公交線路的布設原則與方法

(西南交通大學希望學院 四川 成都 610000；西華師范大學 四川 南充 637000)

一、公交線路的布設原則及標準

公交線路系統錯綜復雜，布設難度較大，會受到各種因素的影響，但是公交線路系統也必須遵守相應的原則，主要包括以下幾點：

(1)沿主要客流方向開線。公交線路設線，應該保障客流量最大、出行需求最大的路段優先設立線路，這樣有利于提高整個公交線路網的平均乘車距離。也就是要最大程度地滿足公交乘客的出行需求，并且，以滿足城市居民日常上班、上學的出行活動的需求為主，兼顧文化、生活出行活動的需求。

(2)所開線路平均客流量均不低于最低開線標準。在線路進行開設前，須估算該線路的乘客數。乘客數必須達到一定標準，才能開設線路。這樣既能保證較高的公交運輸效率，也能保證公交企業的經濟效益。

(3)線路的長度在所規定的范圍內。線路過長，車輛周轉時間長，車輛準點率會下降，發車、配車均有一定的困難；線路太短，車輛周轉過快，乘客數可能偏少，影響經濟效益。因此，在開設公交線路時，應使線路長度在合理的范圍內，建議采用建設部8-12km的標準。

(4)線路分布均勻，客流量盡可能均衡，消除公交盲區。

(5)在主要客流集散點之間，應該盡可能地選取最短距離的線路作為公交線路，方能實現該區域乘客總的出行時間或乘行距離最短，以保證公交服務質量。

(6)為使乘客總換乘次數最少，提高運輸效率，應盡可能在主要客流集散點之間開辟直達公交線路。

(7)線路開設前，要考察線路的非直線系數，應按照“公共交通線路非直線系數不應大于1.4”的標準執行。

(8)線路的開設要符合城市公共交通線網狀況及相關指標的要求

(9)線路重復系數。盡量避免在有過度重復線路的道路、路段上開辟新路線，建議公交線路重復系數約定為1.8—2.5。

(10)考慮公交運營部門的實際情況，公交收費標準應在乘客能接受的范圍內，使運營收益盡可能大。

二、公交線路布設方法

公交線網由數條公交線路組成，在公交線路的各種不同布設方法和布設過程中，尤為重要的是公交線路首站和末站的確定，包括以下兩點：1.服務區線路起終點客流需求分析；2.確定公交線路首站和末站的位置。服務區域內不同的首末站配對，可以構成不同的公交線路，運送不同的直達乘客量。在布設公交線路時，應將直達乘客量最大作為最終目標，才能使得全服務區的總換乘次數最少。本文采取“先主后次，先粗后細”的順序布設公交線路。具體思路見圖1。

圖1 布設公交線路思路流程圖

(一)線路可行端點對的確定

把公交線路可行端點對的確定分為可通行公交線路的道路網絡確定、公交節點的選取和起迄點的選取。

1.可通行公交線路的道路網絡確定。道路網是城市公共交通網絡的基礎，考慮道路的幾何線形、路面條件和容量限制因素，所有適于公交車輛行駛的道路均可定義為公交線網的“基礎路網”[2]。通常會選取主干路、次干路以及支路進行布線，對于封閉的城市快速路來說，可以選擇在兩側的輔路上進行布線。

2.公交節點選取。公交線路的起終點和中間站停靠點均可看做是路網中的公交節點，以選定的起止點或中間站停靠點的節點為中心向外輻射的區域范圍即為公交線網的服務范圍，公交線網的服務范圍直接受節點的選取所影響。

設置節點可以從以下兩個方面進行探究：(1)為了提高公交系統的運營效率，盡量減少節點的設置數量；(2)為了方便乘客、減少乘客步行距離以及提高公交服務水平，盡量增加節點的數量。由此可見，在設置節點的過程中，需對運營效率和服務水平之間存在的矛盾進行均衡考慮。因此，在實際設置公交節點時，應先滿足乘客步行距離的條件，再盡可能減少節點的設置數量。

3.起迄點選取。由于公交車輛始發及終到場所即為公交線路的起終點，所以公交線路的起終點應具備以下兩個條件：(1)應有穩定的上、下客流；(2)有足夠大的可供公交車日常維修保養、儲備及車輛掉頭的空間。

如何確定需要布設的公交線路起止點站，可在調查公交服務區域客流量后，再依照各交通小區的總吸引量或總發生量進行確立。其設站原則是：當交通小區的吸引量、發生量高于本小區的公交線路中間站點的運載能力時，僅依靠中間站點則不能運載該吸引量、發生量，所以本小區公交線路需要設置起止點來增加公交線路的運載能力。因此，設立公交線路起終站可以中間站的運載能力為標準。

