基于換乘方式聚類分析的地鐵公交運(yùn)營優(yōu)化

孫雨萌,劉明奪,呂思聰

(黑龍江工程學(xué)院 汽車與交通工程學(xué)院,黑龍江 哈爾濱 150050)

基于換乘方式聚類分析的地鐵公交運(yùn)營優(yōu)化

孫雨萌,劉明奪,呂思聰

(黑龍江工程學(xué)院 汽車與交通工程學(xué)院,黑龍江 哈爾濱 150050)

為了減少常規(guī)公交與地鐵1號線重復(fù)率，提高常規(guī)公交為地鐵1號線服務(wù)效率，對哈爾濱地鐵1號線服務(wù)范圍內(nèi)公交換乘線路、早晚高峰客流量、日客運(yùn)人數(shù)進(jìn)行調(diào)査。并基于換乘方式聚類分析的方法進(jìn)行研究，細(xì)化調(diào)整原則，擬定調(diào)整方案，根據(jù)評價(jià)指標(biāo)的原則建立常規(guī)公交換乘協(xié)調(diào)性評價(jià)體系，主要依據(jù)線路重復(fù)系數(shù)、運(yùn)能協(xié)調(diào)度、平均換乘時(shí)間等常規(guī)指標(biāo)進(jìn)行評價(jià)。評價(jià)結(jié)果表明,調(diào)整后的總線網(wǎng)絡(luò)有利于地鐵1號線的運(yùn)營，其評價(jià)指標(biāo)均能達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)參考值,僅平均換乘時(shí)間略高于標(biāo)準(zhǔn)參考值，有待進(jìn)一步改善。

哈爾濱地鐵；常規(guī)公交；聚類分析；換乘方式；評價(jià)

隨著交通格局的發(fā)展與完善，交通方式孤立存在的模型已經(jīng)被打破，逐步形成綜合交通一體化發(fā)展模式，城市軌道交通憑借其方便的線路條件與良好乘車舒適性占據(jù)城市客運(yùn)的主導(dǎo)地位。城市常規(guī)公交與軌道交通線路有效接駁是交通一體化的重要環(huán)節(jié)，常規(guī)公交在接駁范圍內(nèi)為軌道站點(diǎn)輸散源源不斷的客流是軌道交通高效運(yùn)輸?shù)谋Ｕ?，要按照兩種交通方式的功能定位，調(diào)整布設(shè)合理的常規(guī)公交站點(diǎn)，使其與軌道交通線路緊密銜接[1]。

1 概 況

哈爾濱地鐵(Harbin Metro)是哈爾濱市城市軌道交通主要體系[2]。哈爾濱“十線一環(huán)”規(guī)劃中第一條開通運(yùn)營的地鐵線路為地鐵1號線(簡稱：1號線)，東起哈東站，途經(jīng)交通學(xué)院、和興路沿線、黑龍江大學(xué)，西至哈南站，銜接哈爾濱各大高校與商業(yè)區(qū)，全長共17.47 km，共計(jì)18所車站。哈爾濱地鐵1號線站點(diǎn)地理位置及相關(guān)換乘公交站點(diǎn)、公交線路，如表1所示。作為城市軌道交通骨架線的地鐵1號線自載客以來至2016年10月6日，安全運(yùn)營1 107 d，客運(yùn)量為18 398.52萬人次，日均客運(yùn)量16.62萬人次，運(yùn)營里程為486.31萬km。統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示:哈爾濱市常規(guī)公交線路178條，日均出行客流量約315萬人次，其中共有106條公交線路與地鐵1號線進(jìn)行換乘。

表1 哈爾濱地鐵1號線相關(guān)公交線路

續(xù)表1

2 哈爾濱市地鐵1號線客流調(diào)查

2.1 調(diào)查方法

2.1.1 問卷法調(diào)查

問卷調(diào)查能夠直接明確地了解乘客的出行方向、工具等，調(diào)查地址為地鐵站點(diǎn)出入口、地鐵站點(diǎn)候車月臺、開動(dòng)的地鐵車廂,調(diào)查時(shí)期主要為居民出行平峰時(shí)段,乘客流量穩(wěn)定，便于整理統(tǒng)計(jì)，調(diào)查問題包括：日常出行中是否經(jīng)常換乘、一次出行中換乘的車次以及換乘的方向等，本次調(diào)查人工發(fā)放問卷1 000份,獲得有效問卷670份，回收率67%。

