基于GIS的公交路線優(yōu)化設(shè)計(jì)

王玉霞+黃萬里+國瀚文+魏智攀+賈旺雪+單盛志+楊開凱

摘要：為了緩解城市交通壓力，促進(jìn)交通擁堵問題的解決，必須利用先進(jìn)的GIS技術(shù)對(duì)城市交通進(jìn)行優(yōu)化，增加公共交通的容量，減少人均道路資源的占用率 ，可有效緩解城市交通擁堵。本文以城市公交線路網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)為依據(jù)，深入研究GIS地理信息系統(tǒng)在優(yōu)化公交路線設(shè)計(jì)中的具體應(yīng)用，充分發(fā)揮GIS系統(tǒng)在城市公交線路規(guī)劃中的優(yōu)勢(shì)具有重要意義。

關(guān)鍵詞：GIS系統(tǒng)；公交線路；優(yōu)化設(shè)計(jì)

在城市公交線路規(guī)劃設(shè)計(jì)中，傳統(tǒng)的技術(shù)方法存在很大的局限性，相關(guān)工作人員分析線路設(shè)計(jì)的空間關(guān)系及進(jìn)行合理決策具有一定難度。而GIS地理信息系統(tǒng)在公交路線設(shè)計(jì)中的科學(xué)應(yīng)用可使以上問題得到有效解決。對(duì)城市公交運(yùn)行的實(shí)際狀況進(jìn)行分析，采用與城市公交線路優(yōu)化設(shè)計(jì)相匹配的GIS地理信息系統(tǒng)，緩解城市交通壓力，使居民出行的需求得到滿足。

1GIS的基本定義

從技術(shù)方面來看，GIS系統(tǒng)的基礎(chǔ)為地理的空間數(shù)據(jù)，所用的分析方法為地理模型，可進(jìn)行多種動(dòng)態(tài)和空間地理信息的適時(shí)提供，為地理決策及研究提供服務(wù)。表明上來看，該系統(tǒng)具有計(jì)算機(jī)的軟硬件系統(tǒng)的外觀，實(shí)際上則是地理數(shù)據(jù)與計(jì)算機(jī)程序組成空間信息的模型，通過GIS系統(tǒng)的作用完成不同層次與側(cè)面的空間及時(shí)間的特征的提取，也可對(duì)自然演變及思維結(jié)果給予快速模擬，最終取得實(shí)驗(yàn)或者地理預(yù)測(cè)的結(jié)果，對(duì)管理及決策選擇優(yōu)化、合理的方案。

2基于GIS的公交路線優(yōu)化設(shè)計(jì)分析

2.1優(yōu)化公交線路的主要目的。對(duì)公交線路進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化不僅可使公共交通的運(yùn)營效率得到提高，服務(wù)于更多乘客，提高公共交通系統(tǒng)的收益；同時(shí)也使公共交通運(yùn)營的成本及費(fèi)用降低。以公交線路優(yōu)化原則為基礎(chǔ)，結(jié)合居民及公交企業(yè)的滿意程度分析得出，公交路線優(yōu)化的主要目標(biāo)為確保乘客出行的總時(shí)間最少；提高服務(wù)效率，保證乘客乘車直達(dá)率最大化；使公交路線所覆蓋的面積得到保證，確保最大的路線覆蓋率；確保最小的路線重復(fù)率及降低公交企業(yè)運(yùn)營的成本，取得最大的公交效益。

2.2公交線路傳統(tǒng)優(yōu)化方式。公交線路系統(tǒng)尤為復(fù)雜，實(shí)施優(yōu)化比較苦難，優(yōu)化模式的合理性、高效性直接影響著優(yōu)化的結(jié)果，在實(shí)踐過程中，常用的優(yōu)化方式有以下幾種：

2.2.1選擇最佳線路。通常來講，利用線路搜索的方法可以得到最佳的公交線路，不僅與線路的布設(shè)相符合，同時(shí)也利于計(jì)算機(jī)輕易實(shí)現(xiàn)。該方式以公交起點(diǎn)為出發(fā)點(diǎn)，對(duì)其臨近的周圍交通區(qū)域進(jìn)行搜索，然后將搜索到的新的交通區(qū)域當(dāng)作新起點(diǎn)，向附近交通趨于進(jìn)行繼續(xù)搜索，直到搜索的該條線路達(dá)到所需線路程度即可。對(duì)每個(gè)搜索的節(jié)點(diǎn)線路的目標(biāo)函數(shù)及約束條件給予充分考慮，所得出的最終公交線路不僅使約束條件得到滿足同時(shí)還應(yīng)確保最大的運(yùn)營效率。本質(zhì)上來講，該方式將公交起點(diǎn)作為根，然后開展臨近網(wǎng)絡(luò)區(qū)域的樹狀搜索。該種方法雖然可以通過全部線路搜索獲得效率最高的線路，但是這種方法對(duì)于現(xiàn)狀的公交線路并不適應(yīng)。

