基于GIS技術(shù)的公交線網(wǎng)優(yōu)化分析
——以上海青浦為例

文/高寧波、許文波、徐蘭花

1 前言

近年來，機(jī)動(dòng)車保有量持續(xù)增長(zhǎng)，城市路網(wǎng)中出行的交通流量逼近通行能力上限，交通擁堵現(xiàn)象持續(xù)加劇。為改善交通出行環(huán)境，倡導(dǎo)大力發(fā)展綠色低碳出行方式，緩解交通擁堵，國(guó)內(nèi)外學(xué)者圍繞公交線網(wǎng)優(yōu)化基于總出行價(jià)值函數(shù)、優(yōu)化評(píng)價(jià)指標(biāo)體系、網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化模型及技術(shù)方法等開展了多維度、多層次的研究，為國(guó)內(nèi)城市公交線網(wǎng)的優(yōu)化打下了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

本文基于GIS 的空間計(jì)算和分析能力，探究適應(yīng)GIS 技術(shù)的公交線網(wǎng)優(yōu)化方法和原則，同時(shí)構(gòu)建了公交線網(wǎng)優(yōu)化評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，為公交線網(wǎng)優(yōu)化分析和精細(xì)化管理提供支撐。

2 公共交通線網(wǎng)GIS 優(yōu)化流程

2.1 線網(wǎng)優(yōu)化

公交線網(wǎng)優(yōu)化方案的產(chǎn)生是一個(gè)交互式的操作過程。首先，考慮居民的出行習(xí)慣、部分區(qū)域的人口分布及規(guī)劃用地等情況，將不符合要求的公交線路進(jìn)行合并、拆除、變更走向，使其構(gòu)建成新的公交線路，最終形成滿足發(fā)展要求的公交線網(wǎng)[1]。本文研究基于GIS 的公交線網(wǎng)優(yōu)化分析，利用GIS 軟件 MapInfo Professional和交通規(guī)劃軟件TransCAD 進(jìn)行優(yōu)化，常用的基于四個(gè)階段的公交線網(wǎng)優(yōu)化步驟如圖1所示。

圖1 基于GIS 的公交線網(wǎng)優(yōu)化步驟

2.2 站點(diǎn)優(yōu)化

在GIS 中，公交站點(diǎn)的優(yōu)化布設(shè)可以在電子地圖上通過下列步驟實(shí)現(xiàn)如圖2所示。

圖2 基于GIS 的公交站點(diǎn)優(yōu)化步驟

3 公共交通線網(wǎng)GIS 優(yōu)化方法

3.1 控制變量

從行業(yè)管理角度出發(fā)，提高公共交通的運(yùn)營(yíng)效率，在單位時(shí)間內(nèi)為更多的乘客提供出行服務(wù)，提高公交系統(tǒng)收益，降低運(yùn)營(yíng)成本是公交線網(wǎng)優(yōu)化的核心目標(biāo)。因此，本文將能夠反映公交網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)能力的公交線路非直線系數(shù)、網(wǎng)絡(luò)重復(fù)系數(shù)及公交乘客總出行時(shí)間作為公交線網(wǎng)的優(yōu)化評(píng)價(jià)指標(biāo)[2]。

3.1.1 非直線系數(shù)

在GIS 中，公交線路以路段的線狀要素表示，路線的總長(zhǎng)度為構(gòu)成路段要素長(zhǎng)度之和，假設(shè)構(gòu)成路段的坐標(biāo)序列數(shù)為N，則各公交路線長(zhǎng)度可用以下公式進(jìn)行測(cè)算：

公交線路起點(diǎn)站和終點(diǎn)站之間的直達(dá)距離測(cè)算方法為

因此，定義路線的非直線系數(shù)公式為

F=L/d

3.1.2 線網(wǎng)重復(fù)系數(shù)測(cè)算方法

min r=公交線路總長(zhǎng)/公交線網(wǎng)總長(zhǎng)

3.1.3 公交乘客總出行時(shí)間（乘客在車時(shí)間）

其中，T 表示公交總出行時(shí)間（h）；aij表示公交節(jié)點(diǎn)間的公交乘客量（人次）；Tij表示公交節(jié)點(diǎn)間的出行時(shí)間（小時(shí)）；n 表示交通小區(qū)個(gè)數(shù)（個(gè)）。

