基于改進(jìn)因子評點(diǎn)法的公交專用道服務(wù)水平分級

霍月英，李文權(quán)

(1.內(nèi)蒙古大學(xué)交通學(xué)院，呼和浩特010070；2.東南大學(xué)交通學(xué)院，南京210096)

0 引言

我國政府把優(yōu)先發(fā)展公交作為緩解交通擁堵的重要手段，但我國公交的服務(wù)水平仍較為低下，公交在與私人小汽車交通的競爭中處于劣勢.公交服務(wù)水平分級是指導(dǎo)公交規(guī)劃設(shè)計(jì)、運(yùn)營評價(jià)的重要依據(jù)，有助于從根源上提升公交服務(wù)水平.

公交專用道作為優(yōu)先發(fā)展公交的重要舉措，近年來在我國迅猛發(fā)展.目前我國對公交專用道的研究重在關(guān)注設(shè)計(jì)布局，對其服務(wù)水平缺乏科學(xué)的研究.因此，有必要對公交專用道服務(wù)水平分級進(jìn)行研究，以指導(dǎo)其規(guī)劃設(shè)計(jì)和運(yùn)營管理，從而提升公交服務(wù)水平.

目前國內(nèi)外對公路、城市道路、交叉口等的服務(wù)水平分級進(jìn)行了深入的研究[1-6]，但對公交服務(wù)水平分級的理論研究相對較少.美國《公共交通通行能力與服務(wù)質(zhì)量手冊》(簡稱TCQSM)根據(jù)交通專家的經(jīng)驗(yàn)與判斷提出了服務(wù)頻率、服務(wù)時(shí)間、載客率、可靠性等的服務(wù)水平分級[7].據(jù)可查閱文獻(xiàn)，Das等對公交服務(wù)水平分級進(jìn)行了理論研究，即采用Law of Successive Interval Scaling方法研究了印度公交的服務(wù)水平分級[8].對于公交專用道，臺灣學(xué)者陳麗敏采用因子評點(diǎn)法研究了專用道的服務(wù)水平分級[9].

本文針對因子評點(diǎn)法的局限性進(jìn)行改進(jìn)，旨在提出更加實(shí)用的服務(wù)水平分級方法，并基于此方法建立公交專用道服務(wù)水平分級.

1 因子評點(diǎn)法

因子評點(diǎn)法是以服務(wù)水平的評價(jià)指標(biāo)服從正態(tài)分布為基礎(chǔ)，以評價(jià)指標(biāo)的均值和標(biāo)準(zhǔn)差劃分服務(wù)水平等級的方法.國外通常將服務(wù)水平分為A、B、C、D、E、F等6級，因子評點(diǎn)法論述了劃分為6級時(shí)的分級方法.具體步驟為[9]：

(1)計(jì)算評價(jià)指標(biāo)x的均值μ0與標(biāo)準(zhǔn)差σ.

(2)評價(jià)指標(biāo)的正態(tài)分布檢驗(yàn).推薦的方法為，首先進(jìn)行頻次分析，繪制次數(shù)分布曲線，以從直觀上觀察評價(jià)指標(biāo)是否服務(wù)正態(tài)分布；然后進(jìn)行正態(tài)分布檢驗(yàn)，如K-S檢驗(yàn)，以定量分析評價(jià)指標(biāo)是否服從正態(tài)分布.

(3)如果評價(jià)指標(biāo)服從正態(tài)分布，則以μ0作為C 級上限值，以μ0-1.5σ、μ0-0.5σ、μ0+0.5σ、μ0+1.5σ作為A級、B級、D級、E級的上限值.

因此，因子評點(diǎn)法確定的服務(wù)水平分級如表1所示.

表1 因子評點(diǎn)法的服務(wù)水平分級Table 1 Level of service criteria based on factor assessment method

2 改進(jìn)的因子評點(diǎn)法

因子評點(diǎn)法適用于評價(jià)指標(biāo)服從正態(tài)分布的服務(wù)水平分級問題，這一要求導(dǎo)致其應(yīng)用的局限性.本文試圖通過分析因子評點(diǎn)法的原理，提出應(yīng)用更為普遍的服務(wù)水平分級方法.

