公交服務可靠性研究

薛 睿，張建華，孫 健

(1．上海交通大學船舶海洋與建筑工程學院，上海，200240;2．東北林業大學交通學院，黑龍江 哈爾濱，150040)

公共交通系統是城市綜合功能體系的重要組成部分，在社會經濟發展、城市建設以及城鎮居民日常生活中發揮著舉足輕重的作用，是城市發展必不可少的物質條件和基礎產業。隨著我國城市化進程的不斷推進，提高城市公交服務水平的需求日益增長，尋求一種科學、合理、客觀且量化的公交服務可靠性評價方法尤為必要。張棟等[1]基于乘客感知建立了公交服務質量評價體系，量化評價公交服務質量。高桂鳳等[2]將可靠性概念引入公交服務質量評價中,建立公交服務質量評價模型。張長春等[3]應用ADC 模型分析法對城市公共交通服務可靠性進行綜合評價, 驗證ADC 模型在公交服務系統評價中的實用性。上述研究對公交服務及可靠性制定了相應評價體系，采用服務質量指標對公交服務進行評價，但未考慮不同評價指標對公交服務可靠性的貢獻程度及乘客感知的差異性，評價結果不能準確反映公交服務可靠程度。為此，本文選取哈爾濱市102路公交車為研究對象，通過實際調查，借鑒系統效能模型來建立公交服務可靠性評價體系，并利用層次分析法對公交服務可靠性進行綜合評價，以期提高公交服務可靠性評價的準確度。

1 公交服務可靠性及其評價體系

1.1 公交服務可靠性度量

公交服務可靠性度量通常分3個步驟來進行:

(1) 規定可靠性功能。度量可靠性首先應當通過調查分析明確可靠服務的范疇，并給出可靠服務的定義閾限，最后確定出公交服務可靠性的來源及實現條件。

(2) 確定公交服務可靠性的計算或模擬公式。根據第一步確定的公交服務可靠性實現條件，列出滿足功能要求的數學公式。

(3) 計算公交服務的可靠度。結合調查數據及實際情況，制定表達式中各項具體參數，計算可靠度概率。

借鑒產品可靠性的定義[4]，以公交完成指定服務功能的概率計算公交服務可靠度，公式為：

(1)

1.2 公交服務可靠性評價指標

通過對哈爾濱市公交服務可靠性情況的調查，結合現有的公交服務質量評價標準[5-6]，本研究分別選取服務間隔可靠度、準點可靠度、出行時間可靠度以及載客數量可靠度這4個指標對公交服務可靠度進行評價。

1.2.1 服務間隔可靠度

公交服務間隔指的是某線路公交車輛連續到達某一站點的時間間隔或車頭時距，該指標主要由公交線路周轉時間及配車數確定，而公交線路周轉時間則由公交車輛運行時間所確定。

公交車輛理論運行時間Tt為：

Tt=TkS+TdNs

(2)

式中：Tt為公交理論運行時間，min；Tk為每公里運行時間，min；S為行駛里程，km；Td為停靠時間，min；Ns為站點數。

高峰理論周轉時間Tpt為：

Tpt=Tt+5

(3)

平峰理論周轉時間Tft為：

Tft=Tt×115%

(4)

公交服務間隔Sl為：

Sl=TptTft/Nve

(5)

式中：Nve為配車數，輛。

服務間隔可靠度又稱線路運轉可靠度(schedule reliability)，為實際公交線路的服務間隔不超過限定值的概率，其計算公式為：

SR=P(Sl≤αSl0)

(6)

式中：SR為服務間隔可靠度；α為考慮道路、環境等因素后綜合給出的修正系數，本文取α=1.5；Sl0為理論服務間隔。

式(6)中，Sl取實際觀測值，Sl0則由公交運營企業給定或參照式(4)進行計算。

一般認為,市區內公交線路服務間隔在7.5 min以內即可視作服務可靠[6]。

1.2.2 準點可靠度

公交準點可靠度(on-time reliability)指在調查時段內，在動態的交通網絡中，公交車輛能夠準點到站或離站的能力。到站時刻偏離量為公交車輛實際到站時刻與計劃到站時刻之差，一般取其絕對值[7]。

公交準點可靠度可根據到站時間偏離量來衡量，即實際到站的偏離時間小于限定值的概率，其計算公式為：

OTR=P{|σi|≤γσi0}

(7)

式中：OTR為準點可靠度；σi為車輛到站時刻的實際偏離量；σi0為車輛到站時刻限定偏離量；γ為不同線路類型的修正系數，本文取γ=1.25。

根據文獻[8]中“公交車輛準點率應達90%”的建議，結合哈爾濱市公交運行情況的調查數據，認為到站時間偏離量在5 min以內可視為服務可靠。

1.2.3 出行時間可靠度

出行時間通常指乘客在起訖點之間所消耗的時間。乘客出行時間Ttp指乘客一次出行平均所花費時間，包括：從起始點步行出發—等待車輛—乘車—換乘—步行至目的地所花費的時間。

