霍月英, 邱智宣, 陳國(guó)慶, 郭 晨
(1. 內(nèi)蒙古大學(xué) 交通學(xué)院, 內(nèi)蒙古 呼和浩特 010070; 2. 內(nèi)蒙古大學(xué) 數(shù)學(xué)科學(xué)學(xué)院, 內(nèi)蒙古 呼和浩特 010021; 3. 重慶交通大學(xué) 交通運(yùn)輸學(xué)院, 重慶 400074)
站間距是公共交通規(guī)劃和建設(shè)的重要因素,其對(duì)公交服務(wù)水平、乘客出行時(shí)間、車輛行駛速度、建設(shè)成本有重要影響.合理的站間距可以提升公交服務(wù)水平、縮短乘客出行時(shí)間、提高公交運(yùn)營(yíng)效率、節(jié)省建設(shè)成本.目前在公交建設(shè)中通常根據(jù)建設(shè)者的主觀經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行站間距的設(shè)置,容易形成不合理的站間距[1].
服務(wù)水平分級(jí)是基于評(píng)價(jià)指標(biāo)的不同臨界值將交通設(shè)施或公共交通的服務(wù)水平劃分為若干等級(jí)的方法[2].站間距服務(wù)水平分級(jí)是基于站間距的不同臨界值將公交的服務(wù)水平劃分為若干等級(jí)的方法.站間距服務(wù)水平分級(jí)指明了不同站間距下公交所提供的服務(wù)水平,可在公交規(guī)劃、建設(shè)、運(yùn)營(yíng)層面指導(dǎo)站間距的設(shè)置及優(yōu)化[3],能夠引導(dǎo)合理站間距的設(shè)置.在規(guī)劃建設(shè)層面,可預(yù)測(cè)擬設(shè)置的站間距在未來運(yùn)營(yíng)中的服務(wù)水平,可用于確定符合期望服務(wù)水平的站間距,可引導(dǎo)設(shè)置在服務(wù)水平和建設(shè)成本之間達(dá)到平衡的站間距;在運(yùn)營(yíng)層面,可評(píng)價(jià)現(xiàn)狀站間距下的服務(wù)水平及指導(dǎo)如何優(yōu)化站間距.
目前國(guó)內(nèi)外關(guān)于公交站間距的研究主要集中于站間距優(yōu)化,現(xiàn)有研究主要基于乘客出行時(shí)間最小、可達(dá)性最優(yōu)、系統(tǒng)總成本最小等進(jìn)行站間距優(yōu)化,建立了豐富的站間距優(yōu)化模型.如楊曉光等[4]提出了基于乘客平均出行時(shí)間最小的公交站間距優(yōu)化模型;Steven等[5]考慮可達(dá)性建立了運(yùn)營(yíng)總成本最小的站間距優(yōu)化模型;Ibeas等[6]建立了系統(tǒng)總成本最小的公交站間距雙層優(yōu)化模型.目前國(guó)內(nèi)外尚沒有對(duì)站間距服務(wù)水平分級(jí)進(jìn)行研究,尚缺乏科學(xué)合理的站間距服務(wù)水平分級(jí)來指導(dǎo)公交規(guī)劃及建設(shè).
快速公交(bus rapid transit,BRT)既保持了軌道交通的高效性和可靠性又繼承了常規(guī)公交的靈活性和低成本,已成為國(guó)際上治堵治污而大力推廣的一種公交模式[7].因此,本文對(duì)快速公交的站間距服務(wù)水平分級(jí)方法展開研究.研究結(jié)果可為交通設(shè)施及公共交通的服務(wù)水平分級(jí)研究提供方法,也可為快速公交規(guī)劃、建設(shè)中站間距的設(shè)置提供指導(dǎo)依據(jù).
服務(wù)水平分級(jí)包括評(píng)價(jià)指標(biāo)、等級(jí)數(shù)目、分級(jí)臨界值.本文中評(píng)價(jià)指標(biāo)是站間距.本文按照文獻(xiàn)[3]將服務(wù)水平劃分為6級(jí),即等級(jí)數(shù)目為6,構(gòu)建服務(wù)水平分級(jí)即確定各級(jí)服務(wù)水平的分級(jí)臨界值.