因子評點(diǎn)法實(shí)質(zhì)上是根據(jù)各級服務(wù)水平的期望概率進(jìn)行服務(wù)水平分級.根據(jù)正態(tài)分布的分布函數(shù)，μ0-1.5σ的累積概率為7%，μ0-0.5σ的累積概率為31%，μ0的累積概率為50%，μ0+0.5σ的累積概率為69%，μ0+1.5σ的累積概率為93%.因此，A級、B級、C級、D級、E級、F級的概率分別為7%、24%、19%、19%、24%、7%，如圖1所示.對因子評點(diǎn)法進(jìn)行逆向分析，發(fā)現(xiàn)其思路為：首先明確各級服務(wù)水平的期望概率；然后確定各級服務(wù)水平評價(jià)指標(biāo)上限值的累積概率；然后從評價(jià)指標(biāo)的分布函數(shù)中找出累積概率值，即為評價(jià)指標(biāo)的上限值.

圖1 因子評點(diǎn)法的各級服務(wù)水平概率Fig.1 The probabilities for levels of service based on factor assessment method

受因子評點(diǎn)法的啟發(fā)，本文提出更加簡單實(shí)用的服務(wù)水平分級方法，稱為改進(jìn)的因子評點(diǎn)法.具體步驟為：

(1)對評價(jià)指標(biāo)x進(jìn)行頻次分析，分析其累積分布或者繪制累積分布曲線.

(2)根據(jù)規(guī)劃設(shè)計(jì)要求指定各級服務(wù)水平的期望概率.我國通常把交通設(shè)施服務(wù)水平分為一級、二級、三級、四級(一級為最佳等級，四級為最差等級)[10]，指定一～四級的期望概率分別為p1、p2、p3、p4，且p1+p2+p3+p4=1.

(3)根據(jù)各級服務(wù)水平的期望概率確定其上限值的累積概率.以x1表示一級上限值，x2表示二級上限值，x3表示三級上限值，則x1的累積概率F(x1)=p1，x2的累積概率F(x2)=p1+p2，x3的累積概率F(x3)=p1+p2+p3.

(4)從評價(jià)指標(biāo)的累積分布中找出累積概率的對應(yīng)值，即為各級服務(wù)水平的上限值x1、x2、x3.建立的服務(wù)水平分級如表2所示.

表2 服務(wù)水平分級的形式Table 2 The form for level of service criteria

改進(jìn)的因子評點(diǎn)法是依靠評價(jià)指標(biāo)的累積分布來確定服務(wù)水平分級，評價(jià)指標(biāo)的累積分布可以服從某種經(jīng)典分布如正態(tài)分布、負(fù)指數(shù)分布等，也可以不服從某種經(jīng)典分布，因此其應(yīng)用更為廣泛.改進(jìn)的因子評點(diǎn)法適用于評價(jià)指標(biāo)值愈小，服務(wù)水平等級愈佳的交通設(shè)施服務(wù)水平分級問題，應(yīng)用的關(guān)鍵在于合理指定各級服務(wù)水平的期望概率.

3 公交專用道服務(wù)水平分級

3.1 評價(jià)指標(biāo)選取

公交專用道是公交的道路設(shè)施，選取公交專用道服務(wù)水平評價(jià)指標(biāo)的思路是：首先分析我國公交服務(wù)的關(guān)鍵方面，然后針對公交專用道分析影響關(guān)鍵方面的指標(biāo)，這一指標(biāo)即確定為評價(jià)指標(biāo).

評價(jià)公交服務(wù)可從可用性、經(jīng)濟(jì)性、舒適性、安全性、可靠性、便捷性等方面進(jìn)行.在我國，城市公交的時(shí)間和空間覆蓋率都比較高，可用性不是關(guān)鍵方面.我國公交票價(jià)低，公交出行的成本很低，經(jīng)濟(jì)性也不是關(guān)鍵方面.交通運(yùn)輸?shù)氖滓蝿?wù)是安全、準(zhǔn)時(shí)地將乘客和貨物運(yùn)輸?shù)侥康牡?，因此安全、可靠、便捷是乘客對于公交服?wù)的基本需求.舒適性對于乘客來說也很重要，但這是高層次的需求，人們往往在滿足基本需求后才會特別關(guān)注高層次需求，因此舒適性也不是關(guān)鍵方面.安全性是公交服務(wù)最為重要的方面，但這方面基本可以滿足，并非每次公交出行都會遇到不安全事件.但是不可靠、不便捷卻是我國公交出行經(jīng)常遇到的問題，公交車晚點(diǎn)和出行時(shí)間過長是居民對公交最深刻的印象.因此，可靠性和便捷性是我國公交服務(wù)的關(guān)鍵方面.

