèi)，建議采用建設(shè)部8-12km的標(biāo)準(zhǔn)。

(4)線路分布均勻，客流量盡可能均衡，消除公交盲區(qū)。

(5)在主要客流集散點(diǎn)之間，應(yīng)該盡可能地選取最短距離的線路作為公交線路，方能實(shí)現(xiàn)該區(qū)域乘客總的出行時(shí)間或乘行距離最短，以保證公交服務(wù)質(zhì)量。

(6)為使乘客總換乘次數(shù)最少，提高運(yùn)輸效率，應(yīng)盡可能在主要客流集散點(diǎn)之間開辟直達(dá)公交線路。

(7)線路開設(shè)前，要考察線路的非直線系數(shù)，應(yīng)按照“公共交通線路非直線系數(shù)不應(yīng)大于1.4”的標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。

(8)線路的開設(shè)要符合城市公共交通線網(wǎng)狀況及相關(guān)指標(biāo)的要求

(9)線路重復(fù)系數(shù)。盡量避免在有過度重復(fù)線路的道路、路段上開辟新路線，建議公交線路重復(fù)系數(shù)約定為1.8—2.5。

(10)考慮公交運(yùn)營部門的實(shí)際情況，公交收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)在乘客能接受的范圍內(nèi)，使運(yùn)營收益盡可能大。

二、公交線路布設(shè)方法

公交線網(wǎng)由數(shù)條公交線路組成，在公交線路的各種不同布設(shè)方法和布設(shè)過程中，尤為重要的是公交線路首站和末站的確定，包括以下兩點(diǎn)：1.服務(wù)區(qū)線路起終點(diǎn)客流需求分析；2.確定公交線路首站和末站的位置。服務(wù)區(qū)域內(nèi)不同的首末站配對，可以構(gòu)成不同的公交線路，運(yùn)送不同的直達(dá)乘客量。在布設(shè)公交線路時(shí)，應(yīng)將直達(dá)乘客量最大作為最終目標(biāo)，才能使得全服務(wù)區(qū)的總換乘次數(shù)最少。本文采取“先主后次，先粗后細(xì)”的順序布設(shè)公交線路。具體思路見圖1。

圖1 布設(shè)公交線路思路流程圖

(一)線路可行端點(diǎn)對的確定

把公交線路可行端點(diǎn)對的確定分為可通行公交線路的道路網(wǎng)絡(luò)確定、公交節(jié)點(diǎn)的選取和起迄點(diǎn)的選取。

1.可通行公交線路的道路網(wǎng)絡(luò)確定。道路網(wǎng)是城市公共交通網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)，考慮道路的幾何線形、路面條件和容量限制因素，所有適于公交車輛行駛的道路均可定義為公交線網(wǎng)的“基礎(chǔ)路網(wǎng)”[2]。通常會(huì)選取主干路、次干路以及支路進(jìn)行布線，對于封閉的城市快速路來說，可以選擇在兩側(cè)的輔路上進(jìn)行布線。

2.公交節(jié)點(diǎn)選取。公交線路的起終點(diǎn)和中間站?？奎c(diǎn)均可看做是路網(wǎng)中的公交節(jié)點(diǎn)，以選定的起止點(diǎn)或中間站?？奎c(diǎn)的節(jié)點(diǎn)為中心向外輻射的區(qū)域范圍即為公交線網(wǎng)的服務(wù)范圍，公交線網(wǎng)的服務(wù)范圍直接受節(jié)點(diǎn)的選取所影響。

設(shè)置節(jié)點(diǎn)可以從以下兩個(gè)方面進(jìn)行探究：(1)為了提高公交系統(tǒng)的運(yùn)營效率，盡量減少節(jié)點(diǎn)的設(shè)置數(shù)量；(2)為了方便乘客、減少乘客步行距離以及提高公交服務(wù)水平，盡量增加節(jié)點(diǎn)的數(shù)量。由此可見，在設(shè)置節(jié)點(diǎn)的過程中，需對運(yùn)營效率和服務(wù)水平之間存在的矛盾進(jìn)行均衡考慮。因此，在實(shí)際設(shè)置公交節(jié)點(diǎn)時(shí)，應(yīng)先滿足乘客步行距離的條件，再盡可能減少節(jié)點(diǎn)的設(shè)置數(shù)量。

3.起迄點(diǎn)選取。由于公交車輛始發(fā)及終到場所即為公交線路的起終點(diǎn)，所以公交線路的起終點(diǎn)應(yīng)具備以下兩個(gè)條件：(1)應(yīng)有穩(wěn)定的上、下客流；(2)有足夠大的可供公交車日常維修保養(yǎng)、儲(chǔ)備及車輛掉頭的空間。

