基于大數(shù)據(jù)的軌道交通沿線常規(guī)公交線網(wǎng)優(yōu)化方法
——以合肥市為例

林麗凡

（合肥市規(guī)劃設(shè)計研究院,安徽 合肥230041）

1 概述

軌道交通和常規(guī)公交是城市公共交通系統(tǒng)的主要組成部分,城市軌道交通的建設(shè)和運營極大地改變了市內(nèi)交通的發(fā)展和市民的出行方式,為解決城市的交通問題,仍需要常規(guī)公交發(fā)揮其自身的作用,積極地與軌道交通進(jìn)行配合,提升城市整體公共交通運輸能力。因此,在軌道客流走廊內(nèi),對沿線常規(guī)公交線路進(jìn)行適應(yīng)于軌道交通線路的優(yōu)化調(diào)整,使二者良好地結(jié)合及銜接,將實現(xiàn)對客流的有效集散,進(jìn)一步提高城市整體公共交通的吸引力水平。

大數(shù)據(jù)關(guān)注人的時空出行規(guī)律,能夠以全覆蓋方法為城市規(guī)劃提供數(shù)據(jù)支撐,為科學(xué)優(yōu)化公交線網(wǎng)提供技術(shù)支持。本文以合肥市軌道交通3 號線以及與之在同一客流走廊內(nèi)的并線常規(guī)公交線路為研究對象,探討基于大數(shù)據(jù)的軌道交通沿線常規(guī)公交線網(wǎng)優(yōu)化方法,使軌道交通和常規(guī)公交兩種網(wǎng)絡(luò)線能合理銜接,充分發(fā)揮二者的優(yōu)勢,減弱客流重疊的現(xiàn)象。

2 數(shù)據(jù)基礎(chǔ)

研究應(yīng)用到的大數(shù)據(jù)技術(shù)手段主要包括：利用手機(jī)信令數(shù)據(jù)分析軌道上下站乘客出行OD分布特征與利用公交車輛GPS和IC卡基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫推算現(xiàn)狀公交線路出行客流特征。

2.1 公交IC卡和GPS數(shù)據(jù)融合分析技術(shù)。本文研究所需的公交基礎(chǔ)數(shù)據(jù)包括IC 卡刷卡數(shù)據(jù)、車輛GPS 數(shù)據(jù)、站點地理信息以及線路站點信息等。項目組基于2018 年9 月16 號-2018 年9 月29 號的連續(xù)14 天的IC 卡刷卡數(shù)據(jù)和GPS 數(shù)據(jù)對全市公交乘客出行OD進(jìn)行計算,其中IC卡日均記錄996715 條,公交車GPS 日均記錄15837118 條。

對于采用一票制的公交刷卡數(shù)據(jù),刷卡記錄中沒有乘客的上車站點、下車站點、下車時間、換乘記錄等信息,因此研究對公交IC卡數(shù)據(jù)、公交車輛GPS數(shù)據(jù)進(jìn)行融合處理和挖掘分析。通過乘客的IC 卡刷卡時間尋找時間最近值時該車輛所在的位置作為上車位置,搜索該線路所有站點和上車位置中距離最近的站點作為上車站點；利用IC卡時刻、GPS時刻及經(jīng)緯度,結(jié)合站點位置信息,以IC卡編號為單位統(tǒng)計出行信息,依據(jù)下次出行上車站點推算上次出行下車站點計算各站點下客流量[1]。在確定乘客上車站點和下車站點之后,統(tǒng)計每兩個站點之間的客流量,獲得乘坐每條公交線路出行的乘客OD 矩陣,從而掌握現(xiàn)狀公交線路的站間OD、站點上下客量、換乘量等公交客流出行特征。

2.2 手機(jī)信令數(shù)據(jù)技術(shù)。采集了合肥市域約650 萬移動用戶（占比超過70%的手機(jī)用戶量）,2020 年連續(xù)1 個月,日均15 億條手機(jī)信令數(shù)據(jù)。首先利用手機(jī)數(shù)據(jù)建立手機(jī)終端用戶的出行軌跡。基于手機(jī)基站信號與城市地理空間的相互映射關(guān)系,將手機(jī)用戶所有數(shù)據(jù)匹配至城市地理空間,得到手機(jī)用戶在城市地理空間中的位置電子腳印,再將時間序列的電子腳印前后連接,得到該手機(jī)用戶的出行軌跡[2]。其次,通過手機(jī)用戶在不同時段的出行位置及停留時間,篩選出軌道站點上下站乘客的手機(jī)終端群體,從而分析軌道站點上下站乘客的出行OD分布特征。

