基于片區(qū)組織的城鄉(xiāng)公交運(yùn)力配置方法研究

姜曉紅，過秀成，李家斌，奚振平

（東南大學(xué)交通學(xué)院，南京210096）

基于片區(qū)組織的城鄉(xiāng)公交運(yùn)力配置方法研究

姜曉紅，過秀成＊，李家斌，奚振平

（東南大學(xué)交通學(xué)院，南京210096）

基于片區(qū)組織的城鄉(xiāng)公交運(yùn)力配置對(duì)促進(jìn)資源優(yōu)化配置、提高運(yùn)營效益有重要意義.本文針對(duì)城鄉(xiāng)公交單線片區(qū)干支線聯(lián)運(yùn)及多條支線聯(lián)運(yùn)組織、多線片區(qū)內(nèi)相鄰城鎮(zhèn)公交干線跨線運(yùn)行組織，研究運(yùn)力配置方法.單線片區(qū)干支線聯(lián)運(yùn)的運(yùn)力配置以干線運(yùn)力為主，采取傳統(tǒng)配車法測(cè)算干線運(yùn)力規(guī)模；提出多條支線聯(lián)合運(yùn)行組織的車輛總規(guī)模測(cè)算方法.多線片區(qū)組織的運(yùn)力整合主要體現(xiàn)在相鄰干線車輛跨線調(diào)配節(jié)省的運(yùn)力，分別針對(duì)利用高峰時(shí)間差、方向不均衡進(jìn)行運(yùn)力調(diào)配過程分析與建模.最后結(jié)合算例研究運(yùn)力配置方法的應(yīng)用，比較分析聯(lián)運(yùn)前后運(yùn)力資源的節(jié)省.結(jié)果表明，配置方法能較好地應(yīng)用于基于片區(qū)組織的運(yùn)力配置研究中.

交通工程；運(yùn)力配置；跨線調(diào)配；城鄉(xiāng)公交；片區(qū)組織

1 引言

由于城區(qū)（縣城）、鄉(xiāng)鎮(zhèn)、村莊居民在出行強(qiáng)度、出行高峰時(shí)段分布等方面的差異性，城鄉(xiāng)公交線路客流強(qiáng)度、時(shí)空分布的動(dòng)態(tài)不均衡性特征明顯.對(duì)于城區(qū)至鄉(xiāng)鎮(zhèn)的城鎮(zhèn)公交干線，傳統(tǒng)單線運(yùn)行下，通常出現(xiàn)高峰運(yùn)力不足、低谷運(yùn)力過剩；雙向客流強(qiáng)度差異大的線路，運(yùn)力若未相應(yīng)調(diào)整匹配，易形成某方向運(yùn)力過剩或不足；對(duì)于深入各行政村的鎮(zhèn)村公交支線，運(yùn)營資金投入有限使得難以單獨(dú)為其配備充足運(yùn)力.雖然城鄉(xiāng)公交線路實(shí)現(xiàn)了通達(dá)與鎮(zhèn)村覆蓋，但由于運(yùn)力配置集約化程度的不足，導(dǎo)致城鄉(xiāng)公交服務(wù)時(shí)間、服務(wù)頻率的欠缺，影響服務(wù)效果、運(yùn)營效益與線路的可持續(xù)發(fā)展.國內(nèi)外學(xué)者論證了城鄉(xiāng)公交線路車輛調(diào)配運(yùn)行，向規(guī)模化、區(qū)域化發(fā)展，實(shí)施片區(qū)組織形式[1-4]能夠提高企業(yè)運(yùn)營的集約性，促進(jìn)城鄉(xiāng)公共服務(wù)的均等化.片區(qū)組織即將一條或多條城鄉(xiāng)公交干線與其相應(yīng)的衍生支線進(jìn)行整合構(gòu)成片區(qū)，由一家企業(yè)經(jīng)營，干支冷熱互補(bǔ)，根據(jù)客流波動(dòng)性及不同線路客流時(shí)空分布差異特征，采取適宜的行車組織形式，組織車輛跨線運(yùn)行與調(diào)度[5].

