靈活式公交運營規(guī)劃研究綜述*

鄭 樂 李文權(quán) 孫春陽

(東南大學(xué)交通學(xué)院 南京 210016)

0 引 言

近年來，隨著我國城鎮(zhèn)化進(jìn)程的不斷加快，城市空間進(jìn)一步向外圍蔓延。由此而產(chǎn)生的城市新區(qū)的居民出行特征明顯有別于中心城區(qū)，沒有形成高度集中的出行走廊，出行距離更長且客流的分布更加分散。這導(dǎo)致傳統(tǒng)的公交服務(wù)運營效率低下，難以滿足居民多樣化、精細(xì)化的出行需求，而出租車、專車及定制公交因經(jīng)?？振偠鴥r格高昂。如果無法對以上公交出行狀況進(jìn)行改善，不可避免的將會有更多的居民轉(zhuǎn)而依賴私家車出行，這勢必會進(jìn)一步加重城市交通擁堵、能源短缺以及環(huán)境污染等問題。

靈活式公交作為一種新興的公交運營模式，融合了固定線路公交高效率低成本以及需求響應(yīng)式公交靈活性強的特點。目前已經(jīng)在國外部分城市投入使用，并收到了良好的效果，實踐經(jīng)驗表明發(fā)展靈活式公交是解決低出行密度地區(qū)公交服務(wù)問題的有效途徑，對于提升公共交通吸引力、緩解城市交通擁堵、建設(shè)低碳交通具有重要的實踐意義。筆者從靈活式公交的運營與規(guī)劃角度出發(fā)，構(gòu)建了靈活式公交的層級規(guī)劃結(jié)構(gòu)，并對各規(guī)劃階段的相關(guān)研究成果進(jìn)行了梳理與分析。深入總結(jié)了靈活式公交現(xiàn)階段所面臨的挑戰(zhàn)并探討了適合我國的靈活式公交發(fā)展方向

1 靈活式公交系統(tǒng)簡介

通過對北美公交運營企業(yè)的調(diào)查走訪，Koffman[1]將靈活式公交的運營模式分為以下6類(見圖1)。

1)可變線路公交服務(wù)。車輛沿著基準(zhǔn)路線上行駛，當(dāng)出現(xiàn)需求響應(yīng)型乘客時，車輛可在一定的范圍偏離基準(zhǔn)線路為乘客提供上下車服務(wù)。線路上布設(shè)有幾個必須經(jīng)過的固定站點，車輛的運行受到固定站點發(fā)車時刻的約束。在服務(wù)完需求響應(yīng)型乘客后，公交車輛必須回到基準(zhǔn)線路上。一些可變線路公交還可以為乘客提供招手即停服務(wù)，乘客可以在基準(zhǔn)路線的任意位置要求上下車。

2)可變站點公交服務(wù)。與可變線路公交服務(wù)的主要區(qū)別在于，車輛不必沿著基準(zhǔn)路線行駛，而是根據(jù)實際需求在固定站點之間靈活地規(guī)劃路線。由于相鄰的站點間的行駛路線并不固定，因此可變站點公交服務(wù)無法提供招手即停服務(wù)。

3)需求響應(yīng)式接駁服務(wù)。車輛在服務(wù)區(qū)域內(nèi)以需求響應(yīng)式公交的模式運行，運行線路上至少存在1個換乘中心用以與其他交通方式銜接，車輛的運行周期受換乘中心的到達(dá)時間約束。換乘乘客可利用需求響應(yīng)式接駁服務(wù)到達(dá)或者離開換乘中心，根據(jù)在服務(wù)區(qū)域內(nèi)是否設(shè)置上下車臨時站點，可以分為無固定需求響應(yīng)式站點和有固定需求響應(yīng)式站點2類。

4)站點需求響應(yīng)式公交服務(wù)。車輛按照固定的線路和固定時刻表運行。同時在固定線路周圍預(yù)先布設(shè)少量的臨時站點。當(dāng)臨時站點存在需求時，車輛可偏離基準(zhǔn)線路提供服務(wù)，但之后必須返回基準(zhǔn)線路繼續(xù)行駛。與可變線路公交類似，有的站點需求響應(yīng)式公交服務(wù)也提供在基準(zhǔn)線路上的招手即停服務(wù)。

