公共交通線路網(wǎng)優(yōu)勢(shì)出行距離研究

蔣賢才,墨建亮

(哈爾濱工業(yè)大學(xué)交通科學(xué)與工程學(xué)院,黑龍江哈爾濱 150090)

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公共交通線路網(wǎng)優(yōu)勢(shì)出行距離研究

蔣賢才,墨建亮

(哈爾濱工業(yè)大學(xué)交通科學(xué)與工程學(xué)院,黑龍江哈爾濱 150090)

摘要:目前國(guó)內(nèi)公共交通正處于急速發(fā)展階段,建立功能明確、層次清晰的公共交通線路網(wǎng)是提高公交系統(tǒng)整體服務(wù)水平,提升公交吸引力的有效舉措。文中通過(guò)對(duì)哈爾濱市居民公交出行距離分布數(shù)據(jù)的分析,提出并驗(yàn)證了城市居民公交出行距離分布模型——雙參數(shù)韋布爾分布模型;綜合居民公交出行時(shí)間和票價(jià)兩個(gè)因素,基于各形式公交線網(wǎng)的廣義費(fèi)用,建立了公交線網(wǎng)的優(yōu)勢(shì)出行距離,用以量化公交線網(wǎng)功能。

關(guān)鍵詞:城市交通;公交線網(wǎng)功能;公交出行距離分布;廣義費(fèi)用;優(yōu)勢(shì)出行距離

公共交通憑借其運(yùn)輸效率高、環(huán)境污染小及能源消耗低等諸多優(yōu)勢(shì),成為世界公認(rèn)的解決城市交通問(wèn)題的良藥。中國(guó)公共交通建設(shè)已初具規(guī)模,但同國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家相比還相差甚遠(yuǎn),公交線網(wǎng)結(jié)構(gòu)不合理、功能層次不清等問(wèn)題嚴(yán)重降低了公交系統(tǒng)整體服務(wù)效率和吸引力。中國(guó)公交線網(wǎng)規(guī)劃實(shí)踐中已開(kāi)始注重公交線網(wǎng)的功能分層次劃分,但還一直處于定性分析。為解決該問(wèn)題,該文對(duì)由軌道交通、快速公交BRT和常規(guī)公交組成的公交系統(tǒng)進(jìn)行分析,量化公交線網(wǎng)“長(zhǎng)、中、短”出行的功能概念,為公交線網(wǎng)分層規(guī)劃奠定基礎(chǔ)。

1 公交出行距離分布

1.1 居民公交出行調(diào)查

公交OD可準(zhǔn)確反映線路客流在各公交站點(diǎn)間的分布情況,是了解公交系統(tǒng)現(xiàn)狀、優(yōu)化公交線網(wǎng)規(guī)劃和設(shè)計(jì)的重要依據(jù)。采用“小票法”對(duì)哈爾濱市的公交線路客流OD進(jìn)行調(diào)查,共涉及128條公交線路,其中聯(lián)營(yíng)線路53條、電車(chē)公司線路27條、郊區(qū)線路10條、汽車(chē)公司線路38條。分別對(duì)各線路上下行的早晚高峰居民出行OD進(jìn)行調(diào)查,調(diào)查數(shù)據(jù)如表1所示。

1.2 居民公交出行距離分布假設(shè)

如圖1所示,居民公交出行距離分布表現(xiàn)出類似正態(tài)分布的特性。有研究表明,瑞利分布可近似描述居民公交出行距離分布特性,但擬合效果并不是非常理想。瑞利分布是雙參數(shù)韋布爾分布的特殊形式(形狀參數(shù)為2),這里選用雙參數(shù)韋布爾分布模型對(duì)已有公交出行數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合。

表1 哈爾濱市居民公交出行距離數(shù)據(jù)

圖1 哈爾濱市居民公交出行距離分布

雙參數(shù)韋布爾分布屬于隨機(jī)理論的范疇,其分布函數(shù)和概率密度函數(shù)標(biāo)準(zhǔn)式如下:

式中:α為形狀參數(shù);β為比例參數(shù)。

分布曲線走勢(shì)隨參數(shù)的變化情況如圖2所示,相同的形狀參數(shù),隨著比例參數(shù)的變大,曲線會(huì)變得平緩;相同的比例參數(shù),隨著形狀參數(shù)的變大,曲線會(huì)變得陡峭。

圖2 雙參數(shù)韋布爾分布參數(shù)變化示意圖

1.3 居民公交出行距離分布擬合

對(duì)居民出行距離分布數(shù)據(jù)的擬合有兩種選擇:一是以分布函數(shù)的基本形式進(jìn)行擬合,二是以概率密度函數(shù)形式進(jìn)行擬合,兩者本質(zhì)上其實(shí)是一致的。這里利用MATLAB數(shù)據(jù)分析軟件,以分布函數(shù)形式對(duì)居民的出行距離分布數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合,結(jié)果如圖3所示。

圖3 哈爾濱市居民公交出行距離分布擬合結(jié)果

由圖3可知:雙參數(shù)韋布爾分布擬合曲線與哈爾濱市居民公交出行距離分布數(shù)據(jù)的相關(guān)系數(shù)高達(dá)0.999 8,擬合精度非常高,表明雙參數(shù)韋布爾分布模型可用于描述居民公交出行距離分布特性。

2 公交線網(wǎng)優(yōu)勢(shì)出行距離

2.1 居民公交出行廣義出行費(fèi)用

居民公交出行的廣義出行費(fèi)用是居民公交出行過(guò)程中一切耗費(fèi)的總和,一般由直接經(jīng)濟(jì)衡量費(fèi)用和非直接經(jīng)濟(jì)衡量費(fèi)用兩部分構(gòu)成。直接經(jīng)濟(jì)衡量費(fèi)用為各種公交方式的票價(jià),非直接經(jīng)濟(jì)費(fèi)用為出行時(shí)間。綜合以上兩個(gè)因素,則居民公交廣義出行費(fèi)用為:

式中:F為居民公交出行的廣義出行費(fèi)用(元);η為乘客時(shí)間價(jià)值(元/h);T為居民公交出行時(shí)間(h); C為居民公交出行票價(jià)(元)。

某種交通方式在一定距離段內(nèi)的指標(biāo)對(duì)比結(jié)果好于其他交通方式,則稱該距離段為其優(yōu)勢(shì)出行距離。首先,優(yōu)勢(shì)出行距離是相對(duì)的,選取的比較對(duì)象不同,優(yōu)勢(shì)出行距離也會(huì)有所差異;其次,對(duì)比的指標(biāo)對(duì)優(yōu)勢(shì)出行距離結(jié)果影響很大。這里從消費(fèi)者的角度,考慮對(duì)居民公交出行選擇影響最為顯著的出行時(shí)間和票價(jià)兩個(gè)因素,并利用廣義出行費(fèi)用綜合兩個(gè)因素,研究軌道交通線網(wǎng)、快速公交BRT線網(wǎng)和常規(guī)公交線網(wǎng)各自的優(yōu)勢(shì)出行距離。

對(duì)于一般的公交出行者,各級(jí)公交線路與廣義出行費(fèi)用存在如圖4所示的關(guān)系。由圖4可知各形式公交線網(wǎng)的優(yōu)勢(shì)出行距離可通過(guò)分析廣義出行費(fèi)用,然后聯(lián)立求得兩個(gè)臨界值L1和L2求得。