3 優(yōu)化思路

結(jié)合國內(nèi)外城市經(jīng)驗和合肥實際,考慮軌道交通3 號線的功能定位,研究構(gòu)建以軌道交通為主、常規(guī)公交為輔的公交網(wǎng)絡(luò)形成“魚骨形”的結(jié)構(gòu),使各層次公交在軌道走廊聚集并合理分擔(dān)功能,提升走廊運輸能級與服務(wù)水平。依托軌道交通站點切向布設(shè)穿越型公交快線、干線,與軌道交通線路共同構(gòu)建公交骨架網(wǎng)絡(luò)；保留部分沿走廊方向公交干線,通過常規(guī)公交站距小的優(yōu)勢,服務(wù)出行起訖點在軌道交通站點間的客流,在高峰時段對走廊運能進(jìn)行補(bǔ)充,在軌道交通中斷運營等突發(fā)狀態(tài)下,提供應(yīng)急服務(wù),緩解客流壓力；依托軌道交通站點布設(shè)公交支線,集散軌道交通客流。

軌道交通影響范圍,包括直接吸引范圍（兩側(cè)800m輻射范圍）和間接吸引范圍（兩側(cè)4km輻射范圍）[3]。通過沿線公交線網(wǎng)優(yōu)化,提高間接吸引范圍內(nèi)公交站點覆蓋居住人口與就業(yè)崗位的數(shù)量,從而提高公共交通線網(wǎng)整體服務(wù)覆蓋率。

通過走廊上常規(guī)公交線路調(diào)整和軌道交通接運公交線路新增來逐步實現(xiàn)軌道交通與常規(guī)公交“兩網(wǎng)融合”。首先利用公交IC卡數(shù)據(jù)和公交車輛GPS數(shù)據(jù)識別公共汽車客流走廊,分析沿線每條公交線路的客流分布特征,對與軌道交通走廊重復(fù)的公交線路進(jìn)行逐條分析,提出優(yōu)化方案；其次利用手機(jī)信令數(shù)據(jù)識別軌道站點上下站乘客出行OD分布特征,識別常規(guī)公交服務(wù)客流通道,根據(jù)通道客流量識別常規(guī)公交線路走向,形成新增公交線路規(guī)劃方案。

圖1 軌道3 號線沿線常規(guī)公交線網(wǎng)結(jié)構(gòu)

4 優(yōu)化方案

4.1 現(xiàn)狀常規(guī)公交線路調(diào)整優(yōu)化

4.1.1 優(yōu)化策略。（1）分區(qū)優(yōu)化策略。中心城區(qū)：軌道走廊上存在重復(fù)系數(shù)較高的公交線路。應(yīng)適量減少或整合與軌道交通線路重復(fù)有競爭力的公交線路,同時加強(qiáng)常規(guī)公交線路與軌道交通的接駁關(guān)系。外圍區(qū)域：公交線路稀疏,很多區(qū)域公交走廊沒有覆蓋。應(yīng)調(diào)整現(xiàn)有與軌道交通站點銜接的公交線路,并新增公交支線使之串聯(lián)起區(qū)域內(nèi)的居民區(qū)和商業(yè)區(qū)等實現(xiàn)公交微循環(huán)。（2）分級優(yōu)化策略。研究對與軌道交通同向連續(xù)共站5 站及以上的公交線路分析其調(diào)整優(yōu)化的可能性,分別對快線、干線、支線和微線提出線路優(yōu)化策略。

表1 分級優(yōu)化策略

4.1.2 線路優(yōu)化調(diào)整方案。截止2019 年9 月,合肥市共有公交線路268 條,公交線路總長度為4404.3km,公交線網(wǎng)總長度為1825.7km。公交系統(tǒng)日平均客流量為136 萬人次/日,線路日均客運量為5826 人次/日。其中,與軌道3 號線站點交叉線路共56 條；與軌道線路重合站點3 個以下的公交線路共計29 條；與軌道線路重復(fù)站點4 個的公交線路共2 條；重復(fù)站點大于5 個的公交線路共10 條。