5)部分線路可變公交服務(wù)。車輛主要按照固定線路公交模式運行，但在部分服務(wù)區(qū)段為乘客提供需求響應(yīng)式服務(wù)。

6)區(qū)域線路公交服務(wù)。車輛在服務(wù)區(qū)域內(nèi)提供需求響應(yīng)的服務(wù)。僅線路的首末站設(shè)定固定站點(首末站可為相同站點)，車輛在運行過程中只需要滿足這2個站點的時間限制。該服務(wù)與可變站點公交服務(wù)的不同之處在于后者在通常在首末站之間還設(shè)有其他固定站點。

圖1 靈活式公交的分類Fig.1 Classification of flexible transportation services

2010年，Potts等[2]在以上分類的基礎(chǔ)上對北美510家公交運營商進(jìn)行了調(diào)查，調(diào)查結(jié)果顯示有194家公交企業(yè)為乘客提供靈活式公交服務(wù)。在過去的20年內(nèi)靈活式公交的應(yīng)用顯著增長并呈現(xiàn)持續(xù)增長的趨勢。但仍有一些線路最終選擇放棄該類運行方式，其主要原因是由于乘客量過低而導(dǎo)致企業(yè)入不敷出以及乘客需求波動引起的到站準(zhǔn)點率低等問題。各類靈活式公交所占的比例分別為：可變線路公交(63.9%)，可變站點公交(16.0%), 需求響應(yīng)式接駁(24.2%)，站點需求響應(yīng)式公交(30.9%)部分線路可變公交(14.4%)，區(qū)域線路公交(11.9%)。

各類靈活式公交在運營機制上最大的相似之處在于都具有若干個固定站點。這些固定站點一般設(shè)置在客流集中的位置或換乘站點，目的是提高靈活式公交的滿載率。車輛在運行過程中必須按照時刻表往來于各固定站點之間，相鄰的固定站點間額外分配的用于響應(yīng)預(yù)約需求的時間稱之為松弛時間[3]，其值等于相鄰2個站點的發(fā)車時間差減去站點間直接行駛的時間。松弛時間是靈活式公交規(guī)劃設(shè)計中一個非常重要的指標(biāo)，松弛時間過短會導(dǎo)致車輛沒有足夠的時間去服務(wù)乘客，出現(xiàn)一些乘客被系統(tǒng)拒絕的現(xiàn)象，而松弛時間過長則會導(dǎo)致車輛在固定站點長時間“空等”，不僅影響靈活式公交的使用效率，還影響乘客的出行質(zhì)量。

靈活式公交的另一個特點是其靈活性均介于傳統(tǒng)的常規(guī)公交與需求響應(yīng)式公交之間，但由于運營模式的不同其靈活性也各異。在上述6類靈活式公交中，站點需求響應(yīng)式公交更接近于傳統(tǒng)的固定線路公交，而需求響應(yīng)式接駁服務(wù)與需求響應(yīng)式公交更為相似。按照靈活性從小到大排序依次為：站點需求響應(yīng)式公交、部分線路可變公交、可變線路公交、可變站點公交、區(qū)域線路公交和需求響應(yīng)式接駁服務(wù)。同時，各類靈活式公交之間也存在著緊密的聯(lián)系并在一定條件下可以相互轉(zhuǎn)換，例如：當(dāng)服務(wù)區(qū)域內(nèi)僅有少量的臨時站點可用于上下客時，可變線路公交可以轉(zhuǎn)化為站點需求響應(yīng)式公交；區(qū)域線路公交可以視為可變站點公交僅有1～2個固定站點的特例；當(dāng)區(qū)域線路公交的固定站點設(shè)在主線公交的換乘樞紐上時，區(qū)域線路公交等同于需求響應(yīng)式接駁服務(wù)；可變線路公交可以看作是具有行駛路線約束的可變站點公交?？傮w而言，靈活性越強的公交形式能夠為乘客提供更為高效靈活的服務(wù)，但與此同時情況運行調(diào)度則更為復(fù)雜，面臨各類不確定隨機事件時的系統(tǒng)可靠性相對較差。決策者在選擇靈活式公交運行模式時需要根據(jù)當(dāng)?shù)氐膶嶋H情況在系統(tǒng)的靈活性和可靠性方面做出平衡。

