北京市公交線路均等性分析及優(yōu)化策略

孫鵬宇，王振報(bào)

（河北工程大學(xué)建筑與藝術(shù)學(xué)院，河北 邯鄲 056000）

0 前言

《北京市公交“十三五”發(fā)展規(guī)劃》提出：“北京市公交將在公交多樣化發(fā)展、中心城區(qū)線路優(yōu)化、城鄉(xiāng)一體化等方面著力，致力于為公眾提供更好的公共出行服務(wù)?！彪S著首都經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展，北京市公交在一定程度上仍然存在分布不均衡、人流不均衡、資源分配不均衡等問題，導(dǎo)致公交車在北京城市客運(yùn)交通分擔(dān)率偏低。降低交通壓力、保證首都居民出行效率等一系列問題已經(jīng)成北京城市優(yōu)化的焦點(diǎn)。優(yōu)化公交網(wǎng)絡(luò)、提高公共交通的效率和競爭力是緩解城市交通資源壓力的有效方式。

現(xiàn)階段關(guān)于公共交通問題有三類研究方向。

第一類是尋求優(yōu)解，根據(jù)自建公共交通數(shù)學(xué)模型優(yōu)化改造當(dāng)前公交線路布局。胡啟洲[2]等通過線路長度和覆蓋面積等數(shù)據(jù)整理集合用粒子群算法進(jìn)行了求解計(jì)算，建立了公交線網(wǎng)優(yōu)化的線性模型。這種模型宏觀上對公共交通路網(wǎng)進(jìn)行了改造，但在一定程度上缺少對乘客流量方面主觀的分析；Bin Yua[5]等通過從乘客成本和運(yùn)營成本方面對公共交通線路進(jìn)行分析，建立了相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型算法，計(jì)算出公交班次間距的最優(yōu)解；QIAN Runhuaa[8]等、Lu(Carol)Tonga[9]等則都是通過利用互聯(lián)網(wǎng)管理信息系統(tǒng)，使用計(jì)算機(jī)整合優(yōu)化模型，達(dá)到優(yōu)化路網(wǎng)的目的找到優(yōu)解。

第二類是對公共交通現(xiàn)狀進(jìn)行評估。王振報(bào)[3]等通過研究單條公交線路得到調(diào)整方案的預(yù)評估流程及方法，并建立評價指標(biāo)體系進(jìn)行評估；Panasyuk[6]等以服務(wù)質(zhì)量和設(shè)計(jì)原則為切入點(diǎn)，形成了由路線作為變量相互組合并得到最優(yōu)分配的方法，提出了路由網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量分級的方法和指標(biāo)。

第三類是對城市公共交通系統(tǒng)中問題線路進(jìn)行改造。徐婷[4]等通過解決公交線網(wǎng)覆蓋不合理、運(yùn)行成本高等一系列問題。分析矩形城市空間結(jié)構(gòu)和路網(wǎng)特征,構(gòu)建了以公交運(yùn)行成本最小、居民平均出行時間最少為優(yōu)化目標(biāo)的多目標(biāo)公交線網(wǎng)優(yōu)化改造模型。這種模型單純從兩個方面分析問題，沒有全面的分析交通線路存在的根本的問題。

基于以上的研究，結(jié)合北京交通不均衡現(xiàn)狀，本文以北京市公交線路各項(xiàng)指標(biāo)的均等性的角度，分析公交線路網(wǎng)絡(luò)的各項(xiàng)指標(biāo)數(shù)據(jù)，針對不均等性最大的指標(biāo)進(jìn)行分析并結(jié)合現(xiàn)狀來對問題公交線網(wǎng)進(jìn)行改造。

1 北京市公交線現(xiàn)狀

目前，我國大多數(shù)城市公交存在的共同問題包括公交線路龐大復(fù)雜、總體線路流量大、線路重復(fù)路段多、換乘不便等。通過對北京市市民問卷調(diào)查統(tǒng)計(jì)，一共收回1782個問卷，其中1600份可用問卷。北京市民反映公交相關(guān)問題其中，公交車的運(yùn)行速度、換乘情況、車輛擁擠程度、公交站點(diǎn)擁擠程度、線路繞行的狀況，均有超過30%占比表示不滿意。反映了北京市公交存在特定區(qū)段速度慢、換乘次數(shù)多、車輛內(nèi)滿載率不佳、站點(diǎn)登降量不均衡和迂回繞行多等問題。

