淺談城市公交面與公交線

何慶平

（石家莊市新華區后杜北小區，石家莊 050072）

淺談城市公交面與公交線

何慶平

（石家莊市新華區后杜北小區，石家莊 050072）

本文提出了一個新的公共交通概念——公交面。它是根據幾何原理和公交特征用公交線編制設計成的一種具有交通平面性質的公交運營平臺，能用簡潔少量通用共享的公交線獲得按現有體制需要大量公交線才能獲得的交通效果。它和智能技術相結合，可以使公交系統成為智能系統，能夠向公交平臺統籌分配客源，可使每輛車和每一站間路段乃至每位乘客的出行狀態都置在智能管控之下，大大提高了公交服務的功能效率和質量。

公交線；公交面；智控公交

1 引言

當前，很多城市的道路擁堵和尾氣污染問題越來越嚴重，亟待解決。城市公交系統（以下所述“公交”特指利用大型交通工具的公共交通）由于節省資源、總體運輸效率高，可有效緩解城市道路擁堵和尾氣污染，成為解決城市交通問題的有效手段，受到了國家和各城市政府的支持。然而，傳統公交只能沿著預設的固定線路運行，難于融入先進技術滿足人們更多的乘坐意愿。如何融入現代技術提高公交系統的服務功能效率和質量，將更多非公交出行者吸引到公交出行上來，是當今解決城市交通問題的重要研究課題。

國外對公交線網的研究起步較早。在60年代初，公交線網的布局優化采用專家定線的方式。從60年代至80年代初公交線網的確定多是運用系統工程和運籌學的有關原理、方法，在既定目標函數下進行線網的優化布設。80年代至今，又有很多人提出了不同的線路規劃方法和優化算法。國內對公交線網布局優化的研究始于80年代，王志棟[1]、胡啟淵[2]針對不同目標提出了多目標規劃方法；韓印[3]等提出城市公交線網調整優化的pso算法、遺傳算法等用于公交線網設計中；王煒[4]提出一種“逐條布設，優化成網”的思路進行線網優化；楊超[5]等人則利用圖論方法，以城市客流OD分布為依據進行公交線網布局優化。

綜上，半個世紀以來人們有一個共同思路就是：“模仿城外交通用預設公交線的方法解決城市公交問題”，后來人們為了“用預設公交線更好的方法來更好地解決公交問題”產生了共同目標：“使其預設的公交線網盡量適應城市中潛在的實際需求公交客流狀態和乘客意愿”。但預設公交線是固定的交通線，而潛在的實際公交客流需求狀態每時每刻都在變化著，如何使公交線適應變化客流狀態的需求？如何可以操控這種客流？孕婦需要一條客流最疏的交通線，忙于辦事的乘客需要一條最快的交通線，怎樣使公交線適合每個人的個性化要求？是本文要解決的問題。

本文認為，公交線網只是公交運營平臺的一種，城內公交有別于城外公交，因此提出了一個“公交面”的概念，用一個面性運營平臺取代線性運營平臺。這種設計思路的開拓性改變可使公交發生連續變化，平臺的變化可使公交由用預設公交線的方式變為可以利用臨設公交線的公交方式。這種交通方式具有很好的可操控性，而且可以輕松融入智能技術、互聯網技術、電子地圖技術，公交技術層面的提高將改變傳統公交模式，并得到多方面的優異效果。

2 公交面的概念

隨著城市的發展，公交需求越來越大，公交客源點的分布變得稠密而廣泛，越來越多的公交線路甚至使同一段街道上出現了不少重復公交線路，但還是不能很好地滿足越來越多的公交需求，反而使公交資源利用效率開始下降。之所以這樣在于用線的思路去解決面的問題上。

（1）公交線是一個線性交通平臺，在該平臺上運營可以解決這條線上的交通。其交通方向、交通目標、到達同一個目標的不同路徑都被限制到該條線上。公交線有兩種，一種是臨設公交線，它是臨時設計，不便于投資建設，但有與時俱變的靈活性，出租車就是利用臨設公交線的交通。一種是預設公交線，它是提前設計建設的固定交通線，便于投資建設，但沒有交通靈活性，傳統公交就是這種形式。