2 靈活式公交層級規(guī)劃結(jié)構(gòu)

根據(jù)規(guī)劃的層次不同，固定線路公交的運營規(guī)劃可以細(xì)分為3個階段：戰(zhàn)略規(guī)劃、戰(zhàn)術(shù)規(guī)劃以及運行規(guī)劃[4]。戰(zhàn)略規(guī)劃階段的主要任務(wù)是公交線路的規(guī)劃以及站點位置的確定；在戰(zhàn)術(shù)規(guī)劃階段，決策者根據(jù)出行需求以及公交服務(wù)水平等級等因素確定車隊的發(fā)車頻率并建立行車時刻表；運行規(guī)劃階段主要用于生成車輛的行車計劃和司售人員的排班計劃。

與固定線路公交相比，需求響應(yīng)式公交由于沒有固定的線路、站點以及發(fā)車時刻表，所以在前2個階段的規(guī)劃相對簡單，僅需確定服務(wù)區(qū)域的范圍以及車隊的規(guī)模。但在運行規(guī)劃階段，調(diào)度中心需要動態(tài)地響應(yīng)乘客需求，不斷為乘客分配車輛，更新車輛的行駛路線。

靈活式公交融合了固定線路公交以及需求響應(yīng)式公交的雙重特性，其運營規(guī)劃過程更為復(fù)雜，將其分解為不同的規(guī)劃層級有助于決策者更加清晰的了解不同規(guī)劃階段的任務(wù)，指導(dǎo)科學(xué)的規(guī)劃與決策?；谏鲜鰧蛹壱?guī)劃結(jié)構(gòu)，筆者對靈活式公交各規(guī)劃階段的輸入輸出以及規(guī)劃活動進(jìn)行了分類總結(jié)，具體見圖2。

在戰(zhàn)略規(guī)劃階段，決策者需要根據(jù)規(guī)劃地區(qū)的交通運輸結(jié)構(gòu)、道路網(wǎng)結(jié)構(gòu)、土地利用特性、交通需求特性、居民的出行特征等因素，綜合判定各種出行方式的適用條件，確定最為合適的公交運營模式，并根據(jù)交通需求分布將其規(guī)劃區(qū)域劃分為若干個服務(wù)子區(qū)域，每一個子區(qū)域?qū)?yīng)一條靈活式公交線路。此外，公交運營商還需要在每個子區(qū)域內(nèi)人流量較大的地方和與其他交通方式換乘的地方進(jìn)行調(diào)研，確定固定站點的位置、訪問次序以及站點區(qū)間的劃分，構(gòu)建靈活式公交的“骨架結(jié)構(gòu)”。

戰(zhàn)術(shù)規(guī)劃階段的主要任務(wù)是確定靈活式公交的服務(wù)水平。首先，決策者根據(jù)服務(wù)區(qū)域的范圍以及潛在的客流量確定站點間松弛時間的分配，松弛時間的大小決定了靈活式公交的靈活性以及服務(wù)乘客需求的能力。然后，公交運營商需要綜合考慮企業(yè)的運營成本、公交的服務(wù)水平(如等車時間等)及乘客出行的時空分布規(guī)律，確定發(fā)車的頻率與發(fā)車間隔，構(gòu)建靈活式公交的行車時刻表。最后，根據(jù)車輛的運行周期及發(fā)車頻率等參數(shù)確定車隊規(guī)模。

在運行規(guī)劃階段，調(diào)度中心根據(jù)乘客的預(yù)約需求以及當(dāng)前的交通條件等信息制定最終的車輛調(diào)度方案并規(guī)劃車輛的行駛線路。車輛的調(diào)度方案在車輛離站之前確定并應(yīng)在盡可能多的服務(wù)乘客的同時減少車輛的運行成本。此外，在這一階段運營商還需根據(jù)車輛的行車計劃以及排班的規(guī)則確定駕駛員的排班計劃。