2.1.2 錄像法調(diào)查

由于高峰期大客流時(shí)，人工計(jì)數(shù)方法的誤差較大，所以采用視頻錄像法，通過mini監(jiān)控設(shè)備存儲(chǔ)影像記錄客流。本次調(diào)查的主要目的是探討高峰時(shí)段各地鐵口乘客流量，調(diào)查地址選為哈爾濱地鐵1號線18座車站中客流集中的站臺出入口,調(diào)查時(shí)間為工作日乘客出行早晚高峰，調(diào)查數(shù)據(jù)如表2所示。

表2 1號線各站點(diǎn)客流情況

3 接駁方式聚類分析和調(diào)整原則

聚類分析是指將具有類似屬性的個(gè)體聚為一類，基本思想是建立樣本之間的相似程度的模型，根據(jù)相似度，逐類細(xì)化研究樣本[3]。

哈爾濱地鐵1號線在原有成熟的常規(guī)公交線網(wǎng)基礎(chǔ)上建設(shè)，針對兩種交通布局一體化考慮較少，原有部分公交站點(diǎn)選址不合理、覆蓋面低、交集度高，且部分與地鐵站點(diǎn)重復(fù)率高，部分接駁公交與地鐵站點(diǎn)銜接較遠(yuǎn)，有些甚至相距500 m以上，難以達(dá)到通過快速換乘來疏散客流[4]。

本文以地鐵1號線基本走向、服務(wù)范圍、乘客流量作為依據(jù)，常規(guī)公交與軌道交通運(yùn)營方向，常規(guī)公交起、末站點(diǎn)的位置，常規(guī)公交與軌道交通線網(wǎng)總長度、線路重復(fù)系數(shù)，軌道公交與常規(guī)公交吸引乘客的范圍，在軌道交通服務(wù)范圍內(nèi)常規(guī)交通的接駁班次5個(gè)變量作為聚類分析的初始變量，將常規(guī)公交與軌道交通間換乘方式進(jìn)行如下的聚類分析。

3.1 競爭客流接駁

公交線路重疊或平行總里程超過地鐵線路70%時(shí)稱為平行線路。常規(guī)公交線路總體與軌道交通近距離平行或重疊，較長路段全位于軌道交通直接服務(wù)范圍內(nèi)，軌道交通能夠替代常規(guī)公交線路的功能，二者屬于競爭關(guān)系[5]。如圖1所示，橢圓代表相鄰地鐵站點(diǎn)、直線代表與地鐵相關(guān)的公交線路走向，目前，經(jīng)過統(tǒng)計(jì)：6條線路重合站點(diǎn)數(shù)達(dá)3個(gè),7條線路重合站點(diǎn)數(shù)達(dá)4個(gè),7條線路重合站點(diǎn)數(shù)達(dá)5個(gè),11條線路重合站點(diǎn)數(shù)達(dá)6個(gè),4條線路重合站點(diǎn)數(shù)達(dá)7個(gè),3條線路重合站點(diǎn)數(shù)達(dá)8個(gè),2條線路重合站點(diǎn)數(shù)達(dá)10個(gè),1條線路重合站點(diǎn)數(shù)達(dá)15個(gè)；并在其重合部分與地鐵1號線走向一致,如夜2,夜3,6,11,64,94,104,220路等。

圖1 競爭客流接駁方式

根據(jù)客流規(guī)模進(jìn)行優(yōu)化，撤消與1號線走向一致且重合站點(diǎn)數(shù)大于8站、重復(fù)線路長度大于4 km的常規(guī)公交，引導(dǎo)平行方向的客流轉(zhuǎn)入地鐵，提高運(yùn)輸效率。在軌道交通負(fù)擔(dān)超飽和客流的局部路段,仍將與常規(guī)公交重合線路保留，起到分流作用，但其重疊長度不應(yīng)超過4 km[6]，如圖2所示，將地鐵的服務(wù)范圍分為3個(gè)層次,一次吸引范圍即通過乘客步行方式可到達(dá)的范圍,通常不大于0.67 km,二次吸引范圍指乘客通過自行車等短途交通工具可到達(dá)的范圍,通常不大于1.5 km，三次吸引范圍指乘客通過公交等交通方式到達(dá)需要更換的地鐵站點(diǎn)，通常不大于3 km。