一個中間站點的運載能力為Co=B·60/ti

(1)

式中Co—一個中間站點的運載能力(人次/高峰小時)；

B—高峰小時平均每車從中間站點搭載的乘客數(人)；

ti—高峰小時發車間隔，2—5分鐘。

交通小區中間站點的總運載能力(即設站標準)為

Ci=Co×Ni

(2)

式中Ci—i交通小區中間站點的總運載能力(人次/高峰小時)；

Ni—i交通小區內的中間站點個數。

交通小區內的中間站點個數Ni可由各交通小區的出行量大小、交通小區的性質、交通小區的面積以及公交線網密度決定。

全規劃區的站點個數為No=ρ·S/d

(3)

式中N0—全規劃區的站點個數；

ρ—公交線網密度(km/km2)；

S—規劃區面積(km2)；

d—平均站點間距(km)。

公交線網的站點在各交通區的分布不均，且由各交通區面積、出行量大小、公交線路分布的情況決定，所以在公交線路沒有完全確定前，可通過預測交通區出行量大小來確定中間站點個數Ni[4]。

Ni=No·Ti·Si/T·S

(4)

式中Ti—第i個交通小區總公交發生量或吸引量；

T—全規劃區公交發生量或吸引量；

Si—第i交通小區的面積；

S—全規劃區面積。

若按照交通區出行量大小來確定中間站點的個數Ni的話，由于市中心商業區的公交出行量比較集中，所以市中心商業區的中間站點數可能偏大；而近郊區公交出行量比較小，則近郊區的中間站點數可能偏小。因此可能會使市中心商業區的中間站點運載能力較大，而需設置的起終站點較少；近郊區的中間站運載能力較小，而需要設置公交線路起終點。由此可見，在實際布設時，應綜合考慮各小區的面積、小區性質、人口數量、出行量大小等情況來選定。

一個起終點站的運載能力[4]為Cod=60·R·r/(ti·k0)

(5)

式中Cod—一個起終點站運載能力(人次/高峰小時)；

R—公交車額定載客數，鉸接車：129人，單節車：72人；

r—高峰小時滿載率，取r=0.85；

ti—高峰小時發車間隔；

k0—線路上最大斷面流量與起點站站前斷面或終點站站后斷面的流量之比，取k0=1.5—2.5。

可見，一個起終點站的運載能力為500—1200人次/高峰小時(單節車)或800—2000人次/高峰小時(鉸接車)。

為滿足城市內如火車站、碼頭風景區、居民生活小區等某些特殊地區的乘客出行需要，以方便居民的生活目標，盡管總吸引量、總發生量未達到設站標準，也可根據實際情況進行設置。

(二)最短路線布設法

選定可形成公交線路的端點對后，還須對兩點之間的具體布設進行研究，一般來說，可以構成公交線路的條件為在兩點間任意滿足完全系數限制和最大與最小長度限制的線路，并且在該兩端點對之間可以形成多條合理可行的公交線路。

兩點之間的線路布設法最常用的就是用最短路線進行布設，這樣可以減少乘客的乘車時間，增加社會效益。

(三)最大效益布設法

可用收斂掃描法對公交線路起終點的確定進行最優線路的選取，收斂掃描法線路搜索的基本原理為：從確定的公交線路某個起點出發，以線路效率最大為原則，向所有鄰接點發展，再以此鄰接點作為新的起點出發，繼續向它的所有鄰接點發展，最后收斂于確定的終點。

(6)

式中Ei—第i條樹狀分支路徑的路線效率；

Li—第i條樹狀分支路徑的長度；

LODjk—第i條樹狀分支路徑j、k站點間所能服務的直達乘客量；

n—第i條樹狀分支所經站點數。

圖中各分支路徑代表自起點到終點的所有可能路徑，選取所有滿足線長等約束的分支路徑中線路效率最大的一條或幾條，作為可行線路的選取方案，用于公交線網的優化。

三、各層次公交線路的布設方法

(一)主干線布設

在大運量遠距離運輸中，公交主干線起到重要作用，有運行速度快、發車頻率高、使用大運量交通工具特征，并且能夠享用公交專用相位、開設公交專用通道、叉口設置公交專用進口道等特權。公交主干線布設在快速路和主干道上。

