關于公交線網分級規劃的思考

0公交線網優化方法公共交通網絡規劃是基于居民關于公共交通和公共交通的特定調查的數據和預測結果的。利用數學規劃方法、圖論方法、人工智能等方法，依靠城市公共交通系統，制定公共交通網絡的布局規劃，并找到最佳布局。公交線網的合理科學規劃可以實現在有限的投資條件下,科學配置公交運能,從而提高公交運營效率、增大載客容量、改善公交系統的整體服務水平,以適應城市不同時期發展的需求。國外對公交線網的研究起步比較早,目前,在公交線網的優化技術領域有廣泛而深入的研究。基于公交線網的規劃一般過程,形成了多種線網規劃方法。Chua曾將這些方法歸納為規劃手冊法(ManualApproach)、系統分析法(SystemAnalysis)、市場分析計劃法(MarketAnalysisProject)、交互式圖形系統分析法(SystemAnalysiswithInteractiveGraphics)及數學尋優法(MathematicalApproach)等五類。國內關于公交線網優化的研究始于80年代,目前主要集中于數學尋優法的模型及己有模型算法的研究。較早進行這方面研究的吳稼豪、李碩、夏偉民等比較系統的敘述了有關城市公共交通網絡優化問題的模型和方法。楊兆升,張啟人等根據不同的約束提出了不同的公交線網優化模型。劉清等基于人工智能理論,采用啟發式算法,從每對端點搜索出滿足有關約束條件的備選線路,按二進制理論將備選線路組合成若干優化網絡,然后評價比較確定最優。張國伍等在擴展福勞德算法的基礎上,提出了公交線網的多條最短路徑算法。近幾年來,針對公交網絡優化提出了不少新的模型和算法。王煒提出一種相對比較實用的公交網絡逐條布設方法,這種方法以直達客流量最大為目標,采用“逐條布設,優化成網”的思路進行線網優化。王志棟提出了以乘客總出行時間最小、客流直達率最高、線網覆蓋率最高、線路重復系數最低、公交經濟效益最高為目標的多目標公交網絡優化模型,但這種模型是無法求解的,最終仍歸結為一種單目標的優化模型。林柏梁等從組合優化的角度,提出了公交網絡優化設計的非線性0-1規劃模型,以乘客的出行時間最短和實現公交網絡的資金投入最少為目標函數,在滿足車站容量限制的條件下,獲得公交線路的優化決策。國內外城市公交線網規劃方法有著各自不同的優點,但都存在不足之處:即對于各條公交線路均采取同一種分析方法。隨著城市的快速發展,城市規模越來越大,城市公交線網的布局受城市客運交通需求、城市用地布局等影響。由于城市發展形態、城鎮發展水平的不同,帶來居民出行不同層次的交通需求,由此提出公交線網分級規劃的方法。對城市公交線網進行合理分級,設置不同等級的線路,有利于針對不同等級線路采取不同的運營標準,科學合理的配置有限的資源,提高公交運營效率,為居民出行提供不同層次的服務以滿足居民的出行需求。1由于成都公共交通網絡存在的問題1.1公交形式單一目前,成都市公交平均運營速度僅為13～18km/h,主要原因有:公交形式單一,只有常規公交一種方式,缺乏快速軌道交通系統、快速公交系統;公交優先系統還未發展成熟,僅有部分公交專用道、優先道和優先進口道,并未成網,因此,在路段路口運行受非公交車影響較大。1.2中心城公交空白區從表1可以看出,與《城市道路交通規劃設計規范》提出的要求相比,中心區公交線路網密度已達到要求,邊緣區還存在一定差距,存在著一些公交空白區。中心城區的核心區域客流量大,線路重復系數較大主要是由于公交線網的層次比較混亂,骨干線路、次要線路都途徑主要客運走廊。由于中心城的外圍區域本身還未開發成熟以及開發期間公交設施配套不齊全,造成了公交盲區的存在。公交線網的層次還沒有深入分析規劃。1.3公共交通系統不健全目前,成都市公交線路運行準點率非常低,降低了與其他交通方式的競爭力。