暴雨內(nèi)澇下公交應(yīng)急方案評(píng)價(jià)方法

薄坤　楊正

摘要：為甄選出不同暴雨內(nèi)澇情景下的最優(yōu)公交應(yīng)急方案，提出一種公交應(yīng)急方案評(píng)價(jià)方法。提出不與地鐵聯(lián)動(dòng)和與地鐵聯(lián)動(dòng)兩種公交應(yīng)急路徑設(shè)計(jì)思路。以公交出行成本最低為目標(biāo)，搜索最優(yōu)公交應(yīng)急路徑。構(gòu)建公交線網(wǎng)的連通效率、運(yùn)行效率和應(yīng)急效率3個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)對公交應(yīng)急方案進(jìn)行評(píng)價(jià)。結(jié)果表明，不與地鐵聯(lián)動(dòng)時(shí)宜啟動(dòng)臨時(shí)公交接駁線路，與地鐵聯(lián)動(dòng)時(shí)宜采用原線接駁的方式。假設(shè)3種暴雨內(nèi)澇情景，從情景1到情景3暴雨內(nèi)澇程度逐步加劇。與原公交線網(wǎng)相比，各公交應(yīng)急方案的運(yùn)行效率降幅較小且接近；不與地鐵聯(lián)動(dòng)和與地鐵聯(lián)動(dòng)時(shí)情景1下的應(yīng)急效率最高。

關(guān)鍵詞：城市交通； 應(yīng)急路徑優(yōu)化； 應(yīng)急方案評(píng)價(jià)； 大規(guī)模公交線網(wǎng)； 暴雨內(nèi)澇

中圖分類號(hào)：? U491.17; U121 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：? A

Evaluation method of bus emergency plans under rainstorm and road waterlogging

BO Kun1， YANG Zheng2

（1.Higher Technical College， Shanghai Maritime University， Shanghai 201306， China;

2.School of Naval Architecture， Ocean & Civil Engineering， Shanghai Jiao Tong University， Shanghai 200240， China）

Abstract： To select the optimal bus emergency plan in different scenarios of rainstorm and road waterlogging， an evaluation method of bus emergency plans is proposed. Two design ideas of bus emergency path are put forward under the conditions of linkage with metros or not. Aiming at the minimum bus travel cost of passengers， the optimal path of bus emergency is searched. Three evaluation indices of connectivity efficiency， operation efficiency and emergency efficiency of the bus network are constructed to evaluate the bus emergency plans. The results show that， the temporary feeder bus lines should be started under the condition of not linkage with metros， and the original bus lines should be reused under the condition of linkage with metros. Assume three scenarios of rainstorm and road waterlogging， and the degree of rainstorm and road waterlogging gradually increases from scenario 1 to scenario 3. Compared with the original bus network， the operation efficiency of each bus emergency plan is of smaller decrease and close. Under the condition of linkage with metros or not， the emergency efficiency under scenario 1 is the highest.

Key words： urban traffic; optimization of? emergency path; emergency plan evaluation; large-scale bus network; rainstorm and road waterlogging

0 引 言

全球變暖導(dǎo)致極端天氣發(fā)生頻率增加，其中氣象災(zāi)害中具有突發(fā)特性的臺(tái)風(fēng)、暴雨天氣的發(fā)生最為頻繁且呈增加趨勢，這樣的極端天氣對公共交通的影響受到國內(nèi)外的重視［1］。類似“7·20”鄭州特大暴雨的事件及臺(tái)風(fēng)等對城市公交、地鐵運(yùn)行安全和居民出行的影響巨大，實(shí)施有計(jì)劃、有組織的城市公共安全管理十分必要。

城市暴雨內(nèi)澇的危險(xiǎn)程度由暴雨強(qiáng)度和排水標(biāo)準(zhǔn)決定。我國尚有城市中心區(qū)的排水基礎(chǔ)設(shè)施達(dá)不到百年一遇、千年一遇暴雨內(nèi)澇

的排澇要求，在遭遇暴雨內(nèi)澇災(zāi)害時(shí)道路通行能力降低甚至喪失，為了不使其降低太多或喪失，需要對現(xiàn)有公交線網(wǎng)進(jìn)行臨時(shí)應(yīng)急調(diào)整。