公交專用道由路段、?？空竞徒徊婵诮M成.路段上由于專有的通行權(quán)，車輛運(yùn)行狀況相對順暢，停靠站和交叉口是公交專用道運(yùn)營過程中的瓶頸.?？空咎幋嚞F(xiàn)象、?？空竞徒徊婵谔幣抨?duì)現(xiàn)象嚴(yán)重，這種不良的運(yùn)行狀況導(dǎo)致公交車在?？空竞徒徊婵谘诱`的產(chǎn)生.整個行程中的延誤逐步積累，最終導(dǎo)致服務(wù)的不可靠和不便捷，從而影響整個系統(tǒng)的服務(wù)水平.因此，延誤是公交專用道運(yùn)營不可靠和不便捷的主要根源，本文將公交專用道延誤作為評價(jià)專用道服務(wù)水平的一個指標(biāo).

公交專用道延誤包括公交車在公交專用道上所有路段、所有?？空竞退薪徊婵诘难诱`.路段、?？空竞徒徊婵诘臄?shù)量對于不同的公交專用道而言是不同的，因此，基于公交專用道延誤的服務(wù)水平分級無法提供統(tǒng)一公平的標(biāo)準(zhǔn).因此，本文基于單位公交專用道延誤建立服務(wù)水平分級.單位公交專用道延誤是指公交車在單位長度(100 m)路段、單個?？空竞蛦蝹€交叉口的延誤之和.

3.2 延誤樣本

獲取單位公交專用道延誤樣本(簡稱延誤樣本)是建立公交專用道服務(wù)水平分級的基礎(chǔ).有2種方法可獲取延誤樣本：

(1)實(shí)地調(diào)查，即在公交專用道開展延誤調(diào)查；

(2)延誤模型計(jì)算，即對延誤模型中的解釋變量進(jìn)行實(shí)地調(diào)查，然后根據(jù)變量調(diào)查數(shù)據(jù)計(jì)算延誤.

實(shí)地調(diào)查時(shí)，公交車在?？空竞徒徊婵诘难诱`很難準(zhǔn)確獲取，而延誤模型中的到達(dá)率、泊位數(shù)、信號參數(shù)等變量可以非常準(zhǔn)確地獲取.同時(shí)，實(shí)地調(diào)查僅可以獲得小的延誤樣本量，而模型計(jì)算可以獲得較大的樣本量.因此，本文采用延誤模型計(jì)算的方法獲取延誤樣本.

公交專用道由路段、?？空?、交叉口組成.對于路段來說，公交車在其享有專有的路權(quán)，公交車在路段的延誤很小，在單位長度路段的延誤更小，通過現(xiàn)場調(diào)研將公交車在單位長度(100 m)路段的延誤取為0.5 s.上游停靠站(即設(shè)置在交叉口進(jìn)口道的?？空?通常是公交專用道上車輛運(yùn)行狀況最差的部分，公交車在此類?？空镜姆?wù)受到交叉口的影響，?？空镜拇嚺抨?duì)現(xiàn)象在交叉口信號燈的作用下變得更加嚴(yán)重.公交車在上游?？空镜难诱`不僅包含了?？空敬嚺抨?duì)現(xiàn)象導(dǎo)致的延誤，還包含了交叉口影響下的延誤.因此，采用上游?？空狙诱`估算模型計(jì)算公交車在單個?？空竞蛦蝹€交叉口的延誤之和.

構(gòu)建上游?？空狙诱`估算模型[11]，如式(1)所示，本文利用該模型獲取延誤樣本.

式中：Dn表示公交車在上游?？空镜难诱`；λ表示平均到達(dá)率；μ表示單泊位通行能力；s表示泊位數(shù)；ρ和ρs表示服務(wù)強(qiáng)度，ρ=λ μ(ρ＜1)，ρs=λ(sμ)(ρs＜1)；tr表示所在進(jìn)口道的紅燈時(shí)間；C表示交叉口的周期長度；n表示停靠站公交車的數(shù)量；P0表示停靠站沒有公交車的概率，對于s=1來說，P0=1-ρ，對于s＞1來說，；θ表示由于公交車完成服務(wù)而被前車或紅燈阻擋導(dǎo)致站外排隊(duì)公交車排隊(duì)時(shí)間波動的比率，取值需根據(jù)調(diào)查數(shù)據(jù)進(jìn)行估計(jì)，本文取為0.4.該模型適用于公交車可超車的上游?？空?