圖2 靈活式公交層級規(guī)劃結(jié)構(gòu)Fig.2 Hierarchical planning structureof flexible transportation services

3 靈活式公交研究現(xiàn)狀

自20世紀(jì)80年代Daganzo[5]首先提出靈活式公交的概念至今，國內(nèi)外學(xué)者圍繞該系統(tǒng)的研究已經(jīng)持續(xù)了30余年。其研究成果主要可以分為兩大類[6]：第一類是對靈活式公交實際運營經(jīng)驗的總結(jié)，第二類主要針對靈活式公交不同的規(guī)劃階段，提出相應(yīng)的方法論。以下從實踐經(jīng)驗、戰(zhàn)略規(guī)劃、戰(zhàn)術(shù)規(guī)劃以及運行規(guī)劃4個方面對國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀進(jìn)行論述

3.1 實踐經(jīng)驗研究

歐美國家從20世紀(jì)70年代開始嘗試靈活式公交這一新型公交系統(tǒng)。Flusberg[7]最早對美國威斯康星州的靈活式公交系統(tǒng)進(jìn)行了實例研究，7個月的實際運行數(shù)據(jù)表明相比于常規(guī)公交系統(tǒng)，靈活式公交在低密度服務(wù)區(qū)域具有更高服務(wù)水平，能夠滿足更廣大居民的公交出行需求。另一個典型的成功案例是運行在美國弗吉尼亞北部運行的OmniLink靈活式公交[8-9]，運行數(shù)據(jù)表明該公交系統(tǒng)自運行以來的5個月內(nèi)乘客數(shù)增長了354%，并呈現(xiàn)穩(wěn)步上升趨勢。2003年以后OmniLink通過引入智能交通系統(tǒng)(輔助決策調(diào)度系統(tǒng)；車載定位系統(tǒng)；實時通信平臺)，進(jìn)一步的提高了系統(tǒng)的可靠性，滿意度調(diào)查顯示82%的乘客對其服務(wù)質(zhì)量非常滿意。其他的一些實際案例，如美國丹佛的Cal-n-Ride[10]，NJ transit[11]都表明靈活式公交相比于常規(guī)公交系統(tǒng)在低出行密度區(qū)域具有更強的適用性，由于其門到門的服務(wù)特性，減少了專門為殘障人士服務(wù)的需求響應(yīng)公交(paratransit)的支出，顯著的降低了企業(yè)的運營成本以及人均政府補貼。此外，靈活式公交還能夠滿足老年人等低行動力人群的出行需求[12]，對于提升公交吸引力起到了積極的推動作用。盡管如此，靈活式公交在實際運行過程中仍存在很多問題亟待解決，Velaga等[13]指出目前靈活式公交存在運營規(guī)模小，提前預(yù)約時間長，與其他交通方式銜接不足以及缺少智能交通技術(shù)支撐等問題。

在靈活式公交投入使用前的出行意愿調(diào)查方面。Chavis等[14]結(jié)合網(wǎng)絡(luò)問卷調(diào)查和訪談?wù){(diào)查的方式，對美國巴爾的摩市居民的出行選擇方式進(jìn)行了SP(stated prefernce)調(diào)查，研究結(jié)果表明票價、乘車時間、等待時間以及步行時間等因素等會對靈活式公交的選擇產(chǎn)生較大的影響。Yu等[15]對濟南齊魯軟件園內(nèi)的居民及雇員使用靈活式公交的意愿進(jìn)行了問卷調(diào)查，調(diào)查結(jié)果表明約60%的被調(diào)查者愿意使用靈活式公交，可接受的票價范圍為3～6元。Frei等[16]以美國芝加哥市居民為研究對象，對靈活式公交、常規(guī)公交以及私人小汽車3種出行方式的選擇進(jìn)行了SP調(diào)查，結(jié)果表明，超過16%的人會選擇靈活式公交出行；同時，冬季選擇靈活式公交出行的概率明顯高于其他季節(jié)。