其主要因素有:公交優先系統還未發展成熟,公交車在路口的延誤、高峰時段的擁堵造成了公交車的運行延誤;公交換乘設施還不完備,乘客的上下車也為公交運行帶來了一定的延誤;線路過長,在途中公交運行受非公交車的影響概率就越大。1.4城市主要交通走廊上的公交運營能力分析從圖1分析,公交出行中3km以內的出行比例不足10%,大于10km以上的出行比例不足20%,公交線網對居民出行的不適應性主要表現在:不適應末端分散客流的短距離出行;不適應居民的長距離出。主要是由于目前公交形式單一,不能滿足多層次的居民出行需求。從城市主要交通走廊上的公交運營能力分析:公交線網不適應高密度出行、不適應主要交通走廊的客流需求。在高峰時段,公交車輛運行的效率不高、運輸乘客的能力不夠,許多主要交通走廊上的公交站點都會有大量的滯留乘客,從而造成了公交運行的不準點大大降低了乘坐公交的舒適性。1.5都市區的空間布局形態從成都市城市發展來看,中心城區仍然是整個城市的核心地區,但隨著外圍六大組團的發展,成都未來都市區將突出雙軸線發展定位,構建“一主兩次多核”的多中心城市空間體系,逐步形成南北展開的帶狀布局形態。目前,中心城區內公交總體規模雖然與城市發展基本適應,但是,隨著城區規模不斷擴大,“城郊結合部”逐漸外移,城郊結合部的公交配套設施在一定時期內相對薄弱。1.6公交之間的換乘缺乏綜合換乘樞紐。目前,換乘點主要設置在較大的公交首末站,解決了部分公交線路之間換乘問題,但沒有考慮公交與自行車、小汽車、出租車等多種方式之間的換乘。1.7傳統公交系統不能滿足城市交通需求軌道系統在可預見的將來難以承擔公交主力或骨干的作用。軌道交通的建設投資巨大,因而規模和密度有限,不能覆蓋所有的大中運量客運走廊。常規公交系統不能滿足特大城市全部公交出行需求,缺乏舒適、快捷、經濟、大運量的系統是制約公交發展的關鍵因素。而公交線網分級規劃就是為了彌補常規公交在運營中的不足而提出的一種規劃方法。2分類規劃城市公共交通網絡2.1城市公交線網規劃通過對城市公交線路的客流特征和居民的公交出行需求特征調查,可以看出居民乘坐公交的不同出行目的對于公交的服務水平有不同的要求。城市公共交通系統就是要把乘客從其出發地運送到目的地,每位乘客的出行距離不同,出行目的地也各不相同。因此,不同的居民出行對公交出行質量的要求是不同的,主要體現在速度、舒適性、便捷度、準點等方面。由居民出行需求的多樣性,決定了公交系統的適應性——公交線路分級服務。在進行城市公交線網規劃時,由于線路功能不同,將公交線路劃分為:1級線路——公交主干線路、2級線路——公交次干線路和3級線路——公交支線路3個等級。不同等級線路功能不同。1級線路:主要承擔大型集散點之間、各功能區之間的聯系;線路沿大中型集散點、大中型居民區設置;速度快、發車頻率高、服務水平好。2級線路:對1級線網起補充作用,與1級線路要有較好的換乘,起到接駁1級線路客流的作用;線路深入各居住區及各功能區,服務水平較主干線路次之。3級線路:這種線路主要目的是減少使用者步行距離,實現真正意義上的零換乘;可以降低發車間隔、填補中小街道的公交空白,提高公交吸引力。2.2線路功能層次不清由于成都市要構建“一主兩次多核”的多中心城市空間體系,城區范圍不斷擴大。僅城市中心區的城市直徑就達到27.6km左右,中心城區到任何一個外圍組團的內部距離都在15～25km左右。如果公交線網規劃采取傳統的布設方法,所有公交線路都采用同種分析模式,則將出現大量的長距離公交線路、公交車輛的運行效率不高;公交線路功能層次不清;主要客運走廊上運行的公交線路過分集中、線路重復系數大。而采用公交線網分級規劃方法,則將大大改善傳統的布設方法所帶來的運行不足,提高公交線網的整體服務水平。