基于視覺層次的公交指示地圖設置方法

陳鴻斌，張婧卿，林航飛

（1.同濟大學道路與交通工程教育部重點實驗室，上海201804；2.上海市城市規劃設計研究院，上海200040）

0 引言

現行的紙質交通地圖對于地面常規公交的指示一般是在道路上標示經過該走廊的公交線路名稱，并附送公交線路手冊，以文字說明每條線路途經的所有站點。這種指示方式存在如下問題：①缺少站點的位置信息；②線路信息缺乏連續性，無法提供確切的公交行駛路徑。以圖1中的80號公交線路為例，在國權路和國順路間沒有標識出站點位置，而其行駛路徑至少存在3種可能：①國權路→政本路→國順路；②國權路→黃興路→國順路；③國權路→關山路→國順路。由此可見，它不能夠全面有效地反映實際的公交信息，乘客往往難以從中準確地尋找到所需公交線路及其站點。究其原因，一個城市的公交線路和站點數量繁多，以上海為例，2012 年上海常規地面公交共有1 311條線路和5 217個站點[1]，無法在地圖上對其一一進行表達。本文擬在探討視覺層次的基礎上，建立公交線路分層標準，對公交線路進行縮減及分層顯示，以設置區別于傳統紙質交通地圖的公交指示地圖。

圖1 現有紙質地圖公交信息的表現形式

1 人的視覺層次

視覺層次是指將三維效果或深度引入地圖的視覺設計開發過程[2]。地圖的展示是通過不同圖層的視覺層次進行的。制圖者根據各個地圖要素在地圖用途中的重要程度將它們置于不同的視覺層次中，從而創建了視覺層次。最重要的要素應放在最頂層且距離讀者最近，最不重要的要素放在底層。一般一幅專題地圖的視覺層次可由3級或更多級組成[3]。以圖2 為例，正方形和三角形黑塊置于頂層（距離讀者最近），緊接著是帶花紋的圓圈，而最不重要的柵格則放在最底層。

圖2 視覺層次舉例

在設置公交指示地圖時，可通過人的視覺層次對公交信息按其重要程度進行分層顯示：將乘客最為偏好的軌道交通等大型公交的信息置于最頂層，以吸引乘客的注意；將地面常規公交干線置于次頂層；而將參照物等次要信息置于底層。分層的公交信息顯示方式符合人的視覺層次體驗，利于信息篩選以便乘客迅速地找到所需的公交線路。

2 公交線路分層標準

2.1 各層線路功能定位

將公交線路分層是為了便于在指示地圖上對其分層顯示。本文擬將公交線路分為I、II、III層，各線路的功能定位見表1。

表1 各層次線路功能定位

表1（續）

2.2 分層原則

根據各層線路的功能定位，I 層線路已具有明確的組成，所以線路分層的核心是篩選出II 層線路，即地面常規公交干線。為了實現對公交線路的有效分層顯示，擬設定如下原則。

（1）質量保證原則。I、II 層線路組成的線網是公交指示地圖需顯示的兩層線網，為保證地圖的適用范圍，與原公交線網相比，這兩層線網的服務范圍及強度不能出現顯著地變化。

（2）數量控制原則。地圖上可放置的信息容量是有限的，為便于乘客閱讀，應在滿足質量保證原則的條件下，避免出現重復線路，以縮減Ⅱ層線路的條數。

2.3 控制指標

2.3.1 單線控制指標

該類指標用于評定備選線路的優先級（Priori?ty）以確定備選線路添加到線網的先后順序。

（1）線路覆蓋范圍

該指標指線路所屬站點在設計區域內的覆蓋面積，計算公式如式（1）所示。

式中：s為線路的覆蓋范圍（m2）；n為線路落在設計區域內的站點數目（下同）；R為站點服務半徑，一般取500m；ci為第i個覆蓋范圍重疊區的面積（m2）；m為站點覆蓋范圍重疊區的個數（下同）。

（2）線路覆蓋地標點數

在公交指示地圖中，將中心商務區（CBD）、商業服務中心、文化娛樂體育設施、交通港站樞紐等交通集散點稱為地標點。該指標是指落在線路覆蓋范圍內的地標點個數，計算公式式（2）所示。式中：k為線路覆蓋地標點數；kj為第j個站點服務范圍內的地標點數；k重i為第i個覆蓋范圍重疊區內的地標點數。

2.3.2 線網控制指標

該類指標用于評定公交線網的服務范圍和強度，作為公交線路分層的依據。

（1）線網覆蓋率

該指標是指線網的服務面積占區域用地總面積的百分比，計算公式[5]如式（3）所示。該指標用于評價公交線網的服務范圍。

式中：F為公交覆蓋率；n為線網中公交站點的數量；ai為第i個公交站點的覆蓋面積（m2）；A為區域面積（m2）。

（2）線網覆蓋地標點數

該指標是指公交站點服務范圍內所覆蓋的地標點個數，主要體現評價線網的服務強度，計算公式如式（4）所示。

式中：D為線網覆蓋的地標點數量；n為設計區域地標點的總數目。

（3）線網均勻度

線網均勻度是指線網整體覆蓋范圍的分散程度。將設計區域分割成方格網狀，計算所有方格覆蓋率的均方差之倒數，即為線網的均勻度，計算公式如式（5）所示。

式中：σ為線網均勻度；N為方格總數目，為設計區域的長和寬（km）；a0為方格的邊長（km）；fi為第i個方格的公交線網覆蓋率；F為整個線網的覆蓋率。

2.4 分層方法

2.4.1 確定地標點

確定地標點基本原則：

（1）基本分類：中心商務區（CBD）、商業服務中心、居住區、工業區、科教區、文化娛樂體育設施、交通港站樞紐等。

（2）密度控制：地標點的平均密度建議控制在1～2個/km2，以發揮地標點的參照作用。

2.4.2 重復線路遴選

若將一條公交線路視為其站點覆蓋空間的集合，則線路的集合表達式如式（6）所示。

式中：qi為第i個站點的覆蓋空間；n為線路上站點的總數。

當A?B=C≠?（C為重復部分）時，即A、B線路存在重復，記sA、sB和sC為線路A、B 和C的覆蓋面積，為線路A 與B 的重合度，rA、rB和rC分別為線路A、B 的層次，則A、B 線路的遴選步驟如下：

