城市BRT站點選址問題的研究

楊玉艷 崔袁丁

摘要：BRT作為中運量城市公共交通方式，具有投資小、建設周期短、運營成本低、運營方式靈活等特點。BRT車站的選址方案對工程方案的投資、建設、后期運營都具有重要影響。基于此，本文首先對BRT車站選址方案的影響因素進行分析，從中提取評價指標。依據各評價指標的特點與相互間的邏輯關系特點，引入了基于貝葉斯網絡的綜合評價方法。對選址方案評價指標體系進行構建，并將其轉換為貝葉斯網絡，并通過基于貝葉斯網絡的評價計算方法，逐級計算得到最終評價結果。最后通過算例驗證評價方法可行性。研究表明：本文所提方法可行、有效。所獲得評價結果不但可以作為BRT選址方案的編制與改進案的指導

關鍵詞：BRT;快速公交;選址;貝葉斯網絡;先驗概率

中圖分類號： U491.17? ? ? 文獻標志碼：A

0引言

城市汽車擁有量的飛速增長，使道路占用率大幅提高，造成道路擁堵現象日趨嚴重，進而導致車速下降、污染增加、居民出行體驗度差。因此，大力發展公共交通，是保證出行效率、緩解出行擁堵的關鍵。BRT（Bus Rapid Transit）是城市快速公交系統的簡稱，其作為公交運輸方式，其具運量介于現代有軌電車和常規公交之間的中小運量交通運營方式。BRT通常使用專用車道、高承載車道、快速車道路作為其運輸條件，采用絕對獨立路權與相對獨立路權、“公交優先”的運營方式。相較城市地鐵，BRT具有建設投資小、建設周期短、運營成本低、運營方式靈活等特點。BRT站點位置的設置對于整個工程項目的投資、建設、后期運營都具有重要影響，對于BRT線路所在區域帶來的經濟效益與社會效益也影響顯著。

近年來，國內外學者針對BRT選址與運營方式做出了一定的研究，在既有研究中，文獻[1]認為BRT系統的站距的優化程度，是影響BRT運輸方式的重要因素，文獻以單程運輸效率最大為目標，以站距極值和車輛容量為約束，對站點布局進行優化。文獻[2]運用排隊論（M/M/N）方法對BRT車站停車位所需數量進行建模并計算。文獻[3]認為在公交停靠站不能滿足公交車輛的停靠需求時，會出現的排隊現象，排隊隊列長度對途徑路段與交叉口通行能力造成消極影響，認為增加獨立路權的快速公交可以大大提升公交出行效率。文獻[4]使用模糊綜合評價的方法對BRT換乘站選址問題進行了分析。文獻[5]分析了BRT站點位置對站點停靠方式及交通組織的影響。

本文將在對BRT選址方案影響因素分析的基礎上，以貝葉斯網絡方法為依托，對選址方案的編制質量進行合理評價，提出一種新的評價方法，并以算例驗證方法的可行性。

1 BRT站點選址問題評價指標分析

對于BRT站點選址問題評價指標的分析可分別從幾下幾個方面進行：

1.1建設可行性

（1）工程技術方案可行性

本指標反映現有工程技術是否能夠適合選址方案。其中包括工程方案可行性與施工工程技術可行性。

工程方案可行性，BRT車站選址時需要考慮車站以及車站所在沿線區域的地質條件、線路條件等因素對選址的影響，還應考慮相關工程施工技術的可行性。在規劃選址過程中，應根據現場勘測實際情況，確定選址的工程范圍，對工程施工的地點及所規劃區域環境，進行科學的計算核準，并科學準確的計算工程量。該指標還體現了所涉及的工程技術難點與建設企業所承擔的工程風險，以及選址方案是否可以滿足選址位置的條件需要。

施工工程技術可行性，在規劃選址過程中，應根據現場勘測實際情況，確定選址的工程范圍，對工程施工的地點及所規劃區域環境，進行科學的計算核準，并科學準確的計算工程量。該指標反映了未來施工過程中，車站位置對施工技術要求的影響。

與相關政策法規的相符性

（2）經濟投資可行性

經濟投資通常包括征地拆遷費、建設費以及其他相關費用，在滿足建設要求的情況下，認為其數值越小越好，越有利于后期運營中收回成本。

（3）與相關政策法規標準的相符性

這一指標主要包括以下三個方面：

與國家標準、地方標準的相符性，BRT選址方案必須遵循相應的國家標準、地方標準，國家標準是工程領域專家經過長期實踐總結的，具有代表性和普遍性的國家標準，在指定選址方案時應以此為依據。

