城市一體化公交系統(tǒng)中接駁巴士路線規(guī)劃研究

李進(jìn)才

【摘要】隨著地鐵、輕軌、BRT等中大運(yùn)量公共交通系統(tǒng)的快速發(fā)展，對(duì)常規(guī)地面公交的客流集散作用提出了更高的要求，但是傳統(tǒng)的地面公交系統(tǒng)無(wú)論是在運(yùn)量、還是在靈活性上都難以獨(dú)自承擔(dān)這一任務(wù)。而接駁巴士系統(tǒng)以其運(yùn)量小、靈活性高、可靠性高等特點(diǎn)可以協(xié)同常規(guī)地面公交或者在適當(dāng)?shù)貐^(qū)單獨(dú)承擔(dān)大運(yùn)量公交系統(tǒng)的客流集散任務(wù)。本文首先對(duì)接駁巴士在一體化公交系統(tǒng)中的功能定位進(jìn)行了詳細(xì)闡述，隨后針對(duì)接駁巴士系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵技術(shù)——線路設(shè)計(jì)問(wèn)題建立了模型，然后選用了計(jì)算案例進(jìn)行分析，最后對(duì)此方法進(jìn)行了結(jié)論評(píng)價(jià)，提供的方法可以為初步估算接駁巴士線路密度、平均站點(diǎn)間距、平均發(fā)車(chē)頻率等提供依據(jù)。

【關(guān)鍵詞】接駁巴士；線路設(shè)計(jì)；一體化公交系統(tǒng)

【DOI】10.12334/j.issn.1002-8536.2021. 26.014

隨著城市化的不斷提高，城市區(qū)域規(guī)模不斷發(fā)展，運(yùn)輸能力越來(lái)越不能滿(mǎn)足大城市的交通需求，機(jī)動(dòng)車(chē)逐漸成倍增加與城市道路資源有限形成了鮮明的對(duì)比，交通出行擁堵成為城市發(fā)展的突出的問(wèn)題。為進(jìn)一步解決交通問(wèn)題，地鐵、輕軌、BRT等中大運(yùn)量公共交通系統(tǒng)的快速建設(shè)，常規(guī)公交也凸顯不足。調(diào)整優(yōu)化城市交通機(jī)構(gòu)成為解決城市交通問(wèn)題的有效途，解決最后一公里出行問(wèn)題，做好銜接接駁與集散，發(fā)揮接駁巴士?jī)?yōu)勢(shì)刻不容緩。

1、接駁巴士的概念

在大容量公交系統(tǒng)的樞紐或站點(diǎn)一定區(qū)域內(nèi)（通常是居民區(qū)內(nèi)），為了提高公交系統(tǒng)的可達(dá)性而設(shè)置的、線路走向靈活、服務(wù)方式多樣、中低容量的一種新型公交系統(tǒng)。接駁巴士由于服務(wù)范圍小、服務(wù)目標(biāo)群體明確、服務(wù)時(shí)間固定等特點(diǎn)，具有了可靠性高、能夠?yàn)槌丝吞峁伴T(mén)到門(mén)”服務(wù)等其他公交系統(tǒng)所不具備的優(yōu)勢(shì)。

2、接駁巴士的功能定位

接駁巴士屬于地面常規(guī)公交的一類(lèi)，要準(zhǔn)確地了解接駁巴士的功能定位，首先應(yīng)明確地面常規(guī)公交系統(tǒng)在一體化公交系統(tǒng)中的定位，隨之確定常規(guī)公交系統(tǒng)自身的層次，最后獲得接駁巴士在地面常規(guī)公交系統(tǒng)中的定位。

2.1 地面公交系統(tǒng)的定位與分層

隨著交通的發(fā)展，地面常規(guī)公交系統(tǒng)的功能將從原來(lái)全面承擔(dān)長(zhǎng)、中、短距離運(yùn)輸逐漸轉(zhuǎn)向以中、短距離運(yùn)輸為主，在軌道線路沒(méi)形成規(guī)模的區(qū)域承擔(dān)部分骨干客流、兼顧中長(zhǎng)距離運(yùn)輸。地面公交網(wǎng)絡(luò)的功能雖然發(fā)生了轉(zhuǎn)化，但仍保持覆蓋面相對(duì)于軌道更廣的優(yōu)勢(shì)，并繼續(xù)向與軌道交通這兩種公交模式良好配合的方向發(fā)展，充分發(fā)揮兩種交通方式的長(zhǎng)處，更好的服務(wù)市民出行需求，提供多層次的服務(wù)，滿(mǎn)足多層次的要求，適應(yīng)城市的發(fā)展。最終形成具有三層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)——由公交干線、公交區(qū)域線和接駁巴士組成的地面公共交通一體化系統(tǒng)。[1]

2.2 接駁巴士的層次結(jié)構(gòu)與功能定位

2.2.1一體化公交系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)