圖2 地鐵站點(diǎn)吸引范圍示意圖

3.2 交叉線路接駁方式

交叉線路定義為：在軌道交通服務(wù)范圍之內(nèi)，常規(guī)公交一小部分路線重疊或平行于軌道交通線路。常規(guī)公交與軌道交通線路相交，但起、終點(diǎn)均不在軌道交通站點(diǎn)直接吸引乘客能力范圍內(nèi)，以1號線為主體，常規(guī)公交呈穿插狀分布，如圖3所示，此情況常規(guī)公交也例屬于接運(yùn)組織的一部分，如：夜1，3，5，7，9，19，63，74，119,105等。交叉線路共分為圖3(a)、圖3(b)、圖3(c)3種情況。

圖3(a)型線路常規(guī)公交起點(diǎn)在地鐵一次吸引范圍內(nèi)，與地鐵重合站點(diǎn)大于兩站，重合路段長度為A。圖3(b)型線路常規(guī)公交起終點(diǎn)均不在地鐵一次吸引范圍內(nèi)，與地鐵重合站點(diǎn)大于兩站，重合路段長度為A。圖3(a)型的典型代表線路如10路，該線路全長15.2 km，A=6.2 km；圖3(b)型的典型代表線路如19路、63路。圖3(a)、圖3(b)型線路是否調(diào)整依據(jù)常規(guī)公交與地鐵重合路段A的大小決定，地鐵站點(diǎn)一次吸引范圍為0.67 km，若A段長度大于一次吸引范圍的4倍，則與地鐵形成較短的平行線路，應(yīng)適度減少平行線路，并加設(shè)交叉路線，以發(fā)揮常規(guī)公交靈活優(yōu)勢，實(shí)現(xiàn)互補(bǔ)作用。圖3(c)型線路僅與地鐵有一個(gè)公共站點(diǎn)，重復(fù)路段長度為E，以E=3 km為界，根據(jù)線路所處的商業(yè)位置和客流數(shù)量確定是否優(yōu)化。

圖3 交叉線路接駁方式

3.3 放射狀接駁方式

常規(guī)公交起點(diǎn)或終點(diǎn)有一個(gè)在軌道交通的服務(wù)范圍內(nèi)，與軌道交通成放射狀接駁，如圖4所示。此情況下常規(guī)公交的主要功能是盡快為軌道交通疏導(dǎo)大客流，以增加乘客的流動(dòng)速度，緩解路面交通壓力。

圖4 放射狀接駁方式

在進(jìn)行公交線路優(yōu)化時(shí)，將常規(guī)公交線路的起、終點(diǎn)選址盡量聚集在軌道交通吸引范圍內(nèi),增設(shè)接運(yùn)線路,構(gòu)成始末站換乘,以達(dá)到快速疏解客流的目的,形成以軌道交通線路為“骨干”，常規(guī)公交穿插周邊的“魚骨型”城市交通網(wǎng)絡(luò)格局[7]，如圖5所示，以便常規(guī)公交更好地為軌道交通服務(wù)。

圖5 魚骨形接駁方式

3.4 大距離間隔

常規(guī)公交起、終點(diǎn)均不在軌道交通直接服務(wù)區(qū)域內(nèi)，與軌道交通線路有大距離間隔，如圖6所示。常規(guī)公交與軌道交通無明顯的競爭與互助關(guān)系，此種情況下常規(guī)公交為地面交通系統(tǒng)的核心，有條件時(shí)可對其進(jìn)行合理的優(yōu)化[8]。

圖6 大距離間隔

4 調(diào)整方案及評價(jià)

4.1 線路調(diào)整方案

4.1.1 競爭客流模型調(diào)整方案

減少長距離與軌道交通線路重合或近距離平行，避免無效競爭，對與1號線完全平行的線路進(jìn)行撤銷裁剪:11路線路與地鐵重疊高達(dá)9 站之多，故調(diào)至哈南站-南城首府站，形成以哈南站為核心的外向輻射網(wǎng)[9]；55路與地鐵1號線重疊高達(dá)10站,故調(diào)裁剪西大橋至靖宇街路段；104路整條線路與地鐵1號線幾乎重合，重復(fù)率高達(dá)90%，故將其撤銷，調(diào)至哈南站-南城。

4.1.2 交叉線路模型調(diào)整方案

對線路與1號線重復(fù)站點(diǎn)較多、走向相近,且重合部分長度大于4 km的常規(guī)公交線路，在保留原有線路走向基礎(chǔ)上，采取裁剪線路方式:4路調(diào)整為承德廣場至道外公安分局；63，64路撤消哈鐵路局、通達(dá)街、骨傷科站,其余站點(diǎn)均不變，保留線路走向；81路調(diào)整為西大橋至前進(jìn)村；94路其整條線路與地鐵1號線的重復(fù)長度為8.7 km，建議以哈站為起點(diǎn)像周邊市縣發(fā)展。

