綜合公交系統規劃原理性框架探析

周高衛

（四川省交通運輸廳公路規劃勘察設計研究院，四川 成都610041）

0 引言

綜合公交系統（Competitive Multi-modal Transit System）是城市客運交通系統結構、出行結構和交通配置三者博弈的必然產物[1-2]，對于緩解特大城市的交通擁堵具有重要作用。目前，國內外越來越多的城市致力于研究出行者需求特征、出行時間價值、公共交通系統的適應性與城市經濟社會發展之間的平衡關系，使傳統單網獨立規劃向多種公交線網統籌規劃轉變，以求公交需求結構、系統配置與公交系統結構相協調，優化城市客運系統結構。

常規公交系統、快速公交系統（BRT）和城市軌道交通系統等不同公共交通系統需求分析、線網布局優化的方法差異性較大。本文基于綜合公交系統內涵分析，從市區出行全過程和公交需求可塑性兩個方面論證綜合公交系統統籌規劃的必要性，在此基礎上提出綜合公交系統規劃的原理性框架。

1 內涵界定

各種公交方式具有獨立的適應性，而出行者交通方式選擇具有個性，單一的公交方式既不能適應多樣性的出行需求，也不能完成公交出行全過程[3-5]，公共交通需求的多樣性在客觀層面決定了綜合公交線網的層次性。在此背景下，道路公交系統和城市軌道交通系統銜接優化已不能適應多樣性的出行需求。公交走廊的出行發生吸引決定了出行量及其空間分布，出行分布則決定了空間聯系和距離分布。綜合公交系統線網規劃是在統籌分析公交網絡形態與城市空間布局結構的映射關系的基礎上，通過迭代優化完善綜合公交線網結構和公交走廊系統配置，實現將不同出行時間價值的需求分布在多層次的綜合公交網絡中（見圖1）。綜合公交系統強調整體性，而非側重于系統本身的方式種類。

圖1 綜合公交統籌規劃內涵與范疇

2 必要性分析

2.1 出行全過程分析

在城市客運系統中，全過程公交出行鏈包含出行方式決策、換乘點選取、出行路徑決策三個重要階段。出行者公交方式和路徑決策是基于隨機效用值最大化的原則。出行者在決策出行方式前，首先關心出行距離；在方式確定后，則以效用值最大化為目標決策出行路徑。考慮公交出行全過程（見圖2），隨著公交系統線網的不斷完善，綜合公交走廊中“方式—路徑”組合具有多樣性。全過程公交出行鏈中各階段方式選擇具有反饋效應，任何一個階段的方式選擇、路徑決策都將影響其他階段的方式選擇和路徑決策。通過優化公交客運需求和公交系統配置間的映射關系，可以提升公交出行全過程服務效率和水平。

圖2 全過程公交出行鏈示意圖

2.2 公交需求可塑性分析

城市各種客運交通方式的適應性和出行需求多樣性間的相互博弈導致公交系統需求具有可塑性，表現為兩點：一是公交需求總量具有可塑性，二是各公交方式分擔率具有可塑性。綜合公交系統出行總量由人口結構和規模、城市空間結構、經濟發展水平、崗位分布和交通發展政策等要素綜合決定，各種公交方式需求總量具有可塑性，計算公式如式（1）所示。由式（1）可知：城市公交系統出行總量在一定的系統環境、公交系統服務能力條件下具有波動性，若通過公交統籌優化，實現系統服務水平和能力提升，公交系統總體需求增加，也能最大程度發揮各種公交方式的比較優勢，適應不同效用值的出行需求。

式（1）中，rw、rb、rv、rc、rt分別為不同距離段上步行、自行車、自用乘用車、常規道路公交和城市軌道交通的比例；Pw、Pb、Pv、Pc、Pt分別對應不同方式總的出行比例。

3 規劃布局原理性框架

本文在分析綜合公交系統內涵和統籌規劃必要性論證的基礎上研究綜合公交系統線網規劃方法。綜合公交系統線網布局規劃包含準備階段（出行OD矩陣生成）、初級線網形成和線網優化三個階段。