本文中城鄉(xiāng)公交主要指聯(lián)系鄉(xiāng)村地區(qū)的公共交通，包含連接城區(qū)到鎮(zhèn)（街道）的城鎮(zhèn)公交干線、鎮(zhèn)到村的鎮(zhèn)村公交支線、相鄰鎮(zhèn)之間的鎮(zhèn)鎮(zhèn)公交支線.基于片區(qū)組織的城鄉(xiāng)公交運(yùn)力配置主要研究線路聯(lián)合行車組織形式下的運(yùn)力調(diào)配與規(guī)模測(cè)算方法.既有研究多是針對(duì)單條城鄉(xiāng)公交線路，以滿足高峰時(shí)段線路最大斷面流量、滿載率要求進(jìn)行測(cè)算[6]；針對(duì)運(yùn)營成本、乘客出行滿意度建立多目標(biāo)優(yōu)化模型以優(yōu)化發(fā)車間隔[7]；考慮客流特征差異采取干支線分級(jí)配備車型策略[8].運(yùn)力配置受客運(yùn)量、運(yùn)距、政策引導(dǎo)、市場(chǎng)規(guī)則與運(yùn)價(jià)制定等因素影響，本文將重點(diǎn)考慮客運(yùn)量、運(yùn)距與運(yùn)營成本因素，結(jié)合片區(qū)行車組織形式，提出相應(yīng)的運(yùn)力調(diào)配方法.

2 片區(qū)組織

片區(qū)組織從空間上看，以城區(qū)到鄉(xiāng)鎮(zhèn)的干線定位片區(qū)，關(guān)聯(lián)性較強(qiáng)的鄉(xiāng)鎮(zhèn)到村及村村之間形成多點(diǎn)放射型或區(qū)域內(nèi)環(huán)型線網(wǎng)結(jié)構(gòu)，使得鎮(zhèn)－村、村－村線路與城鎮(zhèn)公交干線形成一個(gè)整體.單條城鎮(zhèn)公交干線及其輻射鎮(zhèn)村線路進(jìn)行整合形成單線片區(qū).隨著出行需求增加，線網(wǎng)布局網(wǎng)絡(luò)化，多條城鎮(zhèn)公交干線及其支線形成多線片區(qū)組織，加強(qiáng)線路間運(yùn)力調(diào)配.

（1）單線片區(qū)行車組織.

考慮鎮(zhèn)村公交支線客流少，采取干支線聯(lián)運(yùn)、多條支線聯(lián)運(yùn)兩種形式.對(duì)于高低峰期明顯的城鎮(zhèn)公交干線，將平峰、低谷期閑置運(yùn)力補(bǔ)充至片區(qū)內(nèi)鎮(zhèn)村支線，使得干線車輛在平峰與低谷期經(jīng)過鎮(zhèn)后繼續(xù)通至周邊村，以增加鎮(zhèn)村公交支線的服務(wù)頻率，促進(jìn)鎮(zhèn)村公交支線的持續(xù)運(yùn)行.鎮(zhèn)村公交支線多是以鎮(zhèn)為中心的放射線，相鄰距離近的若干條短程放射支線聯(lián)合行車，采用循環(huán)對(duì)開的環(huán)線行車組織，雙向行車，在不同位置不同時(shí)段聯(lián)系不同村莊的客流.

（2）多線片區(qū)行車組織.

多線片區(qū)是在單線片區(qū)組織基礎(chǔ)上，結(jié)合相鄰城鎮(zhèn)公交干線走向有重合、高峰時(shí)段錯(cuò)位、客流方向分布差異特征，采取跨線運(yùn)行調(diào)度方式.

①利用線路存在復(fù)線或匯合點(diǎn)，相鄰城鎮(zhèn)公交干線車輛從銜接或共線處相互調(diào)配，采用高峰期間線路分別運(yùn)行、低谷期運(yùn)力過剩時(shí)兩條線路在銜接處并車運(yùn)行的聯(lián)運(yùn)方式，同時(shí)低谷期的富余車輛延伸至片區(qū)內(nèi)鎮(zhèn)村公交支線.

