城鄉公交網絡一體化研究

李先銘

（唐山師范學院 物理系，河北 唐山 063000）

城鄉公交網絡一體化研究

李先銘

（唐山師范學院 物理系，河北 唐山 063000）

分析了河北省遷安市城鄉公交網絡一體化情況，并提出了優化城鄉公交網絡一體化的一些建議。

公交網絡；城鄉公交

近年來，公交的城鄉一體化研究得到了關注[1-3]。公交的城鄉一體化，實現了從城市到農村的公路客運全部公交化運營，民眾的出行成本得以降低，有利于廣大人民群眾特別是農村群眾出行，有利于促進基本公共服務均等化，有利于強農惠農政策的實施和提升人民群眾生活品質，有利于形成城鄉良性互動新機制。

遷安市隸屬于河北省唐山市，總面積1208 km2，總人口70余萬，轄19個鎮鄉、1個城區街道辦事處。改革開放以來，遷安依托資源開發起步，因鐵而起、因鋼而興，是一座新興的工業城市，經濟實力雄厚，綜合經濟實力曾連續9年位居河北省三十強縣之首，名列全國縣域經濟基本競爭力百強縣前茅。雄厚的財力為城鄉公交網絡的建立提供了堅實的保障。遷安市成為河北省最早實現公交城鄉一體化的城市之一。與此同時，遷安市的城鎮化率高，環保壓力大，所以實現城鄉公交系統的一體化也是節約能源、減少污染的必然途徑，是構建資源節約型、環境友好型社會的戰略選擇。

1 遷安城鄉公交的基本情況

公交系統包含停靠站點和線路2個基本要素，利用復雜網絡理論的L空間（Space L）方法研究公交系統[4,5]，即停靠站點視為節點，若2個站點在某一條公交線路上是相鄰的，那么它們就有連邊（不考慮方向，不考慮權重）。遷安市的城鄉公交的一體化系統主要包含市區公交系統和城鎮（鄉）公交系統兩部分。利用Gephi軟件得到遷安公交模型拓撲結構圖如圖1所示。

圖1 遷安公交模型拓撲結構圖

利用實際數據和Gephi軟件得到遷安市公交網絡的基本參數，如表1所示。從表1可以看出市區公交與城鎮公交有些節點和連邊是重合的，正是這些重合的站點和部分的線路才能使兩個公交系統組成一個一體化的系統。

下面分析主要的網絡參數：

表1 遷安市公交網絡的基本參數

1.1 節點的平均度與網絡聚類系數

節點的度是指與此節點連接的邊的數目，所有節點的度的平均值稱為網絡的平均度。節點的聚類系數被定義為它所有相鄰節點之間的實際連接數目占可能的最大連接邊數目的比例，網絡的聚類系數則是所有節點聚類系數的平均值。聚類系數是針對無向圖而言的，可以識別出網絡中的密集和稀疏區域，反映出鄰近節點之間的集團性質。

與唐山市區公交網絡相比[6]，遷安的公交系統無論是線路數、節點數、邊數，還是在節點的平均度和網絡的聚類系數均小一些，網絡的平均度和聚類系數不到唐山市區公交系統的一半，這說明遷安的公交網絡的規模要比唐山市區小。究其原因遷安除了市區還有廣大的農村地區，民眾出行特別是集中出行的需求相對市區要少一些，同時說明線路和站點的利用率較低，有很大改進空間。

1.2 網絡直徑與平均路徑長度

從復雜網絡角度分析，網絡中任意兩點之間的距離定義為連接兩點的最短路徑上的邊數。網絡直徑則是網絡中任意兩個節點之間的距離的最大值，反映乘客一次出行可能乘坐的最多站數，是網絡中的一種極限情況，具有一定參考意義。網絡的平均路徑長度定義為任意兩點之間的距離的平均值，反映出公交網絡中任意兩個站點之間平均有多少個站點，是評價公交網絡模型便利性的一個重要的指標。

遷安公交網絡與唐山市區公交網絡相比[6]，網絡直徑和平均路徑長度相差不大，說明每條線路的站點數目設置比較合理；但是從實際路程長度分析，由于城鎮公交經過的村落較多，實際路程相對市區公交要長。城鄉公交一體化后，相比單純的市區公交和城鎮（鄉）公交，網絡的平均度和聚類系數具有增加，網絡平均路徑長度減少，均說明一體化有效增加了線路和站點等資源的利用效率。

2 存在的問題及優化建議

2.1 公交網絡層次簡單，建議優化網絡層次

首先，現有的遷安公交系統層次如圖2所示，系統層次比較簡單。其次，公交系統規模相對小，覆蓋面只是涉及到鄉鎮層次，沒有覆蓋大多數村莊。遷安現有534個行政村，城鎮（鄉）公交的站點數包含部分市區站點共計222個，設在鄉鎮農村的站點大約為170個左右，不到全部行政村的1/3，大部分行政村沒有通公交，村民出行需要乘坐其它交通工具到達目的地或者到達有公交的村莊再換乘公交，非常不便。