公交主干線的布設方法：

(1)根據經驗或實際調查，確定主干線開線標準；

(2)按從大到小的順序將各OD對按客流量排序，對于OD量大于主干線開線標準的起終點,考慮布設新線；

(3)取OD量最大的一對，按最短路徑(所經站點最少)在起終點間布設線路；

(4)計算線路長度，若滿足要求，則該線路為公交主干線層中的第一條線路；若線路太短，可留作并線；

(5)對剩下的起終點對，重復上述過程，直到剩余乘客OD量低于主干線開線標準。

至此，公交主干線層便由布設的線路組成了。

(二)次干線布設

公交次干線主要作用是承擔市中心與片區中心之間的中距離出行。一般在城市主干道和次干道上布設。

公交次干線的布設方法：

(1)根據經驗或實際調查，確定次干線開線標準；

(2)按從大到小的順序對剩余OD對按客流量排序，對于OD量大于次干線開線標準的起終點，檢查現有線路中是否有直達或換乘1次的線路，有則保留，否則，考慮布設新線；

(3)取OD量最大的一對，先確定起終點間的換乘點，并且在起點與換乘點之間、換乘點與終點之間按最短路徑(所經站點最少)布設線路；

(4)計算各線路長度，若滿足要求，則該線路為次干線層的線路；若線路太短，可留作并線；

(5)對剩下的起終點對，重復上述過程，直到剩余乘客OD量低于次干線開線標準；布設過程中，若主干線路覆蓋了大部分線路，則該條線路不予保留。

(三)支線布設

設立公交支線的主要目的是填補主干線、次干線間的空白，加密線網。為了最大限度地接近居住、就業地點而布設到居住小區內部，并且在城市支路以及部分次干路、小區路上會考慮設置。

支線布設方法與次干線布設方法相比，除了換乘次數限制上有所區別，其他布設方法相同。為完善和補充整個公交網絡，支線網在布線過程中應盡量減少與上一級線路重復。

按這種方法確定的公交線網，基本可以保證主干線直達，次干線和支線有一定換乘，從而保證全服務范圍內換乘次數和站點數最少，客流方向基本一致。

四、最短路徑的確定

(一)各指標權重值的確定

公交路徑選擇因素錯綜復雜，在確定各因素的重要程度時，采用層次分析法(Analytic Hierarchy Process)進行分析。

(二)最短路徑選擇算法

目前國內外對于城市公交網絡的最短路問題已有一定的研究：張國伍等結合公交網絡的特點，在推廣Floyd算法的基礎上提出了一種公交網絡多條最短路徑算法，該算法一次可以搜索出所有站點間的多條最短路徑，但在只需選擇兩點間路徑的情況下應用效率較低；Koncz等提出了一種公交網絡靜態多路徑選擇算法，這種算法是以換乘次數少為首要目標，以出行距離短為次要目標，但該算法不能處理2次以上的換乘情況；Qiujin Wu等利用圖論中的最短路徑算法求解公交網絡中的多路徑優化問題，但該算法易產生多條過于相似的路徑。

針對這些問題，首先結合影響公交路徑選擇的多種因素，利用層次分析法確定權重，在此基礎上設計了針對公交不同功能層次的Dijkstra最短路徑選擇算法。

(1)初始化，定義擬搜索路徑的起點為r，終點為s；d(i)為起點r 到節點i 的權值，v(i,j)為連接i，j 路段的權值，定義已標記節點的集合為P，未標記節點的集合為T ；

(2)對所有的節點i，如果i≠r，則d(i)=∞，將i 加入未標記節點集合T ；否則，d(i)=0，將i 加入已標記節點集合P ；

(3)將所有已標記的點i 到與其直接連接的未標記的點j 的權重進行檢驗，令d(j)=min[d(j),d(i)+v(i,j)]；

(4)選取下一個點，從集合T 中選取d(j)中最小的一個i 值，對應點i 就被選為最短路徑中的一點，將i 加入集合P ；

(5)如果所有節點均已被標記，則轉入(6)；否則，轉入(3)；

(6)算法結束，通過最短路徑上路段反向查找統計出最短路徑上站點的組合信息。

本章首先把公交線路集的產生分為可布設道路網的選取，節點的選取和起迄點的選取。接著由層次分析法確定影響公交線路路徑選擇的各因素的權重，并計算綜合評判值，根據Dijkstra最短路徑選擇算法確定線路走向。最后提出了“先主后次、先粗后細、分層、分級布設”的線網布設方法。即首先由城市主干道和綜合公交樞紐布設公交干線層，以此類推，確定公交次干線層，公交支線層。從而最終形成功能明確、結構合理的公交網絡。