考慮軌道交通規(guī)劃的城市公交線路運(yùn)行效率評(píng)價(jià)

孔 雪, 任傳祥*, 高 歌, 郇宜君

(1.山東科技大學(xué)交通學(xué)院，青島 266590；2.萊蕪技師學(xué)院，濟(jì)南 250000)

隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，城鎮(zhèn)化也進(jìn)入快速發(fā)展的時(shí)期，城市交通問題也隨之日益嚴(yán)重，而公共交通是城市的重要交通設(shè)施，可以滿足城市大多數(shù)普通居民的出行需求，因此優(yōu)先發(fā)展公共交通成為解決城市交通問題的最佳方式。針對(duì)公交系統(tǒng)存在的線路不合理、準(zhǔn)點(diǎn)率低等一系列問題，以及規(guī)劃新建軌道交通后對(duì)公交線路的影響，如何提高公交系統(tǒng)規(guī)劃管理水平也是當(dāng)前的一個(gè)研究重點(diǎn)。而進(jìn)行公交系統(tǒng)管理就要對(duì)公交線路的運(yùn)行效率進(jìn)行評(píng)價(jià)，運(yùn)行效率是指公交線路在整個(gè)公交線路網(wǎng)中的運(yùn)行效率水平，即公交線路在客運(yùn)量、線路規(guī)劃、服務(wù)質(zhì)量、運(yùn)營(yíng)時(shí)間等方面的綜合評(píng)價(jià)。通過評(píng)估找出影響公交線路運(yùn)行效率的主要因素，并對(duì)運(yùn)行效率低的公交線路進(jìn)行調(diào)整，這將有利于改善整個(gè)公交系統(tǒng)的服務(wù)水平。

目前，關(guān)于公交線路網(wǎng)管理與評(píng)價(jià)的研究已經(jīng)日益成熟[1-4]，許多學(xué)者對(duì)城市公交評(píng)價(jià)方法做了大量的研究，有采用模糊綜合評(píng)價(jià)、層次分析法、數(shù)據(jù)包絡(luò)分析方法、主成分分析法及灰色聚類評(píng)價(jià)法等方法對(duì)城市公交系統(tǒng)進(jìn)行評(píng)價(jià)。譚英嘉等[5]利用AHP方法構(gòu)建城市常規(guī)公交線路網(wǎng)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。吳瑤等[6]對(duì)西安、寶雞和咸陽(yáng)3個(gè)城市的公共交通進(jìn)行了適應(yīng)性評(píng)價(jià)，論證了其模型的可靠性和適用性。季玨等[7]以北京市城六區(qū)為例，采用數(shù)據(jù)包絡(luò)分析法探討了城市交通綜合效率評(píng)價(jià)方法。聶偉等[8]提出了一種基于DEA和灰色關(guān)聯(lián)分析的區(qū)域公路網(wǎng)綜合評(píng)價(jià)方法。針對(duì)軌道交通沿線的常規(guī)公交，姜毅等[9]利用灰色關(guān)聯(lián)分析的方法進(jìn)行了評(píng)價(jià)。

城市公交線路的運(yùn)行效率影響著公交企業(yè)的效益，公共資源的配置，以及人們的日常出行。對(duì)公交線路運(yùn)行效率進(jìn)行評(píng)價(jià)可以甄別需要優(yōu)化和調(diào)整的線路，并根據(jù)評(píng)價(jià)結(jié)果制定線路調(diào)整方案。特別是當(dāng)前城市軌道交通的規(guī)劃和建設(shè)正在中國(guó)許多城市迅速展開，例如青島、濟(jì)南、西安等城市。軌道交通的規(guī)劃和建設(shè)勢(shì)必對(duì)公交線路的運(yùn)行產(chǎn)生影響，已有的公交線路運(yùn)行效率評(píng)價(jià)并未考慮這一因素產(chǎn)生的影響，然而這對(duì)地面常規(guī)公交和軌道交通快速發(fā)展的城市來說，考慮軌道交通的規(guī)劃和建設(shè)對(duì)公交線路運(yùn)行效率的影響，進(jìn)而更好的優(yōu)化公交線路成為許多城市公共交通快速發(fā)展過程中亟待解決的一個(gè)問題。因此，根據(jù)城市公交線網(wǎng)的自身特點(diǎn)，考慮軌道交通的規(guī)劃對(duì)公交線路的影響，建立城市公交線網(wǎng)運(yùn)行效率評(píng)價(jià)體系，基于模糊理論研究評(píng)價(jià)方法，并以青島西海岸新區(qū)公交線路和軌道交通規(guī)劃為例對(duì)評(píng)價(jià)體系和模型進(jìn)行驗(yàn)證。