（1） 情 況 一：rA=I 層，rB≠I 層。若η≥50%，B線路應被剔除；否則保留B線路。

（2）情況二：rA,rB≠I 層。若η≥50% ，且sA≥sB，則B應被剔除，反之亦然。

2.4.3 線路優先級評定

利用ArcGIS 對各條線路的單線指標進行計算，以評定線路的優先級。若共有n條備選線路，依單線覆蓋面積s評定的優先級如式（7）所示。

式中：psi為第i條線路的優先級。

依單線覆蓋地標點數k評定的優先級如式（8）所示。

式中：pki為第i條線路的優先級。

則第i條線路的優先級為

2.4.4 線網層次劃分

計算各備選線路的單線控制指標以評定線路優先級P，再依優先級由大到小順序逐條添加備選線路λ，線網控制指標——覆蓋率F、覆蓋地標點數D和均勻度σ會相應發生變化，分別可得臨界點（λ1，Fmax），（λ2，Dmax）和（λ3，σmax），則線路層次如式（9）所示。

式中：r為線路層次；

3 公交指示地圖繪制方法

3.1 地圖要素

在公交出行過程中，必要的空間信息有：起訖點位置、周邊公交站點位置和公交線路信息。相應地，公交指示地圖的基本要素有站點、線路和參照物。

3.2 繪制步驟

根據人的視覺層次，由遠及近地繪制參照物、線路和站點信息，具體步驟如下。

（1）繪制地標點、路網等參照物。地標點可以用圓點、三角形或者地標外形等來表示，路網可用淺色線條表示。

（2）繪制公交線路。用不同顏色和粗細的線條表示I層、II層公交線路，III層線路一般不繪制。

（4）完善地圖標記。標示各層線路和站點的注記，依照線路層次調整注記的字體大小，并添加圖例、指北針等信息。

4 案例及分析

設計區域為成都市溫江區7km×7km 的中心區域，如圖3 所示。可以看出，公交的信息十分密集，乘客難以迅速地從中獲取到相應的出行線路。該線網的初始指標分別為：F初=79.36% ，D初=40，σ初=3.0759。相應的常規公交信息如表2 所示，線路604、703、904、203A 在區域內的站點只有1～2個，對本研究無實際意義，予以剔除。

表2 各線路的站點個數

圖3 設計區域

公交指示地圖的設置方法如下。

（1）確定地標點

設計區域內的地標點如圖3 所示。地標點的總個數為51，密度為51/49=1.04個/km2，滿足要求。

（2）重復線路遴選

利用ArcGIS 對備選線路進行兩兩對比后，需剔除的線路重合度如圖4 所示。若重合度大于50%，則剔除覆蓋面積小的線路，即線路319、201、759、102、104、204、206、756、763 和790。

圖4 重復線路遴選

（3）線路優先級評定

經篩選后的剩余線路優先級如表3所示。在線路分層時各線路添加的先后順序為106 →761 →105 →309 →103 →202 →752 →101 →762 →203 →205。

表3 線路優先級評定

（4）線路分層

I 層線路一次性添加并計算對應的線網指標F0、D0、σ0；剩余公交線路依照線路優先級（P）由大到小逐條添加并計算相應的線網指標，記添加第i條線路時線網指標為覆蓋率Fi、覆蓋地表點數Di、均勻度σi，其中1 ≤i≤n，n為備選線路的總條數，相應的F-P圖、D-P圖和σ-P圖如圖5所示。

圖5 線網指標變化趨勢

i=6 時，λ6=202路，F6=74.02%，F初=79.36%，當i=8 時，λ8=101路，D8=39，可 得，λmin=λ6=202路，P≥Pmin的線路為II 層線路，P＜Pmin的線路為III層線路，如表4所示。

表4 線路層次劃分結果

（5）地圖繪制

依照上述步驟，繪制的公交指示地圖如圖6所示。與圖3（原始的公交線網）相比，該公交指示地圖具有以下兩個特點。

（1）層次分明。乘客可依照起訖點位置，逐層地尋找公交線路。

（2）信息密度低。在保持線網指標基本不變的情況下，將公交線路從21 條縮減至6 條，避免重復線路對乘客的干擾。

圖6 公交指示地圖

5 結語

本文基于人的視覺層次提出了以公交線路分層顯示的公交指示地圖設置方法，將公交線路分為I、II和III層：I層線路為軌道交通、BRT等大型公交方式；II、III層線路借助單線控制指標和線網控制指標進行評價區分，其中單線控制指標用于計算公交線路添加的先后順序，線網控制指標用于評價公交線網的服務范圍及強度，II、III層線路以線網控制指標的臨界值加以區分，并以成都市溫江區的案例驗證了該方法的可行性。研究結果可為公交指示地圖的應用提供技術參考。

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