（2） 交通面是一個面性交通平臺，在該平臺上運營可以解決這個面上的交通。最簡單的交通面是徒步交通者在廣場上交通時的廣場。其特征是：“在交通面上不受交通線的限制，可以由任何點、向任何方向、用任何相對不同要求的最優路徑、到達交通面上任何目標點。在交通面上不用預設一條交通線卻有用不完的交通線。”城市交通也是一個面，城市中的道路四通八達，特別是北方城市，大多數道路都是呈棋盤樣式，是一個整齊的面。乘坐出租車、自駕車、自行車等非公交車在城市中交通同樣可以達到交通面的效果，但是乘坐公交車就不會有交通面的效果。

（3） 公交面是一個可以用在公交上的面性公交平臺。傳統的城市公交運營平臺之所以不是公交面，城市交通面也不能用于公交，這是傳統公交的特征所決定。傳統公交的特征有：

1）線性限制特征。傳統的公交運營平臺是一條條的預設公交線，如一路公交線二路公交線，一號地鐵線二號地鐵線。這種從設計思路就有的先天特征將公交限制到一條條的公交線上，使公交失去了交通靈活性，也限制了公交的可操控性。

2）同車約束特征。自行車、出租車、自駕車都是小型運輸工具的單體客運，交通者具有各自的交通靈活性。公交是大型交通工具的群體客運，它提高了公交功能功效，但眾人同坐一輛車相互約束不能實現各自意向，只能任憑車輛運行一條線。它約束了各位乘客的各自最佳路徑，約束了公交的個性化服務功能，更約束了乘客分散交通所造成的公交面性。

3）同向換乘特征。傳統的公交換乘站大多建在重復公交線上，重復公交線不僅浪費交通資源還增加了擁堵因素。該換乘站只能進行同向換乘，所以也就沒有多向換乘所造成的公交面性。

本文所述公交面既不是廣場那樣的天然交通面，又不是現實中線體性的公交線網，而是根據幾何原理和公交特征用公交線編制設計成的一種具有交通平面性質的公交運營平臺，能用簡潔少量通用共享的公交線獲得按現有體制需要大量公交線才能獲得的交通效果。

3 公交面的設計

（1）極坐標式公交面。在極坐標系內，任何點的任何移動都可以通過改變θ角度和ρ距離來實現。那就在城市內設計幾條環狀交通線（沿其運行可以改變θ角度）和一條直交通線（沿其運行可以改變ρ距離），再在這兩條線的相交處設計一個換乘樞紐（該換乘樞紐之特征是：建在路口處且能完成多條公交線的相互多向換乘），如圖1所示。圖1中，2是環線，它們連通了所有公交站；3是直線，它溝通了所有環線；4是外延線；5是換乘樞紐；1是公交站，這就構成了一個公交面。它用簡潔的公交線溝通了全部公交站點的相互交通，使各公交線構成了一個交通面體。圖2是改進后的極坐標式公交面。

圖1 環狀交通線及換乘樞紐

（2）平面直角坐標式公交面。在平面直角坐標系中任何點的任何移動都可以用X和Y兩種方向的移動來完成。那我們在城市內只設計X和Y兩個方向的交通線，再在兩種公交線相交處設計換乘樞紐（該換乘樞紐之特征是：建在路口處且能完成多條公交線的相互多向換乘），就可以實現城市內的任何站點到任何站點的交通，構成了一個平面直角坐標式公交面，如圖3所示。以上兩種公交面統稱坐標式公交面。圖2和圖3中，5是換乘樞紐，6是公交站。

圖2 極坐標式公交面

（3）其他形式的公交面。各城市地理狀況不同，街道結構不同，可以根據實際情況和設計原理設計出不同的公交面。也可以將以上兩種公交面相結合設計出不同的公交面。

4 構成公交面的公交線結構特征

（1）簡潔性。在現實的公交站牌上會看到標有多路公交車，這說明在這段路上有多路重復公交線。而構成公交面的公交線任何一段路上只有一路公交線，從數量上該公交線也遠遠少于傳統公交的公交線。以石家莊為例，它現實有120路公交車，如果編制一個公交面最多需要20條左右公交線即可，在上述構成公交面的公交線只有兩種公交線，而現實公交線有多種多樣，因此說它有簡潔性。