如何確定需要布設(shè)的公交線路起止點(diǎn)站，可在調(diào)查公交服務(wù)區(qū)域客流量后，再依照各交通小區(qū)的總吸引量或總發(fā)生量進(jìn)行確立。其設(shè)站原則是：當(dāng)交通小區(qū)的吸引量、發(fā)生量高于本小區(qū)的公交線路中間站點(diǎn)的運(yùn)載能力時(shí)，僅依靠中間站點(diǎn)則不能運(yùn)載該吸引量、發(fā)生量，所以本小區(qū)公交線路需要設(shè)置起止點(diǎn)來增加公交線路的運(yùn)載能力。因此，設(shè)立公交線路起終站可以中間站的運(yùn)載能力為標(biāo)準(zhǔn)。

一個(gè)中間站點(diǎn)的運(yùn)載能力為Co=B·60/ti

(1)

式中Co—一個(gè)中間站點(diǎn)的運(yùn)載能力(人次/高峰小時(shí))；

B—高峰小時(shí)平均每車從中間站點(diǎn)搭載的乘客數(shù)(人)；

ti—高峰小時(shí)發(fā)車間隔，2—5分鐘。

交通小區(qū)中間站點(diǎn)的總運(yùn)載能力(即設(shè)站標(biāo)準(zhǔn))為

Ci=Co×Ni

(2)

式中Ci—i交通小區(qū)中間站點(diǎn)的總運(yùn)載能力(人次/高峰小時(shí))；

Ni—i交通小區(qū)內(nèi)的中間站點(diǎn)個(gè)數(shù)。

交通小區(qū)內(nèi)的中間站點(diǎn)個(gè)數(shù)Ni可由各交通小區(qū)的出行量大小、交通小區(qū)的性質(zhì)、交通小區(qū)的面積以及公交線網(wǎng)密度決定。

全規(guī)劃區(qū)的站點(diǎn)個(gè)數(shù)為No=ρ·S/d

(3)

式中N0—全規(guī)劃區(qū)的站點(diǎn)個(gè)數(shù)；

ρ—公交線網(wǎng)密度(km/km2)；

S—規(guī)劃區(qū)面積(km2)；

d—平均站點(diǎn)間距(km)。

公交線網(wǎng)的站點(diǎn)在各交通區(qū)的分布不均，且由各交通區(qū)面積、出行量大小、公交線路分布的情況決定，所以在公交線路沒有完全確定前，可通過預(yù)測交通區(qū)出行量大小來確定中間站點(diǎn)個(gè)數(shù)Ni[4]。

Ni=No·Ti·Si/T·S

(4)

式中Ti—第i個(gè)交通小區(qū)總公交發(fā)生量或吸引量；

T—全規(guī)劃區(qū)公交發(fā)生量或吸引量；

Si—第i交通小區(qū)的面積；

S—全規(guī)劃區(qū)面積。

若按照交通區(qū)出行量大小來確定中間站點(diǎn)的個(gè)數(shù)Ni的話，由于市中心商業(yè)區(qū)的公交出行量比較集中，所以市中心商業(yè)區(qū)的中間站點(diǎn)數(shù)可能偏大；而近郊區(qū)公交出行量比較小，則近郊區(qū)的中間站點(diǎn)數(shù)可能偏小。因此可能會(huì)使市中心商業(yè)區(qū)的中間站點(diǎn)運(yùn)載能力較大，而需設(shè)置的起終站點(diǎn)較少；近郊區(qū)的中間站運(yùn)載能力較小，而需要設(shè)置公交線路起終點(diǎn)。由此可見，在實(shí)際布設(shè)時(shí)，應(yīng)綜合考慮各小區(qū)的面積、小區(qū)性質(zhì)、人口數(shù)量、出行量大小等情況來選定。

一個(gè)起終點(diǎn)站的運(yùn)載能力[4]為Cod=60·R·r/(ti·k0)

(5)

式中Cod—一個(gè)起終點(diǎn)站運(yùn)載能力(人次/高峰小時(shí))；

R—公交車額定載客數(shù)，鉸接車：129人，單節(jié)車：72人；

r—高峰小時(shí)滿載率，取r=0.85；

ti—高峰小時(shí)發(fā)車間隔；

k0—線路上最大斷面流量與起點(diǎn)站站前斷面或終點(diǎn)站站后斷面的流量之比，取k0=1.5—2.5。

可見，一個(gè)起終點(diǎn)站的運(yùn)載能力為500—1200人次/高峰小時(shí)(單節(jié)車)或800—2000人次/高峰小時(shí)(鉸接車)。