與相關法律的相符性，選址方案還必須遵循國家立法機關制定的，對公共運輸安全的強制性規定和約束。方案參照法律以做到有理有據。

與選址地相關政策的相符性，選址地相關政策往往依據地方特點對選址要求進行了規定。選址方案應充分考慮選址地當地相關政策，以政策為指導進行方案設計。

（4）與城市長遠規劃的兼容性

選址方案所確定的選址位置，不但要與城市的近期規劃相符，還應與與城市長遠規劃相符。這對于合理利用城市有限的資源、有效整合和配置和土地、完善城市交通網絡、有計劃地實現站點建設范圍內經濟、社會、環境效益的發展都至關重要。

1.2乘客乘坐便捷性

（1）車站換乘便捷性

與其他公交方式的換乘效率

作為城市公共系統的一種運營方式，BRT與常規公交之間的合理換乘是關乎城市公交一體化建設，提高乘坐體驗的重要環節。通常BRT與常規公交利用BRT車站進行同站臺或同站不同站臺換乘，這一指標反映選址方案對兩者在達到時間與空間上換乘的融合的協調性。

與出租車的換乘效率，以BRT車站位置為中心的客流具有輻射特性，為方便集散客流，選址方案應考慮出租車泊車待客點的位置與車站的距離客流流線的影響，避免車站建成后由于換乘出租車造成的擁堵。

（2）車站運能合理程度。車站運能是指車站對旅客的運輸能力，運能匹配度可以有效衡量城市交通站點或樞紐中對于旅客的集散與協調能力，能夠反映出乘客對車站的利用效率。將該指標分為高峰時間段與平峰時間段分別進行考慮。

高峰時間段車站運能匹配程度，該指標反應選址方案對高峰時間段內客運能力的匹配程度，優良的選址方案會很好的匹配高峰時間的客流，反之則這說明兩者之間的協調性需要進一步完善。

平峰時間段車站運能匹配程度，與高峰時間段車站運能匹配程度類似，該指標反應選址方案對平峰時間段內客運能力的匹配程度。

（3）相鄰車站間距。相鄰車站的站間距離對于吸引客流，和站間運行時間有直接影響。質量高的選址方案，站間距離適中，可以更好地吸引客流量，又不會經常停車，導致乘客體驗感下降。

（4）乘客集中地點平均到離站時間。在選址方案中應考慮乘客從區域內乘客集中地點到達車站的旅行時間，乘客的平均到站、離站時間均隨著車站周邊客流分布的中心與站點之間間距成正比例關系。此指標反應車站設置地點與乘客集中區的距離，合理的選址方案距離適當，乘客到站離站時間均勻，有利于提高車站使用效率。

1.3車站舒適性

（1）車站擁擠程度。車站內乘客數量越高，車站擁擠程度越高，除增加排隊時長外，還會對乘客心理舒適度造成一定的影響。在進行選址方案的制定時應考慮可能造成站內擁堵的原因，對車站的位置與到達車站的路徑加以考慮。

（2）車站站內與站外環境。車站站內與站外環境的優良程度關乎乘客乘坐體驗的最直接感受。選址位置與車站內部空間的大小息息相關，對于吸引客流具有重要意義。此外，車站選址位置還應充分考慮與站外環境的相協調，高質量的選址方案應具有既不顯突兀，又能具備良好的環境親和力的特點。

1.4運營方式的合理性

該指標反映在BRT站點選址過程中必須充分結合實地情況與規劃交通組織情況，盡量減少車站對車站所在路段及站點附近道路交通組織的影響，該指標還反映車站建成后對運營的影響。

（1）建設中的影響程度。BRT的建設屬于封閉施工，會對區域交通造成一定的影響，在選址規劃階段，應對建設影響范圍，影響時間等因素加以考慮。通常來說，高質量的選址方案在建設階段對區域其他交通方式所造成的影響與低質量的選址方案相比較小。

（2）使用中的影響程度。BRT線路在空間上與其他交通流會產生交織，在投入使用中，會面對臨近車道機動車或非機動車的橫向干擾與信號管制措施的縱向干擾，這對BRT車站的啟停動作會造成一定的影響延誤，從而也會造成一定的運行時間延誤。為在選址過程中，就需要對此類因素加以考慮，在選址過程中對受橫縱向干擾密集的區域進行合理規避，以便在建成后的運行中降低干擾影響。