公交線網分級規劃首先從各線路所承擔的功能上區分開來,然后針對不同的線路功能、其服務的居民出行要求對線路采取不同的運營標準,合理利用資源,提高公交整體運營效率。公交線網分級規劃的依據主要有以下方面:(1)1級線路:主要承擔中心城區內的主要客運走廊、中心城區與各外圍組團之間的聯系、中心城區與市域的重點城鎮之間的聯系、各外圍組團之間的聯系、以及各外圍組團與市域重點城鎮之間的聯系;這些線路主要沿公交專用道以及主要城市道路行駛;主要承擔中長距離的居民出行。1級線路中又分為快速公交線路和普通公交線路。(2)2級線路:主要承擔中心城區內的次要客運走廊、各外圍組團內部的主要客運走廊運輸;主要承擔中短距離的居民出行。(3)3級線路:主要連接中心城區內部和各外圍組團內部的居住區與周邊大型換乘樞紐、以及公交主干線站點;也主要承擔短距離的居民出行。2.3客單段線路設置公交線網分級規劃首先要根據城市的發展趨勢和城市主要客運走廊分析確定1級線路走向,然后再補充設置2級線路,最后再布設3級線路以填補公交空白區域,接駁短距離出行。成都市公交線網分級規劃模式如圖2所示。2.4交通小區中區、行政區的分區重要度的修正1)鄰接矩陣構建鄰接矩陣描述系統中各要素兩兩之間的直接關系,以A表示,其元素aij如下:交通小區(中區、大區)的鄰接矩陣建立如下:在實際應用中,可根據城市形態等情況僅把離心方向交通小區(中區、大區)作為鄰接小區(中區、大區),將鄰接矩陣進行修正,構建修正鄰接矩陣。2)邊界交通小區(中區、大區)矩陣構建邊界交通小區(中區、大區)矩陣是用以描述城市中交通小區(中區、大區)是否處于邊界的矩陣,以B表示,其元素bj如下:邊界交通小區(中區、大區)矩陣建立如下:交通小區(中區、大區)空間上只要有一邊不與其它交通小區(中區、大區)相鄰,就認為該交通小區(中區、大區)為邊界交通小區(中區、大區)。在實際應用中,可根據實際情況,對那些空間上不相鄰但邏輯上相鄰的交通小區(中區、大區)不作邊界交通小區(中區、大區)處理,構建修正邊界交通小區(中區、大區)矩陣。3)交通分區的區位重要度對城市各交通小區(中區、大區)區位重要度進行分析,各交通小區(中區、大區)的形心設于區內某一主要客流集散點處,建立交通小區(中區、大區)的空間距離矩陣:記交通小區(中區、大區)i至其它所有小區(中區、大區)的距離之和為Di,則將Di最小者視為區位最重要的交通小區(中區、大區),區位重要度記為Zi,4)交通分區的交通重要度將出行密度Pi最大者視為交通最重要的交通小區(中區、大區),交通重要度記為Mi,5)交通分區的交通綜合重要度交通小區(中區、大區)的交通綜合重要度Ti為交通小區(中區、大區)的區位重要度Zi與交通重要度Mi的加權和,即6)線路走向搜索首先,定義搜索方向權重:選取交通綜合重要度最大的前m個交通小區(中區、大區)作為搜索原點,可按小區(中區、大區)總數的10%左右選取。由每一個搜索原點向各自修正后的鄰接交通小區(中區、大區)搜索,搜索方向為方向權重最大的前2個或4個方向(視情況而定);由非搜索原點交通小區(中區、大區)向修正鄰接交通小區(中區、大區)搜索的方向為方向權重最大的那個方向(由不同交通小區(中區、大區)搜索至同一小區(中區、大區),則其中一個小區(中區、大區)的搜索方向為方向權重次大的那個方向,連續兩次搜索的交通小區((中區、大區)已被搜索過,則不再向前搜索),直至被搜索的交通小區(中區、大區)為修正邊界交通小區(中區、大區)為止,環線為搜索原點。搜索過程中不作反方向搜索、不作重復搜索。將搜索線路依次連接,形成公交1級主干線路路走向基本構架。7)線路走向調整對遠期進行居民出行預測,得到遠期全人口、全方式OD矩陣。用最短路法將遠期OD矩陣分配到遠期道路網上,得到出行期望經路圖。按出行經路圖調整搜索線路走向,生成公交1級線網。