圖2 遷安公交網路現有層次結構圖

優化之后的遷安公交網路層次結構如圖3所示，將2層的網絡結構優化為3層，同時豐富了各層的內容：

第一，增加城際公交。城際公交是經濟快速發展、城市化進程加快、城市圈逐步形成過程中可滿足人們城際間短途、高頻次出行需要的公交系統。考慮開通遷安市與唐山市區或周邊縣區如遷西縣、古冶區等城區間的公交，避免了公路客運發車頻次低、換乘不便的弊端，增加人員流動和交流，加速城市間交流和融合，搞活區域經濟。

第二，城鎮公交覆蓋到鄉鎮層次的同時，應該盡量覆蓋到大多數的行政村，所以考慮組建鎮鎮（鄉）公交和鎮（鄉）村公交。鎮鎮（鄉）公交主要沿鄉鎮公路，溝通2個或者幾個臨近鄉鎮的公交系統；鎮（鄉）村公交則主要是沿鄉鎮公路，在本鄉鎮內部運行的公交系統。兩個公交系統途經盡量多的行政村，同時與市鎮（鄉）公交相連接，極大地增加覆蓋面，方便農村群眾的出行和換乘。從復雜網絡角度分析，此舉可以增加節點的度值，提高網絡的聚類系數，降低網絡直徑和平均路徑長度。

圖3 改進的遷安公交網絡層次結構圖

2.2 蓄意攻擊的魯棒性較差，需建立輔助公交樞紐

復雜網絡的魯棒性是指在網絡中的節點（邊）發生隨機故障或遭受蓄意攻擊的條件下，網絡維持其功能的能力，是網絡重要參數之一。對公交網絡而言，就是公交系統遭遇隨機故障或遭受蓄意攻擊時，公交網絡維持運營的能力。研究表明[7-9]，公交網絡具有對隨機攻擊（例如小范圍的交通事故、交通擁堵或者自然災害等）的魯棒性較高，同時又具有對蓄意攻擊（特別是關鍵節點例如公交樞紐的攻擊）表現出脆弱性。在遷安公交的45條公交線路中，43條線路都是以公交總站這個站點作為起始點（終點）。從復雜網絡角度看，如果公交總站這個站點遭到蓄意攻擊，整個公交網絡幾乎處于癱瘓狀態。與此同時，隨著經濟進一步發展，遷安市區機動車輛會進一步增加，公交網絡規模會進一步擴大，市區交通會更加的擁堵，合理設計輔助的公交樞紐，進行分流，勢在必行。建議可在市郊建立1-2個換乘樞紐，提高網絡的魯棒性。

3 結束語

本文主要研究了遷安市城鄉公交網絡一體化的現狀，并針對存在的問題提出了優化建議。網絡優化方法還有很多，例如深挖網絡潛力，合理調整路線的布置、合理的更改發車頻率等。

[1] 王來軍,魏亮,李衛斌,等.基于灰色模糊多層次模型的萊蕪城鄉公交一體化評價[J].西北大學學報,2014, 44(5):733-738.

[2] 過秀成,王丁,姜曉紅.城鄉公交一體化規劃總體框架構建[J].現代城市研究,2009(2):24-28.

[3] 傅學練,帥朝暉.嘉興市城鄉公交一體化初探[J].綜合運輸,2004(10):47-49.

[4] 顧前,楊旭華,王萬良,等.基于復雜網絡的城市公共交通網絡的研究[J].計算機工程,2008,34(20):266-268.

[5] 郭雷,許曉鳴.復雜網絡[M].上海:上海科技教育出版社, 2006.

[6] 李先銘,崔乃忠,孫立萍,等.唐山市區公交系統靜態網路性質的研究[J].唐山師范學院學報,2010,32(5):47-49.

[7] 何勝學,范炳全.從公交線網的生成機理看復雜網絡的多樣性[J].系統工程學報,2007,22(6):599-606.

[8] 汪濤,吳琳麗.基于復雜網絡的城市公交網絡抗毀性分析[J].計算機應用研究,2010,27(11):4084-4086.

[9] 趙山春.基于復雜網絡理論的城市公交網絡可靠性研究[J].中國安全科學學報,2013,23(4):108-112.

（責任編輯、校對：孫海祥）

Research on the Integration of Urban and Rural Public Transport Network

LI Xian-ming

(Department of Physics, Tangshan Normal University, Tangshan 063000, China)

In this paper, the integration of urban and rural public transport networks in the city of Qian’an are researched. Several suggestions are proposed to optimize the integration.

public transport network; urban and rural public transport

U492.1

A

1009-9115(2015)02-0029-03

10.3969/j.issn.1009-9115.2015.02.009

唐山師范學院基金項目（10D08）

2014-12-22

李先銘（1981-），男，山東萊蕪人，碩士，講師，研究方向為統計物理和物理教學。