Ttp=2Tw1+Td+Tc+Th+Tw2

(8)

式中：Tw乘客從起始點步行至出發站點的時間，min；Td為候車時間，min；Tc為乘車時間，min；Th為換乘時間，min；Tw2為乘客從到達站點步行至目的地所花費的時間。

本文定義出行時間可靠度(travel time reliability)為平均出行時間小于限定值的概率，其計算公式為：

(9)

結合哈爾濱市的城市規模，認為出行時間在40 min以內即視為公交服務可靠。

1.2.4 載客數量可靠度

載客數量可靠度(load reliability)定義為車內實際乘客數小于車輛限定載客容量的概率。滿載率尤其是高峰滿載率也可作為可靠性的評價指標。高峰滿載率FR指客運高峰期間車輛在主要線路高單向高斷面載運乘客的平均滿載程度，其計算公式為：

(10)

式中：Pmh為主線路高單向高斷面通過量，輛；Nph為車輛通過高斷面的客位數總和，人。

文獻[9]中對于城市公交車輛額定載客數Np的計算公式為：

Np=Nfs+SsaNas

(11)

式中：Nfs為車廂固定座位數；Ssa為車廂有效站立面積，m2；Nas為每平方米車廂允許站立的人數，人。

按客車設計標準，取額定載客數為80人。公交車輛高斷面客流通過量由統計資料獲得，計算高峰滿載率，取最大值。高峰滿載率越高，公交的乘坐舒適性越差。

載客數量可靠度LR的計算公式為：

LR=P{pi≤λpi0}

(12)

式中：pi為車內實際乘客數，人；pi0為車輛滿載定員數，人；λ為車型修正系數，本文取λ=1。

通常認為高峰滿載率在110%以內可視為服務可靠。

2 公交服務可靠性評價模型建立

2.1 系統效能模型

系統效能模型[3]反映的是給定系統在一定條件下滿足服務要求的能力，本文采用該模型對公交服務可靠性進行評價。評價系統效能的經典模型為ADC模型，表達式為：

E=ADC

(13)

對于公交服務系統，取A= 1，D=[SROTRTTRLR]，C=[C1C2C3C4]，則公交服務可靠性綜合評價函數為

Eg=SR·C1+OTR·C2+

TTR·C3+LR·C4

(14)

式中：Eg為公交服務系統效能；C1為公交服務間隔權重值；C2為公交準點率權重值；C3為乘客出行時間權重值；C4為公交載客數權重值。

本文中Eg∈(0,1)，Eg值越大，公交服務的可靠性就越高。建立綜合評價標準表如表1所示。當評價指數達到A、B級水平時，該公交線路服務水平較高，能充分滿足乘客的出行需求。C級水平為良好公交服務水平的下限，此時公交服務仍處于可靠范圍內，但乘客出行滿意度已明顯下降。D、E級則為不可靠公交服務，此時,公交服務準點性、舒適性等特征均處于較低水平，若公交服務長期處于E級水平，則將導致乘客選擇其他交通方式出行。

表1 公交服務可靠性綜合評價分級Table 1 Comprehensive evaluation of bus service reliability

2.2 權重確定

層次分析法在系統效能建模中應用廣泛[10]。本文利用層次分析法確定公交服務可靠性評價指標在綜合評價體系中的權重，具體步驟如下：

步驟1：分析系統中各因素間關系，建立評價系統的層次結構模型，如圖1所示。

圖1 層次結構模型Fig.1 Hierarchical structure model

步驟2：確定判斷標度，如表2所示。

步驟3：對同一層次各元素關于上一層次中某一準則的重要性進行兩兩比較，構造兩兩比較的判斷矩陣，記為B=(bij)，其中bij(i=1,2,3,4；j=1,2,3,4。1,2,3,4分別與圖1中的4項評價指標對應)表示對于決策目標而言，因素i對j的相對重要性。根據對100位公交乘客的調查結果，得到相應的bij值，則判斷矩陣為：

(15)

步驟4：根據判斷矩陣，計算各要素的優先級向量，即判斷矩陣的特征向量。判斷矩陣為n×n矩陣，首先計算矩陣各行元素乘積的n次根：

(16)

式中：Mi=∏bij,i=1,2,3,4。

將上述計算結果正交化，得到各要素的優先級向量：

(17)

W=(W1，W2，W3，W4)即為所求的優先級向量。

步驟5：判斷矩陣的一致性檢驗，首先計算判斷矩陣的最大特征根：

(18)

