綜合公交系統(tǒng)規(guī)劃原理性框架探析

周高衛(wèi)

（四川省交通運(yùn)輸廳公路規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)研究院，四川 成都610041）

0 引言

綜合公交系統(tǒng)（Competitive Multi-modal Transit System）是城市客運(yùn)交通系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、出行結(jié)構(gòu)和交通配置三者博弈的必然產(chǎn)物[1-2]，對(duì)于緩解特大城市的交通擁堵具有重要作用。目前，國(guó)內(nèi)外越來(lái)越多的城市致力于研究出行者需求特征、出行時(shí)間價(jià)值、公共交通系統(tǒng)的適應(yīng)性與城市經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展之間的平衡關(guān)系，使傳統(tǒng)單網(wǎng)獨(dú)立規(guī)劃向多種公交線網(wǎng)統(tǒng)籌規(guī)劃轉(zhuǎn)變，以求公交需求結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)配置與公交系統(tǒng)結(jié)構(gòu)相協(xié)調(diào)，優(yōu)化城市客運(yùn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。

常規(guī)公交系統(tǒng)、快速公交系統(tǒng)（BRT）和城市軌道交通系統(tǒng)等不同公共交通系統(tǒng)需求分析、線網(wǎng)布局優(yōu)化的方法差異性較大。本文基于綜合公交系統(tǒng)內(nèi)涵分析，從市區(qū)出行全過(guò)程和公交需求可塑性兩個(gè)方面論證綜合公交系統(tǒng)統(tǒng)籌規(guī)劃的必要性，在此基礎(chǔ)上提出綜合公交系統(tǒng)規(guī)劃的原理性框架。

1 內(nèi)涵界定

各種公交方式具有獨(dú)立的適應(yīng)性，而出行者交通方式選擇具有個(gè)性，單一的公交方式既不能適應(yīng)多樣性的出行需求，也不能完成公交出行全過(guò)程[3-5]，公共交通需求的多樣性在客觀層面決定了綜合公交線網(wǎng)的層次性。在此背景下，道路公交系統(tǒng)和城市軌道交通系統(tǒng)銜接優(yōu)化已不能適應(yīng)多樣性的出行需求。公交走廊的出行發(fā)生吸引決定了出行量及其空間分布，出行分布則決定了空間聯(lián)系和距離分布。綜合公交系統(tǒng)線網(wǎng)規(guī)劃是在統(tǒng)籌分析公交網(wǎng)絡(luò)形態(tài)與城市空間布局結(jié)構(gòu)的映射關(guān)系的基礎(chǔ)上，通過(guò)迭代優(yōu)化完善綜合公交線網(wǎng)結(jié)構(gòu)和公交走廊系統(tǒng)配置，實(shí)現(xiàn)將不同出行時(shí)間價(jià)值的需求分布在多層次的綜合公交網(wǎng)絡(luò)中（見(jiàn)圖1）。綜合公交系統(tǒng)強(qiáng)調(diào)整體性，而非側(cè)重于系統(tǒng)本身的方式種類。

圖1 綜合公交統(tǒng)籌規(guī)劃內(nèi)涵與范疇

2 必要性分析

2.1 出行全過(guò)程分析

在城市客運(yùn)系統(tǒng)中，全過(guò)程公交出行鏈包含出行方式?jīng)Q策、換乘點(diǎn)選取、出行路徑?jīng)Q策三個(gè)重要階段。出行者公交方式和路徑?jīng)Q策是基于隨機(jī)效用值最大化的原則。出行者在決策出行方式前，首先關(guān)心出行距離；在方式確定后，則以效用值最大化為目標(biāo)決策出行路徑?？紤]公交出行全過(guò)程（見(jiàn)圖2），隨著公交系統(tǒng)線網(wǎng)的不斷完善，綜合公交走廊中“方式—路徑”組合具有多樣性。全過(guò)程公交出行鏈中各階段方式選擇具有反饋效應(yīng)，任何一個(gè)階段的方式選擇、路徑?jīng)Q策都將影響其他階段的方式選擇和路徑?jīng)Q策。通過(guò)優(yōu)化公交客運(yùn)需求和公交系統(tǒng)配置間的映射關(guān)系，可以提升公交出行全過(guò)程服務(wù)效率和水平。

圖2 全過(guò)程公交出行鏈?zhǔn)疽鈭D

2.2 公交需求可塑性分析

城市各種客運(yùn)交通方式的適應(yīng)性和出行需求多樣性間的相互博弈導(dǎo)致公交系統(tǒng)需求具有可塑性，表現(xiàn)為兩點(diǎn)：一是公交需求總量具有可塑性，二是各公交方式分擔(dān)率具有可塑性。綜合公交系統(tǒng)出行總量由人口結(jié)構(gòu)和規(guī)模、城市空間結(jié)構(gòu)、經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平、崗位分布和交通發(fā)展政策等要素綜合決定，各種公交方式需求總量具有可塑性，計(jì)算公式如式（1）所示。由式（1）可知：城市公交系統(tǒng)出行總量在一定的系統(tǒng)環(huán)境、公交系統(tǒng)服務(wù)能力條件下具有波動(dòng)性，若通過(guò)公交統(tǒng)籌優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)服務(wù)水平和能力提升，公交系統(tǒng)總體需求增加，也能最大程度發(fā)揮各種公交方式的比較優(yōu)勢(shì)，適應(yīng)不同效用值的出行需求。

式（1）中，rw、rb、rv、rc、rt分別為不同距離段上步行、自行車、自用乘用車、常規(guī)道路公交和城市軌道交通的比例；Pw、Pb、Pv、Pc、Pt分別對(duì)應(yīng)不同方式總的出行比例。