4.1.3 放射狀模型調(diào)整方案

對1號線服務(wù)范圍內(nèi)的換乘公交線路,改變線路的首末站選址, 將其調(diào)整為以1號線站點(diǎn)為起點(diǎn)的魚骨式接駁公交線路，將以太平橋?yàn)槠瘘c(diǎn)改簽至以哈東站附近為起點(diǎn)，如：104路、331支線、338路、355路、355支路、380路、398路等,緩解中心城區(qū)的交通壓力。

4.1.4 大距離間隔模型調(diào)整方案

與軌道交通相離或者大間隔平行的常規(guī)公交，均不作調(diào)整，具體線路為1路、9路、65路、68路、73路、78路、79路、84路、86路、89路、106路、115路、116路、205路、208路、209路等，從整體考慮其輔助集散客流的作用大于同等情況爭搶客流的作用，所以不作調(diào)整。

4.2 線路調(diào)整評價(jià)

4.2.1 評價(jià)原則

評價(jià)指標(biāo)的選擇和應(yīng)用將直接反應(yīng)評價(jià)結(jié)果的可靠性,是進(jìn)行評價(jià)時(shí)的一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)。常規(guī)公交和城市軌道交通換乘評價(jià)的指標(biāo)選取主要遵循以下4項(xiàng)原則[10]:

1)評價(jià)指標(biāo)需客觀準(zhǔn)確地反映被評價(jià)對象的自身性能、改良的周邊環(huán)境、創(chuàng)造的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。

2)評價(jià)需要對各城市之間進(jìn)行橫向比較,相同的指標(biāo)也可用于不同方案的比較。

3)目前，城市軌道交通綜合評價(jià)指標(biāo)和常規(guī)公交調(diào)度協(xié)調(diào)綜合評價(jià)指標(biāo)較為全面，各指標(biāo)之間需相互兼容。

4)評價(jià)指標(biāo)要從各個(gè)方面反映城市軌道交通和常規(guī)公交的換乘協(xié)調(diào)程度，并確定調(diào)整方案的可行性。

4.2.2 評價(jià)指標(biāo)

4.2.2.1 平均換乘時(shí)間

乘客在搭乘換乘設(shè)施所占用的時(shí)間為平均換乘時(shí)間，它是衡量乘客直達(dá)程度和換乘站效益的一個(gè)重要指標(biāo),平均換乘時(shí)間越小,兩種交通模式間銜接越緊密,當(dāng)乘客從軌道交通到常規(guī)公交平均換乘時(shí)間≥3 min時(shí)，常規(guī)公交資源浪費(fèi)，應(yīng)將常規(guī)公交站點(diǎn)進(jìn)行合理范圍內(nèi)的調(diào)整平均換乘時(shí)間

其中：N代表軌道交通換乘樞紐個(gè)數(shù);Ti為第i個(gè)軌道交通樞紐內(nèi)乘客換乘需要的時(shí)間[11]。

4.2.2.2 乘客換乘系數(shù)

依據(jù)調(diào)查結(jié)果，確定城市內(nèi)地鐵和公交線路的總條數(shù)N，乘客換乘系數(shù)為

式中：Pi為第i條公交線路的客運(yùn)量；Pr為城市公交總客運(yùn)量。我國明確規(guī)定大城市乘客換乘系數(shù)不應(yīng)大于1.5，中小城市不應(yīng)大于1.3,乘客換乘系數(shù)越小，常規(guī)公交的服務(wù)能力越好。

4.2.2.3 運(yùn)能匹配度

運(yùn)能匹配度ρ是指城市交通之間客運(yùn)設(shè)施的適應(yīng)性情況，是反映軌道交通與常規(guī)公共交通運(yùn)輸能力的體現(xiàn)，N為換乘樞紐總數(shù)，ρ按下式計(jì)算：

式中：PiH為第i個(gè)軌道交通樞紐內(nèi)高峰小時(shí)換乘客運(yùn)量；Pib為常規(guī)公交為軌道交通服務(wù)客運(yùn)能力[12]。ρ≈1，換乘資源利用良好，ρ越小換乘資源越浪費(fèi)，ρ越大常規(guī)公交為軌道交通服務(wù)能力越差。

4.2.2.4 線路重復(fù)系數(shù)