3.2 戰(zhàn)略規(guī)劃研究

在戰(zhàn)略規(guī)劃階段，如何根據(jù)特定區(qū)域的人口、經(jīng)濟及居民出行需求特性等確定最合適的公交運營模式是一個熱點研究問題。鑒于此，研究者提出一系列運行規(guī)則不同但本質(zhì)相似的靈活式公交服務(wù)，并從運營成本收益、乘客服務(wù)水平等方面和其他公交運營模式進(jìn)行了對比。Qiu等[17-18]分別以乘客服務(wù)水平以及系統(tǒng)花費最優(yōu)為目標(biāo)，通過構(gòu)建的數(shù)學(xué)模型和仿真模型，探討了可變線路公交替代固定線路公交的可能性。Li等[19]分析了需求響應(yīng)式接駁公交與固定線路公交作為接駁公交的服務(wù)水平差異，并探討了2種公交模式相互轉(zhuǎn)換的臨界需求密度。Zheng等[20]研究了可變線路公交與可變站點公交的模式選擇問題，分析了二者各自的適用范圍以及在乘客需求波動情況下系統(tǒng)的魯棒性。Nourbakhsh等[21]提出了一種混合公交網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，并在此網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)下對比了靈活式公交系統(tǒng)、常規(guī)公交系統(tǒng)以及出租車服務(wù)的系統(tǒng)性能，結(jié)果表明在中低需求密度下靈活式公交系統(tǒng)成本更低。

除此之外，靈活式公交戰(zhàn)略規(guī)劃階段的內(nèi)容還包括服務(wù)區(qū)域的選擇以及線路“骨架結(jié)構(gòu)”的設(shè)計等問題。Li等[22-23]利用理論推導(dǎo)和計算機仿真相結(jié)合的方法，采用連續(xù)逼近模型對需求響應(yīng)式接駁公交的最優(yōu)子區(qū)域的劃分問題進(jìn)行了研究。Errico等[24]對靈活式公交(文中稱為DAS系統(tǒng))的固定站點選址和站點的訪問順序問題進(jìn)行了研究，提出了2種確定靈活式公交“骨架架構(gòu)”的方法。Yang等[25]通過GIS工具分析路網(wǎng)結(jié)構(gòu)以及乘客的出行需求，以單位乘客運營成本最低為目標(biāo)對可變線路公交的最優(yōu)基準(zhǔn)路線進(jìn)行了識別。

3.3 戰(zhàn)術(shù)規(guī)劃研究

如何確定靈活式公交固定站點間松弛的時間分配、服務(wù)區(qū)域的大小以及乘客需求三者之間關(guān)系是靈活式公交戰(zhàn)術(shù)規(guī)劃最為廣泛研究的問題。目前，已有的研究通常采用2種方法對該類問題行求解：①連續(xù)逼近方法；②組合優(yōu)化方法。

連續(xù)逼近方法通常假設(shè)服務(wù)區(qū)域為給定長和寬的矩形，固定站點等距分布在矩形區(qū)域的中軸線上，乘客的需求量恒定且均勻分布在服務(wù)區(qū)域內(nèi)。Fu等[3]首次利用以上假設(shè)對可變線路公交的站點松弛時間最優(yōu)化問題進(jìn)行了研究，并分析了松弛時間的分配對站點閑置時間以及服務(wù)乘客數(shù)的影響。Quadrifoglio等[26]利用連續(xù)逼近模型推導(dǎo)出了不同需求條件下的可變線路公交(文中稱之為MAST系統(tǒng))運行速率的約束區(qū)間，結(jié)果表明服務(wù)區(qū)域的寬度是決定公交車輛的沿主線運行速率的關(guān)鍵因素。Zhao等[27]引入了排隊論的思想，分析了可變線路公交運行周期與服務(wù)區(qū)域的長、寬之間的關(guān)系。結(jié)果表明，當(dāng)服務(wù)區(qū)域的長度為車輛運行速度的一半與運行周期的乘積時，系統(tǒng)效率最高。Alshalalfah等[28]給出了理想情況下可變線路公交松弛時間的計算公式，并通過模擬仿真驗證了單純的增加松弛時間并不能有效地提高乘客的服務(wù)率。Chandra等[29]采用連續(xù)逼近模型對需求響應(yīng)式接駁公交的最優(yōu)運行周期進(jìn)行了估計，并通過仿真驗證了該模型的有效性。