1 公交線路運(yùn)行效率評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

1.1 運(yùn)行效率評(píng)價(jià)指標(biāo)

城市公交線路的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系應(yīng)該可以獨(dú)立反映線網(wǎng)規(guī)劃中某些具體的特征,并與公交線路的目標(biāo)相聯(lián)系。每一評(píng)價(jià)指標(biāo)應(yīng)該具有可測(cè)量性，或可以通過定量法獲得，或可以用定性分級(jí)比較的方法獲得[10]。公交線路運(yùn)行效率評(píng)價(jià)的目的是為公交線路的調(diào)整提供指導(dǎo)，因此要考慮到城市公交線路復(fù)雜、公交站點(diǎn)間隔遠(yuǎn)、公交客流量大等特點(diǎn)。而目前中國(guó)許多城市都在規(guī)劃建設(shè)軌道交通，尤其是地鐵，需考慮其對(duì)公交線路運(yùn)行效率的重要影響。

根據(jù)層次分析法，評(píng)價(jià)體系通常分為3層：目標(biāo)層、準(zhǔn)則層和指標(biāo)層。目標(biāo)層表示評(píng)價(jià)的最終目的，將公交線路的運(yùn)行效率評(píng)價(jià)為最終目標(biāo)；準(zhǔn)則層由一系列指數(shù)構(gòu)成，特別是本文用公交線路與地鐵的協(xié)同指數(shù)來表示地鐵對(duì)公交線路運(yùn)行效率的影響，因此準(zhǔn)則層的指數(shù)包括：基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)指數(shù)、服務(wù)質(zhì)量指數(shù)、效益水平指數(shù),與地鐵的協(xié)同指數(shù)；指標(biāo)層為評(píng)價(jià)需要考慮的具體因素。整個(gè)公交線路運(yùn)行效率評(píng)價(jià)指標(biāo)體系如圖1所示，具體的評(píng)價(jià)體系指數(shù)及相關(guān)因素如下。

圖1 公交線路運(yùn)行效率評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

1.1.1 基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)指數(shù)A1

(1)線路長(zhǎng)度A11

線路長(zhǎng)度反映了公交線路布設(shè)的長(zhǎng)短，線路過長(zhǎng)或過短都不利于公交公司調(diào)度。線路過短，會(huì)浪費(fèi)資源，車輛和駕駛員都無法充分利用；線路過長(zhǎng)，會(huì)增加駕駛員勞動(dòng)強(qiáng)度，車輛周轉(zhuǎn)慢，無法保證運(yùn)營(yíng)效率。

(2)平均站距A12

平均站距反映了公交站場(chǎng)建設(shè)情況，是指線路長(zhǎng)度與站點(diǎn)數(shù)的比值，公交車的平均站距影響城市車輛的行駛速度。

計(jì)算公式：

A12=L/Y

(1)

式(1)中：L為公交線路長(zhǎng)度;Y為線路站點(diǎn)數(shù)量。

1.1.2 服務(wù)質(zhì)量指數(shù)A2

(1)周轉(zhuǎn)時(shí)間A21

周轉(zhuǎn)時(shí)間反映了城市公交車輛的運(yùn)營(yíng)情況，是指運(yùn)營(yíng)車輛在營(yíng)業(yè)線路上開始時(shí)間與結(jié)束時(shí)間的時(shí)間間隔。

計(jì)算公式：

A21=Z0/Z

(2)

式(2)中:Z0為運(yùn)營(yíng)車輛的周轉(zhuǎn)時(shí)間之和；Z為公交車輛數(shù)。

(2)運(yùn)行速度A22

運(yùn)行速度反映了城市公交系統(tǒng)的敏捷性和運(yùn)行能力，是指公交車運(yùn)行線路行程與運(yùn)行時(shí)間的比值。

計(jì)算公式：

A22=L/T

(3)

式(3)中：L為公交線路長(zhǎng)度；T為公交運(yùn)行時(shí)間。

(3)平均發(fā)車間隔A23

平均發(fā)車間隔反映了乘客的候車時(shí)間長(zhǎng)度，是指公交線路中相鄰兩輛營(yíng)運(yùn)車輛發(fā)車的平均間隔時(shí)間。

計(jì)算公式：

A23=G/K

(4)

式(4)中：G為營(yíng)運(yùn)時(shí)間;K為總發(fā)車班次。

(4)票價(jià)

