大學(xué)校園公交的乘客特征分析及優(yōu)化配車(chē)方案

賈天理，田 龍，徐文爍，婁浩然，涂 龍,付俊松

(1.四川大學(xué)錦城學(xué)院通識(shí)教育學(xué)院；2. 四川大學(xué)錦城學(xué)院計(jì)算機(jī)與軟件學(xué)院，四川成都 611731)

1 問(wèn)題描述

四川大學(xué)錦城學(xué)院坐落于成都市高新西區(qū)西源大道1號(hào)，校園占地面積近1 600畝，現(xiàn)有在校師生近30 000人.校園內(nèi)現(xiàn)有學(xué)生公寓37棟，教職工住宅5棟，7個(gè)食堂和1個(gè)杏島餐廳等，從學(xué)校北大門(mén)到學(xué)生住宿區(qū)步行大約需15～20分鐘.由于錦城學(xué)院離成都市地鐵2號(hào)線“百草路口站”單程3.7公里，離“火車(chē)北站”19公里，而且學(xué)校到百草路沒(méi)有直接的公交車(chē)通行，學(xué)生只能自己打車(chē)去百草路趕地鐵2號(hào)線.學(xué)校旁邊的“高新西區(qū)公交站”到“火車(chē)北站”全程共有35個(gè)公交站點(diǎn)，54路公交車(chē)運(yùn)行一個(gè)單邊需要80分鐘，加上學(xué)生從宿舍區(qū)到高新西區(qū)公交站步行20分鐘，從錦城學(xué)院到“火車(chē)北站”用時(shí)需要100分鐘.每到周末、節(jié)假日、春秋季學(xué)期放假、集中時(shí)間放學(xué)，學(xué)生攜帶著行李去市區(qū)或者回家，校門(mén)口經(jīng)常被滴滴車(chē)、候客三輪車(chē)和拎著行李等車(chē)的學(xué)生堵得水泄不通，師生們深感不便.

根據(jù)學(xué)生群體出行的特點(diǎn)，成都公交集團(tuán)創(chuàng)新線路運(yùn)營(yíng)模式，開(kāi)啟了兩種路線的校園公交車(chē).2018年1月12日開(kāi)始，在錦城學(xué)院學(xué)生集中離校的兩天，開(kāi)行了“錦城學(xué)院-火車(chē)北站”的校園專(zhuān)屬直達(dá)公交車(chē)，第一天的12∶00～18∶00，第二天的8∶00～18∶00到錦城學(xué)院接送學(xué)生去“火車(chē)北站”，每小時(shí)開(kāi)行一班.學(xué)生根據(jù)自己的情況到校園公交站點(diǎn)乘車(chē)，60分鐘就可到達(dá)“火車(chē)北站西廣場(chǎng)站”.2018年11月16日開(kāi)始，又正式開(kāi)行了“錦城學(xué)院-地鐵百草路站”的校園公交車(chē)，每周五、周六、周日，寒暑假放假、返校高峰期安排滾動(dòng)發(fā)車(chē)，配備3臺(tái)車(chē)循環(huán)，每周周五的15∶30～18∶30發(fā)車(chē)，周六的10∶00～12∶00發(fā)車(chē)，15分鐘發(fā)車(chē)一班，接駁地鐵2號(hào)線百草路口站，有效緩解了西源大道因錦城學(xué)院學(xué)生集中放學(xué)造成的路段擁堵問(wèn)題.校園公交車(chē)運(yùn)營(yíng)一年多來(lái)，方便了廣大師生出行，得到師生和社會(huì)人士的眾多點(diǎn)贊.

現(xiàn)在，隨著乘坐校園公交車(chē)的人數(shù)不斷增多，有時(shí)候?qū)W生需要排隊(duì)很長(zhǎng)時(shí)間候車(chē)，有時(shí)候需要擰著行李從宿舍區(qū)走很長(zhǎng)的一段路去乘坐校園公交，仍存在不足.因此，本文以四川大學(xué)錦城學(xué)院為例，調(diào)研校園公交車(chē)“錦城學(xué)院-百草路地鐵站”線路的運(yùn)行情況，分析校園學(xué)生的出行情況和乘客特征，研究校園公交車(chē)優(yōu)化配置方案，希望進(jìn)一步解決大學(xué)校園學(xué)生乘客的出行難題.