組合優(yōu)化方法對服務(wù)區(qū)域的形狀或需求分布沒有特定的要求，通常會采用圖論的方法構(gòu)建有向圖G=(N,A)，將固定站點和需求站點抽象為點集N，所有可能的連接抽象為邊集合A，進(jìn)而對其最優(yōu)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化。Smith等[30]以最大化訪問需求站點數(shù)以及最小化松弛時間為目標(biāo)函數(shù)，構(gòu)建了多目標(biāo)雙層規(guī)劃的模型，通過求解該模型獲得了服務(wù)區(qū)域?qū)挾扰c松弛時間分配的最優(yōu)組合。Crainic等[31]采用概率模型對可變線路公交站點間松弛時間的分配問題以及時間窗邊界問題進(jìn)行了研究，并深入分析了站點時間窗的寬度對車輛在站點空等時間以及乘客拒絕率的影響。

3.4 運行規(guī)劃研究

靈活式公交的線路優(yōu)化和調(diào)度問題是運行規(guī)劃的重點以及難點問題。根據(jù)是否允許乘客進(jìn)行實時預(yù)約，靈活式公交的運行調(diào)度問題可以分為靜態(tài)調(diào)度和動態(tài)調(diào)度2類。

靜態(tài)調(diào)度指在車輛發(fā)車之前，所有的乘客都已經(jīng)通過電話或網(wǎng)絡(luò)的方式進(jìn)行了出行預(yù)約，車輛無法運營過程中響應(yīng)臨時產(chǎn)生的乘客出行需求。針對靜態(tài)調(diào)度問題，學(xué)者們大多采用運籌學(xué)模型進(jìn)行建模求解。Malucelli等[32]最早對靈活式公交系統(tǒng)(DAS系統(tǒng))的靜態(tài)調(diào)度問題進(jìn)行了研究，針對所提出的3種不同的運行模式，分別建立了以系統(tǒng)總效益最大化為目標(biāo)的整數(shù)規(guī)劃模型。Quadrifoglio等[33]綜合考慮車輛運行成本、乘車時間和等待時間等因素構(gòu)建了單車輛多運行周期的混合整數(shù)規(guī)劃模型。Pan等[34]以濟南高新區(qū)的真實路網(wǎng)為案例，建立了以服務(wù)乘客數(shù)最大化以及運營成本最小化為優(yōu)化目標(biāo)的靈活型接駁公交雙層規(guī)劃模型，并提出了基于改進(jìn)重力模型的啟發(fā)式求解算法。盧小林等[35]綜合考慮了現(xiàn)實路網(wǎng)中存在的單行路以及雙向隔離的情況，提出一種以最小化公交車運營時間為目標(biāo)的靈活式公交路徑優(yōu)化模型，并提出了一種3階段求解算法。

作為靜態(tài)調(diào)度的延伸，動態(tài)調(diào)度旨在解決靜態(tài)線路優(yōu)化與行車計劃完成之后，在滿足一定約束條件的情況下，為在車輛運營過程中產(chǎn)生的預(yù)約需求提供服務(wù)并實時優(yōu)化更新運行路徑。目前，插入式算法是解決靈活式公交動態(tài)調(diào)度問題最常用的方法。Quadrifoglio等[36]提出了一種可以處理實時調(diào)度的啟發(fā)式插入式算法，并根據(jù)洛杉磯MTA 646 班次的實際運行特征建立了相應(yīng)的仿真模型。邱豐等[37]針對可變線路公交設(shè)計了一種可以同時處理靜態(tài)預(yù)約需求和實時動態(tài)需求的2階段車輛調(diào)度模型．并通過實例仿真的方式驗證了該模型的有效性。由于乘客需求的不確定性所導(dǎo)致的乘客被拒絕以及站點空等現(xiàn)象是阻礙靈活式公交發(fā)展的一大障礙。針對此，Qiu等[38]提出了一種動態(tài)站點策略，被拒絕的實時預(yù)約乘客可以在系統(tǒng)的指引下步行至已被接受的最近的需求站點，仿真結(jié)果表明，該策略可以減少30%的用戶時間成本。Zheng等[39]提出了一種動態(tài)離站時間窗策略，通過動態(tài)分配站點的間松弛時間，提高了系統(tǒng)的運行可靠性，并減少了乘客的拒絕率以及在固定站點的空等時間。

