基于GIS的蕪湖市公交線路優化分析

曾昭毅 李春雪 梁棟棟

摘要：公共交通對于節能減排、環境治理具有重要意義，借助Google平臺提供的Selenium自動化測試工具結合python3編寫的網絡爬蟲對高德地圖蕪湖市內公交數據進行爬取，獲得了蕪湖市現有的公交站點和公交線路數據，同樣通過爬蟲獲得了蕪湖市內百度POI數據點，以及蕪湖市民論壇內城市居民近年來對公交線路的滿意度數據，通過爬取的蕪湖市公共交通大數據，建立蕪湖市公共交通的空間數據庫，利用GIS空間分析的強大優化算法對不合理公交線路站點實現優化，著重從公交系統整體布局與承載能力來找出蕪湖市現存公交系統優化布局不合理區域。分析結果提出了通過增設線路，改進首末站布局等優化方案。

關鍵詞：蕪湖市；公交線路優化；大數據；空間分析

中圖分類號：TP393文獻標志碼：A文章編號：1008-1739（2022）09-68-6

中國城鎮化與機動化發展已經到了關鍵時期，當今中國的人口資源基數、制度環境和社會環境下，車多路少，人均土地面積不足，各個城市都出現了不同程度的交通擁堵狀況。交通擁堵帶來更大程度的資源損耗可能導致嚴重的能源危機，長時間擁堵造成的燃油不充分燃燒帶來的環境影響，甚至擁堵造成嚴重的公共災難。實施公共交通優先發展戰略，構建完善公交系統，優化現有公交線路勢在必行。

同時，中國現處于建設全面小康社會階段，生活水平大幅度提升，私家車保有量逐年增長，根據我國耕地資源制約，人均城市建設用地僅有100 m2，城市規模道路廣場用地占城市建設用地的7%～15%[1]。面對機動車日益增長的需求，用地指標必定無法滿足，因此必須大力發展公共交通，提高土地資源的利用率，實現健康可持續發展。

2018年，高德地圖和中國社會科學研究院、未來交通與城市計算聯合實驗室、阿里巴巴等單位聯合發布了《2018年度中國主要城市交通分析報告》[2]。報告顯示，對基于路網行程延時指數對監測的50個城市進行了對比分析，2018年各大城市的擁堵情況有了顯著的改善，比2017年全國90%的城市擁堵下降或持平，61%的城市通勤高峰時處于緩行狀態，13%的城市處于擁堵狀態，26%的城市則沒有擁堵困擾。這可能與政府對交通治理的重視、城市智能交通系統中新技術的不斷應用、基礎道路網絡的建設和改善以及公共交通的不斷完善有關。

我國沿海、沿江地帶的公共交通覆蓋程度要明顯優于內陸和西部地區，尤其是長三角地帶人口密集度高，公共交通的覆蓋程度最為發達。同時，高德大數據還發布了包括上海、北京、深圳、廣州和珠海等20個城市的公共汽電站點統計情況，其中主要城市的公共汽電站點覆蓋率達到了76%以上，線網覆蓋率平均可達72%，但是線路重復系數大于4的主要城市有15個，在統計的20個城市中占比75%，其中，廣州線路重復系數達9.42，深圳重復系數高達8.27。由此可見，公共交通系統優化問題亟待解決。

國外公共交通的統計數據來源于基于Moovit Insights公共交通指數所統計的通勤時間、候車時長、出行距離、換乘次數、步行距離等24個國家和地區，近130個城市的具體數據。

根據統計信息可以看出，統計區域內乘客每日搭乘公共交通的時間是69 min，70%以上的乘客花費超過2 h，秘魯的平均搭乘時間最長，每日在車長等車的時間平均為14.6 min，西班牙的等車時間最短，只有8.7 min，其中發達國家城市平均乘車時間60 min以上，居民乘坐公共交通出行比例要大于發展中國家城市。通過數據分析可以看出，居民的出行方式和出行質量與城市的發展水平密切相關。

公交系統的優劣程度直接反映了一個城市的公共服務水平，公交路線優化不僅可以提高城市居民的生活質量和滿意度，而且對于城市長久健康發展、公共安全等方面也有促進作用。

本文通過建立蕪湖市公交線路的規范化GIS數據庫，可以方便實現公交系統的查詢，找出現有公交系統存在的不完善區域，設計更適合當下發展的方案。同時作為基礎數據便于后續的分析。

蕪湖市位于安徽省東南部，地處長江下游，地理坐標位于東經117°40′～118°44′、北緯30°19′～31°34′，與多個城市接壤。蕪湖市地理位置優越，位于經濟發達的長江三角洲的上緣，位于長江中下游平原，主要由階地和河漫灘組成。蕪湖大多為平原地區，在廣闊的平原區域上散落著些許低丘和殘丘。地勢南高北低，地表河網密布。在這樣的地理環境下形成了較有特色氣候條件———亞熱帶溫潤季風氣候。本文研究區設定在蕪湖市，研究范圍根據蕪湖政區范圍以及公交線網服務區范圍綜合考量確定，主要包括無為縣、鳩江區、繁昌縣、三山區、弋江區、鏡湖區、蕪湖縣以及南陵縣，占地面積約6004km2。