獲取延誤樣本的具體方法為：首先確定上游?？空狙诱`估算模型中解釋變量的取值；然后組合解釋變量的多種取值，計(jì)算解釋變量不同組合下的延誤，即得到不同的單停靠站和單交叉口延誤之和；將單位長度路段延誤(0.5 s)加到每個單停靠站和單交叉口延誤之和中，即得到延誤樣本.

上游停靠站延誤估算模型中的解釋變量有公交車到達(dá)率、單泊位通行能力、泊位數(shù)、信號參數(shù).2013年4月11～12日，課題組在南京和常州的公交專用道停靠站進(jìn)行了實(shí)地調(diào)查，根據(jù)實(shí)地調(diào)查確定了解釋變量的取值，如表3所示.將解釋變量的多種取值組合，共15 288(13×7×3×8×7)種組合，將所有組合代入上游停靠站延誤估算模型(式(1))中，得到15 288個單?？空竞蛦谓徊婵诘难诱`之和；給每個延誤值加上0.5 s后即得到公交專用道的延誤樣本，樣本容量為15 288.獲取延誤樣本所涉及的計(jì)算采用Matlab完成.

表3 獲取延誤樣本的解釋變量取值Table 3 The values for independent variables for obtaining delay sample

3.3 服務(wù)水平分級

按照我國交通設(shè)施服務(wù)水平等級的傳統(tǒng)，本文把公交專用道服務(wù)水平分為一～四級，其中，一級為最佳的運(yùn)行狀況，四級為最差的運(yùn)行狀況.以D0表示單位公交專用道延誤，以d1、d2、d3表示一級、二級、三級服務(wù)水平的單位公交專用道延誤上限值.建立公交專用道服務(wù)水平分級即確定d1、d2、d3的值.

以上述獲得的延誤樣本為數(shù)據(jù)支持，采用改進(jìn)的因子評點(diǎn)法進(jìn)行公交專用道服務(wù)水平分級.首先對單位公交專用道延誤進(jìn)行頻次分析，得到其累積分布，如表4所示.

建立公交專用道服務(wù)水平分級的主要目標(biāo)在于指導(dǎo)公交專用道的規(guī)劃設(shè)計(jì)(在規(guī)劃設(shè)計(jì)之初就將服務(wù)水平定位在高等級)，從這個角度來說應(yīng)該使高等級服務(wù)水平如一級和二級的概率盡可能大.但從實(shí)際情況來說二級和三級服務(wù)水平的概率最大.針對此問題，請教了東南大學(xué)的多位專家和學(xué)者，最終將一級、二級、三級、四級的概率分別指定為 15%、35% 、35% 、15%.即D0≤d1的 概 率P(D0≤d1)=15%，以此類推，P(d1＜D0≤d2)=35%，P(d2＜D0≤d3)=35%，P(D0＞d3)=15%.則各級服務(wù)水平上限值d1、d2、d3的累積概率F(d1)=15%，F(xiàn)(d2)=50%，F(xiàn)(d3)=85%.

最后從單位公交專用道延誤的累積分布(表4)中找出15%、50%、85%對應(yīng)的延誤值，即為各級服務(wù)水平的上限值，d1=5 s、d2=9 s、d3=25 s.

因此，采用改進(jìn)的因子評點(diǎn)法，建立了基于延誤的公交專用道服務(wù)水平分級，如表5所示.

表4 單位公交專用道延誤的累積分布Table 4 The cumulative distribution for unit delay of bus lane

表5 基于改進(jìn)因子評點(diǎn)法的公交專用道服務(wù)水平分級Table 5 Level of service criteria of bus lane based on improved factor assessment method

4 結(jié)論

本文通過對因子評點(diǎn)法原理的反向分析，提出了改進(jìn)的因子評點(diǎn)法；然后應(yīng)用此方法，以單位公交專用道延誤為評價(jià)指標(biāo)，建立了公交專用道服務(wù)水平分級.

本文的貢獻(xiàn)在于：

(1)提出了改進(jìn)的因子評點(diǎn)法，拓展了理論方法的應(yīng)用范圍；

(2)建立了基于延誤的公交專用道服務(wù)水平分級，可為公交專用道的運(yùn)營管理和規(guī)劃設(shè)計(jì)提供指導(dǎo).

改進(jìn)的因子評點(diǎn)法的應(yīng)用關(guān)鍵是合理指定各級服務(wù)水平的期望概率，如何合理指定及從何角度考慮值得深入研究.本文的局限性在于所建的公交專用道服務(wù)水平分級是基于專家咨詢確定的服務(wù)水平等級概率，確定的概率合理與否直接影響所建分級的科學(xué)性.

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