常態(tài)公交線網(wǎng)調(diào)整優(yōu)化問題的研究成果豐富，有基于決策變量、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、需求模式、需求特征、約束條件和運(yùn)營策略的調(diào)整優(yōu)化模型［2-3］。非常態(tài)公交線網(wǎng)調(diào)整優(yōu)化問題集中在由極端突發(fā)事件引起的交通中斷情況下的客流安全疏散問題［4］，軌道交通中斷情況下的公交橋接問題尤其受到關(guān)注［5-6］。通常采用一般分析法和啟發(fā)式算法確定與評(píng)估路徑［7-8］。對氣象災(zāi)害發(fā)生后的公交線網(wǎng)應(yīng)急調(diào)整的研究不足。

綜上所述：已有的城市公交應(yīng)急方案的設(shè)計(jì)多以小規(guī)模公交線網(wǎng)為例進(jìn)行測算，少有基于大規(guī)模公交線網(wǎng)的實(shí)驗(yàn)［9］；現(xiàn)有研究結(jié)論缺乏適應(yīng)城市公交韌性管理數(shù)字化轉(zhuǎn)型要求的公交應(yīng)急方案設(shè)計(jì)與定量評(píng)價(jià)方法，同時(shí)缺乏暴雨內(nèi)澇情景下不同的城市交通基礎(chǔ)設(shè)施下公交應(yīng)急方案的設(shè)計(jì)框架；多級(jí)災(zāi)害場景下的應(yīng)急方案的輸出缺乏可操作性。

本文針對城市在遭遇暴雨內(nèi)澇災(zāi)害時(shí)道路通行能力降低且在局部區(qū)域存在車輛限行的情況，以保障公交運(yùn)行服務(wù)為目的，提出不同暴雨內(nèi)澇情景下公交應(yīng)急路徑優(yōu)化與評(píng)價(jià)方法，提出公交應(yīng)急路徑的搜索算法和設(shè)計(jì)框架，構(gòu)建公交應(yīng)急方案評(píng)價(jià)指標(biāo)。該方法能實(shí)現(xiàn)不同暴雨內(nèi)澇情景下針對大規(guī)模公交線網(wǎng)（站點(diǎn)數(shù)量達(dá)到千級(jí)）的最優(yōu)公交應(yīng)急方案的確定。

1 公交應(yīng)急路徑設(shè)計(jì)框架

1.1 公交應(yīng)急路徑設(shè)計(jì)思路

暴雨內(nèi)澇會(huì)引起城市交通通行能力降低乃至喪失。當(dāng)公交運(yùn)行服務(wù)降級(jí)后，如何維持公共交通基本服務(wù)以及控制突發(fā)事件下公交出行成本，是公交應(yīng)急管理的重點(diǎn)。本文面向不同的城市交通基礎(chǔ)設(shè)施條件，提出不與地鐵聯(lián)動(dòng)和與地鐵聯(lián)動(dòng)的公交應(yīng)急路徑設(shè)計(jì)思路，見圖1。

設(shè)計(jì)思路1：不與地鐵聯(lián)動(dòng)的公交應(yīng)急路徑。包括在原公交線路上運(yùn)行的公交車?yán)@開中斷路段后再回到原線原站繼續(xù)運(yùn)行（原車?yán)@行）和啟用臨時(shí)公交車進(jìn)行中斷路段兩端狀況站點(diǎn)的接駁運(yùn)輸（臨時(shí)公交接駁）。

設(shè)計(jì)思路2：與地鐵聯(lián)動(dòng)的公交應(yīng)急路徑。包括在原公交線路上運(yùn)行的公交車行駛至中斷路段后改變線路運(yùn)行至地鐵站點(diǎn)（原車接駁）和啟用臨時(shí)公交車在中斷路段的狀況站點(diǎn)與地鐵站點(diǎn)之間進(jìn)行接駁運(yùn)輸（臨時(shí)公交接駁）。

1.2 公交應(yīng)急路徑生成邏輯

基于圖1提出4種公交應(yīng)急路徑生成邏輯，得到6種公交應(yīng)急路徑，見圖2。

①針對1對狀況站點(diǎn)的路徑規(guī)劃，即在原公交線路上的公交車或新增的臨時(shí)公交車只為1條公交線路上的1對狀況站點(diǎn)提供應(yīng)急運(yùn)輸服務(wù)。

②針對多對狀況站點(diǎn)的路徑規(guī)劃，即新增的臨時(shí)公交線路為一定區(qū)域內(nèi)多條公交線路的多對狀況站點(diǎn)提供應(yīng)急運(yùn)輸服務(wù)。

③針對1個(gè)狀況站點(diǎn)和1個(gè)地鐵站點(diǎn)的路徑規(guī)劃，即原公交線路上的公交車或新增的臨時(shí)公交車為該中斷路段上的1個(gè)狀況站點(diǎn)提供接駁至最近地鐵站點(diǎn)的應(yīng)急運(yùn)輸服務(wù)。