在進行公交線路分析優化時，對公交基礎數據的收集整理是關鍵的一步。本文將公交數據整理為公交基礎數據與非公交調查數據。公交基礎數據主要有公交站點、公交路線、公交發車時間、公交首末班數據、公交車一日運行總時長、公交一日班次數量、蕪湖政區矢量、蕪湖交通數據、蕪湖市土地利用等。非公交調查數據主要有居民出行時長、居民每日乘車時間、平均等車間隔和居民滿意度等。

2.1公交站點數據

研究區內部，蕪湖市共計存在1 162個公交站臺，站臺與站點一般不存在一一對應，本文將多個公交線路停靠的公交站臺劃分為單個公交站點，也即重復的公交站點只單次計數。數據來源于高德地圖API提供的最新公交信息，每一個公交站點含有站點名稱、經過公交數目、公交站點的經緯度、是否為首末站等信息。利用GIS軟件將公交站點信息轉換為矢量圖層，得到圖1，可以看出研究區域內大致的站點分布情況。

2.2公交首末站數據

公共交通站點的規劃原則是從公交的首末站以及途經站來考慮，公交首末站的選取直接反映城市交通服務水平的好壞，公交首末站有著嚴格的選取規則，一般需要緊靠在人口集散點，同時需要與客流量方向保持一致。在選取時還應該避免站點位置處于平面交叉口附近來減少干擾元素，類似于火車站、汽車站、公園等。蕪湖市公交首末站分布如圖2所示。

2.3公交首末站數據

蕪湖市的公交線路共有116條，主要分為數字線路和特殊線路。特殊線路包括特1路、特2路、特3路、特4路、特5路、特6路、游1路、游2路、游3路和游5路；數字線路中包含12條環線以及16條晚班線路。蕪湖市公交線路分布如圖3所示。

2.4交通道路矢量

交通道路矢量作為客流量估計的基礎數據，可以作為估計公交客流量的重要依據，根據道路矢量的屬性，按照交通承載量的高低依次將道路分為高速、國道、省道、快速路、縣道和鄉道等層級。蕪湖市內各層級道路分布如圖4所示。，可以得出蕪湖市公交線路大部分位于鄉鎮村道上，其中39路公交線路部分處于高速道。

2.5土地利用數據

本文研究的土地利用數據使用的是百度POI數據爬取得到的各類POI點狀數據，便于研究使用，結合高分辨率遙感影像進行輔助糾正，傳統監督分類得到的結果精度不能滿足公交線路優化需要。結合公交線路與客流量方向數據，通過POI點可以清晰辨認出蕪湖市中心城區位于鏡湖區、鳩江區及弋江區。蕪湖市PIO分布如圖5所示。

2.6非公交調查數據

公交調查數據大部分屬于城市居民主觀數據，是公交線路測試運行調整階段必不可少的前期工作，借助調查可以很好地得到居民出行方式、出行時間以及對現有公交系統的滿意程度、作為公交線路優化的主要指導依據，本文采用了抽樣調查與論壇搜集的方式，通過抽樣調查公交系統的市民反饋。抽樣調查了大學城區附近公交周末兩日內的客流量變化，同時聯合安徽師范大學QQ服務號問卷調查所得數據，得到大學城區附近節假日公交線路的擁擠程度與站點人數反饋。本次抽樣調查共計抽取了20輛公交車，包括10路、32路、88路、228路公交在內的客流量利用爬蟲程序爬取蕪湖市民論壇數據，通過搜索公交關鍵字，自2013年—2019年間蕪湖市民不滿意公交點以及不滿意公交線路，同時對條目進行計數匯總。

3.1公交單條線路指標

（1）單條線路長度

蕪湖市共計116條公交線路，通過統計得到各條線路的線路長度繪制圖6，可以看出，蕪湖市116條公交線路總長度達2 111 km，平均長度為18.12 km，按照我國公交駕駛規定，取公交車平均行駛速度為24 km/h，綜合考慮Moovit市民出行與單趟乘坐時間取單趟運行最大時間為50 min，得到公交線路合理最值為20 km，對比蕪湖公交線路數據，超過20 km的公交線路有37條，占比31.90%；線路長度在8 km一下的有6條，占比5%，同時特4路公交長度只有3.5 km特5路公交只有4.5 km，線路長度過短，利用率不高。

（2）線路非直線系數

公交線路的非直線系數是分析單條公交線路的重要指標，線路非直線系數綜合考慮了公交服務區的利用率過高或者過低都會給居民出行舒適度帶來影響，利用GIS軟件實現對于公交線路直線距離的計算：

非直線系數=路線長度/直線距離。

蕪湖市公交線路直線距離對比如圖7所示。蕪湖市公交線路非直線系數如圖8所示。

可以看出，蕪湖市公交平均線路非直線系數1.77，低于1.4的有28條，環線的非直線系數較高，除去環線，整體平均值為1.71，高于常規水平，可能需要改善。

（3）站點平均間隔

站間平均站距采用線路的總長度除以站點數目，不同方向的公交線路站點按照方向計算，站點只考慮一次；環線站點根據弧線長度除以站點總數，不考慮方向進行計算。得到結果如圖9所示。，可以看出，蕪湖市平均站間距達706.1 m，站間距大于800 m間隔的多為郊區縣，景點線和特殊線路站間距超過1 km，54路公交超過2 km以上。