2 指標(biāo)收集與體系建立

基于大數(shù)據(jù)（IC卡、GIS格式數(shù)據(jù)和GPS定位系統(tǒng)）結(jié)合北京線路存在的相關(guān)問題確定研究分析指標(biāo)。通過IC卡數(shù)據(jù)庫提取2018年4月9日-13日選取共650條線路客流數(shù)據(jù)，以早高峰7：00～9：00期間運(yùn)營線路班次進(jìn)行相關(guān)指標(biāo)統(tǒng)計(jì)并做平均值處理。將記錄數(shù)據(jù)整理集合生成評價體系（表1）。

表1 公交線路運(yùn)行評價指標(biāo)

3 整體均衡性分析

3.1 各項(xiàng)數(shù)據(jù)指標(biāo)解析

基尼系數(shù)（Gini）是20世紀(jì)初由意大利經(jīng)濟(jì)學(xué)家基尼研究得到的判斷收入分配公平程度的指標(biāo)。是用于表示社會分配公平性的重要工具。Gini是處于0-1之間的數(shù)值，當(dāng)Gini越大表現(xiàn)分配越不均勻。數(shù)據(jù)的連續(xù)性同樣適用于交通線路的研究。本文運(yùn)用基尼系數(shù)來表示北京線路各指標(biāo)的均衡性。對基尼系數(shù)最大的指數(shù)進(jìn)行分析改造。

基尼系數(shù)使用洛倫茲曲線來表示。橫坐標(biāo)表示車輛的累加，縱坐標(biāo)分別代表單班次客運(yùn)量累計(jì)、斷面客流不均勻系數(shù)累計(jì)、站點(diǎn)登降量不均衡系數(shù)累計(jì)、非直線系數(shù)累計(jì)、早高峰速度累計(jì)、滿載率平均值累計(jì)。當(dāng)坐標(biāo)圖像為y=x時，表示每一輛車的所承受的運(yùn)載量和運(yùn)行情況都分配均勻。當(dāng)分配不均時產(chǎn)生洛倫茲曲線，洛倫茲曲線弧度越大則分配程度越不均勻。洛倫茲曲線與y=x所圍合的部分面積與y=x直線與x周圍合的三角形面積之比即為基尼系數(shù)。

公式中的n表示公交各線路個數(shù)，pi表示每項(xiàng)公交指標(biāo)空間要素在各分區(qū)所占比例。將pi分別表示單班次客運(yùn)量、斷面客流不均衡系數(shù)、站點(diǎn)登降量不均衡系數(shù)、非直線系數(shù)、早高峰速度和滿載率平均值。其中,0|Gini|1越大越集中。北京市公交線路各項(xiàng)基尼系數(shù)為：單班次客運(yùn)量0.22、斷面客流不均衡系數(shù)0.10、站點(diǎn)登降量不均衡系數(shù)0.19、非直線系數(shù)0.18、早高峰速度0.12、滿載率平均值0.28。

北京市公交系統(tǒng)各項(xiàng)數(shù)據(jù)整體上處于0.1～0.3之間。經(jīng)過數(shù)據(jù)對比，數(shù)據(jù)中北京市公交系統(tǒng)的斷面不均衡系數(shù)處在0.1左右，顯示出斷面不均衡系數(shù)指標(biāo)均衡性最優(yōu)，表示了所有線路中上下車乘客比例均衡性一致，沒有較大浮動。單班次客運(yùn)量、站點(diǎn)登降量不均衡系數(shù)、非直線系數(shù)、早高峰速度基本分布在0.2左右，同樣說明了這些指標(biāo)有較優(yōu)的均衡性。線路滿載率平均值基尼系數(shù)最大在這些數(shù)據(jù)指標(biāo)中分布最不均衡，表現(xiàn)出滿載率平均值在各條線路中公交車空間資源分配不均的問題上為主要因素，致使資源利用率不高。