④針對多個(gè)狀況站點(diǎn)和1個(gè)地鐵站點(diǎn)的路徑規(guī)劃，即新增的臨時(shí)公交車為一定區(qū)域內(nèi)多條公交線路上的多個(gè)狀況站點(diǎn)提供接駁至最近地鐵站點(diǎn)的應(yīng)急運(yùn)輸服務(wù)。

2 公交應(yīng)急路徑搜索模型

2.1 模型假設(shè)

4 案例分析

暴雨天氣對我國城市交通的影響最為普遍，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致相關(guān)公交線路癱瘓?；谟炅考ぴ鼍哂袝r(shí)變性的特點(diǎn)，根據(jù)暴雨內(nèi)澇對道路交通影響程度的不同，假設(shè)3種暴雨內(nèi)澇情景，從情景1到情景3暴雨內(nèi)澇程度逐步加劇。情景1：局部道路積水，積水深度達(dá)100 mm，個(gè)別路段無法通行或即將無法通行，經(jīng)行公交繞行。情景2：局部道路積水，積水深度達(dá)200 mm，多處路段無法通行或即將無法通行，經(jīng)行公交繞行或縮線運(yùn)行。情景3：局部道路積水，積水深度達(dá)300 mm，多處路段無法通行，經(jīng)行公交繞行、縮線運(yùn)行或停運(yùn)。

根據(jù)暴雨內(nèi)澇對城市路網(wǎng)影響的歷史數(shù)據(jù)，選擇一條重要的過江通道作為中斷路段，即該路段無法通行，所有經(jīng)過該路段的公交無法按原線路運(yùn)行。案例以寧波公交線網(wǎng)中上、下行單向共95條線路為基礎(chǔ)，構(gòu)建常態(tài)天氣下的公交線網(wǎng)方案P1，其中包含19條途徑此中斷路段的公交線路。

根據(jù)公交應(yīng)急路徑設(shè)計(jì)思路，提出2個(gè)公交應(yīng)急方案集，即不與地鐵聯(lián)動(dòng)方案集（方案集1）和與地鐵聯(lián)動(dòng)方案集（方案集2）。當(dāng)路網(wǎng)中一個(gè)路段中斷后，公交線網(wǎng)發(fā)生變化，在不調(diào)整原公交線路的情況下，形成方案P2。根據(jù)公交應(yīng)急路徑搜索模型得到公交應(yīng)急方案集，方案集1包括方案P2、P3、P4、P5，方案集2包括方案P6、P7、P8。表1體現(xiàn)了各公交應(yīng)急方案的運(yùn)營組織復(fù)雜程度。

19條受影響的公交線路中涉及的狀況站點(diǎn)對為（16， 17）、（57， 58）、（16， 1 196）、（1 218， 58）、（636， 17）、（57， 629）、（1 217， 629）。計(jì)算可得各方案在應(yīng)急路段上的運(yùn)行時(shí)間，部分結(jié)果見表2。

4.1 連通效率比較

公交線網(wǎng)連通效率指標(biāo)反映網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)溥B通性。采用L-Space方法構(gòu)建以公交站點(diǎn)為節(jié)點(diǎn)、公交區(qū)間為邊的無向無權(quán)拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)，見圖3。

經(jīng)計(jì)算得到各應(yīng)急方案下的公交線網(wǎng)連通效率，見表3。由表3可知：方案P1的連通效率為7.29%；方案集1中的方案根據(jù)連通效率由高到底排序?yàn)镻4=P5P2P3，方案P4和P5最優(yōu)；方案集2中的方案根據(jù)連通效率由高到底排序?yàn)镻6P7P8，方案P6最優(yōu)；公交線網(wǎng)中線路數(shù)和線路走向發(fā)生變化后，其連通效率將發(fā)生不同程度的下降。

4.2 運(yùn)行效率比較

暴雨內(nèi)澇程度對公交車運(yùn)行速度有不同程度的影響，計(jì)算不同暴雨內(nèi)澇情景下各應(yīng)急方案的運(yùn)行效率。常態(tài)天氣下，公交車行駛速度為16 km/h。根據(jù)上海公交車在不同暴雨內(nèi)澇天氣下的歷史GPS數(shù)據(jù)，得到情景1、情景2、情景3下公交車行駛速度分別為10、 7、 4 km/h。