一體化公交系統(tǒng)中的各個(gè)層次之間存在著相互作用，下一層對(duì)上一層起到客流集散的作用，是上一層能夠正常發(fā)揮職能的基礎(chǔ)。接駁巴士系統(tǒng)作為系統(tǒng)的最下一層，可以為多個(gè)上層結(jié)構(gòu)提供客流集散服務(wù)。

2.2.2接駁巴士系統(tǒng)的功能定位

協(xié)同公交干線系統(tǒng)為軌道交通集散客流（圖1中線①所示）。

由于軌道交通系統(tǒng)與公交干線系統(tǒng)的運(yùn)能不平衡所致。軌道與常規(guī)公交共同承擔(dān)城市內(nèi)部部分換乘客流，其中軌道交通需要常規(guī)公交為其集散客流，二者相輔相成，客流分布規(guī)律在時(shí)間上有一定的疊合性。高峰時(shí)期內(nèi)，干線公交系統(tǒng)的運(yùn)力趨于飽和，而軌道交通此時(shí)也處在客流高峰期、急需大量的常規(guī)公交車(chē)輛來(lái)集散，這種運(yùn)力和運(yùn)量之間的供需矛盾會(huì)造成車(chē)站附近地區(qū)交通緊張與滯塞。此時(shí)接駁巴士系統(tǒng)可以協(xié)同公交干線系統(tǒng)一起為軌道交通集散客流，緩解公交干線系統(tǒng)客流壓力。

直接為軌道系統(tǒng)集散客流（圖1中線②所示）

在公交線網(wǎng)沒(méi)有覆蓋的“空白區(qū)”，可以直接為軌道系統(tǒng)集散客流。需要指出的是，①與②作用的不同之處在于①作用主要發(fā)生在軌道線路與公交干線相交的重要客流樞紐處，而②作用發(fā)生在一般客流樞紐或是軌道站點(diǎn)處。

直接為公交干線系統(tǒng)集散客流（圖1中線③所示）

在城市外圍地區(qū)或新城，軌道交通在近期尚未形成規(guī)模時(shí)，公交主干線承擔(dān)著大量中長(zhǎng)距離的出行，公交區(qū)域線在郊區(qū)新城和中心鎮(zhèn)的內(nèi)部、重要樞紐、軌道站點(diǎn)附近中短距離的出行。接駁巴士可以與公交區(qū)域線一起為公交主干線提供接駁服務(wù)，考慮到范圍較小的區(qū)域內(nèi)要盡量減少換乘次數(shù)及運(yùn)能的合力配置等要求，接駁巴士無(wú)需為公交區(qū)域線提供接駁服務(wù)。

3、國(guó)內(nèi)外接駁巴士的應(yīng)用研究情況

Avishai Ceder，Youngbin Yim[2]等人在加利福尼亞州的Alameda地區(qū)，利用仿真模型對(duì)十種類(lèi)型的接駁巴士系統(tǒng)在該地區(qū)的適用性進(jìn)行了研究。

國(guó)內(nèi)對(duì)于接駁巴士的研究情況還比較少，部分研究?jī)H在概念或者是系統(tǒng)設(shè)計(jì)方面對(duì)此略有涉及[3]，但對(duì)接駁巴士的客流需求研究問(wèn)題、線路布設(shè)問(wèn)題、運(yùn)營(yíng)調(diào)度問(wèn)題、時(shí)刻表協(xié)調(diào)問(wèn)題均少有涉及。

4、接駁巴士路線設(shè)計(jì)模型

本文將采用解析法求解接駁巴士路線設(shè)計(jì)問(wèn)題。[4]

4.1 模型設(shè)定

模型設(shè)定主要包括：服務(wù)區(qū)域?yàn)榫匦?，接駁巴士線路完全垂直于軌道線路（或地面干線公交線路）；軌道交通系統(tǒng)內(nèi)如軌道站點(diǎn)、軌道線路等特性均為已知；起點(diǎn)處于這一矩形的乘客可以通過(guò)接駁巴士到達(dá)軌道站；接駁巴士線路與軌道交通線路相互垂直；假定乘客選擇距離起點(diǎn)最近的站點(diǎn)；接駁巴士路線之間的間距與公交站點(diǎn)路線之間的間距較這一矩形邊小得多；假定軌道交通站點(diǎn)的間距也較這一矩形邊小得多；假定接駁巴士在此區(qū)域內(nèi)的行駛車(chē)速相同。