3.2 整體線路聚類分析

運(yùn)用 SPSS 22（Statistical Product and Service Solutions）軟件進(jìn)行聚類分析，滿載率平均值指標(biāo)作為不合理指標(biāo)，對原始數(shù)據(jù)進(jìn)行聚類分析。使用系統(tǒng)聚類，以組之間的連接平方Euclidean距離為運(yùn)算方法進(jìn)行聚類分析。

根據(jù)分類統(tǒng)計(jì)，線路417路,、478路、553路、專120路、807路、965路、933路、98路、58路、505路、433路、980路、114路、832路、991路、93路、468路，17個線路被歸為滿載率最高且均大于1的一類。這一類線路需要相對應(yīng)的改造工作。

4 短、中、遠(yuǎn)程線路均衡性分析

線路長度因?yàn)楣δ懿煌枰智闆r作進(jìn)一步分析，同時為了驗(yàn)證公交線路長度，對挑選出來的17條需要改造的線路的影響。將公交線路按照長度分為短程（L≤1500m）、中程（1600m≤L＜3000m）、遠(yuǎn)程（L≥3000m）。短程共273條，中程共262條，遠(yuǎn)程共115條。在總體聚類中問題線路，短程路線占9條，中程路線占6條，遠(yuǎn)程路線占2條。整體上短程和中程線路滿載率平均值問題線路占了78%，滿載率平均值指標(biāo)問題比較嚴(yán)重。對三種分類下的線路求各指標(biāo)下的基尼系數(shù)（圖1）。

短程 中程 遠(yuǎn)程單班次客運(yùn)量 0.21 0.19 0.27斷面客流不均衡系數(shù) 0.09 0.09 0.13站點(diǎn)登降量不均衡系數(shù) 0.17 0.20 0.18非直線系數(shù) 0.24 0.11 0.15早高峰速度 0.10 0.09 0.10滿載率平均值 0.30 0.27 0.29

圖1 短中遠(yuǎn)三類線路各指標(biāo)基尼系數(shù)對比圖

滿載率分別在短程、中程和遠(yuǎn)程各指數(shù)的基尼系數(shù)最高分別為0.3、0.27和0.29。短程基尼系數(shù)最高。

由各線路程基尼系數(shù)雷達(dá)圖可以清晰對比出，除滿載率平均值指標(biāo)三種路程分別受其他指標(biāo)影響程度不同，短程路線受非直線系數(shù)指標(biāo)影響較大明顯，站點(diǎn)登降量不均勻系數(shù)指標(biāo)對中程路線產(chǎn)生影響較大，遠(yuǎn)程路線因單班次客運(yùn)量指標(biāo)影響程度大且明顯?？梢钥闯鋈N路線除滿載率之外，其他影響指標(biāo)存在差異。

對短、中、遠(yuǎn)程線路按功能分類分析。滿足北京線路整體分析，滿載率平均值符合整體分析結(jié)果，局部產(chǎn)生差異。其中短程線路，861路、862路非直線系數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他線路，一定程度上影響了短程線路的均衡性，但對滿載率平均值影響較小。滿載率平均值對于中程線路影響小，沒有形成滿載率平均值的聚集集合。因此中程線路需要考慮登降量不均勻系數(shù)指數(shù)對交通線路均衡性的考慮。遠(yuǎn)程線路聚類結(jié)果較為復(fù)雜，說明兩種均衡性指標(biāo)均會對線路均衡性產(chǎn)生影響。

5 重要因素及改造策略

當(dāng)前影響北京市公交服務(wù)水平不均衡的重要因素為滿載率。其中，滿載率作為主要因素可以考慮到公交線路網(wǎng)的改造中。通過對短程數(shù)據(jù)分析需要對468路、505路、93路、114路、58路、專120路、98路、417路、553路滿載率平均值高的線路推薦進(jìn)行新開線路改造解決線路中超負(fù)荷問題。對861路、862路非線性系數(shù)高的線路做出截彎取直線路調(diào)整減少不合理繞行。中程線路需要將登降量不均衡系數(shù)作為重要指標(biāo)對 76路、40路、684路、597路、653路、72路、5路、355路、693路進(jìn)行截短線路改造來減輕個別路段車內(nèi)乘客驟增驟減提高均衡性。遠(yuǎn)程推薦對832路進(jìn)行撤銷線路改造。