需求響應式公交運行服務水平指標體系構建與測度研究

張汝華，趙 冰

(山東大學 齊魯交通學院，山東 濟南 250061)

0 引 言

隨著城市公交系統建設穩步推進，其不完善的地方逐漸出現：人們生活條件不斷改善，更多的出行者特別是追求時尚的年輕人對出行體驗的要求逐漸變高，期望得到更舒適和便捷的出行體驗。但是傳統公交很難滿足這部分乘客的需求，因而很多城市正在推出諸如需求響應式公交等新型公交。因此，為適應公交時代的發展，提高需求響應式公交的運行效率，評價需求響應式公交運行服務水平就成了必要的問題。需求響應式公交運行服務水平的評價，為打造優質的城市公交出行系統、緩解交通擁堵提供科學依據，也為采取提高運行服務水平的措施提供理論依據。

目前國內外對需求響應式公交的研究多集中在調度運營方面，較少研究其運行服務水平，但有不少學者對常規公交和快速公交服務水平進行研究。在公交服務水平研究方面，目前，問卷調查法和集對分析法[1]、系統動力學方法和指數模型[2]、層次分析法和結構方程模型[3]、AHP結合問卷調查法以及模糊矩陣[4]、模糊綜合評價模型以及物元分析模型[5]、基于AHP的灰色關聯度法綜合模型[6]、灰色聚類中的灰色白化權函數聚類[7]被廣泛應用；在公交乘客滿意度研究方面，K .THOMPSON等[8]調查了公交運行狀況與乘客滿意度間的關系，研究了海外游客評價城市公共交通服務質量的維度及其對目的地滿意度的相對貢獻；郭曉凡等[9]提出了一種將熵權法和云模型相結合的評價方法；此外還有基于偏最小二乘(PLS)與結構方程模型(SEM)的測評方法[10]、結構熵-TOPSIS模型[11]等。

這些方法雖取得一定的評價效果，但有一定的局限性。由于對城市公交服務水平的評價指標較多，且不夠系統，目前國內外沒有同一的評價指標體系，且進行評價分析時多采用層次分析法、專家調查法等一些模糊數學方法，所得結果帶有一定的主觀色彩，涉及的研究角度也主要是單維度的。筆者從多維度、用多方法來評價需求響應式公交運行服務水平，在客觀上基于公交運行實際數據引入集對分析法，在主觀上基于乘客滿意度調查引入結構方程模型，以得到更有說服力的結論。

1 需求響應式公交出行服務特征

1.1 需求響應式公交服務模式

需求響應式公交能為乘客提供實時預約服務，其運營服務模式如圖1，在特定的運營服務范圍內有固定站點，但在運行過程中不定站、不定線運行。

1.2 出行服務特征

需求響應式公交出行服務系統，主要是利用中小型車輛，按照乘客的出行需要開展個性化的服務，在運行過程中不受固定路線與服務頻率的約束，提供門到門的服務。

圖1 需求響應式公交服務模式Fig. 1 Demand responsive transit service mode

從總體上來看，需求響應式公交出行服務系統具有以下特征：

1) 乘客利用滴滴出行APP向系統輸入出行信息，使用出行服務。

2) 線路和時刻的確定以用戶需求為導向。

3) 行駛中繞行少、延誤低、零換乘。

4) 能夠保證乘客的上座率，相對常規公交更具有舒適性。

5) 與出租車相比，具有較高的效率和環保價值，且價格相對較低。

2 指標體系構建及評價模型

2.1 指標體系構建

需求響應式公交服務的本質是按照乘客需求將其從起點運送到終點的一種有償的移動過程。乘客通過在站點等車、上車行車過程中對公交實際運行過程的感受，來評價公交運行服務水平。因此在指標選取時，結合需求響應式公交出行服務特征，根據指標選取的可量化原則、系統性原則、一致性原則、相關性原則等，在對一些相關研究進行深入梳理后，提取了影響公交服務水平和乘客感知體驗的主要因素。以公交實際運行過程為基礎，從路段、站點及車上3個節點選取指標，并充分考慮乘客對公交運行服務的需求及感受，從可靠性和經濟性兩方面建立指標體系，其中經濟性包括便捷性、舒適性。通過以上分析，構建需求響應式公交運行服務水平評價指標體系，如圖2，既涵蓋了需求響應式公交運行性能方面的客觀評價指標，又涵蓋乘客滿意度評價的主觀評價指標。所選取指標中，體現可靠性的指標有候車時間可靠性、行程時間可靠性，便捷性的代表指標有路段運行速度、乘客平均候車時間、站點覆蓋率、乘客平均出行時耗，體現舒適性的指標有路段平穩性、站點環境、高峰滿載率。