為滿足城市內(nèi)如火車站、碼頭風(fēng)景區(qū)、居民生活小區(qū)等某些特殊地區(qū)的乘客出行需要，以方便居民的生活目標(biāo)，盡管總吸引量、總發(fā)生量未達(dá)到設(shè)站標(biāo)準(zhǔn)，也可根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行設(shè)置。

(二)最短路線布設(shè)法

選定可形成公交線路的端點(diǎn)對后，還須對兩點(diǎn)之間的具體布設(shè)進(jìn)行研究，一般來說，可以構(gòu)成公交線路的條件為在兩點(diǎn)間任意滿足完全系數(shù)限制和最大與最小長度限制的線路，并且在該兩端點(diǎn)對之間可以形成多條合理可行的公交線路。

兩點(diǎn)之間的線路布設(shè)法最常用的就是用最短路線進(jìn)行布設(shè)，這樣可以減少乘客的乘車時(shí)間，增加社會(huì)效益。

(三)最大效益布設(shè)法

可用收斂掃描法對公交線路起終點(diǎn)的確定進(jìn)行最優(yōu)線路的選取，收斂掃描法線路搜索的基本原理為：從確定的公交線路某個(gè)起點(diǎn)出發(fā)，以線路效率最大為原則，向所有鄰接點(diǎn)發(fā)展，再以此鄰接點(diǎn)作為新的起點(diǎn)出發(fā)，繼續(xù)向它的所有鄰接點(diǎn)發(fā)展，最后收斂于確定的終點(diǎn)。

(6)

式中Ei—第i條樹狀分支路徑的路線效率；

Li—第i條樹狀分支路徑的長度；

LODjk—第i條樹狀分支路徑j(luò)、k站點(diǎn)間所能服務(wù)的直達(dá)乘客量；

n—第i條樹狀分支所經(jīng)站點(diǎn)數(shù)。

圖中各分支路徑代表自起點(diǎn)到終點(diǎn)的所有可能路徑，選取所有滿足線長等約束的分支路徑中線路效率最大的一條或幾條，作為可行線路的選取方案，用于公交線網(wǎng)的優(yōu)化。

三、各層次公交線路的布設(shè)方法

(一)主干線布設(shè)

在大運(yùn)量遠(yuǎn)距離運(yùn)輸中，公交主干線起到重要作用，有運(yùn)行速度快、發(fā)車頻率高、使用大運(yùn)量交通工具特征，并且能夠享用公交專用相位、開設(shè)公交專用通道、叉口設(shè)置公交專用進(jìn)口道等特權(quán)。公交主干線布設(shè)在快速路和主干道上。

公交主干線的布設(shè)方法：

(1)根據(jù)經(jīng)驗(yàn)或?qū)嶋H調(diào)查，確定主干線開線標(biāo)準(zhǔn)；

(2)按從大到小的順序?qū)⒏鱋D對按客流量排序，對于OD量大于主干線開線標(biāo)準(zhǔn)的起終點(diǎn),考慮布設(shè)新線；

(3)取OD量最大的一對，按最短路徑(所經(jīng)站點(diǎn)最少)在起終點(diǎn)間布設(shè)線路；

(4)計(jì)算線路長度，若滿足要求，則該線路為公交主干線層中的第一條線路；若線路太短，可留作并線；

(5)對剩下的起終點(diǎn)對，重復(fù)上述過程，直到剩余乘客OD量低于主干線開線標(biāo)準(zhǔn)。

至此，公交主干線層便由布設(shè)的線路組成了。

(二)次干線布設(shè)

公交次干線主要作用是承擔(dān)市中心與片區(qū)中心之間的中距離出行。一般在城市主干道和次干道上布設(shè)。

公交次干線的布設(shè)方法：

(1)根據(jù)經(jīng)驗(yàn)或?qū)嶋H調(diào)查，確定次干線開線標(biāo)準(zhǔn)；

(2)按從大到小的順序?qū)κＳ郞D對按客流量排序，對于OD量大于次干線開線標(biāo)準(zhǔn)的起終點(diǎn)，檢查現(xiàn)有線路中是否有直達(dá)或換乘1次的線路，有則保留，否則，考慮布設(shè)新線；

(3)取OD量最大的一對，先確定起終點(diǎn)間的換乘點(diǎn)，并且在起點(diǎn)與換乘點(diǎn)之間、換乘點(diǎn)與終點(diǎn)之間按最短路徑(所經(jīng)站點(diǎn)最少)布設(shè)線路；

(4)計(jì)算各線路長度，若滿足要求，則該線路為次干線層的線路；若線路太短，可留作并線；

(5)對剩下的起終點(diǎn)對，重復(fù)上述過程，直到剩余乘客OD量低于次干線開線標(biāo)準(zhǔn)；布設(shè)過程中，若主干線路覆蓋了大部分線路，則該條線路不予保留。