3.1 出行OD表生成

戶籍人口、暫住人口和流動人口出行強度、空間分布、出行方式決策等具有較大差異性，為全面掌握特大城市出行需求特征，需在出行發生吸引階段按人口分類獲取交通小區發生吸引總量。在獲得全人口出行發生吸引后，由于城市軌道交通車站吸引范圍通常包含若干用于做城市綜合交通規劃的交通小區，若直接用城市綜合交通規劃的資料產生綜合公交需求，其結果失真程度較大。因此，本文推薦以城市軌道交通車站為中心重構交通小區，將綜合交通規劃交通小區的發生吸引變換為車站吸引范圍相關小區的發生吸引，再根據修正的重力模型產生基于車站吸引范圍的OD 矩陣。定義交通小區重構權重εri為原交通小區i包含于軌道交通車站r某相關區域的面積與i交通小區總面積的比值，即：

式中：Hir為i交通小區包含于r軌道交通車站某相關區域面積；Hi為i交通小區總面積；oi為i交通小區分布不均衡系數。

由此得出基于軌道交通車站吸引范圍重構的發生吸引：

式中：Pr為r軌道交通車站吸引范圍相關小區總發生量；Ar為r軌道交通車站吸引范圍相關小區總吸引量；ρij為i交通小區j類人口數；аijk為i交通小區j類人口k出行目的的出行率。

3.2 初始線網形成

根據基于城市軌道交通車站重構的居民出行OD 表，從OD 表中辨識主要客流集散點；將出行OD矩陣按照Dijkstra最短路原則在道路網上進行分配，得出居民出行期望主路徑，計算遠期高峰小時單向最大斷面客流并判定該斷面客流與高斷面客流區間的支撐關系，由此判定該公交走廊能級，據此初步決策主交通走廊大中運量快速公交系統類型，形成綜合公交系統初級線網。由圖3所示流程得到的初級路網通常是離散的，且系統間銜接效果不佳，需進一步調整。

圖3 綜合公交初始路網產生流程

3.3 線網優化

該階段首先需處理軌道交通系統支線和環線問題，同時，將基于軌道交通車站吸引范圍的OD矩陣在初級綜合公交線網上進行公共交通方式選擇和客流分配。判定分配結果是否滿足城市軌道交通系統或BRT 系統能力限制，對于BRT 系統則應判定建設條件的可行性，最后通過解析優化模型循環優化線網（見圖4）。

圖4 綜合公交線網優化流程

4 結論

從城市綜合公交系統規劃必要性論證可知，各種公交方式均不能適應出行者多樣性出行需求。需求多樣性在客觀層面決定了公交系統線網的層次性，實現在規劃層面各種公共交通方式統籌優化，是提升綜合公交系統服務水平的重要措施。

綜合公交系統統籌規劃注重需求與線網之間的迭代優化，強調系統方式間的協調和關聯，實現不同出行目的的需求均有相應的公交系統與之服務、不同種類的公交方式均能最大程度發揮系統特性。同時，由于綜合公交系統出行全過程“方式—路徑”組合的多樣性以及公交全過程出行鏈廣義費用非線性特征顯著，綜合公交系統優化是復雜的系統問題。本文所提出的綜合公交線網規劃僅為基本的思想框架，有待進一步深化。

[1] Hong K Lo,C W Yip,K H Wan. Modeling Transfer and Non-Linear Fare Structure in Multi-Modal Network[J].Transportation Research Part B: Methodological, 2003, 37(2):149-170.

[2] Zhou G,Yin X,Lu M.The Overall Plan Optimization of Urban Comprehensive Public Transportation Network Based on the Whole Trip Process[C]// Proceedings of the 3nd International Conference on Transportation Engineering. Chengdu:ICTE,2011:499-504.

[3] 李海峰.城市形態、交通模式和居民出行方式研究[D].南京：東南大學，2006.

[4] 趙淑芝，趙貝.多因素影響下的城市居民出行行為時間價值[J].吉林大學學報：工學版，2011，41（1）：46-50.

[5] 沈景炎.城市軌道交通客流預測內容和應用[J].城市交通，2008，6（6）：9-15.