服務(wù)水平分級(jí)可看作是一個(gè)分類問題,聚類分析方法可用于分級(jí)臨界值的研究. 聚類分析方法通過評(píng)價(jià)指標(biāo)客觀數(shù)據(jù)所體現(xiàn)的交通運(yùn)行狀況構(gòu)建服務(wù)水平分級(jí),無法融入乘客的主觀感受.目前服務(wù)水平的概念已經(jīng)從僅描述交通運(yùn)行狀況轉(zhuǎn)變?yōu)檫€要反映出行者感知[3,8-9].因此,本文試圖尋求一種使乘客感知與交通運(yùn)行狀況具有一致性表達(dá)的主客觀相結(jié)合的分級(jí)臨界值確定方法,即需要一種能在一個(gè)模型中將反映乘客主觀感知的服務(wù)水平與描述客觀交通運(yùn)行狀況的評(píng)價(jià)指標(biāo)聯(lián)系起來的理論方法,然后根據(jù)乘客的服務(wù)水平感知研究分級(jí)臨界值.對(duì)此,采用回歸分析方法將服務(wù)水平作為因變量、評(píng)價(jià)指標(biāo)作為自變量建立模型.服務(wù)水平分為6級(jí),分別為A,B,C,D,E,F,其中A級(jí)為最好的服務(wù)水平,F級(jí)為最差的服務(wù)水平.服務(wù)水平是有序次特性(A級(jí)優(yōu)于B級(jí),B級(jí)優(yōu)于C級(jí),以此類推)的離散型變量.有序Logistic回歸模型是研究有序離散型變量的有效方法.更重要的是,在有序Logistic回歸模型中劃分因變量等級(jí)的分界值與自變量的取值有密切關(guān)系,可據(jù)此反推因變量(服務(wù)水平)等級(jí)變化時(shí)自變量的取值(分級(jí)臨界值).因此,以服務(wù)水平為因變量、評(píng)價(jià)指標(biāo)為自變量,采用有序Logistic回歸模型研究分級(jí)臨界值的確定方法.
服務(wù)水平與評(píng)價(jià)指標(biāo)的有序Logistic回歸模型為
(1)
式中:y表示服務(wù)水平,分為A,B,C, D, E,F等級(jí),分別以1,2,…,6表示;x表示評(píng)價(jià)指標(biāo);β表示系數(shù);α表示常數(shù);μj表示劃分y相鄰類別的分界值,j=1,2,…,5,μ1<μ2<…<μ5;P(y≤j)表示服務(wù)水平為第j等級(jí)的累積概率.
考慮到y(tǒng)為離散型變量,引入連續(xù)型潛變量y*,y*與x之間的關(guān)系為[10]
y*=α+βx+ε.
(2)
式中:ε為隨機(jī)誤差,服從均值為0的Logistic分布;其他變量含義同上.
分級(jí)臨界值是指服務(wù)水平y(tǒng)由j變化到j(luò)+1(j=1,2,…,5)時(shí)評(píng)價(jià)指標(biāo)x的取值,以xj表示分級(jí)臨界值,x1表示A級(jí)與B級(jí)的分級(jí)臨界值,x2表示B級(jí)與C級(jí)的分級(jí)臨界值,……,x5表示E級(jí)與F級(jí)的分級(jí)臨界值.分級(jí)臨界值xj的確定方法如下.
有序Logistic回歸模型根據(jù)以下原理劃分服務(wù)水平y(tǒng)的等級(jí):
(3)
(4)
(5)
為了獲取不同站間距的服務(wù)水平數(shù)據(jù),開展視頻實(shí)驗(yàn).利用VISSIM仿真軟件構(gòu)建不同站間距(500~1 500 m)的快速公交仿真系統(tǒng),并據(jù)此制作視頻短片,為視頻實(shí)驗(yàn)做準(zhǔn)備.
2.1.1 仿真參數(shù)標(biāo)定
對(duì)于一個(gè)快速公交系統(tǒng),當(dāng)站間距的設(shè)置不同時(shí),站點(diǎn)服務(wù)半徑(即乘客最大到站距離)、客流量、公交車運(yùn)行速度均不同.因此需要標(biāo)定的重要參數(shù)有:不同站間距下的客流量和公交車運(yùn)行速度.