2 校園乘客的特征分析

2.1 校園乘客特點(diǎn)

2.1.1 人員流動(dòng)量較大 四川大學(xué)錦城學(xué)院在校師生約30000人，還有校外培訓(xùn)人員、校外考試人員、來(lái)訪的游客和家長(zhǎng)等流動(dòng)人員，相對(duì)的人員流動(dòng)量較大.

2.1.2 乘車(chē)地點(diǎn)相對(duì)集中 學(xué)生作為校園乘客的主體，他們多選擇在宿舍門(mén)口或食堂門(mén)口等地方乘車(chē)，這樣乘車(chē)地點(diǎn)就比較集中.

2.1.3 節(jié)假日時(shí)期人員密集 大學(xué)生是按照校方規(guī)定的時(shí)間上課下課、放學(xué)放假，容易導(dǎo)致高峰時(shí)期乘車(chē)人數(shù)過(guò)多、校園公交車(chē)供不應(yīng)求.對(duì)于校園公交而言，應(yīng)與校園公眾號(hào)合作，增加公交車(chē)實(shí)時(shí)定位，避免出現(xiàn)乘客等待時(shí)間過(guò)長(zhǎng)的問(wèn)題.

2.2 校園公交安全要求與乘客體驗(yàn)

2.2.1 校園公交對(duì)車(chē)輛安全性要求高 學(xué)生的出行安全性是高校最為重視的，乘車(chē)過(guò)程中需要用寓教于樂(lè)的方式向?qū)W生和乘客介紹乘車(chē)注意事項(xiàng)、公交車(chē)的“盲區(qū)”和應(yīng)急逃生等知識(shí).

2.2.2 重視乘客心理感受和體驗(yàn) 大學(xué)生在乘坐校園公交車(chē)的過(guò)程中，他們特別重視自己乘車(chē)的心理感受、體驗(yàn)等，校園公交車(chē)作為一種代步工具，為乘客提供更快捷更方便的乘車(chē)體驗(yàn)，提供更優(yōu)質(zhì)的服務(wù)是校園公交需要認(rèn)真對(duì)待、努力做好的.

3 研究目的和基本思路

3.1 研究目的

通過(guò)分析四川大學(xué)錦城學(xué)院校園公交的乘客特征，運(yùn)用NW小世界網(wǎng)絡(luò)模型分析法和Matlab程序算法，研究校園公交車(chē)優(yōu)化配置方案，從而提出大學(xué)校園公交系統(tǒng)的規(guī)劃與建議，為校園乘客提供安全、方便、舒適的出行服務(wù).

3.2 基本思路

3.2.1 引導(dǎo)學(xué)生研究數(shù)學(xué)應(yīng)用問(wèn)題的求解 校內(nèi)公交車(chē)在高等學(xué)校出現(xiàn)是一種新現(xiàn)象，通過(guò)數(shù)學(xué)建模的方法，探索校園公交車(chē)優(yōu)化配置問(wèn)題是一次新嘗試，是培養(yǎng)學(xué)生“理解→建模→問(wèn)題解決”能力的一次新嘗試.解決數(shù)學(xué)建模問(wèn)題，需要學(xué)生應(yīng)用數(shù)學(xué)知識(shí)，將自己理解的問(wèn)題以一種直觀的形式表示出來(lái)，其關(guān)鍵是通過(guò)必要的計(jì)算將復(fù)雜的實(shí)際問(wèn)題數(shù)學(xué)化，建立起適當(dāng)?shù)臄?shù)字化關(guān)系.