3.2 優(yōu)化原則

3.2.1 滿足乘客出行習(xí)慣

公交線路的布設(shè)應(yīng)與客流走廊基本一致，首先需要滿足居民日常通勤等出行活動(dòng)，其次滿足居民的主要休閑采購等需要；在主要客流集散點(diǎn)，使用公交直達(dá)布設(shè)線路，降低換乘次數(shù)[3]。

3.2.2 公交線路分布均勻

公交線路的布設(shè)要匹配城市的空間形態(tài)，消除公交線路覆蓋盲區(qū)，提高城市公共交通出行的可達(dá)性，控制路線的非直線系數(shù)低于1.4。

3.2.3 多出行方式銜接

公交線網(wǎng)及其站點(diǎn)與公共自行車、軌道站點(diǎn)、換乘樞紐進(jìn)行融合，實(shí)現(xiàn)公交線網(wǎng)與其他低碳出行方式進(jìn)行無縫銜接。

4 案例分析-以上海青浦為例

4.1 公交現(xiàn)狀

目前青浦區(qū)營(yíng)運(yùn)公交線路總計(jì)141 條，基于GIS 線網(wǎng)重疊分析得到公交線網(wǎng)重復(fù)系數(shù)為2.26，其中漕盈路途經(jīng)公交線路數(shù)最大19 條，其次祥凝浜路途經(jīng)公交線路數(shù)15 條。青浦區(qū)公交線網(wǎng)密度3.1km/km2，其中區(qū)內(nèi)公交有39 條重點(diǎn)服務(wù)于青浦新城，11 條跨區(qū)公交線路提升了青浦區(qū)和松江區(qū)的公共交通出行聯(lián)系強(qiáng)度，公交線路如下表1所示。

表1 青浦區(qū)公交線路數(shù)匯總表

青浦區(qū)公交線路中非直線系數(shù)超出1.4 的有116條，其中區(qū)內(nèi)公交和村村通有99 條，占比85.3%。青浦區(qū)區(qū)內(nèi)公交線路非直線系數(shù)大于3 的有6 條線路，分別為1504 路、1505 路、1513 路、1514 路、青浦8 路、青浦18路，公交線路站點(diǎn)平均站間距為831m，如圖3所示。

圖3 公交站點(diǎn)300～500m 覆蓋范圍

青浦區(qū)公交線路站點(diǎn)平均站間距為831m，青浦新城區(qū)公交站點(diǎn)500m 覆蓋率為90.2%，達(dá)到《城市綜合交通體系規(guī)劃標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T 51328-2018）中城市公交站點(diǎn)覆蓋率不得小于90%的要求。

4.2 線網(wǎng)優(yōu)化

基于上述GIS 的優(yōu)化方法和步驟，調(diào)整區(qū)內(nèi)公交線路走向不合理、非直線系數(shù)過大、客流率較小的6 條線路，分別為1504 路、1505 路、1513 路、1514 路、青浦8 路、青浦18 路，優(yōu)化評(píng)價(jià)結(jié)果如表2所示。

表2 青浦區(qū)內(nèi)公交線路優(yōu)化前后指標(biāo)對(duì)比

通過上表得知，在線網(wǎng)總體規(guī)模偏差不大情況下，通過科學(xué)合理優(yōu)化線路走向，達(dá)到了提高公共交通出行效率，降低出行成本的效果。

5 結(jié)語

本文圍繞公交線網(wǎng)優(yōu)化為目的，探討分析了GIS 在公交線網(wǎng)和公交站點(diǎn)優(yōu)化中的應(yīng)用流程，研究了基于GIS 的公交線網(wǎng)優(yōu)化應(yīng)用，得出了公交線網(wǎng)評(píng)價(jià)指標(biāo)和優(yōu)化原則。以此為基礎(chǔ)，將上海市青浦區(qū)公交線網(wǎng)作為研究對(duì)象，基于GIS 優(yōu)化技術(shù)，使公交線網(wǎng)優(yōu)化效率和準(zhǔn)確性得以提升，提高了公交線網(wǎng)評(píng)價(jià)指標(biāo)計(jì)算的科學(xué)性，引導(dǎo)城市公共交通系統(tǒng)的理性發(fā)展，緩解了城市公共交通系統(tǒng)擁堵問題。