圖2 指標評價體系Fig. 2 Index evaluation system

2.1.1 路段服務水平

1)路段運行速度

運行速度在很大程度上影響乘客的出行時間，因此可作為服務水平評價的重要指標。由于需求響應式公交中途?？空据^少，其運行速度通常高于常規公交，表示為：

(1)

式中：v為路段運行速度；S為路段長度；T為該路段上的公交運行時間。

2)路段平穩性

路段平穩性是公交行程過程中受到振動和沖擊的表現，是乘客在行駛過程中的最直接感受，影響乘客在公交服務過程中對舒適性的感知。利用行駛過程中的速度變化系數RV表示為：

(2)

式中：Sd為路段速度的標準差；v0為平均行駛速度。

2.1.2 站點服務水平

1)站點覆蓋率

站點覆蓋率ρ，指車輛運行范圍內所有N個站點的覆蓋面積與服務區域總面積F的比值，從側面反映乘車的便捷性。根據國標規定，以公交站點為中心300 m或500 m半徑的面積作為公交?？空镜拿娣e，記作S300或S500。此處使用500 m半徑的面積來表示站點覆蓋率為：

(3)

2)乘客平均候車時間

有學者研究，乘客在車站等待1 min的感覺是在車上時間的2 min左右[12]，因此平均候車時間是衡量和改善乘客站點體驗的關鍵性指標。乘客平均候車時間是指從到站起至上車為止的時間耗費，可直接反映出乘車的便捷度。

3)候車時間可靠性

候車時間的可靠性可直接反映公交系統的運營狀態和服務水平。候車時間可靠性可表示為實際平均候車時間與理想平均候車時間的比值。通常來講可表示為乘客每次候車時間的差異性。

4)站點環境

站點環境是乘客在候車時對站點的最直接感受。站點環境主要是人均占有面積、站點潔凈程度、座椅等基礎設施完備程度等因素相互影響。此處使用人均占有面積來度量站點環境：

(4)

式中：A0為人均占有面積，m2；A為候車面積，m2；Pbi為在高峰期15 min時間內候車區上車的乘客總數。

2.1.3 車上服務水平

1)高峰滿載率

高峰滿載率指車輛在上下班時期高峰小時內線路的載客能力。它可以間接反映出乘客出行的體驗和對公交服務的感知，表示為：

(5)

式中：η為高峰滿載率；P0為高峰時期公交實際載客量；P為公交額定載客量。

2)乘客平均出行時耗

乘客平均出行時耗指交通出行中人均消耗的時間，反映了公交運行對居民出行的實際影響情況。乘客平均出行時耗越短，說明公交路網的便利水平越高[11]：

(6)

3)行程時間可靠性

為了衡量線路區段行程時間可靠性，引入區段行程時間變異系數，其表示為行程時間標準差與均值的比值。變異系數用來判斷數據分布離散程度的大小，反映公交運行過程的時間穩定性：

(7)

2.2 等級劃分

公交系統是一個相對復雜的系統，其綜合評價中涉及因素很多，不好用一個具體的數值來客觀評價它們，因此劃分等級來評價需求響應式的服務水平。在對常規公交和快速公交等公共交通服務水平評價的文獻研究[1,3]的基礎上，筆者將評價標準劃分為高、較高、中、低4個等級，一般以一個國家或地區的參考標準作為評價等級上限，而選取國內城市的平均水平值作為參考中間值，其余數值需要通過內插或外推法來確定。從定性和定量的角度對指標體系中各指標的等級標準劃分見表1。