②若相鄰干線高峰時(shí)段存在錯(cuò)位，如通勤、旅游、趕集、休閑線路各方向的高峰時(shí)段會(huì)有差異，將錯(cuò)位時(shí)段內(nèi)的非高峰線路上部分車輛轉(zhuǎn)移調(diào)配至其正值客流高峰的線路中.

③鄰近線路客流方向差異明顯下的相互調(diào)配.如某個(gè)鎮(zhèn)是經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)或有大型工廠，由于工廠職工多來自其他鎮(zhèn)或城區(qū)的居民，因此職工上下班與該鎮(zhèn)居民進(jìn)出城高峰方向會(huì)存在明顯的反向特征，可組織職工上下班公交線路與城鎮(zhèn)公交干線進(jìn)行運(yùn)力調(diào)配.

3 基于片區(qū)組織的城鄉(xiāng)公交運(yùn)力配置方法

3.1 單線片區(qū)運(yùn)力配置

單線片區(qū)運(yùn)力配置以城鎮(zhèn)公交干線運(yùn)力為主，支線運(yùn)力則考慮其與干線的聯(lián)運(yùn)形式，采取相應(yīng)策略以適當(dāng)調(diào)配運(yùn)力.

（1）干支線聯(lián)運(yùn)配車.

針對(duì)靈活調(diào)用干線車輛帶動(dòng)支線運(yùn)行的單線片區(qū)，其運(yùn)力規(guī)模即為干線的配車數(shù).

城鎮(zhèn)公交干線最小運(yùn)力應(yīng)能滿足高峰時(shí)段線路最大斷面客運(yùn)量，按傳統(tǒng)配車法，周轉(zhuǎn)時(shí)間乘以高峰小時(shí)內(nèi)發(fā)車頻率進(jìn)行測(cè)算.

（2）多條支線聯(lián)運(yùn)配車.

對(duì)于調(diào)用干線車輛仍難以滿足需求的支線，則需另外配備小型巴士.支線發(fā)車間隔多為60 min以上，長度在10 km以內(nèi)，1輛小型巴士即可完成周轉(zhuǎn)運(yùn)營.發(fā)車間隔較長則會(huì)導(dǎo)致車輛閑置，當(dāng)車輛成本約束時(shí)可對(duì)鎮(zhèn)內(nèi)多條支線進(jìn)行聯(lián)合配車.

假定每條支線每日需完成既定的運(yùn)行車次任務(wù)；受車輛調(diào)度能力限制，每輛車每天行駛里程有限制（或運(yùn)行工時(shí)，如8小時(shí)）.多支線聯(lián)合配車數(shù)的求解即簡(jiǎn)化為已知一輛車每日運(yùn)行工時(shí)，共需要多少輛車完成所有支線運(yùn)行車次所需時(shí)間，計(jì)算公式為

式中N——片區(qū)內(nèi)多條線路聯(lián)合配車總數(shù)，輛；

Rzj——片區(qū)內(nèi)支線j發(fā)車次數(shù)；

Tzj——片區(qū)內(nèi)支線j周轉(zhuǎn)時(shí)間（包括雙向行程時(shí)間與首末站?？繒r(shí)間），min；

T——片區(qū)內(nèi)支線車輛每日運(yùn)行工時(shí)要求，min.此類片區(qū)運(yùn)力即干線配車數(shù)與支線聯(lián)合配車數(shù)之和.

3.2 多線片區(qū)運(yùn)力配置

多線片區(qū)組織的運(yùn)力整合主要體現(xiàn)在相鄰干線跨線運(yùn)行節(jié)省的運(yùn)力.利用線路存在復(fù)線或匯合點(diǎn)進(jìn)行調(diào)配的干線在其低谷期調(diào)配富余運(yùn)力至支線，相應(yīng)地節(jié)省支線運(yùn)力或增加支線服務(wù)頻率.重點(diǎn)分析相鄰干線利用高峰時(shí)間差、客流分布方向不均衡跨線運(yùn)行的運(yùn)力調(diào)配.