1) 不同站間距下的客流量.定性來看,隨著站間距的增加,乘客到站距離及時(shí)間增加,乘客可能采用其他出行方式,因此線路客流量可能會(huì)下降.隨著站間距的增加,站點(diǎn)數(shù)減少,這樣使得每站分擔(dān)的客流量增加;但同時(shí)線路客流量下降可能會(huì)導(dǎo)致每站分擔(dān)的客流量減少.由于站點(diǎn)數(shù)減少而導(dǎo)致站點(diǎn)客流量的增加量多于由于線路客流量下降而導(dǎo)致站點(diǎn)客流量的減少量.因此隨著站間距的增加,平均站點(diǎn)客流量可能會(huì)增加.
由于站點(diǎn)服務(wù)半徑會(huì)影響快速公交的服務(wù)面積,從而會(huì)影響客流量,因此通過站點(diǎn)服務(wù)半徑來估算不同站間距的客流量.隨著站間距的增加,站點(diǎn)服務(wù)半徑會(huì)增加,但不同站間距的站點(diǎn)服務(wù)半徑是未知的,因此采用試算的思路進(jìn)行估算,估算方法如下.
假定500 m站間距的站點(diǎn)服務(wù)半徑為R、線路客流量為Q,假定站點(diǎn)的服務(wù)范圍為菱形,在服務(wù)范圍內(nèi)乘客均勻分布.①繪制500 m站間距的服務(wù)范圍圖,計(jì)算500 m站間距的服務(wù)面積、平均站點(diǎn)客流量.②假定600~1 500 m站間距的站點(diǎn)服務(wù)半徑分別為a1×R,a2×R,…,a10×R,a1,a2,…,a10為大于1的數(shù),給定a1,a2,…,a10的取值;繪制600~1 500 m 站間距的服務(wù)范圍圖并計(jì)算服務(wù)面積;將600~1 500 m站間距的服務(wù)面積與500 m站間距的服務(wù)面積進(jìn)行比較,由于乘客均勻分布,則線路客流量與服務(wù)面積成正比,得到600~1 500 m站間距的線路客流量;根據(jù)線路客流量與站點(diǎn)數(shù),得到600~1 500 m站間距的平均站點(diǎn)客流量.③判斷500~1 500 m站間距的客流量是否符合“隨著站間距的增加,線路客流量下降,平均站點(diǎn)客流量增加”的規(guī)律.如果符合,則步驟②得到的客流量即可作為600~1 500 m站間距的客流量;如果不符合,則改變a1,a2,…,a10的取值,返回步驟②繼續(xù)計(jì)算600~1 500 m站間距的客流量,直到符合該規(guī)律.
通過試算得到500~1 500 m站間距的站點(diǎn)服務(wù)半徑、線路客流量、平均站點(diǎn)客流量如表1所示,表1的示意圖中將快速公交線路長(zhǎng)度取為3 km,500 m站間距的站點(diǎn)服務(wù)半徑R取為300 m.
2) 不同站間距的公交車運(yùn)行速度.定性來看,隨著站間距的增加,站點(diǎn)數(shù)減少,公交車??看螖?shù)減少,公交車運(yùn)行速度可能增加.交通與發(fā)展政策研究所(Institute for Transportation & Development Policy,ITDP)公布了很多城市的快速公交運(yùn)營(yíng)數(shù)據(jù),根據(jù)站間距與速度數(shù)據(jù),采用線性、二次、三次、冪、對(duì)數(shù)等函數(shù)進(jìn)行擬合,各類函數(shù)的擬合度如圖1所示.從圖1中可見,三次方函數(shù)的R2最大(0.753),對(duì)數(shù)據(jù)的擬合效果最好,因此采用三次方函數(shù)確定不同站間距的公交車運(yùn)行速度,所得結(jié)果為:當(dāng)站間距為500~1 000 m時(shí),速度為15~20 km/h;當(dāng)站間距為1 100~1 400 m時(shí),速度為20~25 km/h;當(dāng)站間距為1 500 m時(shí),速度為25~30 km/h.