表1 等級劃分標準Table 1 Criterion of classification

2.3 模型建立

2.3.1 基于集對分析法的需求響應式公交運行服務水平模型評價

1) 集對分析法相關理論

集對分析法是一種系統分析方法，可較客觀地平衡系統中的確定與不確定性問題。一般從集合的角度進行分析，融合“同、異、反”的概念，將不確定性問題分解為兩個集合，度量集合所包涵的特性，可得到這兩個集合在該背景下的“同、異、反”聯系度[13-15]。相關公式為：

μ=a+bθ+cδ

(8)

式中：μ為聯系度；a為同一度；b為差異度；c為對立度；θ為差異度系數，取值范圍為[-1,1]；δ為對立度系數，運算時取-1。滿足a+b+c=1。θ在[-1,1]之間變化，充分反映了問題的確定性與不確定性的轉化。θ越接近于0時，表示問題的確定性增加，θ取值為-1和1時，表達的問題都是確定性的。

2) 聯系度的確定

計算聯系度時，必須清楚地理解和劃分問題之間的對立統一。基本思想是：聯系度為1時，表示評價指標在等級范圍中，是一種統一關系；聯系度為-1時，表示評價指標不在統一評價等級中，這是一種對立關系；當評價對象介于兩者之間時，可以使用式(9)～式(12)來計算[16]。

①當評價等級為“低”時：

(9)

②當評價等級為“中”時：

(10)

③當評價等級為“較高”時：

(11)

④當評價等級為“高”時：

(12)

式(9)～式(12)中：x為實測值；Si為等級下限；Si(1)，Si(2)，Si(3)，Si(4)分別為對應級別的限值；μi1，μi2，μi3，μi4分別為評價指標對各評價級別標準的聯系度。完成各指標的聯系度后，利用式(13)計算總聯系度為：

(13)

式中：μj為各指標對第j個級別的總聯系度；ωij為第i個指標所對應的第j個級別的權重值。

若有總聯系度的最大值μp=max{μj},1≤j≤m,p∈[1,2,…,m]，其代表的涵義為：有m個評價級別數，綜合評價等級為p級別。

3) 指標權重的確定

指標的相對重要性通常用權重值來確定，采用指數超標法[17]來確定各指標的客觀權重值，它可以反映出每個指標超出所在級別的標準的程度。方法基本步驟為：先用式(14)計算與該指標對應的每個級別的指標權重，最終歸一化權重由各級別權重與總權重的比值得到，計算公式為：

(14)

(15)

式中：Pij為指標對應級別的權重；Ni為指標計算值；Nij為指標i對應某一級別j的中值。Pij的大小與指標的超標程度成正比，Pij越大最終得到的權重ωij就越大。

2.3.2 基于結構方程模型的乘客滿意度評價模型

1) 結構方程模型基本理論

結構方程模型，是結合因子分析和路徑分析，基于變量的協方差矩陣來分析潛在變量與觀測變量、潛在變量與潛在變量之間關系的一種多元統計分析方法[18]?，F實中很多領域的變量都不能被直接觀測，所以需要一些可測變量來進行間接測量。在應用結構方程模型時，不可直接測得的變量稱為潛在變量，而那些可以在研究中收集到數據的變量稱為觀測變量。

2) 結構方程模型在公共交通評價上的適用性

隨著研究不斷交叉，很多研究者將結構方程模型應用到公共交通領域。郭意[19]以小型平原城市公交作為實證對象，運用結構方程模型和滿意度指數，得出小型平原城市公交總體滿意度；戢曉峰等[20]以昆明市問卷調查數據為基礎，建立了公交系統公平性結構方程模型并進行評價，揭示了不同因素對公交系統公平性的影響機理，并給出了相應的對策；程謙等[21]以南京地鐵為例，構建模型并對參數進行標定，運用統計檢驗分析，驗證了模型的適配性較好，并發現服務評價因素與乘客感知服務質量呈正向相關。