結(jié)合公交線路OD分布特征,對沿線重復(fù)站點大于5 個的10條公交線路進(jìn)行逐條分析,共保留134 路、302 路、304 路、602 路和621 路共計5 條線路、優(yōu)化調(diào)整124 路、105 路、233 路、301 路和32路共計5 條線路。

調(diào)整示例如下：根據(jù)線路客流特征,105 線路以到達(dá)政務(wù)區(qū)（休寧路以南）的客流為主（達(dá)到45.5%）,與軌道3 號線重復(fù)段上下客比例達(dá)到74.1%。因此,軌道3 號線開通后,線路具備調(diào)整條件,建議調(diào)整為服務(wù)政務(wù)區(qū)的公交線路,調(diào)整后的線路總長15.8km。

圖2 105 路線路客流分析105 路線路優(yōu)化方案

4.2 新增軌道接運公交線路規(guī)劃。在對軌道沿線現(xiàn)狀常規(guī)公交線路調(diào)整優(yōu)化的基礎(chǔ)上,結(jié)合手機(jī)信令數(shù)據(jù)對各個站點客流分布進(jìn)行分析,疊加優(yōu)化后的現(xiàn)狀公交線路,識別出需要新增的接運公交線路具體走向。

對軌道3 號線間接影響范圍內(nèi)公交線路500 米服務(wù)覆蓋面分析顯示,新站區(qū)、肥西存在接運公交服務(wù)空白區(qū)域,建議新增接駁公交支線,提升公交服務(wù)能力。基于柵格客流量分析,根據(jù)單向客流量高的OD 選取線路,系統(tǒng)篩選出單向客流量大于50 人次·d-1的客流OD[4],形成接運公交線路初始方案。綜合考慮線路兩端公交站場位置、沿線客流集散點分布、線路技術(shù)指標(biāo)等因素,確定具體線路走向,共新增接運公交支線4 條,分別服務(wù)軌道交通3 號線相城路站、職教城東站、職教城站、幼兒師范站、幸福壩站等站點的客流集散。

圖3 軌道3 號線沿線公交服務(wù)空白

4.3 方案評價。以軌道交通沿線公交線網(wǎng)評價為目標(biāo),以保證公交線網(wǎng)自身合理性、減少常規(guī)公交與軌道交通的競爭、增加常規(guī)公交與軌道交通的合作為準(zhǔn)則,形成七個具體評價指標(biāo)[5]。對調(diào)整后的沿線線網(wǎng)按照評價指標(biāo)分別進(jìn)行計算,計算結(jié)果如下表所示。

表2 調(diào)整前后線路指標(biāo)值

從評價結(jié)果來看,線路經(jīng)過調(diào)整,在軌道間接影響范圍內(nèi)公交線路網(wǎng)比率、線路網(wǎng)密度、站點覆蓋人口和就業(yè)崗位比率、線路重復(fù)系數(shù)、線路交叉系數(shù)、與軌道交通站點間換乘步行時間方面有比較明顯的變化,因此調(diào)整方案的實施使得公交線網(wǎng)朝著更優(yōu)的方向發(fā)展。

5 結(jié)論

本文基于公交IC卡、GPS數(shù)據(jù),分析軌道交通沿線常規(guī)公交線路客流OD 分布,優(yōu)化走廊沿線現(xiàn)狀常規(guī)公交線路走向,并依托手機(jī)信令數(shù)據(jù)對軌道站點上下站客流分布進(jìn)行分析,識別常規(guī)公交客流服務(wù)通道,新增軌道接運公交線路。通過對調(diào)整前后的沿線線網(wǎng)指標(biāo)進(jìn)行評價表明,調(diào)整后的方案使得公交線網(wǎng)更加合理,能夠?qū)崿F(xiàn)城市軌道交通與常規(guī)公共交通系統(tǒng)的協(xié)調(diào)銜接,促進(jìn)軌道交通網(wǎng)與常規(guī)公交網(wǎng)“兩網(wǎng)融合”。