常態(tài)天氣下公交線網(wǎng)的平均出行時(shí)間是62 min；暴雨內(nèi)澇發(fā)生后，情景1、情景2、情景3下公交線網(wǎng)的平均運(yùn)行時(shí)間分別為95、119、168 min。公交線網(wǎng)的運(yùn)行效率隨著暴雨內(nèi)澇程度的加劇而大幅降低。不同方案在不同情景下的運(yùn)行效率比較見圖4。在圖4中，以方案P1的平均運(yùn)行時(shí)間為基準(zhǔn)，計(jì)算新方案與方案P1的平均運(yùn)行時(shí)間的差值，定義該差值與方案P1的平均運(yùn)行時(shí)間的比值為運(yùn)行效率差，運(yùn)行效率差越小的方案，運(yùn)行效率越高。方案集1中運(yùn)行效率最高的是方案P2，方案集2中運(yùn)行效率最高的是方案P7。

4.3 應(yīng)急效率比較

在各應(yīng)急方案下，乘客改變了原出行路徑，其出行時(shí)間將隨之改變。使用TransCAD軟件重新對客流進(jìn)行分配。考慮到不同天氣情況下客流和公交車行駛速度的變化，分別根據(jù)常態(tài)天氣、情景1、情景2、情景3下的客流和公交車行駛速度數(shù)據(jù)，計(jì)算得到方案P1下乘客在狀況站點(diǎn)間的平均行程時(shí)間分別為2.65、4.31、5.83和9.48 min。

分別以4.31、5.83和9.48 min為基準(zhǔn)數(shù)據(jù)，計(jì)算各方案在各情景下的應(yīng)急效率差。如在情景1下，計(jì)算某方案下乘客在狀況站點(diǎn)間的行程時(shí)間與4.31 min的差值，該差值與4.31 min的比值即為該方案在情景1下的應(yīng)急效率差。應(yīng)急效率差越小的方案，應(yīng)急效率越高。結(jié)果見圖5。

情景1下，方案集1中的最優(yōu)方案為P3（4.19 min），方案集2中的最優(yōu)方案為P6（4.12 min）；情景2下，方案集1中的最優(yōu)方案為P4（5.84 min），方案集2中的最優(yōu)方案為P6（5.81 min）；情景3下，方案集1中的最優(yōu)方案為P5（9.28 min），方案集2中的最優(yōu)方案為P8（9.42 min）。

綜上，根據(jù)公交線網(wǎng)的連通效率、運(yùn)行效率和應(yīng)急效率3個(gè)指標(biāo)的計(jì)算結(jié)果對各應(yīng)急方案進(jìn)行評(píng)價(jià)，甄選出最優(yōu)方案，結(jié)果見表4。在輔助公交運(yùn)營方制定暴雨內(nèi)澇下公交線路應(yīng)急方案時(shí)，可以根據(jù)側(cè)重目標(biāo)不同進(jìn)行方案甄選。

5 結(jié) 論

本文提出了不同暴雨內(nèi)澇情景下公交應(yīng)急方案的評(píng)價(jià)方法，對大規(guī)模公交線網(wǎng)（站點(diǎn)數(shù)量達(dá)千級(jí)）公交應(yīng)急方案的確定提供定量決策依據(jù)。提出不與地鐵聯(lián)動(dòng)和與地鐵聯(lián)動(dòng)的兩種公交應(yīng)急路徑設(shè)計(jì)思路和生成邏輯。以公交出行成本最低為目標(biāo)進(jìn)行應(yīng)急路徑搜索，這里的公交出行成本由公交車費(fèi)、車上時(shí)間成本、等車時(shí)間成本和換乘時(shí)間成本組成，采用Pathfinder分配法得到最優(yōu)公交應(yīng)急路徑。根據(jù)提出的公交應(yīng)急方案評(píng)價(jià)指標(biāo)對各應(yīng)急方案進(jìn)行評(píng)價(jià)，得出不同情景下的最優(yōu)應(yīng)急方案。在不與地鐵聯(lián)動(dòng)的情況下，宜啟動(dòng)臨時(shí)公交接駁線路；在與地鐵聯(lián)動(dòng)的情況下，宜采用原線接駁的方式。不同暴雨內(nèi)澇情景、不同評(píng)價(jià)指標(biāo)下的最優(yōu)方案不同，決策方在制定暴雨內(nèi)澇下的公交應(yīng)急方案時(shí)可以根據(jù)側(cè)重目標(biāo)不同進(jìn)行方案甄選。

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（編輯 趙勉）

收稿日期： 2021-11-04

修回日期： 2022-03-21

作者簡介： 薄坤（1982—），女，遼寧錦州人，講師，博士，研究方向?yàn)槌鞘泄步煌☉?yīng)急管理，（E-mail）vipbo@126.com