根據(jù)上述假定，問(wèn)題如下圖2所示。

4.2 變量聲明

見(jiàn)表1。

幾點(diǎn)說(shuō)明：

p（x，y）：接駁巴士的客流需求，是一個(gè)連續(xù)的二元密度函數(shù)，反應(yīng)了客流需求在矩形內(nèi)部的分布情況。

w（x，y）公交站間距，是一個(gè)關(guān)于線路位置（x）、到軌道線路的距離（y）的二元連續(xù)函數(shù)。w（x0，y0）指原點(diǎn)與點(diǎn)（x0，y0）構(gòu)成的矩形區(qū)域內(nèi)公交站點(diǎn)的密度，是公交站點(diǎn)密度函數(shù)的分布累積函數(shù)，即連續(xù)可導(dǎo)的函數(shù)。

t（x）公交線路密度沿軌道線路方向（即x方向）的連續(xù)函數(shù)。t（x0）指沿軌道方向（x軸）從原點(diǎn)到x=x0區(qū)間內(nèi)的公交線路密度，是公交線路密度函數(shù)的分布累積函數(shù)，即連續(xù)可導(dǎo)的函數(shù)。

4.3 設(shè)計(jì)目標(biāo)與決策變量

設(shè)系統(tǒng)的總成本Z為：Z=運(yùn)營(yíng)成本+乘客的步行時(shí)間成本+乘客的等待時(shí)間成本+乘客的車(chē)上時(shí)間成本。

決策變量主要分為：公交線路的密度；站點(diǎn)的密度；每一條線路的發(fā)車(chē)頻率。

4.4建立模型

根據(jù)已有的假定，從起點(diǎn)到每一條公交線路的距離大致為線路間距的1/4。則：

乘客從起點(diǎn)到達(dá)最近的公交線路的時(shí)間成本為：

5、算例分析

5.1 案例簡(jiǎn)介

本文選擇了某市某新城西區(qū)作為計(jì)算案例。案例團(tuán)泊大道（即圖中團(tuán)泊快速路）作為一條重要的主干道貫穿整個(gè)西區(qū)，近期將修建BRT。BRT作為中大運(yùn)量的交通運(yùn)輸方式，需要接駁巴士系統(tǒng)幫助其完成客流的集散。此案例的研究區(qū)域選為編號(hào)為9的規(guī)劃小區(qū)。如下圖所示，小區(qū)東鄰團(tuán)泊大道，區(qū)域內(nèi)的土地利用類(lèi)型為住宅。小區(qū)內(nèi)設(shè)計(jì)的接駁巴士可以完成將居民運(yùn)送到BRT線路上的任務(wù)。

5.2 模型適用性分析

本小區(qū)實(shí)際為一梯形，根據(jù)面積相等的原則，將小區(qū)近似為一矩形。另由于BRT線路位置已知，可以運(yùn)用上述模型進(jìn)行初步分析。

另一方面，小區(qū)內(nèi)部客流需求分布均勻，路網(wǎng)為方格網(wǎng)式構(gòu)造，并且交叉口間距較為統(tǒng)一，可以將站點(diǎn)密度w設(shè)為是一個(gè)與x，y相互獨(dú)立的變量，則可以采用上述模型的解法。

5.3 模型參數(shù)確定

根據(jù)已有規(guī)劃資料確定該研究區(qū)域內(nèi)客流需求密度，隨后再根據(jù)該市人均GDP計(jì)算乘客每小時(shí)的時(shí)間價(jià)值，并假定乘客的步行到站的時(shí)間價(jià)值、候車(chē)時(shí)間價(jià)值、車(chē)上時(shí)間價(jià)值相同。關(guān)于模型中的運(yùn)營(yíng)成本，由于該新城西區(qū)屬于新建區(qū)，目前還沒(méi)有這方面的數(shù)據(jù)，所以可以采用一經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)。模型參數(shù)的數(shù)值如下表2。

5.4 計(jì)算結(jié)果及分析

則該新城西區(qū)編號(hào)為9的小區(qū)內(nèi)：總共設(shè)置線路數(shù)=2.581*1.03=2.7條接駁巴士線路；發(fā)車(chē)頻率為6.53分鐘，站點(diǎn)密度為12.380站點(diǎn)數(shù)/平方千米，平均站間距為280米。

結(jié)論：

（1）此模型概念較為清晰，可以直接采用手算的方法進(jìn)行計(jì)算。在對(duì)于粗略地估算接駁巴士系統(tǒng)內(nèi)公交線路的線路條數(shù)、公交站點(diǎn)數(shù)、平均站間距方面較有優(yōu)勢(shì)。

（2）針對(duì)所設(shè)定的模型特征，通過(guò)設(shè)計(jì)改進(jìn)算法進(jìn)行求解。將算法與案例模型結(jié)合起來(lái)，探索了接駁巴士線路設(shè)置問(wèn)題，以便在接對(duì)駁巴士路線設(shè)計(jì)中得到實(shí)際應(yīng)用提高，能夠更好適應(yīng)實(shí)際環(huán)境。

（3）通過(guò)本研究模型的提出，為初步估算接駁巴士線路密度、平均站點(diǎn)間距、平均發(fā)車(chē)頻率等提供依據(jù)，在未來(lái)的解法可以引入更為先進(jìn)的數(shù)學(xué)方法，對(duì)此類(lèi)模型進(jìn)行進(jìn)一步的推廣完善。

參考文獻(xiàn)：

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