票價(jià)是指公交車線路中乘客所需支付的金額，會(huì)直接影響該公交線路對(duì)城市居民的吸引力。

1.1.3 效益水平指數(shù)A3

(1)100車公里效益A31

100車公里成本反映了公交公司的企業(yè)效益，是指公交車輛平均每行駛100 km所產(chǎn)生的營(yíng)運(yùn)額。

計(jì)算公式：

A31=H/100

(5)

式(5)中：H為公交車輛的總營(yíng)運(yùn)額。

(2)公交車工作時(shí)間A32

車公里客運(yùn)量反映了公交線路載客的營(yíng)運(yùn)效益，是指平均每輛公交車的運(yùn)營(yíng)時(shí)間。

計(jì)算公式：

A32=P/S

(6)

式(6)中：P為該線路一天內(nèi)公交車的總工作時(shí)間；S為該線路一天內(nèi)工作的車輛數(shù)。

1.1.4 與地鐵的協(xié)同指數(shù)A4

(1)線路重復(fù)率A41

線路重復(fù)率反映了公交線路與地鐵線路的重復(fù)率，重復(fù)率過高會(huì)分散客流量，造成資源的浪費(fèi)，為線路重復(fù)的長(zhǎng)度與公交線路總長(zhǎng)度的比值。

計(jì)算公式：

A41=l/L

(7)

式(7)中：l為線路重復(fù)的長(zhǎng)度，是指在一定的交通直接吸引范圍內(nèi)；與地鐵線路基本平行或重合的公交線路長(zhǎng)度；L為公交線路長(zhǎng)度。

(2)站點(diǎn)重復(fù)率A42

站點(diǎn)重復(fù)率反映了公交站點(diǎn)與地鐵的接駁情況，說明該條線路與地鐵線路的聯(lián)系，是指站點(diǎn)的重復(fù)數(shù)與該條公交線路站點(diǎn)總數(shù)的比值。

計(jì)算公式：

A42=y/Y

(8)

式(8)中：y為站點(diǎn)的重復(fù)數(shù)，是指在一定的交通直接吸引范圍內(nèi)，公交站點(diǎn)與地鐵站點(diǎn)相同的數(shù)目，Y為線路站點(diǎn)數(shù)量。

1.2 指標(biāo)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

指標(biāo)層的每個(gè)指標(biāo)結(jié)果通過指標(biāo)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)和隸屬度函數(shù)確定，因此為使結(jié)果可靠要獲得準(zhǔn)確的具體的數(shù)值。青島西海岸新區(qū)是一個(gè)發(fā)展戰(zhàn)略新區(qū)，是青島市將重點(diǎn)打造的經(jīng)濟(jì)新區(qū)，城市正在飛速發(fā)展建設(shè)中，通過GPS多源數(shù)據(jù)分析得到青島西海岸新區(qū)城市公交線路的真實(shí)數(shù)據(jù)，經(jīng)過計(jì)算得到每個(gè)指標(biāo)的上下限及累計(jì)頻率曲線的15%、50%及85%分位數(shù)值，參考城市規(guī)范得到各評(píng)價(jià)指標(biāo)的綜合分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)向量，結(jié)果如表1所示。

表1 指標(biāo)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

2 公交線路運(yùn)行效率評(píng)價(jià)方法

2.1 模糊綜合評(píng)價(jià)

模糊綜合評(píng)價(jià)是從多個(gè)因素對(duì)事物進(jìn)行模糊關(guān)系的合成最終得到綜合評(píng)判結(jié)果的一種評(píng)價(jià)方法。模糊綜合評(píng)價(jià)方法具有較強(qiáng)的適用性，既可以評(píng)價(jià)主觀因素又可以評(píng)價(jià)客觀因素，并且可以與層次分析法進(jìn)行結(jié)合，將多因素根據(jù)其自身特點(diǎn)劃分不同層級(jí)，建立多層次的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，解決復(fù)雜的評(píng)價(jià)問題，因此適合對(duì)使用此方法對(duì)公交線路運(yùn)行效率進(jìn)行評(píng)價(jià)。

模糊綜合評(píng)價(jià)包含指標(biāo)集、指標(biāo)評(píng)價(jià)集、關(guān)系矩陣、權(quán)重向量、評(píng)判結(jié)果等要素，指標(biāo)集合是指評(píng)價(jià)中各個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)所組成的集合，評(píng)價(jià)集是模糊評(píng)價(jià)中對(duì)各個(gè)指標(biāo)評(píng)價(jià)的集合，關(guān)系矩陣則是指標(biāo)集合中相對(duì)應(yīng)評(píng)價(jià)集的隸屬度，權(quán)重向量反映了各層級(jí)中各個(gè)指標(biāo)的相對(duì)重要程度，評(píng)判結(jié)果就是綜合評(píng)價(jià)后得到的最終模糊子集評(píng)價(jià)結(jié)果。