表1 不同站間距的客流量估算結(jié)果
圖1 站間距與公交車運(yùn)行速度的關(guān)系Fig.1 Relationship between station spacing and bus running speed
3) 仿真參數(shù)設(shè)定.本文將快速公交線路長(zhǎng)度取為3 km.根據(jù)ITDP公布的廣州快速公交的里程長(zhǎng)度和客流量估算快速公交線路長(zhǎng)度為3 km的客流量,得到500 m站間距的線路客流量Q為534人/h,取為500人/h.根據(jù)表1,得到600~1 500 m 站間距的線路客流量及平均站點(diǎn)客流量.快速公交仿真中公交車??繒r(shí)間的參數(shù)設(shè)置為:上車時(shí)間0.72 s /人,下車時(shí)間0.935 s /人,清空時(shí)間10 s,??繒r(shí)間等于上車時(shí)間、下車時(shí)間及清空時(shí)間之和;期望速度分布設(shè)置為:小汽車速度為48~58 km/h,快速公交車輛速度為15~20,>20~25,>25~30 km/h;站臺(tái)長(zhǎng)度設(shè)置為50~100 m;信號(hào)參數(shù)設(shè)置為兩相位,其中相位一的黃燈3 s、紅燈77 s、綠燈100 s,相位二的黃燈3 s、綠燈100 s、紅燈77 s,南北方向配置相位一,東西方向配置相位二.仿真中不同站間距的參數(shù)設(shè)定如表2所示.
表2 不同站間距下快速公交仿真參數(shù)設(shè)定
2.1.2 仿真系統(tǒng)建立
本文參照廣州快速公交系統(tǒng)構(gòu)建仿真路網(wǎng),道路橫斷面形式為3塊板、雙向8車道,路網(wǎng)形式如圖2所示,專用道為中央式專用道,并通過硬質(zhì)隔離將快速公交專用道與社會(huì)車道分隔,兩側(cè)為社會(huì)車道.
基于表2標(biāo)定的仿真參數(shù),利用VISSIM仿真軟件按照如下步驟:建立路網(wǎng)(繪制社會(huì)車道和快速公交專用道及交叉口)、車輛輸入、定義路徑、配置信號(hào)燈、設(shè)置站點(diǎn)、設(shè)置公交線路、設(shè)置公交路線在站點(diǎn)的??繝顩r,建立不同站間距500~1 500 m的快速公交仿真系統(tǒng).
圖2 快速公交仿真路網(wǎng)Fig.2 Simulation road network of BRT
2.1.3 視頻短片制作
乘客的快速公交出行過程包括到站、等車、乘車、離站4個(gè)階段,建立整個(gè)出行過程的視頻短片.對(duì)于步行到站及離站階段,步行距離取為站點(diǎn)服務(wù)半徑,表1中顯示了不同站間距的站點(diǎn)服務(wù)半徑(500 m站間距的站點(diǎn)服務(wù)半徑R取為300 m);步行時(shí)間根據(jù)步行距離及平均步行速度(取為1.25 m/s)即可確定;通過設(shè)置城市道路及行人場(chǎng)景建立乘客步行到站及離站的視頻.對(duì)于等車階段,不同站間距的等車時(shí)間均取為1.5 min,根據(jù)2017年廣州快速公交調(diào)查獲得的圖片建立等車視頻.對(duì)于乘車階段,依托建立的500~1 500 m站間距的快速公交仿真系統(tǒng),執(zhí)行仿真并將仿真過程錄制視頻;以10倍速度執(zhí)行仿真使得視頻時(shí)長(zhǎng)短于實(shí)際時(shí)長(zhǎng),以縮短視頻實(shí)驗(yàn)中受訪者的觀看時(shí)間.將4個(gè)階段的視頻整合形成不同站間距的乘客快速公交出行的視頻短片.不同站間距的視頻短片特性如表3所示.