（3）運營養護的便捷性。在選址過程中，需要考慮選址位置對后期養護的影響。車站位置應有利于建成養護作業，當發生。

1.5乘坐經濟性

乘客乘坐的經濟性。主要反應在平均出行成本上，對于乘客而言，出行成本是選擇出行方式的重要影響因素，車站位置對于票價的確定也具有一定的影響，位置合理的選址方案，有利于節約乘客出行成本，從而吸引客流，提高乘客的選擇BRT出行的概率。

2貝葉斯網絡方法在BRT選址方案中的應用

貝葉斯網絡（Bayesian network）是一種表示概率的有向無環圖模型，從1988年被提出后，已廣泛應用于統計分析、裝備故障診斷等諸多方面。貝葉斯網絡是由節點、有向弧和條件概率分布組成的有向非循環網絡，常用圖形的方法來表示不同指標[8]。介于貝葉斯網絡的相關特點，其可以應用于對BRT選址方案的評價中。

2.1貝葉斯網絡的基本原理與網絡構建

貝葉斯網絡是一個概率網絡，貝葉斯網絡有三種常見概率，即先驗概率、后驗概率、聯合概率。其中先驗概率一般分為兩類，一是在未取得歷史資料的情況下，憑借主觀經驗判斷出的概率值;另一種則是通過已存在的歷史資料推測出的事件發生的概率。后驗概率是指在已知事件A發生的情況下，B事件發生的概率，即稱為后驗概率。聯合概率是指兩個事件A，B相交的概率，即。

貝葉斯網絡的構建方法：首先建立評價指標事件的樹型結構，然后將其轉化為貝葉斯絡拓撲結構圖，最終形成了包括條件概率表的評價事件的貝葉斯網絡圖。利用這種方法將樹型結構轉換為貝葉斯網絡，可以直觀的展現各評價指標的層次性與特征，也展現出來指標間的相應邏輯關系。

2.2評價指標體系向貝葉斯網絡轉換的映射方法

多層次評價指標體系是一種典型的樹形結構：指標樹，樹結構中將評價的總目標作為頂層指標，將各層次的評價指標分別作為中間層指標和底層指標。由于各評價指標之間存在分支、隸屬關系與邏輯聯系，因此可以用倒立樹邏輯因果關系圖將其表示出來。

依次對各基層指標賦予先驗概率值，進而對整個指標系統進行分析計算。對于指標樹中指標因素用表示，對應，分別表示該指標因素的狀態（發生，不發生）。指標因素之間的相互關系是通過邏輯與門（AND），或門（OR）等邏輯門表示的，貝葉斯網絡各節點與評價指標、連接方式及“與門”、“或門”邏輯門相對應[8]，其映射關系如下所示：

（1）“與門”關系映射圖

使用貝葉斯網絡表達信息樹的基本關系。

與門關系如圖2：

;

;? ? ? ? ? ? ? （1）

或門關系如圖1：

;

;? ? ? ? ? ?（2）

將上文中提出的各項評價指標進行分類，按頂層指標，中間指標與底層指標三類分別列出，如表1所示。

將表1各指標按指標間的“與門”、“或門”關系構建BRT選址方案評價指標信息樹，如圖3所示。

根據上述使用貝葉斯網絡表達信息樹的基本方法，將圖3評價指標信息樹轉化為圖4 BRT選址方案評價體系的貝葉斯網絡。

2.3基于貝葉斯網絡的綜合評價方法

2.3.1評價等級與構建評價矩陣

首先將評價語言集定為：四個評價等級。其中認為當為很好：當為較好;當為中等;當屬于差。

使用專家評價法，充分利用了專家的經驗做出評價，最終計算得出綜合結論。首先使用專家評價法對基層評價指標進行打分評價，分數為1-9分中的一個分數，然后依據分數集合確定基層指標的先驗概率，此過程中單個基層指標與多個基層指標組成的中間指標的先驗概率確定方法有所不同，具體如下：

（1）對于前者，個專家對該單個指標進行評價，得到評分向量其先驗概率值應為：

（2）對于后者作為中間指標有個基層指標構成，首先得到個專家對各基層指標的評分矩陣如下：

在這個評分矩陣中，代表專家對指標的打分，該中間因素先驗概率計算如下：

令? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（5）

可以得到先驗概率向量：

通過公式（8）得出組成的向量即為所需先驗概率。

3.3.2關于貝葉斯網絡邏輯關系的計算

由于貝葉斯網絡的結構為倒立樹邏輯因果關系，所以應該逐級向上進行計算，最終達到頂指標的評價。將評價指標體系轉換為貝葉斯網絡后，可以發現網絡中存在兩種關系，即“與”、“或”，其先驗概率計算如式 所示。