3 規(guī)劃布局原理性框架

本文在分析綜合公交系統(tǒng)內(nèi)涵和統(tǒng)籌規(guī)劃必要性論證的基礎(chǔ)上研究綜合公交系統(tǒng)線網(wǎng)規(guī)劃方法。綜合公交系統(tǒng)線網(wǎng)布局規(guī)劃包含準(zhǔn)備階段（出行OD矩陣生成）、初級(jí)線網(wǎng)形成和線網(wǎng)優(yōu)化三個(gè)階段。

3.1 出行OD表生成

戶籍人口、暫住人口和流動(dòng)人口出行強(qiáng)度、空間分布、出行方式?jīng)Q策等具有較大差異性，為全面掌握特大城市出行需求特征，需在出行發(fā)生吸引階段按人口分類獲取交通小區(qū)發(fā)生吸引總量。在獲得全人口出行發(fā)生吸引后，由于城市軌道交通車站吸引范圍通常包含若干用于做城市綜合交通規(guī)劃的交通小區(qū)，若直接用城市綜合交通規(guī)劃的資料產(chǎn)生綜合公交需求，其結(jié)果失真程度較大。因此，本文推薦以城市軌道交通車站為中心重構(gòu)交通小區(qū)，將綜合交通規(guī)劃交通小區(qū)的發(fā)生吸引變換為車站吸引范圍相關(guān)小區(qū)的發(fā)生吸引，再根據(jù)修正的重力模型產(chǎn)生基于車站吸引范圍的OD 矩陣。定義交通小區(qū)重構(gòu)權(quán)重εri為原交通小區(qū)i包含于軌道交通車站r某相關(guān)區(qū)域的面積與i交通小區(qū)總面積的比值，即：

式中：Hir為i交通小區(qū)包含于r軌道交通車站某相關(guān)區(qū)域面積；Hi為i交通小區(qū)總面積；oi為i交通小區(qū)分布不均衡系數(shù)。

由此得出基于軌道交通車站吸引范圍重構(gòu)的發(fā)生吸引：

式中：Pr為r軌道交通車站吸引范圍相關(guān)小區(qū)總發(fā)生量；Ar為r軌道交通車站吸引范圍相關(guān)小區(qū)總吸引量；ρij為i交通小區(qū)j類人口數(shù)；аijk為i交通小區(qū)j類人口k出行目的的出行率。

3.2 初始線網(wǎng)形成

根據(jù)基于城市軌道交通車站重構(gòu)的居民出行OD 表，從OD 表中辨識(shí)主要客流集散點(diǎn)；將出行OD矩陣按照Dijkstra最短路原則在道路網(wǎng)上進(jìn)行分配，得出居民出行期望主路徑，計(jì)算遠(yuǎn)期高峰小時(shí)單向最大斷面客流并判定該斷面客流與高斷面客流區(qū)間的支撐關(guān)系，由此判定該公交走廊能級(jí)，據(jù)此初步?jīng)Q策主交通走廊大中運(yùn)量快速公交系統(tǒng)類型，形成綜合公交系統(tǒng)初級(jí)線網(wǎng)。由圖3所示流程得到的初級(jí)路網(wǎng)通常是離散的，且系統(tǒng)間銜接效果不佳，需進(jìn)一步調(diào)整。

圖3 綜合公交初始路網(wǎng)產(chǎn)生流程

3.3 線網(wǎng)優(yōu)化

該階段首先需處理軌道交通系統(tǒng)支線和環(huán)線問(wèn)題，同時(shí)，將基于軌道交通車站吸引范圍的OD矩陣在初級(jí)綜合公交線網(wǎng)上進(jìn)行公共交通方式選擇和客流分配。判定分配結(jié)果是否滿足城市軌道交通系統(tǒng)或BRT 系統(tǒng)能力限制，對(duì)于BRT 系統(tǒng)則應(yīng)判定建設(shè)條件的可行性，最后通過(guò)解析優(yōu)化模型循環(huán)優(yōu)化線網(wǎng)（見(jiàn)圖4）。

圖4 綜合公交線網(wǎng)優(yōu)化流程

4 結(jié)論

從城市綜合公交系統(tǒng)規(guī)劃必要性論證可知，各種公交方式均不能適應(yīng)出行者多樣性出行需求。需求多樣性在客觀層面決定了公交系統(tǒng)線網(wǎng)的層次性，實(shí)現(xiàn)在規(guī)劃層面各種公共交通方式統(tǒng)籌優(yōu)化，是提升綜合公交系統(tǒng)服務(wù)水平的重要措施。

綜合公交系統(tǒng)統(tǒng)籌規(guī)劃注重需求與線網(wǎng)之間的迭代優(yōu)化，強(qiáng)調(diào)系統(tǒng)方式間的協(xié)調(diào)和關(guān)聯(lián)，實(shí)現(xiàn)不同出行目的的需求均有相應(yīng)的公交系統(tǒng)與之服務(wù)、不同種類的公交方式均能最大程度發(fā)揮系統(tǒng)特性。同時(shí)，由于綜合公交系統(tǒng)出行全過(guò)程“方式—路徑”組合的多樣性以及公交全過(guò)程出行鏈廣義費(fèi)用非線性特征顯著，綜合公交系統(tǒng)優(yōu)化是復(fù)雜的系統(tǒng)問(wèn)題。本文所提出的綜合公交線網(wǎng)規(guī)劃僅為基本的思想框架，有待進(jìn)一步深化。

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