3) 模型假設

公交運行的各個環節可能會存在相互影響，因此筆者對3個潛變量的相互關系假設為：①H1路段服務水平和站點服務水平存在相關關系；②H2路段服務水平和車上服務水平存在相關關系；③H3站點服務水平和車上服務水平存在相關關系。

4) 概念模型構建

通過匯總變量間的關系，建立基于結構方程模型的公交運行服務水平模型，如圖3。

圖3 需求響應式公交運行服務水平概念模型建立Fig. 3 Conceptual model of operation service level for demand responsive transit

3 實證分析

青島西海岸新區動態巴士是全國首家“微循環”動態巴士，本質上是需求響應式公交。筆者以西海岸新區動態巴士為例進行實證分析。

3.1 基于公交實際運行的指標分析

3.1.1 指標基本數據的獲取

2019年12月對晚高峰(17:30—18:30)時段的調查數據整理進行指標分析，調查時分別進行路段速度、滿載率、站點覆蓋率、站點等待時間、站點候車人數、乘客出行時耗及站點面積等方面的調查。

3.1.2 指標分析

1) 通過收集和整理每個指標的基本數據，使用式(1)～式(7)可計算指標層C中各指標的測量值，見表2。

表2 指標測量值Table 2 Index measurement value

2)在步驟1)計算結果的基礎上，通過式(14)和式(15)的計算，得到體系中每一個評價指標對應于高、較高、中、低等級的歸一化權重值，結果見表3。

表3 指標各等級權重Table 3 Index weight of each grade

3) 由式(9)～式(12)計算各指標的聯系度，得各等級的聯系度，見表4。

表4 指標聯系度Table 4 Index correlation degree

4) 將各指標的聯系度與評價等級對照，見表5。

表5 指標評價等級Table 5 Index evaluation grade

5)利用式(13)分別計算服務水平指標體系中路段服務水平B1、站點服務水平B2、車內服務水平B3的總聯系度，最終對目標層A的總聯系度進行計算，見表6。

表6 指標總聯系度Table 6 Total correlation degree of index

6) 將準則層B和目標層A的聯系度與評價等級對照，結果見表7。

表7 總指標評價等級Table 7 Overall index evaluation grade

從表5和表7的評價結果可以發現：西海岸新區動態巴士路段服務水平評價等級為“較高”，站點服務水平評價結果為“中”；車上服務水平評價結果為“高”；總服務水平評價結果為“較高”。在各指標評價中，站點覆蓋率、路段運行速度、高峰滿載率評價等級為“高”；乘客平均出行時耗、行程時間穩定性評價等級為“較高”；行程時間可靠性、路段平穩性評價等級為“中”；乘客平均候車時間、站點環境評價等級為“低”，還有待于進一步提高。

3.2 基于乘客滿意度的模型分析與評價

3.2.1 調查問卷的設計

基于乘客滿意度的模型分析與評價所用到的數據來自問卷調查，對問卷的設計主要包括以下4個方面：

1)調查基本信息，即問卷編號、調查時間、調查人員及調查地點等，以便后期進行數據的整理和歸檔。

2)被調查者基本信息，即性別、年齡、職業、出行目的、月收入等，了解乘坐動態巴士出行的群體特征。

3)從路段服務水平、站點服務水平及車上服務水平3個方面對應9個指標的9個問題對被調查者的滿意度進行了解，為建模收集數據。并通過第10個問題“您認為哪一方面對動態巴士運行服務水平的影響最大”確定權重，進而確定動態巴士運行服務水平最終得分。

4)將滿意度分為很不滿意、不滿意、一般滿意、滿意及很滿意5級，分別賦1、2、3、4、5分。

3.2.2 調查數據的描述性統計

2019年12月18日—20日在青島西海岸新區動態巴士運營范圍內的線路上及各個站點發布調查問卷，調查范圍分布的相對比較均勻。本次調查合計發放問卷260份，回收可用問卷221份，可用率為85%。根據調查結果中乘客基本情況，得到不同群體的調查人數及百分比，詳細統計結果如表8。其中男女比例為108∶113，接近1∶1，總體比較均衡。動態巴士的使用群體年齡大多分布在21～40歲左右，以追求時尚的年輕人居多。職業分布大多是學生和公司職員，出行目的以購物、娛樂、上班、上學為主。由于調查條件的限制，個人月收入的調查結果相對分散，但以無收入和低收入居多。