3.2.2 實(shí)測(cè)各學(xué)生宿舍區(qū)到校園公交站點(diǎn)的距離 用數(shù)學(xué)方法尋找乘坐校園公交車(chē)最短的步行路徑方法有多種.我們采用對(duì)校園公交站點(diǎn)的地理位置和可能到達(dá)該位置的距離進(jìn)行C語(yǔ)言測(cè)量的方法，用C語(yǔ)言的rand函數(shù)來(lái)產(chǎn)生隨機(jī)數(shù)，并且限制隨機(jī)數(shù)的范圍以產(chǎn)生多個(gè)數(shù)據(jù)代表校園內(nèi)活動(dòng)的師生可能所在的位置，即利用隨機(jī)函數(shù)在整個(gè)校園范圍內(nèi)隨機(jī)地取多個(gè)活動(dòng)位置，再用相關(guān)關(guān)系分析、量化與實(shí)際測(cè)量取樣數(shù)據(jù)之間的數(shù)理關(guān)系，以完成實(shí)際距離數(shù)據(jù)的取樣.

圖1 學(xué)院局部示意圖Fig.1 Schematic Diagram of Partial Division of the College

3.2.3數(shù)據(jù)收集，將目標(biāo)數(shù)字化 先收集原始數(shù)據(jù)，得到校園公交擁堵時(shí)間、擁堵里程、擁堵程度等數(shù)據(jù).對(duì)不同宿舍區(qū)的學(xué)生出行模式的選擇及權(quán)重進(jìn)行聚類(lèi)分析，科學(xué)計(jì)算，由此計(jì)算出滿(mǎn)足學(xué)生需求的校園公交車(chē)?yán)碚撆渲脭?shù)量.

4 問(wèn)題求解

4.1 樣本路段擁堵情況分析

我們選取校園的3個(gè)樣本路段來(lái)分析擁堵情況：約定，路段1是四食堂到校園公交車(chē)停靠點(diǎn)的一段路；路段2是學(xué)生宿舍A區(qū)到校園公交車(chē)停靠點(diǎn)的一段路；路段3是學(xué)生宿舍E區(qū)到校園公交車(chē)停靠點(diǎn)的一段路.

進(jìn)行實(shí)際考察計(jì)算，我們得到走過(guò)3個(gè)樣本路段的平均用時(shí)、經(jīng)過(guò)的平均人數(shù)、路段長(zhǎng)度等指標(biāo).如表1

表1 樣本路段的實(shí)際考察情況Tab.1 Actual Investigation of the Sample Section

再使用符號(hào)表示：Ai表示第i條擁堵路段；

Bij表示第i條路段在第j個(gè)區(qū)域的擁堵概率；

Cik表示第i條路段在第k個(gè)區(qū)域的擁堵概率；

Dik表示第i條路段在k個(gè)區(qū)域的擁堵路程.

由表3可以看出，路段2最擁堵，其擁堵概率在11%以上，意味著每100米的路段，可能有10米左右學(xué)生人數(shù)特別多非常擁擠.

4.2 NW小世界網(wǎng)絡(luò)模型分析

對(duì)于校園公交車(chē)車(chē)優(yōu)化配置問(wèn)題，采用復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)模型對(duì)于校園公交的行車(chē)路線和公交車(chē)的循環(huán)發(fā)車(chē)數(shù)量等相關(guān)指標(biāo)及變化情況進(jìn)行模擬，由此來(lái)建立優(yōu)化方案.我們選擇NW小世界網(wǎng)絡(luò)模型作為分析問(wèn)題的網(wǎng)絡(luò)模型.NW小世界網(wǎng)絡(luò)模型是Newman和Watts提出的網(wǎng)絡(luò)模型，該模型用“隨機(jī)化加邊”來(lái)構(gòu)造“隨機(jī)化重連”.而我們的真實(shí)大學(xué)校園，一般為小世界網(wǎng)絡(luò)模型.

我們選取校園每一個(gè)岔路口作為一個(gè)節(jié)點(diǎn)，設(shè)置節(jié)點(diǎn)總數(shù)為20個(gè)；以開(kāi)行的“錦城學(xué)院-百草路地鐵站”校園公交運(yùn)行為例，再把表1中的經(jīng)過(guò)樣本路段平均用時(shí)、經(jīng)過(guò)樣本路段的平均人數(shù)、樣本路段長(zhǎng)度幾個(gè)因素考慮進(jìn)來(lái)，生成一個(gè)NW小世界網(wǎng)絡(luò).這種網(wǎng)絡(luò)模型意味著一些彼此并不相識(shí)的學(xué)生, 他們同時(shí)生活、學(xué)習(xí)在一個(gè)“高集聚性、小平均距離”的校園里，他們可以通過(guò)出行乘車(chē)的方式在校園公交站點(diǎn)被聯(lián)系在一起,這就是校園小世界現(xiàn)象.