（4）線路重復程度

通過導出公交線路站點數據庫，利用宏統計重復站點數目得到所有重復站點數目達1 667，占總站點數目3 192的52%。

（5）單條線路站點總數

公交線路經過站點總數指的是同一方向上的公交站點數目，站點數目的合理設置可以有效提高乘客出行滿意度，節約出行時間。按照統計數據，平均站點間隔706 m，公交車行駛速度取24 km/h，居民平均出行時間1 h，得到期望站點數目為28，蕪湖市公交線路站點總數如圖10所示。蕪湖市極端公交站點如表1所示。可以看出，蕪湖市公交線路站點數目不超過28個的線路數目為30，其中204號線路站點最多，達到59個，特4路與特5路公交站點數目過少，只有3～4個。整體平均站點數目為28，剛好到達期望水平，但極值差異過大，存在優化的需要。

3.2整個公交線網評價指標

（1）線網密度

根據公交路線長度除以區縣面積得到蕪湖市各區縣的線網密度，如表2所示。從線網密度可以明顯看出，蕪湖市中心城區位于鳩江區、鏡湖區、弋江區，三區平均線網密度可達10.12 km/km2，鏡湖區公交線路最為發達，平均線網密度達到了21.24；但無為縣、南陵縣公交線路較為稀疏，其中無為縣線網密度最低，只有0.05。

（2）站點覆蓋率

站點覆蓋率是按照公交站點設置原則，要求站點服務半徑300～500 m來設置緩沖區進行分析，根據之前統計得到站點平均距離706.1 m，每個站點服務距離總體符合標準，利用GIS軟件統計緩沖區面積分別為376.340 5 km2、661.636 7 km2，500 m覆蓋在中心城區覆蓋率可達90%以上，但在中心城區外公交站點覆蓋度不高。為便于展示截取了中心城區的站點覆蓋圖，如圖11所示。

（3）公交站點線路承載

每個公交站點通過線路的總數可以作為衡量該站點的容納情況，利用GIS軟件Spatial Join工具提取出每個站點經過的公交線路，利用Dissolve工具進行計數，最后使用反距離權重插值得到公交站點的聚集分布狀況，蕪湖市公交線路站點承載如圖12所示。可以看出，在中心城區的公交站點具有明顯聚集態勢，平均在12條以上，而非中心城區，公交站點的線路平均在4條以下，普遍較少。

（4）公交首末站區位評價

根據百度地圖POI數據使用歐氏距離插值方法對距離柵格按照1～6級對距離柵格進行重分類得到如圖13所示的蕪湖市公交選址區位優勢圖。

通過疊加權重因子，按照客流量方向計算區位優勢較高地點，疊加公交首末站矢量可以發現，大部分公交首末站都處于區位優勢最高區域，但仍有部分站點存在優化的必要。

4.1城鄉線路

蕪湖市除中心城區外，無為縣、南陵縣、繁昌縣都存在孤島效應，蕪湖市公交線路分布不均，如圖14所示。

從圖14可以看出，無為縣公交線路最為稀疏，同時與周邊區縣聯系不緊密，居民很難從無為縣乘坐公共交通前往鄰縣，公交線路圍繞無為高鐵站進行輻射；南陵縣公交線路集中分布于中心，同樣也缺少與臨近區縣的聯系。

本文針對無為縣、南陵縣進行新的公交線路增改實現兩地與蕪湖市整體的公交線路優化，利用得到的蕪湖市首末站區位優勢評價柵格、已有交通道路矢量進行疊加，提取出符合公交線路的待選公交新線路。

4.2公交快線

根據上文研究得到的蕪湖市公交線路承載高低來設置公交快線，緩解公交承載過高站點壓力。快速公交是一種介于軌道交通和普通公交之間的公共交通出行方式，具有節能高效、運載量大的特點，在高負載區域使用公交快線進行人流量疏通，公交線路高承載地區如圖15所示。

4.3公交首末站

疊加區位評價柵格分析可以篩選得出公交站點設置不合理如圖16所示，蕪湖市公交站點設置不合理統計如表5所示。可以看出，蕪湖市仍有部分公交首末站點位置處于區位得分不理想區域。

通過本文分析不難發現，蕪湖市中心城區公交的各項指標現狀，利用空間分析得到了公交站點路線選址的區位優勢柵格圖，總結了目前公交現狀存在的各種問題。

在研究時通過爬取高德地圖數據、百度POI熱力圖等動態數據，結合城市居民滿意度針對現有公交系統進行了合理優化，比較貼近現實。

蕪湖市處于高速發展和變化更新的狀態中，目前已知的2條輕軌線路在建設完成后將會極大地方便居民出行，蕪湖市的公交線路此時需要更加靈活的變化，需要結合新興技術進行管理與監測，提高城市的科技化水平，提供更好的公共服務。

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