（1）利用高峰時(shí)間差調(diào)配運(yùn)力.

假設(shè)某一片區(qū)內(nèi)有N條干線，進(jìn)行運(yùn)力調(diào)配的相鄰干線i、干線j，兩者高峰時(shí)段分別為Ti=Tei-Tsi,Tj=Tej-Tsj，高峰時(shí)段分布如圖1所示.相鄰線路高峰時(shí)間差完全錯(cuò)位或部分錯(cuò)位，部分錯(cuò)位時(shí)存在三種情況：兩線路高峰時(shí)刻同時(shí)開始，不同時(shí)刻結(jié)束；不同時(shí)刻開始高峰期，同時(shí)結(jié)束；三是高峰時(shí)段起訖時(shí)刻均不同.三種情況的運(yùn)力調(diào)配方法相同，因此選一種為代表說明運(yùn)力調(diào)配與測(cè)算方法.

圖1 線路i與j高峰時(shí)段分布圖Fig.1 Peak time distribution of route i and j

假設(shè)相鄰兩干線i、j高峰時(shí)段同時(shí)開始，i先于j結(jié)束，高峰時(shí)段差為ΔT.線路i高峰時(shí)段的發(fā)車頻率、配車數(shù)及平峰配車數(shù)分別為在由高峰轉(zhuǎn)入平峰后，其富余車輛可供調(diào)配往線路j的頻率為在高峰時(shí)段差ΔT內(nèi)可參與到線路j的有效車輛數(shù)為由于城鄉(xiāng)公交線路周轉(zhuǎn)時(shí)間較長，將近2個(gè)小時(shí)，高峰時(shí)段長小于其周轉(zhuǎn)時(shí)間，則兩條線路聯(lián)運(yùn)可以節(jié)省車輛數(shù)為ΔVij.對(duì)片區(qū)內(nèi)的N條線路進(jìn)行適當(dāng)組合優(yōu)化，從區(qū)域?qū)用媾渲眠\(yùn)力資源，運(yùn)力節(jié)省當(dāng)高峰時(shí)間段完全錯(cuò)位時(shí)的節(jié)省車輛數(shù)將ΔT替換為線路j的高峰時(shí)段長進(jìn)行計(jì)算.考慮線路間距離與車輛調(diào)度能力，節(jié)省運(yùn)力還需在此基礎(chǔ)上乘以折算系數(shù)，如取0.9.該類片區(qū)所需運(yùn)力即為各條干線獨(dú)立運(yùn)行時(shí)總運(yùn)力減去聯(lián)運(yùn)時(shí)節(jié)省運(yùn)力：

（2）利用方向不均衡調(diào)配運(yùn)力.

由城區(qū)同一公交樞紐發(fā)往相鄰鎮(zhèn)的兩條城鎮(zhèn)公交干線的客流量上下行差異大且客流量較大的方向相反時(shí)，由于線路相距較近，車輛能盡快駛?cè)肓硪痪€路進(jìn)行跨線調(diào)配以提高車輛利用率.

圖2 利用客流分布方向不均衡的運(yùn)力調(diào)配Fig.2 Interlining based on the passenger flow distribution differences between up and down

如圖2所示，假設(shè)線路1（OA）和線路2（OB）為城區(qū)同一公交樞紐發(fā)往相鄰鎮(zhèn)的兩條城鄉(xiāng)公交干線，早高峰時(shí)段接近.早高峰時(shí)段線路1由A往O方向發(fā)車頻率為O往A方向發(fā)車頻率為周轉(zhuǎn)時(shí)間為T1，h；線路2由B往O方向發(fā)車頻率為O往B方向發(fā)車頻率為周轉(zhuǎn)時(shí)間為T2，h.由于兩條線路上下行客流差異，可調(diào)配部分車輛跨線行駛（如若則沿AOBA跨線行駛），跨線行駛周轉(zhuǎn)時(shí)間為T3，h.運(yùn)力調(diào)配總時(shí)段涵蓋兩條線路高峰時(shí)段，設(shè)為T，h.計(jì)算運(yùn)力時(shí)將車輛分為三種：

