城市公共交通線路優(yōu)化研究

(重慶交通大學交通運輸學院 重慶 400074)

一、引言

城市公共交通是城市的重要組成部分，是城市發(fā)展的重要紐帶，同時也體現(xiàn)城市的形象。城市公共交通是社會和經濟發(fā)展的先導行業(yè)，人口增多，城市規(guī)模不斷擴張，市場經濟不斷活躍，公交出行的需求會越來越大。大部分城市車輛增多，道路越來越擁堵，公交線路運營效率不高，無法滿足居民日益增長的出行要求。某些線路重復系數(shù)過高，線網分布不均等問題影響了公交整體的運行效率。為解決這些問題公交線路規(guī)劃顯得就很有必要。

二、國內外研究現(xiàn)狀

(一)國內外研究現(xiàn)狀。國外對公交線網規(guī)劃的研究起步較早，20世紀 60年代和70年代，運籌學、計算機仿真和建立目標函數(shù)來進行優(yōu)化。后來公交線網規(guī)劃研究將公交營運調度、公交方式優(yōu)化、公交票價優(yōu)化加入到其中，實現(xiàn)公交系統(tǒng)的整體優(yōu)化?；谟嘘P理論，將居民公交 OD 量分配至公交網絡中，然后建立滿足一定約束條件的目標函數(shù)，運用一些復雜的數(shù)學方法，如遺傳算法、神經網絡、蜂群算法等尋求模型的最優(yōu)解，具有代表性的有Janarthanan 等通過開發(fā)可視化的圖形式交互式知識專家系統(tǒng)，模擬分析公交線網設計方案，輔助公交線網優(yōu)化設計[5]。

(二)國內研究現(xiàn)狀。國內研究現(xiàn)狀始于80年代。隨著城市的發(fā)展公交線網的發(fā)展也很有必要。比較常用的模型如：模糊方法、灰色模型、遺傳算法、仿真模擬等方法都運用到了公交線網中。目前更多的是基于模型的優(yōu)化研究。張國伍等在擴展福勞德算法的基礎上，提出了公交線網的多條最短路徑算法。馮樹民在公交客流分配中提到了多路徑分配方法、容量限制分配法。為推進公交運營模式轉變，優(yōu)化公交線網布局，實現(xiàn)公交資源效益最佳化，這些文獻拓寬了我們的思路，具有很高的借鑒價值。

三、公共交通現(xiàn)狀分析

出行組成了交通的重要部分，對人們的出行特征進行分析，發(fā)現(xiàn)其中的規(guī)律，明確其主導因素，這對研究公交出行有重大作用，公交出行特征分析是線網優(yōu)化的基礎，全面分析與研究存在的問題與城市特點，這樣才能系統(tǒng)地全方位的確定城市未來發(fā)展的方向、思路和規(guī)劃目標等。只有充分地認識現(xiàn)狀中存在的問題和發(fā)展中的特點，才能進一步改善和優(yōu)化城市公交線網結構。為此可以通過統(tǒng)計分析已有的問卷調查、跟車調查數(shù)據(jù)，整理得到城市居民公交出行特征數(shù)據(jù)，為線網優(yōu)化提供依據(jù)。

(一)各項特征分析：(1)出行目的分析；(2)換乘次數(shù)與換乘后方式選擇；(3)步行到達車站時間、步行到目的地時間分析；(4)候車時間分析計算

(二)線路與線網評價。公交線路網的指標很多，根據(jù)實際情況與可操作性，從網絡結構的線路指標角度，選擇線路長度、非直線系數(shù)、公交線網覆蓋率、重復系數(shù)、復線條數(shù)和線路網密度這幾個指標，對遂寧公交線路網現(xiàn)狀進行綜合評價。

1、線路長度評價。道路規(guī)范建議市區(qū)公共汽車主要線路長度宜為8～12km[14]，依據(jù)城區(qū)帶狀的城市結構較長，所以取10km為適宜的公交線路長度。

2、非直線系數(shù)。非直線系數(shù)指公交線路長度與首末站直線距離之比，它反映公交線路的曲折程度，公交線路的布設原則上應以接近直線為宜，但也需考慮到地形地貌、服務人群和服務范圍等。《城市道路交通規(guī)劃設計規(guī)范》規(guī)定其應不大于1.4。