(三)支線布設(shè)

設(shè)立公交支線的主要目的是填補(bǔ)主干線、次干線間的空白，加密線網(wǎng)。為了最大限度地接近居住、就業(yè)地點(diǎn)而布設(shè)到居住小區(qū)內(nèi)部，并且在城市支路以及部分次干路、小區(qū)路上會(huì)考慮設(shè)置。

支線布設(shè)方法與次干線布設(shè)方法相比，除了換乘次數(shù)限制上有所區(qū)別，其他布設(shè)方法相同。為完善和補(bǔ)充整個(gè)公交網(wǎng)絡(luò)，支線網(wǎng)在布線過程中應(yīng)盡量減少與上一級(jí)線路重復(fù)。

按這種方法確定的公交線網(wǎng)，基本可以保證主干線直達(dá)，次干線和支線有一定換乘，從而保證全服務(wù)范圍內(nèi)換乘次數(shù)和站點(diǎn)數(shù)最少，客流方向基本一致。

四、最短路徑的確定

(一)各指標(biāo)權(quán)重值的確定

公交路徑選擇因素錯(cuò)綜復(fù)雜，在確定各因素的重要程度時(shí)，采用層次分析法(Analytic Hierarchy Process)進(jìn)行分析。

(二)最短路徑選擇算法

目前國內(nèi)外對于城市公交網(wǎng)絡(luò)的最短路問題已有一定的研究：張國伍等結(jié)合公交網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)，在推廣Floyd算法的基礎(chǔ)上提出了一種公交網(wǎng)絡(luò)多條最短路徑算法，該算法一次可以搜索出所有站點(diǎn)間的多條最短路徑，但在只需選擇兩點(diǎn)間路徑的情況下應(yīng)用效率較低；Koncz等提出了一種公交網(wǎng)絡(luò)靜態(tài)多路徑選擇算法，這種算法是以換乘次數(shù)少為首要目標(biāo)，以出行距離短為次要目標(biāo)，但該算法不能處理2次以上的換乘情況；Qiujin Wu等利用圖論中的最短路徑算法求解公交網(wǎng)絡(luò)中的多路徑優(yōu)化問題，但該算法易產(chǎn)生多條過于相似的路徑。

針對這些問題，首先結(jié)合影響公交路徑選擇的多種因素，利用層次分析法確定權(quán)重，在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了針對公交不同功能層次的Dijkstra最短路徑選擇算法。

(1)初始化，定義擬搜索路徑的起點(diǎn)為r，終點(diǎn)為s；d(i)為起點(diǎn)r 到節(jié)點(diǎn)i 的權(quán)值，v(i,j)為連接i，j 路段的權(quán)值，定義已標(biāo)記節(jié)點(diǎn)的集合為P，未標(biāo)記節(jié)點(diǎn)的集合為T ；

(2)對所有的節(jié)點(diǎn)i，如果i≠r，則d(i)=∞，將i 加入未標(biāo)記節(jié)點(diǎn)集合T ；否則，d(i)=0，將i 加入已標(biāo)記節(jié)點(diǎn)集合P ；

(3)將所有已標(biāo)記的點(diǎn)i 到與其直接連接的未標(biāo)記的點(diǎn)j 的權(quán)重進(jìn)行檢驗(yàn)，令d(j)=min[d(j),d(i)+v(i,j)]；

(4)選取下一個(gè)點(diǎn)，從集合T 中選取d(j)中最小的一個(gè)i 值，對應(yīng)點(diǎn)i 就被選為最短路徑中的一點(diǎn)，將i 加入集合P ；

(5)如果所有節(jié)點(diǎn)均已被標(biāo)記，則轉(zhuǎn)入(6)；否則，轉(zhuǎn)入(3)；

(6)算法結(jié)束，通過最短路徑上路段反向查找統(tǒng)計(jì)出最短路徑上站點(diǎn)的組合信息。

本章首先把公交線路集的產(chǎn)生分為可布設(shè)道路網(wǎng)的選取，節(jié)點(diǎn)的選取和起迄點(diǎn)的選取。接著由層次分析法確定影響公交線路路徑選擇的各因素的權(quán)重，并計(jì)算綜合評判值，根據(jù)Dijkstra最短路徑選擇算法確定線路走向。最后提出了“先主后次、先粗后細(xì)、分層、分級(jí)布設(shè)”的線網(wǎng)布設(shè)方法。即首先由城市主干道和綜合公交樞紐布設(shè)公交干線層，以此類推，確定公交次干線層，公交支線層。從而最終形成功能明確、結(jié)構(gòu)合理的公交網(wǎng)絡(luò)。