基于GIS的公交路線優(yōu)化設計

王玉霞+黃萬里+國瀚文+魏智攀+賈旺雪+單盛志+楊開凱

摘要：為了緩解城市交通壓力，促進交通擁堵問題的解決，必須利用先進的GIS技術對城市交通進行優(yōu)化，增加公共交通的容量，減少人均道路資源的占用率 ，可有效緩解城市交通擁堵。本文以城市公交線路網絡的特點為依據(jù)，深入研究GIS地理信息系統(tǒng)在優(yōu)化公交路線設計中的具體應用，充分發(fā)揮GIS系統(tǒng)在城市公交線路規(guī)劃中的優(yōu)勢具有重要意義。

關鍵詞：GIS系統(tǒng)；公交線路；優(yōu)化設計

在城市公交線路規(guī)劃設計中，傳統(tǒng)的技術方法存在很大的局限性，相關工作人員分析線路設計的空間關系及進行合理決策具有一定難度。而GIS地理信息系統(tǒng)在公交路線設計中的科學應用可使以上問題得到有效解決。對城市公交運行的實際狀況進行分析，采用與城市公交線路優(yōu)化設計相匹配的GIS地理信息系統(tǒng)，緩解城市交通壓力，使居民出行的需求得到滿足。

1GIS的基本定義

從技術方面來看，GIS系統(tǒng)的基礎為地理的空間數(shù)據(jù)，所用的分析方法為地理模型，可進行多種動態(tài)和空間地理信息的適時提供，為地理決策及研究提供服務。表明上來看，該系統(tǒng)具有計算機的軟硬件系統(tǒng)的外觀，實際上則是地理數(shù)據(jù)與計算機程序組成空間信息的模型，通過GIS系統(tǒng)的作用完成不同層次與側面的空間及時間的特征的提取，也可對自然演變及思維結果給予快速模擬，最終取得實驗或者地理預測的結果，對管理及決策選擇優(yōu)化、合理的方案。

2基于GIS的公交路線優(yōu)化設計分析

2.1優(yōu)化公交線路的主要目的。對公交線路進行設計優(yōu)化不僅可使公共交通的運營效率得到提高，服務于更多乘客，提高公共交通系統(tǒng)的收益；同時也使公共交通運營的成本及費用降低。以公交線路優(yōu)化原則為基礎，結合居民及公交企業(yè)的滿意程度分析得出，公交路線優(yōu)化的主要目標為確保乘客出行的總時間最少；提高服務效率，保證乘客乘車直達率最大化；使公交路線所覆蓋的面積得到保證，確保最大的路線覆蓋率；確保最小的路線重復率及降低公交企業(yè)運營的成本，取得最大的公交效益。

2.2公交線路傳統(tǒng)優(yōu)化方式。公交線路系統(tǒng)尤為復雜，實施優(yōu)化比較苦難，優(yōu)化模式的合理性、高效性直接影響著優(yōu)化的結果，在實踐過程中，常用的優(yōu)化方式有以下幾種：

2.2.1選擇最佳線路。通常來講，利用線路搜索的方法可以得到最佳的公交線路，不僅與線路的布設相符合，同時也利于計算機輕易實現(xiàn)。該方式以公交起點為出發(fā)點，對其臨近的周圍交通區(qū)域進行搜索，然后將搜索到的新的交通區(qū)域當作新起點，向附近交通趨于進行繼續(xù)搜索，直到搜索的該條線路達到所需線路程度即可。對每個搜索的節(jié)點線路的目標函數(shù)及約束條件給予充分考慮，所得出的最終公交線路不僅使約束條件得到滿足同時還應確保最大的運營效率。本質上來講，該方式將公交起點作為根，然后開展臨近網絡區(qū)域的樹狀搜索。該種方法雖然可以通過全部線路搜索獲得效率最高的線路，但是這種方法對于現(xiàn)狀的公交線路并不適應。