兩條線路的客流方向不均衡系數(shù)相近且兩者各方向發(fā)車頻率差接近時(shí)，跨線行駛節(jié)約運(yùn)力效果較佳.跨線行駛車輛數(shù)以兩條線路中需求量較大線路為依據(jù)，另一條線路的首末站發(fā)出的車輛可適當(dāng)減少發(fā)車間隔；為保證跨線行駛線路的下行方向能按時(shí)刻表發(fā)車，跨線車輛應(yīng)與線路上固定行駛車輛按間隔發(fā)出，若難以實(shí)現(xiàn)則需增加運(yùn)力；因此跨線行駛車輛數(shù)需加以折算，如取系數(shù)1.2.

4 算例分析

如圖3所示，線路JW與JS為城區(qū)同一公交樞紐J發(fā)往街道W與S的兩條城鎮(zhèn)公交干線，街道W有大型工廠，早高峰期間有職工從J前往W上班，該方向城鄉(xiāng)公交線路發(fā)車間隔為5 min，另一方向發(fā)車間隔為10 min.相鄰街道S內(nèi)早高峰趕往城區(qū)的乘客較多，發(fā)車間隔為6 min，另一方向?yàn)?0 min，可利用兩線路客流方向不均勻進(jìn)行跨線運(yùn)力調(diào)配.由街道S發(fā)往周邊各村的公交支線的周轉(zhuǎn)時(shí)間多為45 min左右，一天發(fā)車總次數(shù)要求均為6次，4條支線采取聯(lián)合配車.2條跨線調(diào)配的城鎮(zhèn)公交干線與4條聯(lián)合配車的鎮(zhèn)村公交支線構(gòu)成多線片區(qū).

圖3 多線片區(qū)組織圖Fig.3 Multi-routes operation

由式（3）得固定在線路JS、JW運(yùn)行車輛分別為11、10輛，跨線S→J→W→S運(yùn)行需11輛.跨線行駛車輛數(shù)以線路JW為依據(jù)計(jì)算，線路JS的首末站發(fā)出的車輛可適當(dāng)減小發(fā)車間隔（5 min）.設(shè)線路JS至少每隔x輛正常車發(fā)一輛跨線車，則5(x+1)= 10x，解得x=1；同樣得到線路JW每隔2輛正常車發(fā)1輛跨線車.本例中跨線配車能確保各個(gè)方向可以按需求的發(fā)車間隔發(fā)車，因此節(jié)約的運(yùn)力無需進(jìn)行折算.由于城鄉(xiāng)公交客流潮汐性明顯，晚高峰運(yùn)力跨線調(diào)配方向則與早高峰相反，總運(yùn)力規(guī)模不變.測(cè)算得聯(lián)運(yùn)情況下共需32輛75座公交車.街道W與S間有鎮(zhèn)鎮(zhèn)公交支線運(yùn)行，運(yùn)行于W→S方向的運(yùn)力并非空駛，相應(yīng)地也能為該支線增加服務(wù)頻率.4條聯(lián)合配車的鎮(zhèn)村支線車輛一天運(yùn)營時(shí)間為8小時(shí)，由式（1）測(cè)算共需2輛40座公交車，詳見表1.

該多線片區(qū)城鎮(zhèn)公交干線、鎮(zhèn)鎮(zhèn)公交支線、鎮(zhèn)村公交支線進(jìn)行聯(lián)運(yùn)共需32輛75座公交車和3輛40座公交車，相比非聯(lián)運(yùn)時(shí)節(jié)約4輛75座公交車和2輛40座公交車的購置費(fèi).