2.2 指標(biāo)評(píng)價(jià)集合

評(píng)價(jià)集合是由評(píng)價(jià)對(duì)象產(chǎn)生的各種評(píng)價(jià)結(jié)果所組成的集合,在本文公交線路運(yùn)行效率評(píng)價(jià)中以線路優(yōu)化調(diào)整為目標(biāo)，將評(píng)價(jià)結(jié)果分為上、中、下三個(gè)級(jí)別，組成評(píng)價(jià)集合V={v1(上),v2(中),v3(下)}。

2.3 權(quán)重向量

請(qǐng)10位專家和10位乘客根據(jù)權(quán)重分配調(diào)查表填寫自己認(rèn)為的最合適的權(quán)重，收回全部調(diào)查表后，用加權(quán)統(tǒng)計(jì)的方法得出結(jié)果，結(jié)果如表2所示。

表2 權(quán)重分配統(tǒng)計(jì)表

注:xi為權(quán)數(shù)值；Ni為頻數(shù)；ωi為頻率。

2.4 評(píng)價(jià)指標(biāo)關(guān)系矩陣

根據(jù)預(yù)先確定的評(píng)價(jià)集合V，計(jì)算出指標(biāo)Xi隸屬于等級(jí)Vj(j=1,2,3)的隸屬度，組成關(guān)系矩陣。隸屬度思想是模糊數(shù)學(xué)的基本思想，為確定隸屬度首先要建立隸屬度函數(shù)，根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和模糊分布的偏大型、偏小型、中間型采用線性三角形函數(shù)[12]如圖2所示。

圖2 指標(biāo)隸屬度函數(shù)

2.5 綜合評(píng)價(jià)結(jié)果決策

依據(jù)綜合評(píng)價(jià)方法，用各級(jí)的關(guān)系矩陣與相應(yīng)的權(quán)重向量相乘，得到最終的公交線路運(yùn)行效率評(píng)價(jià)向量，根據(jù)最大隸屬度原則[13]確定最終評(píng)價(jià)結(jié)果，依據(jù)表3的結(jié)果進(jìn)行分析來輔助線網(wǎng)調(diào)整決策。

3 實(shí)例分析

在現(xiàn)有資料和數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上對(duì)青島西海岸新區(qū)的20條公交線路進(jìn)行了評(píng)價(jià)，以31路公交為例。31路公交線路起點(diǎn)為薛家島樞紐站，終點(diǎn)為昆侖山莊北門，全長(zhǎng)21.1 km，共有33個(gè)站點(diǎn)，紅線部分為公交線路與地鐵線路的重復(fù)路線，黃點(diǎn)為與地鐵重復(fù)的站點(diǎn)，如圖3所示。

首先利用青島西海岸新區(qū)真情巴士公交的GPS和公交IC卡數(shù)據(jù)及現(xiàn)有的公司資料得到指標(biāo)值，然后根據(jù)青島西海岸新區(qū)線路評(píng)價(jià)指標(biāo)分級(jí)向量及隸屬度函數(shù)計(jì)算出各指標(biāo)隸屬度向量，結(jié)果如表4所示。

根據(jù)表4，將指標(biāo)層權(quán)重乘以指標(biāo)層評(píng)價(jià)關(guān)系矩陣，得到準(zhǔn)則層的隸屬度矩陣Ri，得到的結(jié)果分別如下：

[0.377 0.423 0]

(9)

[0.287 5 0.116 5 0.596]

(10)

[0.16 0.24 0.6]

(11)

表4 31路公交線路隸屬度

[0.2 0.3 0.5]

(12)

將準(zhǔn)則層的權(quán)重向量乘以準(zhǔn)則層評(píng)價(jià)關(guān)系矩陣Ri，得出的綜合評(píng)價(jià)隸屬度向量結(jié)果如下：

R=[0.22 0.30 0.28 0.20]

[0.195 0.163 0.645]

(13)

根據(jù)最大隸屬度原則說明該條線路運(yùn)行效率較差，線路布局不合理，方便性和舒適性不盡人意，運(yùn)行效率較低，需要進(jìn)行調(diào)整。若不考慮地鐵的因素，則得到的綜合評(píng)價(jià)隸屬度向量結(jié)果為(0.48,0.13,0.39)，說明31路公交線路運(yùn)行效率比較好，線路布局較合理，但在地鐵進(jìn)行規(guī)劃建設(shè)后，該線路與地鐵的線路重合率較高，站點(diǎn)重合率較低，這樣會(huì)導(dǎo)致與地鐵線路爭(zhēng)奪客流量，因站點(diǎn)重復(fù)的少與地鐵的接駁也會(huì)較差。