在Matlab程序里：

(1)輸入最近鄰耦合網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)的總數(shù)N=20；

(2)輸入最近鄰耦合網(wǎng)絡(luò)中每個(gè)節(jié)點(diǎn)的鄰近節(jié)點(diǎn)的個(gè)數(shù)的一半K=3；

(3)輸入隨機(jī)化加邊的概率p=0.5.

通過(guò)Matlab程序計(jì)算(運(yùn)算程序略)，我們發(fā)現(xiàn)，校園開(kāi)通了3輛循環(huán)公交車(chē)后，擁堵概率變小的情況.如表4

表4 擁堵概率變化情況及排序Tab.4 Variation and Ordering of the Congestion probability

從表4看出，在校園公交車(chē)開(kāi)通后，3個(gè)路段的相關(guān)擁堵概率都明顯下降，下降最明顯的是路程2，其降幅達(dá)到了8%.擁堵概率下降預(yù)示著校園公交提高了學(xué)生出行的方便性，意味著小世界網(wǎng)絡(luò)模型的狀態(tài)和結(jié)構(gòu)的變化.

再通過(guò)變小的擁堵概率與大學(xué)校園學(xué)生出行歷史資料進(jìn)行相關(guān)性對(duì)比分析,我們會(huì)得到多種基于小世界網(wǎng)絡(luò)的統(tǒng)計(jì)預(yù)測(cè)選項(xiàng)，選擇其歷史資料與統(tǒng)計(jì)預(yù)測(cè)選項(xiàng)相關(guān)性最強(qiáng)的項(xiàng),然后依據(jù)修正后的校園2018-2019年的師生數(shù)量數(shù)據(jù)，通過(guò)NW小世界模型預(yù)測(cè)，可以得到2020-2025年的大學(xué)師生總數(shù)，按照師生總數(shù)的一定比例，就能確定校園公交車(chē)應(yīng)該配置的數(shù)量.這樣，在校園公交車(chē)優(yōu)化配置的數(shù)量上，就可以做到隨師生規(guī)模和出行人數(shù)的變化而改變配車(chē)數(shù)量，精準(zhǔn)配置循環(huán)公交車(chē)臺(tái)數(shù)，以方便師生們的出行.在特殊時(shí)期，如開(kāi)學(xué)報(bào)到、春秋季學(xué)期放假、畢業(yè)典禮、學(xué)校運(yùn)動(dòng)會(huì)等，均可以臨時(shí)增設(shè)特殊的校園公交車(chē)輛.

5 校園交通系統(tǒng)規(guī)劃與建議

5.1 交通規(guī)劃是“城市型”大學(xué)的新課題

大學(xué)校園交通系統(tǒng)規(guī)劃的目的是為了方便廣大師生出行.隨著大學(xué)校園面積的擴(kuò)大、在校人數(shù)的持續(xù)增加、高校人均汽車(chē)保有量攀升、我國(guó)“城市型”大學(xué)更快發(fā)展等，校園交通系統(tǒng)的范疇進(jìn)一步擴(kuò)展,已從傳統(tǒng)的新建大學(xué)校園交通逐步拓展到外部交通,并且與城市交通關(guān)聯(lián)發(fā)展.在這種的情況下,如何規(guī)劃高效、便捷的校園交通系統(tǒng)，日益成為我國(guó)大學(xué)校園規(guī)劃和管理研究的新課題.大學(xué)校園交通系統(tǒng)規(guī)劃主要集中在對(duì)校園停車(chē)系統(tǒng)、車(chē)行系統(tǒng)、公交系統(tǒng)、自行車(chē)系統(tǒng)、步行系統(tǒng)和乘客體驗(yàn)六個(gè)方面的規(guī)劃設(shè)計(jì)策略.