為了突出對觀測變量的整體認知，計算了各個觀測變量的最值、均值和標準差，見表9。均值代表對該調查環境的整體感知情況，標準差指所有被調查群體對測量變量是否有一致性的態度，標準差越小，態度越趨于一致。由表9可知，乘客對于路段服務水平和車上服務水平的整體感知情況優于站點服務水平。

表8 樣本描述性統計結果Table 8 Descriptive statistical results of samples

表9 研究變量的數值統計分析Table 9 Numerical statistical analysis of the studied variables

3.2.3 信度分析

利用SPSS中的信度分析進行可靠性分析，運用統計學中的Cronbach’s α系數法檢驗問卷內部的一致性，結果見表10。

表10 α系數法檢驗結果Table 10 Test results by α coefficient method

各潛變量的信度α值均在0.7以上，說明各維度的信度均達到此次研究的標準，數據可靠性良好。

3.2.4 效度分析

效度分析，就是衡量問卷設計是否有效。筆者利用因子分析法檢驗問卷的結構效度。KMO是一種檢驗統計量，用于比較變量間簡單相關系數。

由表11，KMO=0.817>0.8，說明適合因子分析。Bartlett’s球形度檢驗的近似卡方值=1 523.938，自由度=36，顯著性p值=0.000<0.01，通過了顯著水平為1%的顯著性檢驗。由此可知乘客滿意度量表數據非常適合進行因子分析。

提取因子時，用主成分分析法，根據圖4，從第3個因子曲線開始趨于平緩，因此可保留前3個因子。由表12總方差解釋率表最后1行，前3個因子的累積貢獻率達到83.087%，說明前3個因子能夠解釋9個指標的變異量，因此將9個變量提取為3個因子是合理的。最終可得到旋轉后的因子載荷矩陣，見表13。通過各觀測變量的因子載荷，可以看出，選取路段、站點及車上服務水平的9個指標提取為3個公因子是可行的，從而說明該問卷的效度良好。

表11 KMO 和 Bartlett’s檢驗Table 11 KMO and Bartlett’s test

圖4 碎石圖Fig. 4 Scree plot

表12 總方差解釋率Table 12 Interpretation rate of total variance

表13 旋轉后的因子載荷矩陣Table 13 Factor loading matrix after rotation

3.2.5 模型檢驗與修正

信度和效度檢驗通過后，使用AMOS 26.0版軟件構建基于乘客滿意度的結構方程模型并進行檢驗。初始模型運行后，由于表14中有些整體擬合系數項不符合標準，因此根據MI修正指標對模型進行修正和優化。運行結果中e2和e9之間的MI修正指標最大，因此首先添加e2與e9路徑，再次運行模型，依次類推，最終添加誤差項e2與e9、e4與e7、e5與e6這3條路徑，得到修正后的模型，如圖5。隨后，重新進行模型檢驗，并得出檢驗結果如表14～表16。

圖5 修正模型Fig. 5 Modified model

由表14可知，修正模型中各擬合指數χ2/df、RMSEA、GFI、CFI、IFI、TLI、NFI值均在可接受的范圍，說明模型擬合效果較好。由表15可知，路段、站點和車上服務水平對應各測量變量的因子荷載均大于0.7，說明3個潛變量下的題目非常有代表性。且3個潛變量的平均方差變異AVE均大于0.5，組合信度CR均大于0.7，說明聚斂效度理想。由表16可知，路段、站點、車上服務水平之間均具有顯著的相關性(p<0.001)，且相關系數都比各自對應的AVE平方根值小，表明3個潛變量之間具有一定程度的區分度，即說明量表數據的區分效度是比較理想的。