然后計算一致性指標CI：

表2 9級標度法比例標度Table 2 9-stage scaling

CI=(λmax-n)/(n-1)

(19)

引進判斷矩陣的平均隨機一致性指標RI值(見表3)。最后計算一致性系數CR：

CR=CI/RI

(20)

若CR<0.1，則認為判斷矩陣有滿意的一致性，否則需要調整判斷矩陣。

表3 平均隨機一致性指標RI的值Table 3 Average random consistency index

步驟6: 計算各層次對于系統的總排序權重，并進行排序。最后，得到各方案對于總目標的總排序。

本文利用層次分析軟件YAAHP，結合對乘客的問卷調查結果，通過以上步驟對公交服務可靠度各項評價指標進行權重分析，得到各項評價指標在可靠性評價體系中所占權重如表4所示。由表4可知，4個評價指標中，服務間隔對可靠性的影響最大。由分析結果還可知，一致性系數CR=0.0094，表明判斷矩陣的一致性較好。

表4 可靠性評價指標權重Table 4 Weight of reliability evaluation index

3 實例分析

選取哈爾濱市具有代表性的102路公交車作為研究對象。102路公交車從香坊區的母親廣場發往道里區的防洪紀念塔，首末站均為哈爾濱市的主要景點。由于該公交線路途徑中央大街、樂松廣場等主要商圈以及哈爾濱市行政服務中心、醫院、學校等重要場所，日運送客流量較大。因此，認為其能夠反映哈爾濱市公交服務可靠程度的一般水平。

由于102路公交設置了20個公交站點，站點較多。本文選取電機廠、樂松廣場、林業大學、哈師大、大發市場、中心醫院、經緯街、哈一百8個重要站點作為調查站點，根據不同的評價指標，采用了跟車調查、站點調查及問卷調查等方法進行調整。

3.1 公交服務可靠性調查結果

3.1.1 服務間隔

102路公交車在運行過程中，技術車速為20 km/h，平均各站點停靠時間為0.75 min。根據調查結果，運用式(2)～式(5)進行計算，結果如表5所示。

表5 運營計劃參數與理論服務間隔Table 5 Operational planning parameters and theoretical service interval

根據在各個公交站點的調查結果，得到102路上行(母親廣場—防洪紀念塔)各主要站點實際服務間隔，如表6和7所示。由表6、表7中可知，平峰時段各站點服務間隔的方差較小，而高峰時段的服務間隔的方差較大，出現不穩定狀態。

表6公交102路高峰時段(17：00～18：00)實際服務間隔

Table 6 Bus 102’s actual service intervals in peak hours

3.1.2 到站時刻偏離量

以公交車輛到站時刻偏離量來表示公交準點可靠度。根據文獻[8]，取限定偏離量|σ0|=3 min。

表7公交102路平峰時段(9：00～10：00)實際服務間隔

Table 7 Bus 102’s actual service intervals in off-peak hours

調查了102路公交車各站點公交車輛實際到站時刻，其與調度站所提供的計劃到站時刻的絕對差值即為到站時刻偏離量。通過考察高峰時段的到站偏離量，其結果如表8所示。由表8中可知，高峰時段各站點到站偏離量的方差較大。

3.1.3 出行時間

從城市規模來看，哈爾濱市屬于大城市，通過對乘客公交出行時間的問卷調查，統計得出平均出行時間為40min。文獻[11]中規定，大城市的出行時間一般不超過40 min。

表8公交102路主要站點高峰到站偏離量表

Table8Bus102’sarrivaltimeintervalsinpeakhoursonthemainstops

序號站名高峰到站偏離量σ/min12341電機廠4.207.104.385.282樂松廣場2.651.521.480.773林業大學2.732.433.052.924哈師大1.072.100.331.185大發市場5.756.255.305.436中心醫院4.553.284.603.887經緯街1.721.120.701.228哈一百0.851.220.701.28

通過在102路各主要公交站點發放調查問卷以及跟車詢問車內乘客的方式，共調查了100名乘客的出行時間。在所調查的100名乘客中，其中82人的出行時間在40 min以內。

3.1.4 滿載率

本文以公交滿載率來表示載客數量可靠度。調查斷面選取乘客上車后車輛離開站點時的斷面。表9給出了102路各主要站點高峰時段的斷面內乘客數。102路公交車的滿載定員為80人，高峰時段平均人數為86人 ，由此可得高峰滿載率為107.5%。

表9公交102路主要站點高峰時段斷面乘客數

Table9SectionalridershipofBus102inpeakhoursonmainstops

序號站名高峰車內乘客數/人12341電機廠879392832樂松廣場869491853林業大學918983884哈師大899379915大發市場938586916中心醫院848788877經緯街828592838哈一百76776365