圖4 居民公交出行距離與廣義費(fèi)用關(guān)系示意圖

2.2 基于公交廣義出行費(fèi)用的優(yōu)勢(shì)出行距離建模

2.2.1 假設(shè)與說(shuō)明

(1)居民公交出行在各等級(jí)公交線網(wǎng)上的換乘情況如圖5所示。居民公交出行一般會(huì)選擇距離自己最近的公交站點(diǎn)乘車(chē),鑒于BRT和軌道交通的優(yōu)勢(shì),與靠近BRT和軌道交通站點(diǎn)出行位置相比,靠近常規(guī)公交站點(diǎn)的位置可認(rèn)為是出行最不利的位置。而從實(shí)際情況來(lái)講,盡管BRT和軌道交通線路設(shè)置時(shí)會(huì)盡力考慮居民客運(yùn)走廊,但覆蓋率仍然有限,常規(guī)公交的主體地位說(shuō)明大部分出行將首先通過(guò)常規(guī)公交。因此,對(duì)一般的公交出行者進(jìn)行建模分析,假設(shè)公交出行在各等級(jí)公交線網(wǎng)之間嚴(yán)格按照從低到高的次序切換。對(duì)于現(xiàn)實(shí)情況中居民公交出行首選BRT或軌道交通的出行,只需將出行中未涉及的公交方式的出行距離視為零即可。

圖5 居民公交出行在各級(jí)公交線路的換乘示意圖

(2)模型中相關(guān)假設(shè)及參數(shù)說(shuō)明:i=1,2,3分別表示常規(guī)公交、BRT和軌道交通;假設(shè)居民從起點(diǎn)到公交站點(diǎn)和從公交站點(diǎn)到終點(diǎn)都采用步行方式,步行距離為d0,步行速度為v0,且假定各等級(jí)公交線網(wǎng)銜接合理,中途換乘過(guò)程中的步行距離很小,可忽略不計(jì);常規(guī)公交出行距離為d1,常規(guī)公交運(yùn)行速度為v1;BRT出行距離為d2,BRT車(chē)輛運(yùn)行速度為v2;軌道交通出行距離為d3,軌道交通列車(chē)運(yùn)行速度為v3;居民公交出行總距離為L(zhǎng);最高利用常規(guī)公交、最高利用BRT和最高利用軌道交通出行的平均候車(chē)時(shí)間分別為t-1_wait、t-2_wait和t-3_wait。

(3)居民公交廣義出行費(fèi)用建模。最高利用常規(guī)公交出行的廣義出行費(fèi)用為:

最高利用BRT出行的廣義出行費(fèi)用為:

最高利用軌道交通出行的廣義出行費(fèi)用為:

2.2.2 各形式公交線網(wǎng)優(yōu)勢(shì)出行距離劃分

由圖4所示各形式公交線網(wǎng)的廣義出行費(fèi)用,聯(lián)立可得各形式公交線網(wǎng)的優(yōu)勢(shì)出行距離。

當(dāng)F1=F2時(shí),可求得:

當(dāng)F2=F3時(shí),可求得:

因此,常規(guī)公交線網(wǎng)的優(yōu)勢(shì)出行距離為[0,L1],BRT線網(wǎng)的優(yōu)勢(shì)出行距離為[L1,L2],軌道交通線網(wǎng)的優(yōu)勢(shì)出行距離為[L2,L3]。

3 結(jié)論

公交線網(wǎng)功能層次的概念已經(jīng)提出很長(zhǎng)時(shí)間,但至今仍停留在定性分析階段。該文首先對(duì)居民公交出行的距離特性進(jìn)行建模分析,并建立雙參數(shù)韋布爾分布模型來(lái)描述居民的公交出行距離特性。在公交線網(wǎng)功能層次規(guī)劃中,經(jīng)常提到常規(guī)公交主要負(fù)責(zé)短距離出行,BRT負(fù)責(zé)中距離出行,軌道交通負(fù)責(zé)長(zhǎng)距離出行,但大都是定性分析,無(wú)法指導(dǎo)生產(chǎn)。該文從消費(fèi)者的角度出發(fā),利用廣義費(fèi)用,綜合考慮居民公交出行過(guò)程中影響最為顯著的時(shí)間和票價(jià)因素,最終得到了各形式公交線網(wǎng)的優(yōu)勢(shì)出行距離,為公交線網(wǎng)的分層規(guī)劃奠定基礎(chǔ)。

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收稿日期:2015-06-03

中圖分類號(hào):U491.1

文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A

文章編號(hào):1671-2668(2016)02-0059-03