2.5線網布局優化方法城市公共交通線網布局優化的方法很多,但大多數方法僅局限于理論研究,難以在實際工程中操作。由東南大學王煒教授提出,“逐條布設、優化成網”是一種簡單實用的公交線網布局優化方法。該方法的流程見圖3。其原則是以直達乘客量最大為主要目標(換乘次數最少、運送量最大),通過分析備選線路的起終點位置及客流分布,確定線路的最佳配對及各線路的最佳走向,實現其他目標,并滿足約束條件。“逐條布設、優化成網”是常規公交線網布局規劃方法,它的基礎是以交通小區為單位的公交客流OD矩陣。在公交線網分級規劃中,對于1級主干線路布局則在以交通大區為單位的公交客流OD矩陣為基礎,提出基于公交線路功能等級劃分的常規公交線網主干線路的線路走向搜索法。1全系高速列車直接助推公交1級線路服務于長距離的大型集散點之間、各功能區之間的聯系,流量大、速度快、發車頻率高、服務水平好。根據1級線路的運行特點,分析城市公交客流主流向和主要的客流集散點,以交通大區公交OD矩陣為基礎,應用“線路走向搜索法”確定公交1級線網。2客流45級的分析公交2級線路對1級線網起補充作用,與1級線路要有較好的換乘,起到接駁1級線路客流的作用;服務于中等距離的公交出行,服務水平較1級線路次之,分析各片區內部的主要公交客流走向和主要的客流集散點。以交通小區公交客流OD矩陣為基礎,應用“逐條布設、優化成網”方法確定2級線路,所產生的公交線路中可能有與1級線路重復的線路,因此,要對生成的公交2級線路進行檢查,刪除與公交1級線路完全重復的線路。3公交線網換乘公交3級線路的功能是填補中小街道的公交空白、加密公交線網,與1級線路和2級線路換乘,提高公交系統的覆蓋率和服務質量,提高公交吸引力。對已經生成的1級線網和2級線網進行檢查,對照小區公交OD矩陣、公交線網密度以及公交站點覆蓋率等評價指標,填補公交空白區域,加密公交線網,布設3級線路。該方法的流程見圖4。3公共交通網絡的分類計劃和模糊評估模糊綜合評價分為一級綜合評價和多級評價評價兩種,此次采用二級綜合評價方法。3.1u3000基于u-s-s的分級規劃模糊評價方案因素是指評價對象的各種屬性或性能,在某些場合也稱為參數指標。影響評價對象取值(得分)的各因素組成的集合稱為因素集,因素集是普通集合,通常用字母U來表示,即:將因素集進行分解,設因素集U={u1,u2,…,un},根據U中各因素間的關系,將U分成s個子集:Ui={ui1,ui2,…,uin},i=1,2,…,s,滿足條件:城市公交線網分級規劃模糊評價的內容主要有七個方面(見圖5):(1)公交設施u1:公交車輛擁有率u11、車站設施齊全率u12;(2)安全性u2:行車責任事故間隔里程u21、行車責任事故死亡頻率u22;(3)方便性u3:線網密度u31、平均站距u32、換乘率u33、站點覆蓋率u34、乘客候車時間u35;(4)迅捷性u4:運送速度u41、乘客平均出行時間u42、行車間隔u43;(5)準點性u5:準點率u51;(6)舒適性u6:高峰滿載率u61、全日線路平均滿載率u62;(7)經濟性u7:客運費率u71。3.2評估集的建立評價集是評價者對評價對象可能作出的各種評價結果所組成的集合、通常用大寫字母V來表示,即在公交線網分級規劃評價中,可取評價集為3.3建立單因素評價矩陣單因素評價就是逐個因素對評價對象作出評價。對每個單因素uij,作出單因素評價,得單因素評價向量(ri1,ri2,…,rim),建立單因素評價矩陣R=(rij)n×m。3.4因素權重集與評價一般來說,各因素影響評價對象取值的重要程度不盡相同。為了區別,對各因素ui(i=1,2,…,n)應賦予一相應的權數ai(i=1,2,…,n)。由各權數組成的集合A={a1,a2,…,an}稱為