2.2.2逐條分析備選線路。最簡便實(shí)用的優(yōu)化公交線路的方式就是對(duì)逐條備選線路進(jìn)行分析，其基本原理是盡量保證最少的換乘次數(shù)和最大的運(yùn)送量，通過對(duì)備選線路終點(diǎn)與起點(diǎn)的位置以及客流的分布情況進(jìn)行分析，然后對(duì)各條線路運(yùn)行的最佳方向機(jī)配對(duì)進(jìn)行確定，使其約束條件得到滿足。雖然該種方法在實(shí)際運(yùn)用中具有較強(qiáng)的課操作性，但是在公交線路傳統(tǒng)優(yōu)化中不易實(shí)現(xiàn)。

2.2.3對(duì)客流進(jìn)行合理擬合。在實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)客流分配最佳化后，通過舍小取大的方法對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行截取，形成初始網(wǎng)絡(luò)。雖然該種方法能夠?qū)⒕用竦某鲂行枨蠛芎玫胤从吵鰜恚蔷唧w操作性研究比較缺乏。

2.2.4工作經(jīng)驗(yàn)及專家建議的借鑒參考。在既有公交線路的設(shè)定方案的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)計(jì)公交線路，比如輻射型、方格型線網(wǎng)等。該方法雖然以相關(guān)工作經(jīng)驗(yàn)或者專家的合理化建議為對(duì)線路進(jìn)行優(yōu)化，但是不能保證其科學(xué)性及優(yōu)化效率。

3公交線路優(yōu)化過程中GIS的實(shí)際應(yīng)用

實(shí)際工作中，采用逐條布線、優(yōu)選淘汰以及優(yōu)選線路組合等方法構(gòu)成線網(wǎng)，采用合并、延長、組合等方法對(duì)線路實(shí)施深度優(yōu)化，結(jié)合實(shí)際狀況予以調(diào)整。對(duì)居民出行規(guī)律、人口的區(qū)域分布以及用地的規(guī)劃等情況進(jìn)行考慮，保留既有的公交線路中最優(yōu)的路線，作為公交線路優(yōu)化的組成部分；同居民乘車、管理部門以及城市規(guī)劃等部門的意見結(jié)合，并采用其中合理的、有效的建議和意見，納入到公交線路優(yōu)化中。

3.1基于GIS公交線路優(yōu)化的過程。首先需要實(shí)現(xiàn)交通小區(qū)、步行及道路網(wǎng)絡(luò)、線路及站點(diǎn)等文件的建立；然后對(duì)公交矩陣、居民出行、線路屬性等相關(guān)數(shù)據(jù)文件進(jìn)行編輯；確定所需模型及模型參數(shù)，并對(duì)出行的生成、分布、方式的劃分等情況進(jìn)行預(yù)測(cè)；預(yù)測(cè)客流需求，并進(jìn)行合理分配，確定線路及斷面的客流量，參考實(shí)際情況實(shí)施公交線路優(yōu)化；對(duì)不滿意的優(yōu)化方案進(jìn)行公交線路的層文件修改，對(duì)客流進(jìn)行重新分配，然后分析結(jié)果，直至預(yù)期目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。

3.2 GIS系統(tǒng)中，電子地圖上站點(diǎn)布設(shè)的過程。首先用鼠標(biāo)點(diǎn)擊電子地圖中相應(yīng)站點(diǎn)的位置，標(biāo)記出該點(diǎn)坐標(biāo)；其次通過GIS檢索，獲取該點(diǎn)距離最近線路；然后對(duì)該點(diǎn)與路線的垂足進(jìn)行確定，并對(duì)點(diǎn)對(duì)于的方位進(jìn)行判別；對(duì)垂足位置及坐標(biāo)做出記錄；垂足所在位置即為公交站點(diǎn)位置，對(duì)公交站點(diǎn)進(jìn)行命名。

3.3 GIS系統(tǒng)中，線路交互調(diào)整程序。首先進(jìn)行需要進(jìn)行調(diào)整的線路首站的選取工作，線路記錄中GIS定位到相應(yīng)路段，對(duì)插入的新線路的點(diǎn)進(jìn)行確定；利用鼠標(biāo)對(duì)下一個(gè)公交站點(diǎn)進(jìn)行拾取，通過GIS對(duì)該點(diǎn)的位置進(jìn)行判斷，如果該點(diǎn)在原來的線路上，則結(jié)束該線路的調(diào)整，并將新線路終點(diǎn)定為該節(jié)點(diǎn)，進(jìn)行新舊線路替換。如果不在原來線路上，可在線路中插入以前的站點(diǎn)與本站點(diǎn)間最短距離短的線路作為新線路，然后繼續(xù)進(jìn)行鼠標(biāo)拾取。

結(jié)束語：實(shí)踐證明，在公交線路優(yōu)化過程中，運(yùn)用GIS系統(tǒng)中客流分配的最佳方法，實(shí)現(xiàn)道路交通網(wǎng)絡(luò)中的客流分配，并通過專題圖示將個(gè)線路客流情況顯示出來。公交線路的優(yōu)化以系統(tǒng)最佳客流分配為基礎(chǔ)，可有效促進(jìn)公共交通線路效率及居民公交出行的滿意度的提升。

參考文獻(xiàn)

[1]陳艷艷， 魏攀一， 賴見輝，等. 基于GIS的區(qū)域公交可達(dá)性計(jì)算方法0[J]. 交通運(yùn)輸系統(tǒng)工程與信息， 2015（2）：61-67.