（1）與門結構中先驗概率的計算公式：

（7）

（2）或門結構中先驗概率的計算公式：

（8）

將計算出的頂層指標的，并將結果與評價集比較得出評價結果。

4.算例分析

以某城市BRT車站選址方案為例，將兩個選址規劃方案A、B分別使用基于貝葉斯網絡的綜合評價方法進行評價，具體步驟如下。

4.1先驗概率的計算

根據前文所介紹的計算先驗概率的方法，首先由專家打分得到各評價指標的評分矩陣，? ? 以評價指標乘坐經濟性E、5位專家，即n=5為例，評分矩陣為：，然后按式（3）計算其先驗概率為：，同理可計算出：，，，，，，。以與相關政策法規的相符性A3為例，評分矩陣如式（9） 所示。

按式（4）～（6）可計算得到：

由于指標、、之間是“與”門關系，因此可根據式（7）計算指標先驗概率為：

同理，可依次計算指標、 、、、、、的先驗概率得：、、、、、、，匯總如表2所示。

根據表 2所示先驗概率，按式 （8） 分別計算頂層評價指標的先驗概率如下：

對方案B進行綜合評價，按上述方法可得各評價指標的初始先驗概率如表3所示。

頂層評價指標的先驗概率計算如下：

由于，故選址方案B的質量優于選址方案A。

5.總結

本文通過對BRT車站選址方案的特點進行分析，提取關乎影響選址方案質量的評價指標，并以此構建指標體系并將其轉化為貝葉斯網絡，通過對其計算得到BRT選址方案評價結果。最后通過算例進行驗證，得到以下結論：

（1）BRT公共交通是的重要組成部分，作為中運量交通工具，具有很好的發展前景。車站選址方案的優良，直接影響BRT投入使用后的經濟效益與社會效益，所以應對其選址方案的質量展開評價。

（2）依據BRT選址方案評價指標具有層次化的特點，對各評價指標進行分析，并建立了層次化的評價體系，可以使評價過程更加清晰化，條理化。

（3）本文提出的基于貝葉斯網絡的綜合評價方法對BRT選址方案的評價是可行的、有效的，所獲得評價結果不但可以作為BRT選址方案的編制與改進案的指導，還可以作為BRT運營公司或相關業主單位進行決策的依據。

需要指出的是，由于本文只考慮了對BRT選址方案評價指標的定性化分析，未細化具體指標的定量化研究，在今后的研究中可加以考慮。

參考文獻

[1]陳兵.快速公交（BRT）系統站點設置研究[D]廣州：華南理工大學，2014.

[2]王波.快速公交（BRT）系統設計的若干問題研究[D]成都：西南交通大學，2004.

[3]Herbert S.L， Scott R， Eric B.TCRP report 90： bus rapid transit， volume 2： implementation guidelines [R]. Washington D.C.： Transportation Research Board， 2002， A-3-A-8.6.

[4]唐博. 模糊綜合評價法在BRT換乘站址選擇中的應用[J]研究寧夏工程技術，2016，15（2）：146-148.

[5]王相平，甘軍霞，羅楠.BRT站點布設研究[J]交通科技與經濟，2007，9（2）：83-85.

[6]全永燊，孫壯志.關于BRT和軌道交通的理性思考[J].交通運輸系統工程與信息，2006，6（1）：111-117.

[7]張春民，李引珍，何瑞春.一類駝峰調車事故的貝葉斯網絡模型研究[J].鐵道科學與工程學報2012，9（5）：103-107.

[8]李海軍，馬登武，劉霄等.貝葉斯網絡理論在裝備故障診斷中的應用[M].北京：國防工業出版社，2009，67-112.

[9]杜棟，龐慶華，吳炎.現代綜合評價方法與案例精選[M].北京：清華大學出版社，2008，34-38.

[10]崔袁丁，孟學雷.基于貝葉斯網絡的鐵路旅客服務質量評價[J].交通運輸研究，2017，3（5）：57-64.

[11]代存杰，李引珍，馬昌喜，柴獲.基于三角模糊數-集對分析的地鐵車站選址[J].蘭州交通大學學報

[12]謝季堅，劉承平.模糊數學方法及其應用[M].武漢：華中科技大學出版社， 2017，176-193.

[13]楊麗媛.城市地鐵站點選址方案評價研究[D]長沙：中南大學.2010.

作者信息：

楊玉艷1? ? ? 崔袁丁1，2

1.中國市政工程西北設計研究院有限公司730000

2.蘭州交通大學交通運輸學院730070

作者簡介：楊玉艷，女，19870826，漢族，甘肅白銀，碩士，工程師，研究方向交通運輸規劃與管理。