盡管靈活式公交已在國外有著多年的運行實踐經(jīng)驗，但在理論和實踐研究方面仍然存在很多不足，這些不足阻礙了靈活式的進(jìn)一步推廣和發(fā)展。在理論方面，研究通常對乘客需求、服務(wù)區(qū)域、路網(wǎng)結(jié)構(gòu)、運行環(huán)境做出了很多理想的假設(shè)，缺少對實際運行情況下各種隨機因素的考慮。此外，各類研究都采用各自假設(shè)的運行規(guī)則和仿真環(huán)境，缺少統(tǒng)一的實驗案例來對不同的系統(tǒng)設(shè)定、模型和求解方法進(jìn)行對比與評估。在實踐方面，很多靈活式公交線路由于缺乏實施前的規(guī)劃以及實施后的評估最終導(dǎo)致停運。亟待將智能交通技術(shù)和輔助決策系統(tǒng)引入到靈活式公交的規(guī)劃、調(diào)度和評估中去以提高系統(tǒng)的運行效率和服務(wù)質(zhì)量。

4 本土化的挑戰(zhàn)與展望

4.1 面臨的挑戰(zhàn)

目前國內(nèi)關(guān)于靈活式公交的研究還處于初期階段，迄今為止，我國尚未有成熟運營的靈活式公交系統(tǒng)，國內(nèi)學(xué)者對靈活式公交的研究也多停留在對國外成功經(jīng)驗的總結(jié)以及概念性設(shè)計階段[40-45]。我國的交通環(huán)境、交通需求特點以及居民需求分布均與國外有所不同，靈活公交在我國的運營與規(guī)劃還面臨著很多挑戰(zhàn)，具體表現(xiàn)為以下5點。

1)乘客需求的不確定性。靈活式公交通常布設(shè)在出行密度較低的城市新區(qū)或市郊區(qū)域，這些區(qū)域由于地廣人稀居民出行具有很強的不確定性。而靈活式公交的松弛時間通常是根據(jù)期望客流量預(yù)先設(shè)定的，由于需求時空波動引起的乘客被拒絕或在固定站點“空等”現(xiàn)象都會顯著影響系統(tǒng)的服務(wù)水平。

2)封閉小區(qū)難以服務(wù)。與國外的敞開式小區(qū)以及方格式路網(wǎng)不同，我國內(nèi)的路網(wǎng)密度相對較低且存在大量的封閉式小區(qū)，小區(qū)路網(wǎng)僅作為區(qū)域內(nèi)部道路存在，因此靈活式公交無法為乘客提供點到點的服務(wù)，如何確定乘客上/下車點成為了規(guī)劃者面臨的一大難題。

3)高可靠性的實時路徑規(guī)劃系統(tǒng)。在實際運行過程中，常常會伴隨著一些不確定性的隨機事件，如行駛速度的波動、實時需求的產(chǎn)生、乘客未出現(xiàn)在預(yù)約站點、預(yù)約需求的取消、以及堵車、車輛故障等不可控的因素。如何構(gòu)建一個高可靠性的實時路徑規(guī)劃算法以及應(yīng)急調(diào)度策略，從而及時的響應(yīng)這些動態(tài)隨機事件，是靈活式公交能否成功實施的關(guān)鍵。