根據(jù)以上步驟對(duì)青島西海岸新區(qū)20條線路的運(yùn)行效率進(jìn)行了計(jì)算，評(píng)價(jià)結(jié)果如表5所示。

表5 20條線路的計(jì)算結(jié)果

因此可以得到各條線路的運(yùn)行效率評(píng)價(jià)結(jié)果，如表6所示。

表6 運(yùn)行效率評(píng)價(jià)結(jié)果

由表6可以看出在考慮了已規(guī)劃的地鐵線路后青島西海岸新區(qū)這20條線路中只有4條線路運(yùn)行效率良好，無需調(diào)整，3條線路待定調(diào)整，有13條線路為差，需要進(jìn)行調(diào)整優(yōu)化。其中31路、東1路、東3路、24路、26路，基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)和服務(wù)質(zhì)量都比較差，線路長(zhǎng)度過長(zhǎng)，運(yùn)行效率低下，在與地鐵的協(xié)同方面線路重復(fù)率過高；東9路、25路、20路則是基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)和效益水平都比較差，運(yùn)行效益較低，站點(diǎn)數(shù)量較多造成停車次數(shù)多，與地鐵線路重復(fù)率過高；28路、東12路、東17路、東9路服務(wù)質(zhì)量和效益水平較差，周轉(zhuǎn)時(shí)間和發(fā)車間隔都較長(zhǎng)，使乘客的等待時(shí)間長(zhǎng)；15路公交車與地鐵的線路比較高，但站點(diǎn)的重復(fù)又較少，既分散了乘客又不方便接駁。

去掉地鐵的協(xié)同指數(shù)這個(gè)指標(biāo)，對(duì)公交線路的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、服務(wù)質(zhì)量和效益水平進(jìn)行評(píng)價(jià)，用同樣方法進(jìn)行計(jì)算，得到結(jié)果如表7所示。

表7 20條線路的計(jì)算結(jié)果

通過表6、表7對(duì)比可以發(fā)現(xiàn)31路、東1路由下變?yōu)榱松?，東3路、24路由下變?yōu)榱酥?。通過分析，31路公交車站點(diǎn)重復(fù)率中等、線路重復(fù)率過高，東1路線路重復(fù)率和站點(diǎn)重復(fù)率都過高，而東3路則是站點(diǎn)重復(fù)率低線路重復(fù)率高，24路站點(diǎn)重復(fù)率中等、線路重復(fù)率高。這些線路在加入地鐵的指標(biāo)后評(píng)價(jià)都有所下降，在與地鐵協(xié)同方面都較差，尤其在線路重合方面需要進(jìn)行調(diào)整。說明地鐵的協(xié)同指數(shù)指標(biāo)對(duì)地鐵運(yùn)營(yíng)效率的評(píng)價(jià)也會(huì)產(chǎn)生重要的影響。

地鐵的規(guī)劃與建設(shè)是為了滿足城市不斷增長(zhǎng)的交通需求，其規(guī)劃必然對(duì)地面公交產(chǎn)生影響，從上述例子分析可以看出建設(shè)的20條已有公交線路，其中為了與軌道交通協(xié)同4條線路需要調(diào)整。公交線路本身需要不斷改進(jìn)，尤其軌道交通規(guī)劃與建設(shè)完成后，一些公交線路更加需要調(diào)整線路，使公交與地鐵協(xié)調(diào)發(fā)展運(yùn)營(yíng)效率更加高效。

4 結(jié)論

隨著城市的快速發(fā)展，對(duì)公共交通尤其是公交車的需求越來越大，并且伴隨著地鐵的規(guī)劃建設(shè)，及時(shí)對(duì)公交車線路進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，使其與地鐵協(xié)調(diào)發(fā)展，實(shí)現(xiàn)公交車運(yùn)行效率最優(yōu)已經(jīng)成為城市發(fā)展十分重要的一步。在大量數(shù)據(jù)選取與調(diào)查的基礎(chǔ)上，采用層次分析的方法，建立運(yùn)行效率評(píng)價(jià)指標(biāo)，利用模糊數(shù)學(xué)對(duì)需要調(diào)整的線路進(jìn)行甄別，盡可能考慮多種影響因素并加入地鐵的影響因素，且考慮每項(xiàng)因素的可得性，為決策部門提供線路優(yōu)化的科學(xué)依據(jù)，簡(jiǎn)單實(shí)用，適合實(shí)際應(yīng)用。