2.2.2逐條分析備選線路。最簡便實用的優(yōu)化公交線路的方式就是對逐條備選線路進行分析，其基本原理是盡量保證最少的換乘次數(shù)和最大的運送量，通過對備選線路終點與起點的位置以及客流的分布情況進行分析，然后對各條線路運行的最佳方向機配對進行確定，使其約束條件得到滿足。雖然該種方法在實際運用中具有較強的課操作性，但是在公交線路傳統(tǒng)優(yōu)化中不易實現(xiàn)。

2.2.3對客流進行合理擬合。在實現(xiàn)系統(tǒng)客流分配最佳化后，通過舍小取大的方法對網絡進行截取，形成初始網絡。雖然該種方法能夠將居民的出行需求很好地反映出來，但是具體操作性研究比較缺乏。

2.2.4工作經驗及專家建議的借鑒參考。在既有公交線路的設定方案的基礎上，進一步優(yōu)化設計公交線路，比如輻射型、方格型線網等。該方法雖然以相關工作經驗或者專家的合理化建議為對線路進行優(yōu)化，但是不能保證其科學性及優(yōu)化效率。

3公交線路優(yōu)化過程中GIS的實際應用

實際工作中，采用逐條布線、優(yōu)選淘汰以及優(yōu)選線路組合等方法構成線網，采用合并、延長、組合等方法對線路實施深度優(yōu)化，結合實際狀況予以調整。對居民出行規(guī)律、人口的區(qū)域分布以及用地的規(guī)劃等情況進行考慮，保留既有的公交線路中最優(yōu)的路線，作為公交線路優(yōu)化的組成部分；同居民乘車、管理部門以及城市規(guī)劃等部門的意見結合，并采用其中合理的、有效的建議和意見，納入到公交線路優(yōu)化中。

3.1基于GIS公交線路優(yōu)化的過程。首先需要實現(xiàn)交通小區(qū)、步行及道路網絡、線路及站點等文件的建立；然后對公交矩陣、居民出行、線路屬性等相關數(shù)據(jù)文件進行編輯；確定所需模型及模型參數(shù)，并對出行的生成、分布、方式的劃分等情況進行預測；預測客流需求，并進行合理分配，確定線路及斷面的客流量，參考實際情況實施公交線路優(yōu)化；對不滿意的優(yōu)化方案進行公交線路的層文件修改，對客流進行重新分配，然后分析結果，直至預期目標的實現(xiàn)。

3.2 GIS系統(tǒng)中，電子地圖上站點布設的過程。首先用鼠標點擊電子地圖中相應站點的位置，標記出該點坐標；其次通過GIS檢索，獲取該點距離最近線路；然后對該點與路線的垂足進行確定，并對點對于的方位進行判別；對垂足位置及坐標做出記錄；垂足所在位置即為公交站點位置，對公交站點進行命名。

3.3 GIS系統(tǒng)中，線路交互調整程序。首先進行需要進行調整的線路首站的選取工作，線路記錄中GIS定位到相應路段，對插入的新線路的點進行確定；利用鼠標對下一個公交站點進行拾取，通過GIS對該點的位置進行判斷，如果該點在原來的線路上，則結束該線路的調整，并將新線路終點定為該節(jié)點，進行新舊線路替換。如果不在原來線路上，可在線路中插入以前的站點與本站點間最短距離短的線路作為新線路，然后繼續(xù)進行鼠標拾取。

結束語：實踐證明，在公交線路優(yōu)化過程中，運用GIS系統(tǒng)中客流分配的最佳方法，實現(xiàn)道路交通網絡中的客流分配，并通過專題圖示將個線路客流情況顯示出來。公交線路的優(yōu)化以系統(tǒng)最佳客流分配為基礎，可有效促進公共交通線路效率及居民公交出行的滿意度的提升。

參考文獻

[1]陳艷艷， 魏攀一， 賴見輝，等. 基于GIS的區(qū)域公交可達性計算方法0[J]. 交通運輸系統(tǒng)工程與信息， 2015（2）：61-67.