表1 基于多線片區(qū)組織的運(yùn)力配置Table.1Capacity allocation based on multi-routes operation

5 研究結(jié)論

本文研究基于單線片區(qū)城鄉(xiāng)公交干支線聯(lián)運(yùn)及支線聯(lián)運(yùn)行車組織形式，多線片區(qū)內(nèi)相鄰城鎮(zhèn)公交干線跨線運(yùn)行組織形式的運(yùn)力配置方法.單線片區(qū)運(yùn)力配備以干線運(yùn)力為主，干線運(yùn)力采取傳統(tǒng)配車法計(jì)算規(guī)模，支線運(yùn)力結(jié)合其與干線聯(lián)運(yùn)形式采取相應(yīng)的聯(lián)運(yùn)配車策略，針對(duì)發(fā)車次數(shù)少的支線，提出多條支線進(jìn)行聯(lián)運(yùn)的運(yùn)力測(cè)算方法.多線片區(qū)運(yùn)力配備則以單線運(yùn)力配備為基礎(chǔ)，結(jié)合相鄰干線跨線運(yùn)行進(jìn)行運(yùn)力調(diào)配：測(cè)算利用高峰時(shí)間差轉(zhuǎn)入平峰或低谷車輛調(diào)配至正值高峰期的相鄰干線的運(yùn)力調(diào)配，分析相鄰線路由于方向不均衡進(jìn)行運(yùn)力調(diào)配過程并構(gòu)建運(yùn)力測(cè)算模型.最后，結(jié)合多線片區(qū)內(nèi)城鎮(zhèn)公交干線利用客流方向不均勻進(jìn)行調(diào)配，通過四條鎮(zhèn)村公交支線聯(lián)合配車的算例，進(jìn)一步分析運(yùn)力配置方法的應(yīng)用，比較分析聯(lián)運(yùn)前后運(yùn)力資源的節(jié)省.結(jié)果表明，配置方法能較好地應(yīng)用于基于片區(qū)組織的運(yùn)力配置研究中.基于片區(qū)組織的運(yùn)力配置，在保證客運(yùn)需求與城鄉(xiāng)居民出行服務(wù)質(zhì)量的基礎(chǔ)上，能有效整合運(yùn)力資源，提高運(yùn)營效益.

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Capacity Allocation Method of Rural Transit Routes Based on Zone Operation

JIANG Xiao-hong,GUO Xiu-cheng,LI Jia-bin,XI Zhen-ping
(School of Transportation，Southeast University，Nanjing 210096，China)

ract:Capacity allocation method of rural transit routes based on zone operation is developed to promote the resource allocation and operational efficiency.The branch routes can be interlined with the adjacent trunk route to develop single route zone operation.Several branch routes can be allied to minimize capacity. Multi trunk routes and branch routes of adjacent towns can be allied to develop multi-routes zone operation. The method of capacity allocation based on zone operation is researched as follows.Firstly,the capacity allocation of interlining of trunk and branch routes of single route operation is depended on the trunk route,and the traditional capacity calculate formula is adopted for the trunk route.An estimation method of capacity allocation for alliance of several branch routes is put forward.Secondly,the capacity allocation of multi-routes operation is mainly depended on the interlining of adjacent routes.Aiming to the difference of peak time distribution,and directional distribution of passenger flow between the adjacent routes respectively,the capacity allocation process and models for multi-routes operation are proposed.Finally,the application of method is illustrated by a numerical example,and the capacity saving after interlining is analyzed.The results show that the proposed method can be applied in the capacity allocation of rural transit routes based on zone operation.

rds:traffic engineering;capacity allocation;interline;rural transit;zone operation

1009-6744（2014）04-0126-05

U491

A

2013-11-15

2014-03-10錄用日期：2014-03-18

江蘇省交通科學(xué)研究計(jì)劃項(xiàng)目（09R02）；建設(shè)部軟科學(xué)研究項(xiàng)目（2008-K5-14）；江蘇省2011年度普通高校研究生科研創(chuàng)新計(jì)劃項(xiàng)目（CXLX_0140）.

姜曉紅（1985-），女，江蘇常州人，博士生. *

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