（2）多相通性。我們細看一下公交面結構會發現，在構成公交面的兩種公交線中，其中一種公交線中的任何一條都和另一種公交線中的任何一條相交著。而相交處又設有換乘樞紐，所以一種公交線中的任何一條都和另一種公交線中的任何一條相通著。傳統公交線網無論如何都不會有這種特征。

（3）整體性。公交面是將線體性的公交線編制成了一個面體性的公交面，具備了整體性，乘客不必考慮是那一路車可以就近上站，有利于公交系統進行全面統一管理統籌管控，有利于先進技術的融入。

5 公交面的應用效果預測

圖3 平面直角坐標式公交面

（1）通達效果。在圖4中我們用虛線表示從A站點到B站點的可規劃路徑，或者說可以臨時設計的交通線，結果還沒有表示全就有這么多了。這才僅僅是一個站點到一個站點的臨設交通線，那么任何站點和任何站點之間該有多少這樣的交通線呢？另外這才是近路，如果靠近A點的兩段交通線出現故障時，還會有更大量的繞行路線。那一共該有多少這樣的交通線呢？曾經有人用一個城市公交線的總長度來表示該城市的公交發達程度，那么在交通面中有如此大量的交通線，它的發達程度該是多么大呢？可見公交面的通達功能是十分強大的。同時也說明只要用簡潔少量的公交線編制成公交面，就可以有用不完的臨設公交線。

圖4 公交面的通達性

（2）公交資源利用效率。在當前城市交通資源緊張情況下很需要提高公交資源利用率。而公交面的應用可以大大提高公交資源利用率。在傳統公交線網中有好多重復公交線，而在構成公交面的公交線中不僅避免了重復公交線，而且還可以用簡潔少量公交線的通用共享換來用不完的臨設公交線，進而又提高了道路資源的利用效率。在出租車運營時，當乘客告訴司機交通目標后他就會在運營平臺上臨時設計一條交通線將乘客送到目的地。在圖4中的虛線就是臨設交通線。但是出租車臨設線后需要一輛專車將乘客送到目的地，而用公交面卻不用增設車輛就可以做到。這說明在公交面上，可規劃出極大量臨設公交線且其線上不用設專車，臨設交通線是用則有不用則無，而傳統公交線是實車實線，不論有無乘客車都要在線上跑。因為臨設線是將構成交通面的交通線分成了大量的站間路段，再用這些站間路段靈活組合成臨設交通線。每一站間路段和每一輛車在到不同的目標時都是通用共享的。用通俗的話說就是，這種臨設公交線是不花錢的公交線。所以公交面的公交資源無論是路還是車其利用效率都是極高的。

（3）公交面的不足。公交面是在城市發展到客源分布稠密且廣泛時，并且街道結構便于編制公交面的城市可以應用，在公交發展初期和客源分布集中的城市不宜用。在城市地理復雜和街道不規范的城市有待研究。

6 公交面的實施方案

公交面“在交通面上不用預設一條交通線卻有用不完的交通線”的理念為公交創造了利用臨設交通線的條件。公交面“在交通面上不受交通線的限制可以由任何點、向任何方向、用任何相對不同要求的最優路徑、到達交通面上任何目標點”的特點為公交用智能技術作統籌指揮創造了條件。

在公交面的支持下，利用互聯網的信息瞬間互通、智能技術的高速運算功能實現了為太多乘客分別臨時規劃交通路徑，進而設計了一個“城市公交智能系統”[6]。它是根據各公交車的實時載客數量、各站間路段的實時擁堵狀況、路網結構、每位乘客的交通始終站點和其個性化要求等公交信息，向公交平臺上統籌分配乘客交通路徑的公交技術方案。它利用與時俱變的公交信息通過統籌分配乘客各自交通路徑，將每輛車和每一站間路段乃至每位乘客的出行狀態都置于智能管控之下。它構成的公交模式是：在平面性運營平臺上，以臨設公交線的公交方式，用大型交通工具進行個性化服務的，動態智能管控公交運營狀態的一種智控公交。