5.2 校園交通系統(tǒng)規(guī)劃的建議

5.2.1 停車(chē)系統(tǒng)規(guī)劃要體現(xiàn)便捷性 停車(chē)地點(diǎn)規(guī)劃要依托當(dāng)前的技術(shù)水平、管理手段和智能科技的發(fā)展趨勢(shì)，聯(lián)系與生活區(qū)、教學(xué)區(qū)、科硏區(qū)之間的日常通勤，保證師生員工能夠方便快捷地到達(dá)辦公區(qū)、教學(xué)區(qū)和科研中心區(qū).

5.2.2 車(chē)行系統(tǒng)規(guī)劃要體現(xiàn)高效性 車(chē)行系統(tǒng)規(guī)劃要通過(guò)各種交通方式的警示標(biāo)志、標(biāo)示線、交通島和信號(hào)燈等方式來(lái)引導(dǎo)車(chē)流和行人各行其道，使校園內(nèi)部機(jī)動(dòng)車(chē)交通、非機(jī)動(dòng)交通和公共交通相互協(xié)調(diào)，以降低人員密集區(qū)的安全隱患；要結(jié)合大學(xué)校園文化環(huán)境，從校園公交與城市交通接軌、校園主干道的路線和站點(diǎn)設(shè)計(jì)、校園次干道的自行車(chē)路線和站點(diǎn)設(shè)計(jì)、校園支路設(shè)計(jì)等方面考慮，逐步建立高效、便捷的校園車(chē)行系統(tǒng).

5.2.3 公交系統(tǒng)規(guī)劃要體現(xiàn)科學(xué)性 公交系統(tǒng)規(guī)劃要在對(duì)校園工作日早晚高峰、周末和節(jié)假日的交通量統(tǒng)計(jì)分析的基礎(chǔ)上，將所得數(shù)據(jù)與在校學(xué)生規(guī)模相聯(lián)系、與城市公共交通相結(jié)合，形成覆蓋主要校園區(qū)域、教學(xué)中心區(qū)、科研區(qū)、宿舍區(qū)、停車(chē)場(chǎng)的校園公交網(wǎng)絡(luò).

5.2.4 自行車(chē)系統(tǒng)規(guī)劃要體現(xiàn)整體性 自行車(chē)系統(tǒng)規(guī)劃要與校內(nèi)主要道路、公交系統(tǒng)換乘站、道路節(jié)點(diǎn)和校園中心區(qū)的人行道相聯(lián)系，除大學(xué)中心區(qū)之外的校園其他區(qū)域，都應(yīng)設(shè)有自行車(chē)道, 要保證校內(nèi)非機(jī)動(dòng)交通優(yōu)先，體現(xiàn)慢行交通的人性化，不斷完善校園自行車(chē)系統(tǒng)，提高校園道路的疏解能力.

5.2.5 步行系統(tǒng)規(guī)劃要體現(xiàn)系統(tǒng)性 步行系統(tǒng)規(guī)劃要體現(xiàn)“人車(chē)分流，步行優(yōu)先”的規(guī)劃原則，步行區(qū)域要做到幾乎沒(méi)有車(chē)輛通行,優(yōu)化步行體驗(yàn)、提高步行安全性，逐步形成“步行為主的校園生活區(qū)+生活區(qū)外圍的步行道路+校園公交系統(tǒng)+輔助的自行車(chē)系統(tǒng)”的通勤格局.

5.2.6 乘客體驗(yàn)設(shè)計(jì)要體現(xiàn)人本化 人是校園交通系統(tǒng)中最重要的因素,規(guī)劃和改善校園交通系統(tǒng)，必須以人為本，提高交通系統(tǒng)中人員移動(dòng)的安全性和便利性.規(guī)劃中務(wù)必考慮交通服務(wù)的過(guò)程中乘客的心理感受以及師生的滿(mǎn)意程度，學(xué)校管理部門(mén)要根據(jù)師生反饋的交通服務(wù)意見(jiàn)，提出符合師生需求的改進(jìn)建議，充分體現(xiàn)學(xué)校管理的人文情懷.