表3 視頻短片特性
視頻實(shí)驗(yàn)旨在獲取不同站間距下乘客的服務(wù)水平感知數(shù)據(jù).乘客對(duì)服務(wù)水平的感知受很多因素的影響.乘客的快速公交出行過程包括到站、等車、乘車、離站4個(gè)階段,在到站及離站階段,服務(wù)水平感知受步行距離、人行道狀況(人行道的寬度、隔離狀況、干凈程度)的影響;在等車階段,服務(wù)水平感知受乘客等車時(shí)間、等車環(huán)境(有無座椅及遮擋物、公交站幾何尺寸及干凈程度)的影響;在乘車階段,服務(wù)水平感知受公交車運(yùn)行速度、客流量、車內(nèi)干凈程度的影響.在不同站間距的視頻短片中,不同的因素有站間距、步行距離、公交車運(yùn)行速度、客流量和平均站點(diǎn)??繒r(shí)間.而步行距離、公交車運(yùn)行速度、客流量和平均站點(diǎn)停靠時(shí)間是影響服務(wù)水平感知的重要因素,均體現(xiàn)了站間距對(duì)服務(wù)水平感知的影響.在不同站間距的視頻短片中,人行道狀況、等車時(shí)間及等車環(huán)境等影響服務(wù)水平感知的其他因素的設(shè)置均相同,以此來保證服務(wù)水平的感知僅受站間距的影響.
受訪者招募主要面向內(nèi)蒙古大學(xué)的學(xué)生和教師.通過微信群宣傳及口頭介紹招募受訪者,邊招募受訪者邊進(jìn)行視頻實(shí)驗(yàn),共招募到受訪者126名,其中學(xué)生95名,教師31名.受訪者中男性占52.35%,女性占47.65%;18~29歲占75.40%,30~39歲占14.29%,40~49歲占6.35%,50歲及以上占3.96%.實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)在內(nèi)蒙古大學(xué)交通學(xué)院的多媒體教室.根據(jù)受訪者的個(gè)人時(shí)間情況,按照10人一組進(jìn)行視頻實(shí)驗(yàn),視頻實(shí)驗(yàn)從2020年9月開始持續(xù)到2020年12月底結(jié)束.
實(shí)驗(yàn)前告知受訪者:觀看視頻時(shí)想象自己乘坐快速公交出行,經(jīng)歷了視頻中所展示的到站、等車、乘車、離站等各階段的出行狀況,觀看后請(qǐng)根據(jù)個(gè)人對(duì)整個(gè)出行的感受給出服務(wù)水平評(píng)價(jià).為了確保受訪者是認(rèn)真觀看視頻的,視頻短片的觀看順序?yàn)?將站間距500~700 m作為第一組,800~1 100 m作為第二組,1 200~1 500 m作為第三組,依次從每組中隨機(jī)選取1個(gè)站間距的視頻短片進(jìn)行播放.
視頻實(shí)驗(yàn)流程為:受訪者填寫個(gè)人屬性表格;觀看 11 個(gè)不同站間距的視頻短片,觀看完每個(gè)短片后,受訪者根據(jù)個(gè)人感受給出服務(wù)水平評(píng)價(jià)(A級(jí)(非常滿意)、B級(jí)(滿意)、C級(jí)(比較滿意)、D級(jí)(中立)、E級(jí)(不滿意)、F級(jí)(非常不滿意)).
在視頻實(shí)驗(yàn)中由于受訪者需要觀看較長(zhǎng)時(shí)間的視頻短片,一般來說能夠招募到的受訪者數(shù)量少于問卷調(diào)查.文獻(xiàn)[11]采用視頻實(shí)驗(yàn)收集受訪者對(duì)小汽車、公交、自行車、步行等多模式的服務(wù)水平感知,采用的樣本量為145.Fang等[12]基于出行者感知研究了信號(hào)交叉口的服務(wù)水平,采用視頻實(shí)驗(yàn)收集受訪者的服務(wù)水平感知,招募到100名受訪者.可見,本文中126的樣本量可用于站間距服務(wù)水平分級(jí)研究.截止2019年底,我國(guó)人口中男性比例為51.09%,女性比例為48.91%,本文樣本的性別比例接近國(guó)家人口的性別比例.樣本中18~29歲人數(shù)偏多,50歲及以上人數(shù)偏少.隨著站間距的增加,乘客到站及離站的步行距離增加,年輕人對(duì)步行距離的增加沒有老年人敏感,因此,本文樣本對(duì)一定站間距的服務(wù)水平評(píng)價(jià)稍微偏積極.
(6)
式中:P1表示服務(wù)水平為A級(jí)的概率;P2表示服務(wù)水平為B級(jí)的概率;P3表示服務(wù)水平為C級(jí)的概率;P4表示服務(wù)水平為D級(jí)的概率;P5表示服務(wù)水平為E級(jí)的概率;P6表示服務(wù)水平為F級(jí)的概率;x表示站間距,m;P1+P2+P3+P4+P5+P6=1.