該技術方案的有益效果如下：

（1）可以提高和擴大公交服務功能。本技術方案在保留了傳統公交的根本優勢——大型交通工具的基礎上，增加了公交面的強大通達功能，又增加了個性化和智能化服務功能。

（2）可以提高公交資源利用效率。本技術方案用定性、智能定量兩種方法分別提高交通資源的利用效率。在設計公交面時避免了重復公交線的設置；將公交線路和車輛設置成通用共享的資源;事實上有些資源利用效率是不可以無限提高的，比如不可以用無限增加車輛的載客量和道路的客流量來提高它們的效率，本系統將這些因素都置于智能管控之下，可以對其效率進行人性化管控，而這種人性化管控就可以達到該效率的相對最高。

（3）可以提高公眾乘坐公交的方便程度。經調查總結公眾所說的乘公交不方便可以分成兩個方面，即智力方面和體力方面。當來到一個新城市要乘坐公交，去查找交通目標的周圍有那一路公交車站，如果不能直達還要換乘，如何換乘，下車后向什么方向走等為智力方面的不便；體力方面是尋找上車車站和換乘的路途遠所花費體力和時間帶來的不便。 本技術方案的智能系統在電子地圖系統支持下承攬了乘客的全部智力活動，包括下車后向什么方向走多少米。在體力方面，公交面的路和車都是通用共享的乘客可以不必判斷和尋找車站，可以見站就上。換乘時，乘客可以在本方案的換乘樞紐不下站臺進行多向換乘。

（4）可以提高乘客乘坐公交的快捷程度。智能系統在公交面的支持下能為每位乘客分別規劃出最近和最快的路徑，提高了快捷度；本技術方案中換乘樞紐的設計，其中一個附加效果是將路口設計成了一個避開紅綠燈的公交專用路口，這又提高了快捷程度；只要再做點微小投資，用黃線隔成公交專用道就和路口形成了公交快速路網，可以再次提高快捷程度。

（5）可以縮短候車時間。公交面的應用說明將原來繁多的公交線上的公交運力壓在一組簡潔的公交線上，這勢必要提高發車頻率，那就會縮短候車時間。但不可以無限提高發車頻率，以避免出現連體車或連體車組。這樣一來候車時間會被調整到一個相對最短狀態。

（6）便于投資建設。 公交面的應用可將原來繁多的公交線設計為一組簡潔的公交線，這就大大減少了架橋、入地、鋪軌等建設成本，便于投資建設。本技術方案對其他方面的設計盡量做到簡便易行、實用可靠、易于建設。比如對于如何獲得車載人數的設計，是借用了計站收費的兩個刷卡機，通過乘客上車和下車兩次刷卡的次數差獲得車載人數。再比如，用半張車票的投資就實現了將一個智能信息系統變成一個智能管控系統。對于獲得各路段的擁堵狀況信息是用該路段的行車速度值間接獲得。另外還用較巧妙的手法解決了臨設交通線不便于投資建設的問題。

[1] 王志棟．公交線網優化模型的建立[J],大連鐵道學院學報，1997（12）：31-34．

[2] 胡啟淵，常玉林．城市公共交通線網多目標優化的建模與求解[J]．江蘇大學學報，2003．

[3] 韓印，李維斌，李曉峰等．城市公交線網調整優化pso算法[J]．中國公路學報1999（3）：100-104．

[4] 王煒，楊新苗，陳學斌等．城市公共交通系統規劃方法與管理技術[M]．北京：科學出版社，2002．

[5] 楊超，李彬．城市公共交通線網優化的圖論模型與算法[J]，同濟大學學報，1998（6）：294-298．

[6] 何慶平．城市公交智能系統（專利文獻），專利號：ZL 2016 2 0022072．0 ，授權公告日2016年07月13日．

Discuss on Public Transit Plane vs Public Transit Line in a City

He Qingping
(Shijiazhuang City Xinhua District after Du Bei District，Shijiazhuang 050072)

A new concept, public transit plane, is proposed in this paper. It is a kind of 2-D public transit platform that designed according to theory of geometry and characters of public transit. It is constructed by less public transit line and present more traf fi c capacity. Working with arti fi cial intelligent technique, it make public transit system more intelligent and can allocating passengers for every public transit vehicle balanced. It can intelligently control each vehicle and each section of road, evenly the status of each passenger, and thus observably improve the ef fi ciency and quality of the public transit system.

U491．1+7

A

Key words:Public transit line; public transit plane; intelligently controlled public transit system