基于GIS技術的公交線網優化分析
——以上海青浦為例

文/高寧波、許文波、徐蘭花

1 前言

近年來，機動車保有量持續增長，城市路網中出行的交通流量逼近通行能力上限，交通擁堵現象持續加劇。為改善交通出行環境，倡導大力發展綠色低碳出行方式，緩解交通擁堵，國內外學者圍繞公交線網優化基于總出行價值函數、優化評價指標體系、網絡優化模型及技術方法等開展了多維度、多層次的研究，為國內城市公交線網的優化打下了堅實基礎。

本文基于GIS 的空間計算和分析能力，探究適應GIS 技術的公交線網優化方法和原則，同時構建了公交線網優化評價指標體系，為公交線網優化分析和精細化管理提供支撐。

2 公共交通線網GIS 優化流程

2.1 線網優化

公交線網優化方案的產生是一個交互式的操作過程。首先，考慮居民的出行習慣、部分區域的人口分布及規劃用地等情況，將不符合要求的公交線路進行合并、拆除、變更走向，使其構建成新的公交線路，最終形成滿足發展要求的公交線網[1]。本文研究基于GIS 的公交線網優化分析，利用GIS 軟件 MapInfo Professional和交通規劃軟件TransCAD 進行優化，常用的基于四個階段的公交線網優化步驟如圖1所示。

圖1 基于GIS 的公交線網優化步驟

2.2 站點優化

在GIS 中，公交站點的優化布設可以在電子地圖上通過下列步驟實現如圖2所示。

圖2 基于GIS 的公交站點優化步驟

3 公共交通線網GIS 優化方法

3.1 控制變量

從行業管理角度出發，提高公共交通的運營效率，在單位時間內為更多的乘客提供出行服務，提高公交系統收益，降低運營成本是公交線網優化的核心目標。因此，本文將能夠反映公交網絡運營能力的公交線路非直線系數、網絡重復系數及公交乘客總出行時間作為公交線網的優化評價指標[2]。

3.1.1 非直線系數

在GIS 中，公交線路以路段的線狀要素表示，路線的總長度為構成路段要素長度之和，假設構成路段的坐標序列數為N，則各公交路線長度可用以下公式進行測算：

公交線路起點站和終點站之間的直達距離測算方法為

因此，定義路線的非直線系數公式為

F=L/d

3.1.2 線網重復系數測算方法

min r=公交線路總長/公交線網總長

3.1.3 公交乘客總出行時間（乘客在車時間）

其中，T 表示公交總出行時間（h）；aij表示公交節點間的公交乘客量（人次）；Tij表示公交節點間的出行時間（小時）；n 表示交通小區個數（個）。

3.2 優化原則

3.2.1 滿足乘客出行習慣

公交線路的布設應與客流走廊基本一致，首先需要滿足居民日常通勤等出行活動，其次滿足居民的主要休閑采購等需要；在主要客流集散點，使用公交直達布設線路，降低換乘次數[3]。

3.2.2 公交線路分布均勻

公交線路的布設要匹配城市的空間形態，消除公交線路覆蓋盲區，提高城市公共交通出行的可達性，控制路線的非直線系數低于1.4。

3.2.3 多出行方式銜接

公交線網及其站點與公共自行車、軌道站點、換乘樞紐進行融合，實現公交線網與其他低碳出行方式進行無縫銜接。

4 案例分析-以上海青浦為例

4.1 公交現狀

目前青浦區營運公交線路總計141 條，基于GIS 線網重疊分析得到公交線網重復系數為2.26，其中漕盈路途經公交線路數最大19 條，其次祥凝浜路途經公交線路數15 條。青浦區公交線網密度3.1km/km2，其中區內公交有39 條重點服務于青浦新城，11 條跨區公交線路提升了青浦區和松江區的公共交通出行聯系強度，公交線路如下表1所示。

表1 青浦區公交線路數匯總表

青浦區公交線路中非直線系數超出1.4 的有116條，其中區內公交和村村通有99 條，占比85.3%。青浦區區內公交線路非直線系數大于3 的有6 條線路，分別為1504 路、1505 路、1513 路、1514 路、青浦8 路、青浦18路，公交線路站點平均站間距為831m，如圖3所示。

圖3 公交站點300～500m 覆蓋范圍

青浦區公交線路站點平均站間距為831m，青浦新城區公交站點500m 覆蓋率為90.2%，達到《城市綜合交通體系規劃標準》（GB/T 51328-2018）中城市公交站點覆蓋率不得小于90%的要求。

4.2 線網優化

基于上述GIS 的優化方法和步驟，調整區內公交線路走向不合理、非直線系數過大、客流率較小的6 條線路，分別為1504 路、1505 路、1513 路、1514 路、青浦8 路、青浦18 路，優化評價結果如表2所示。

表2 青浦區內公交線路優化前后指標對比

通過上表得知，在線網總體規模偏差不大情況下，通過科學合理優化線路走向，達到了提高公共交通出行效率，降低出行成本的效果。

5 結語

本文圍繞公交線網優化為目的，探討分析了GIS 在公交線網和公交站點優化中的應用流程，研究了基于GIS 的公交線網優化應用，得出了公交線網評價指標和優化原則。以此為基礎，將上海市青浦區公交線網作為研究對象，基于GIS 優化技術，使公交線網優化效率和準確性得以提升，提高了公交線網評價指標計算的科學性，引導城市公共交通系統的理性發展，緩解了城市公共交通系統擁堵問題。