4)構(gòu)建智能化運營系統(tǒng)。隨著移動通信技術(shù)及車輛定位技術(shù)的普及，乘客對于公交服務(wù)的實時性及精準(zhǔn)性要求逐漸提高，因此需要構(gòu)建更加智能化的靈活式運營系統(tǒng)。一些新的智能交通技術(shù)，如：車輛位置監(jiān)控系統(tǒng)、車輛路徑規(guī)劃系統(tǒng)、用戶-車輛-調(diào)度中心實時通信系統(tǒng)等亟待引入, 從而優(yōu)化用戶的體驗、提高企業(yè)運營效率。

5)缺少評估方法和平臺。靈活式公交的運營與規(guī)劃是一個需要綜合考慮多方因素的決策過程，國外的很多靈活式公交線路由于在前期缺少科學(xué)的規(guī)劃，在后期缺少合理的評價與改進(jìn)機制導(dǎo)致最終停運。因此，如何構(gòu)建合理的評估方法及有效的仿真平臺，對線路實際運行前后進(jìn)行評價與與優(yōu)化，是當(dāng)前亟待解決的一個問題。

4.2 適應(yīng)我國的靈活式公交構(gòu)想

針對以上存在的問題，筆者提出了適合我國國情的靈活式公交設(shè)計構(gòu)想，見圖3。有別于上述6類靈活式公交系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有如下特點。

1)服務(wù)區(qū)域內(nèi)包含若干需求響應(yīng)站點，這些站點可以設(shè)置在封閉小區(qū)門口或標(biāo)志性建筑物附近。當(dāng)乘客發(fā)出預(yù)約請求時，系統(tǒng)根據(jù)其位置判定最近的需求響應(yīng)站點位置。當(dāng)車輛路徑規(guī)劃完成后，系統(tǒng)會通知該乘客具體的上/下車點位置以及車輛預(yù)計到達(dá)時間。

2)當(dāng)實際乘客需求過高而松弛時間不足以滿足所有乘客的需求時，系統(tǒng)會通知部分乘客步行至其他較近的需求響應(yīng)站點，通過共享站點或插入可服務(wù)站點的方式來減少系統(tǒng)的拒絕率(見圖3中圓圈所示)。

3)將固定站點的離站時間點約束變?yōu)殡x站時間窗約束。即當(dāng)車輛在最早離站時間之前到達(dá)時，需等到最早離站時間發(fā)車。當(dāng)晚于最早離站時間到達(dá)時，車輛可以在離站時間窗范圍內(nèi)任意時間離站。通過為固定站點設(shè)置離站時間窗，可以在不影響運行周期的情況下實現(xiàn)站點區(qū)間之間松弛時間的相互轉(zhuǎn)移，緩解乘客被拒絕或在固定站點“空等”現(xiàn)象。

4)將靈活式公交的固定站點設(shè)置在大型公交樞紐站點或軌道交通站點位置，并通過與主干公共交通網(wǎng)絡(luò)時刻表耦合，實現(xiàn)多模型公交網(wǎng)絡(luò)的銜接，從而減少換乘的等待的時間，真正的實現(xiàn)靈活式公交對城市主體公交網(wǎng)絡(luò)的補充。

圖3 靈活式公交設(shè)計構(gòu)想Fig.3 Conceptual design of the flexible transportation services

5 結(jié)束語

靈活式公交作為一種新興的公交運行模式，在城市新區(qū)以及市郊等低出行密度區(qū)域具有很強的適用性，不僅能夠滿足人們多樣化的出行需求，填補常規(guī)公交“最后一公里”的空白，還能夠顯著的增強公交的吸引力，有利于城市交通的健康可持續(xù)發(fā)展。隨著當(dāng)前移動通信技術(shù)、車輛定位技術(shù)的發(fā)展以及手機應(yīng)用的普及，靈活式公交的在技術(shù)層面已經(jīng)具備一定的發(fā)展基礎(chǔ)，但是在規(guī)劃方法和運營實踐方面還有待進(jìn)一步深入研究。在可預(yù)見的將來，伴隨著車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、自動駕駛技術(shù)的逐漸普及，靈活式公交將擁有更為廣闊的應(yīng)用前景。