根據(jù)式(5)計(jì)算站間距的分級(jí)臨界值,各級(jí)服務(wù)水平的分級(jí)臨界值x1,x2,x3,x4,x5分別為300,460,850,1 300,1 900 m.相應(yīng)地,快速公交站間距服務(wù)水平分級(jí)見表4.
表4 快速公交站間距服務(wù)水平分級(jí)
從表4可以看出,隨著站間距的增加,服務(wù)水平呈現(xiàn)階梯式降低.
視頻實(shí)驗(yàn)中調(diào)查了受訪者對(duì)于整個(gè)出行過程(包括到站、等車、乘車、離站4個(gè)階段)的服務(wù)水平感知.隨著站間距的增加,乘客到站及離站時(shí)間會(huì)增加,乘車時(shí)間會(huì)降低,這些均已在視頻實(shí)驗(yàn)中體現(xiàn)(如表3所示).到站及離站時(shí)間的增加導(dǎo)致乘客感受到的服務(wù)水平降低,乘車時(shí)間的降低導(dǎo)致乘客感受到的服務(wù)水平提升.站間距服務(wù)水平分級(jí)顯示站間距的增加使得服務(wù)水平降低.說明到站及離站時(shí)間增加導(dǎo)致的服務(wù)水平降低量顯著強(qiáng)于乘車時(shí)間降低導(dǎo)致的服務(wù)水平提升量.可見,相對(duì)于乘車階段,乘客更加注重到站和離站階段所感受到的服務(wù)水平,對(duì)到站和離站階段的感受給予更大的權(quán)重.在快速公交建設(shè)中應(yīng)特別注重站點(diǎn)周邊步行設(shè)施的配置及環(huán)境的美化.
站間距服務(wù)水平分級(jí)為公交規(guī)劃、建設(shè)中站間距的設(shè)置提供了指導(dǎo)依據(jù).為了使未來快速公交可提供較高的服務(wù)水平,應(yīng)盡量采用小的站間距.但小站間距會(huì)導(dǎo)致建設(shè)成本的增加,建設(shè)者可根據(jù)所建分級(jí)在服務(wù)水平和可承擔(dān)的建設(shè)成本之間權(quán)衡而選擇合適的站間距.站間距服務(wù)水平分級(jí)也可用于在公交運(yùn)營(yíng)中評(píng)價(jià)現(xiàn)狀站間距的服務(wù)水平及指導(dǎo)如何優(yōu)化現(xiàn)狀站間距.
1) 提出基于有序Logistic回歸模型的服務(wù)水平分級(jí)臨界值確定方法,為交通設(shè)施及公共交通的服務(wù)水平分級(jí)研究提供方法.
2) 提出不同站間距的客流量估算方法.隨著站間距的增加,線路客流量可能下降,站點(diǎn)客流量可能增加,目前尚沒有研究揭示這一量化關(guān)系,本文提出的估算方法為量化站間距的客流量提供方法.
3) 建立快速公交的站間距服務(wù)水平分級(jí),所建分級(jí)中A級(jí)~F級(jí)的臨界值分別為300,460,850,1 300,1 900 m.所建站間距服務(wù)水平分級(jí)依托的樣本中50歲及以上人數(shù)偏少,主要根據(jù)18~50歲受訪者對(duì)不同站間距的服務(wù)水平感知而得到.因此,所建站間距服務(wù)水平分級(jí)尚不具有廣泛的推廣性,主要適合18~50歲人群對(duì)于站間距設(shè)置的偏好.未來依托大數(shù)據(jù)采用本文提出的方法可構(gòu)建具有廣泛推廣性的站間距服務(wù)水平分級(jí).
4) 本文綜合采用推理、試算、調(diào)研、統(tǒng)計(jì)、仿真的方法確定了不同站間距的線路客流量、站點(diǎn)客流量、站點(diǎn)停靠時(shí)間、公交車運(yùn)行速度、乘客到站距離及時(shí)間、乘客離站距離及時(shí)間等參數(shù)值.采用仿真手段及視頻實(shí)驗(yàn)獲得不同站間距所提供的服務(wù)水平.