通過調(diào)查與軌道交通平行的常規(guī)公交條數(shù)N，及平行線路內(nèi)第i條常規(guī)線路的長度Li，軌道交通線網(wǎng)的總長度G，計(jì)算常規(guī)公交與軌道交通線路重復(fù)系數(shù)α。國際線路重復(fù)系數(shù)基本指標(biāo)為1.25～2.5，但綜合我國實(shí)際地形地勢與交通發(fā)展規(guī)模，我國的城市線路重復(fù)系數(shù)基本為3～4。

4.2.3 評價(jià)結(jié)果

選取本文規(guī)定的參考值，將與哈爾濱市同等規(guī)模二線城市的以往統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)作為參考依據(jù),并假設(shè),調(diào)整公交線路后原與1號線平行的常規(guī)公交出行乘客全部轉(zhuǎn)移乘坐地鐵1號線出行，與1號線相接運(yùn)的常規(guī)公交及時(shí)為1號線疏散客流。依據(jù)客流調(diào)查數(shù)據(jù)結(jié)合以上各評價(jià)指標(biāo)進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算值與參考值進(jìn)行相應(yīng)對比,如表3所示。

表3 各評價(jià)指標(biāo)計(jì)算結(jié)果

由比較可知,地鐵1號線服務(wù)范圍內(nèi)常規(guī)公交在進(jìn)行調(diào)整后，其平均換乘時(shí)間和換乘系數(shù)分別略高于參考值,主要是城市現(xiàn)有格局對常規(guī)公交線路的走向有較大的局限性[13]；運(yùn)能協(xié)調(diào)程度接近參考值,且線路調(diào)整后的線路重復(fù)系數(shù)與參考值近似相同，說明調(diào)整后的公交線網(wǎng)在線路接運(yùn)、客流分配上與1號線逐步形成綜合交通一體化發(fā)展模式。綜合上訴評價(jià)結(jié)果表明：優(yōu)化地鐵和公交接駁換乘時(shí)應(yīng)用聚類分析法優(yōu)化效果顯著。

5 結(jié)束語

本文依據(jù)哈爾濱地鐵1號線服務(wù)范圍內(nèi)的常規(guī)公交運(yùn)營方向、線路重復(fù)系數(shù)等為研究對象,分析該范圍內(nèi)客流分布及接駁方式，依據(jù)聚類分析的原則，選取地鐵與常規(guī)公交換乘方式指標(biāo)作為聚類量進(jìn)行分類，對該范圍內(nèi)的常規(guī)公交線路站點(diǎn)及走向提出優(yōu)化方案,并建立評價(jià)指標(biāo)進(jìn)行綜合評定，為軌道交通吸引范圍的公交布局研究提供分析依據(jù)。由于軌道交通與常規(guī)公交接駁換乘協(xié)調(diào)研究屬于復(fù)雜系統(tǒng)協(xié)調(diào)發(fā)展的問題，本文在布設(shè)軌道交通接駁公交線路時(shí)沒有考慮接駁常規(guī)公交自身的運(yùn)營效率、土地利用等因素[14]，因此本文提出的理論、方案等有待進(jìn)一步修改和完善。

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Operation optimization of subway bus operation based on interchange clustering analysis

SUN Yumeng, LIU Mingduo, LU Sicong

(College of Mechanical and Electrical Engineering,Heilongjiang Institute of Technology,Harbin 150050,China)

In order to reduce the repetition rate of the conventional public transit and improve the efficiency of the conventional public transit of metro line one,this paper makes a survey about the transit transfer line in the metro line service and the peak passenger flow each day.Meanwhile,based on transfer mode cluster analysis，it refines the adjustment principle，and proposes the adjustment advice，according to the principle of evaluation index. The evaluation system of conventional public transits coordination is established which depends on average transfer time,capacity coordination degree,line repetition factor to estimate. The result shows that the conventional public transit net work can be literally supportive for metro line one after the adjustment, those indexes can approach the standard reference values; the average transfertime is slightly higher than the reference values, so it requires further improvement.

Harbin metro;conventional public transit;clustering analysis; transfer mode；evalvation

[責(zé)任編輯：劉文霞]

U121

A

1671-4679(2017)05-0010-07

2017-04-05

黑龍江工程學(xué)院校級大學(xué)生創(chuàng)新基金資助項(xiàng)目(201611802086)

孫雨萌(1996-)，女，大學(xué)本科，研究方向：交通規(guī)劃.

10.19352/j.cnki.issn1671-4679.2017.05.003