表14 整體擬合系數Table 14 Overall fitting coefficients

表15 因子載荷Table 15 Factor loading

表16 區分效度Table 16 Discriminant validity

3.2.6 滿意度評價

利用路段、站點及車上服務水平的模型及路徑系數計算動態巴士運行服務水平。公交運行服務水平CSI使用百分制，當CSI∈(80，100)，說明乘客很滿意；當CSI∈(60，80)，說明乘客滿意；當CSI∈(40，60)，說明乘客一般滿意；當CSI∈(20，40)，說明乘客不滿意；當CSI∈(0，20)，說明乘客很不滿意，計算如式(16)：

(16)

當j=1時，路段服務水平得分CSI1為62.51，評價結果為“滿意”；j=2時，站點服務水平CSI2分數為51.06，評價結果為“一般”；j=3時，車上服務水平CSI3分數為62.81，評價結果為“滿意”。通過問卷最后一個問題，得到乘客認為路段、站點、車上服務水平最為重要的比例為63∶138∶20，進而計算得動態巴士運行服務水平CSI最終得分為55.39，評價結果為“一般”。

3.3 結果分析

1) 動態巴士運行服務水平體系下的路段、站點及車上服務水平3個潛變量之間是在一定程度上相關的，證實了模型假設成立。根據動態巴士實際運行過程，路段、站點和車上服務環節都不是獨立的，彼此間存在相關關系，但有一定的區分效度，見表16。

2) 從路段服務水平來看，路段平穩性對它的影響最大，即公交運行過程越平穩，乘客的體驗感越好，因此應注重提高路段平穩性。從站點服務水平來看，站點環境和乘客平均候車時間直接影響乘客的站點體驗。因此，改善站點環境、縮短乘客候車時間能很好地對提升站點服務水平。從車上服務水平來看，乘客平均出行時耗對乘客的滿意度有較大的影響。

3) 從運行結果分析，如表15，路段平穩性對路段服務水平的總效應為0.790，即在其他條件不變時，路段平穩性提高1個單位，滿意度將隨之提升0.790個單位；同理站點環境對站點服務水平的總效應為0.950，其次乘客平均候車時間的總效應為0.866，影響作用也較大；乘客平均出行時耗對車上服務水平的總效應為0.966。

通過對評價結果的分析，見表17，對于路段服務水平，實際運行評價結果為“較高”，面向乘客評價結果為“滿意”；對于站點服務水平，實際運行評價為“中”，乘客評價為“一般”；對于車上服務水平，實際運行評價為“高”，乘客評價為“滿意”；評價結果均基本趨于一致。

表17 綜合評價結果Table 17 Comprehensive evaluation results

路段服務水平和車上服務水平評價結果相對較高，因為部分乘坐動態巴士的乘客是通過常規公交轉移來的，將動態巴士與常規公交進行對比，顯然路段服務水平和車內環境更優，而在動態巴士的運營范圍中，兩者共用停靠站點，因此站點服務水平相對變化不大，評價結果顯得較低。

對于總體運行服務水平，基于動態巴士實際運行的評價結果為“較高”，基于乘客滿意度的評價結果為“一般”。究其原因，動態巴士和常規公交共用?？空军c，而在評價結果中，站點服務水平得分最低，且乘客認為站點服務水平在三者中最為重要，所以總體服務水平低于基于動態巴士實際運行的評價結果。

4 結 語

筆者將集對分析法和結構方程模型應用于需求響應式公交運行服務水平研究。基于需求響應式公交出行服務特征，對其運行服務水平影響因素進行測度并構建指標評價體系及模型，最后進行實證分析。根據分析結果，可通過以下措施來提高需求響應式公交運行服務水平：①確保公交優先策略實施，確保路權優先，實現信號優先或協調控制；②基于客流分布后臺數據和車輛滿載率情況，調整服務頻率；③增加基礎設施建設，加強乘客等車秩序；④加強司乘人員管理，提高車輛路段平穩性。

在優先發展公共交通的大背景下，從主客觀兩個維度對需求響應式公交運行服務水平進行評價，有利于提高需求響應式公交運行服務水平，吸引更多的乘客而不只年輕群體轉移到需求響應式公交上來，增加公交出行的比例。不足之處在于對公交服務水平進行研究，未考慮企業這一角度，僅從公交運行和乘客角度進行分析。后續研究中，面向運行、乘客和企業三者展開會使研究更加全面。