3、線網密度。線網密度是反映公共交通服務水平的一個重要指標理論上線路網密度值為2.5km/km2時最佳，此時居民出行的非車內時間(步行及候車時間)最短；密度過大、過小都會造成非車內時間的增加。為此，在市中心區(qū)規(guī)劃線網密度應盡量為3～4km/km2在城市邊緣地區(qū)放寬到[14]2～2.5km/km2。

4、重復系數(shù)。重復系數(shù)指公交線路總長度與道路網長度之比，用于指示公交線網空間分布密集程度。建議取值1.25～2.5。

四、公交線網優(yōu)化研究

(一)公交線網優(yōu)化目標。城市公交線網都是建立在道路網上的，每條公交線網都是相鄰路段組成連續(xù)的路徑，將所有線路結合起來就形成了公交線網，作為一個完善并且高效的公交線網必須滿足下面的條件：1、直達性較高：盡量使整個網絡中的需求都能得到滿足；2、換乘次數(shù)少：減少換乘時間，加快乘客到達目的地的時間；3、出行時間短：使乘客的出行時間最短，線路長度合理，在空間上按最短距離布設。4、線網效率高：在充分發(fā)揮路線以及運載工具的運能的前提下，分析客流密集的線路，并對其進行優(yōu)化布設。

(二)公交線網優(yōu)化的約束。公交線網的優(yōu)化過程中應考慮到一定的約束條件，約束是公交線網優(yōu)化的理論標準，一般采用線路長度、非直線系數(shù)、線路客運能力、復線條數(shù)、線網密度、居民出行時耗等。一般一個城市都有現(xiàn)有公交線路，其中大部分是合理的，出行習慣已經形成，在現(xiàn)有線路評價結果后是最有效率的。

(三)線網整體優(yōu)化方法。每個城市道路網的結構布局方式是不同的，為了研究方便從城市道路功能出發(fā)，可以按層次將道路分為主干道、次干道、支線這些等級。各條道路的等級與速度都不相同，對于公交線網應該具體問題具體分析，大體上采用層次劃分的方法。除此之外城市的不斷發(fā)展會讓城市結構發(fā)生變化，這也需要布局跟上城市的規(guī)劃發(fā)展計劃。在城市中公交樞紐分為不同的等級，樞紐的等級功能不同決定了線網的分層等級，各個等級的樞紐布設相應的線路，這樣使公交線路的布局結構越來越清晰，從而達到整個線網優(yōu)化的目的?！爸饤l布設、優(yōu)化成網”的公交線網優(yōu)化方法，該方法的基本思路為以“分層結構為基礎，以樞紐為核心，分層、分區(qū)逐條布設，優(yōu)化成網”[11]。將城市分為三個層次，首先是貫穿城市的主要干線為第一層，將與各個交通小區(qū)間聯(lián)系為第二層，最后第一二層次沒有覆蓋的區(qū)域線路為第三層，同時城市周邊開發(fā)區(qū)域延伸的線路逐層布設，得到最初形成的公交線網。在此之外考慮一個已建成的城市，城市原本就具有自身的公交系統(tǒng)，全部重建并不是很科學，對于在新建的公交線路，人們熟悉需要一定的過程，大規(guī)模的變化，會對居民出行產生較大的影響，與提升居民出行方便度的目的完全相反。針對這一實際問題，優(yōu)化公交線路的思路就可以結合城市原有的初始公交線路加上預測的理想線路進行綜合分析調整。在這之后，通具體的評價指標，對線路進行優(yōu)化。

五、結論

公交線網優(yōu)化在每個城市發(fā)展過程中都是必須的，一個良好的公交線網可以優(yōu)化城市的資源配置。對于不斷發(fā)展的城市來說，公交線網的優(yōu)化顯得很有必要，公交優(yōu)化隨時都在進行。優(yōu)化過程采用線網分層，線路逐條分析、逐條優(yōu)化的方式，結合城市功能與習慣分布對每條線路的合理性進行分析，才能合理地設置城市公交，更好地解決城市交通擁堵。