3.2 102路公交服務可靠性評價

3.2.1 服務間隔可靠度

服務間隔可靠度為不大于理論間隔觀測次數同總觀測次數的比值。由式(3)、式(4)可得，102路公交高峰理論間隔為4.47 min，平峰理論間隔為5.17 min。由表5、表6可知，高峰和平峰時段的總觀測次數均為32次，高峰時段實際服務間隔不大于理論間隔的觀測次數為13次，服務間隔可靠度為0.4，對照表1可知，處于D級水平；平峰時段實際服務間隔不大于理論間隔的次數為27次，服務間隔可靠度為0.84，處于A級水平。綜合評價時取高峰時段服務間隔可靠度進行計算。

3.2.2 準點可靠度

準點可靠度為高峰時段到站偏離量不大于限定偏離量的觀測次數與總觀測次數的比值。由表8中可知，總觀測次數32次，其中實際高峰到站偏離量不大于限定偏離量的次數有19次，準點可靠度為0.59，對照表1可知處于C級水平。

3.2.3 出行時間可靠度

出行時間可靠度為出行時間少于40 min的人數與調查總人數的比值。如前所述，在接受調查的100名乘客中，出行時間少于40 min的人數為82人，可知出行時間可靠度為0.82，對照表1可知處于A級水平。

3.2.4 載客數量可靠度

載客數量可靠度為高峰時段的斷面內乘客數不大于限定偏離量的觀測次數與總觀測次數的比值。102路僅容限定載客人數為80人。根據表9中可見，總觀測次數32次，載客數量不大于限定人數的有19次，載客數量可靠度為0.59，對照表1可知處于C級水平。

3.3 可靠性綜合評價

根據式(14)及表4所給權重，計算可得102路公交車服務可靠性綜合評價指標如表10所示。由表10中可見，102路公交服務效能為0.585，根據表1可知處于C級服務水平。

表10公交102路服務可靠性綜合評價指標

Table10ComprehensiveevaluationofBus102’sservicereliability

可靠度指標值權重 服務效能服務間隔可靠度0.400.340.136準點可靠度0.590.150.088出行時間可靠度0.820.260.213載客數量可靠度0.590.250.148合計1.000.585

3.4 結果分析

從上述分析可看出，102路公交車在服務間隔方面可靠度為0.4，處于較差的D級水平；在準點性及滿載率方面的可靠度均為0.59，處于可接受的范圍內，即C級水平；而在出行時間方面的可靠度相對較高，為0.82，達到A級水平。綜合來看，102路公交車服務系統效能為0.585，處于C級范圍，整體服務質量可靠度依然屬于較低水平。分析其原因，主要是由于哈爾濱市大部分公交線路目前均未采用智能化調度，執行公交時刻表的情況較差及缺乏公交專用道等原因。此外，哈爾濱市地鐵項目建設占用了部分道路，也降低了公交服務的可靠性。

4 結語

本文結合公交服務評價ADC模型和分級評價分級標準，建立了描述公交服務可靠性的系統效能模型。基于層次分析理論，利用層次分析軟件建立了層次結構模型和判斷矩陣，分析了4項可靠性評價因素在系統效能模型中所占權重并對哈爾濱市102路公交的服務可靠性進行綜合評價。結果表明，102路公交服務系統效能為0.585,服務可靠性較差。

[1] 張棟,楊曉光,安健,等.基于乘客感知的常規公交服務質量評價方法[J].城市交通,2012,10(4):72-78，41.

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[3] 張長春,朱學勤,戴帥.基于ADC模型的城市公交系統服務可靠性評價[J].交通科技與經濟,2009,11(1):56-58.

[4] 郭位. 可靠性與我們的生活[J]. 科技導報, 2009, 27(22):3.

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[6] 楊曉光,安健,劉好德,等.公交運行服務質量評價指標體系探討[J].交通運輸系統工程與信息,2010,10(4):13-21.

[7] 范海雁,楊曉光,嚴凌,等.蒙特卡羅法在公交線路運行時間可靠性計算中的應用[J].上海理工大學學報,2006,28(1):59-62.

[8] 中華人民共和國建設部.關于優先發展城市公共交通的意見[EB/OL].(2004-03-06)[2013-09-24]. http://www.mohurd.gov.cn/zcfg/jsbwj_0/jsbwjcsjs/200611/t20061101_157100.html.

[9] 中華人民共和國建設部.城市建設統計指標解釋[EB/OL].(2001-12-11)[2013-09-24]. http://www.mohurd.gov.cn/zcfg/jsbwj_0/jsbwjcw/200611/t20061101_156776.html.

[10]魏繼才,黃謙,胡曉峰.層次分析法在武器系統效能建模中的應用[J].火力與指揮控制,2002,27(3):23-28.

[11]GB 50220—95，城市道路交通規劃設計規范[S].