基于乘客需求的公交線路優(yōu)化分析

金 慧，羅 鈿，李 晶

（蘭州工業(yè)學院 汽車工程學院，甘肅 蘭州 730050）

交通擁堵問題是我國各個城市現(xiàn)在面臨的非常嚴重的問題之一，交通規(guī)劃不合理會導致公共交通車輛的進到站時間得不到保障，嚴重降低車輛的行駛速度，增加燃料耗損，低速行駛會使排污量增加，致使生態(tài)環(huán)境惡化。城市交通擁堵對人們的出行造成很大影響，同時也會讓交通資源造成一定的浪費。根據(jù)2020年數(shù)據(jù)顯示，我國每年因為交通擁堵造成的浪費約為1.6萬億元，占我國平均國內生產(chǎn)總值的1.5%。因此，公共交通能力的提高是解決城市交通問題的最佳方法。LESSA等人將可達性表示為區(qū)域內公交站點數(shù)量與同一區(qū)域總人口的比率[1]。曾慶華以通州區(qū)居民公交出行為研究對象，將軸輻式網(wǎng)絡設計引入到城市公交線路優(yōu)化問題中[2]。

公交線網(wǎng)優(yōu)化的目的在于提高乘客的出行意愿，使交通出行更加合理高效[3]。據(jù)蘭州市七里河區(qū)第七次人口普查數(shù)據(jù)得，龔家灣街道現(xiàn)有人口數(shù)5.8萬，彭家坪高新區(qū)現(xiàn)有人口數(shù)20萬左右。龔家灣街道和彭家坪高新區(qū)目前的公交路線有 5路、F5路、Q5路、105路及165路。很明顯，為數(shù)不多的公交路線無法滿足龐大人口基數(shù)下的出行需求。以武威路為例，武威路南接蘭州南高速口，北接西津西路，同時與南環(huán)路路線交叉，所以此路段是龔家灣出行容易擁堵路段。本文將針對蘭州市七里河區(qū)的具體公交路線以及實時路況等基本信息提出優(yōu)化方案和措施。

1 基于乘客需求的公交線路優(yōu)化模型

為滿足乘客的出行需求，本文主要考慮乘客的出行時間和換乘系數(shù)。故從公交線路的長度、線路非直線系數(shù)、線路重復系數(shù)、換乘系數(shù)、公交站點平均間距、站位建立基于乘客需求的公交線路優(yōu)化模型。

1.1 線路長度的限制

線路的長度一般受城市的實際交通情況所影響，例如集中性小區(qū)或集中性大學城的存在就會對線路長度有所影響。一般情況下：

式中，l∈R；lmax、lmin分別為線路長度的上、下限（km）。根據(jù)城市的實際交通情況，上限lmax≈15 km，下限lmin≈5 km。

1.2 線路非直線系數(shù)

線路非直線系數(shù)為某條公交線路首末點的實際運營長度與首末站直線距離之比，以此來反映線路的繞行程度[4-5]。計算公式為

式中，l為公交線路實際運營長度，km；d為公交線路起、終點站間的直線距離，km。

1.3 線路重復系數(shù)

線路重復系數(shù)是有公交線路的道路總長度與該區(qū)線路網(wǎng)總長度之比，反映城市公交配置是否合理的重要因素。若線路重復系數(shù)過大時，說明同一條路段公交線路較多，這會提升道路交通壓力；若線路重復系數(shù)過小時，不能滿足該路段乘客出行需求。對于不同道路級別上的公交線路條數(shù)可以不同。其中“公交主干道”不宜超過8條，“公交次干道”不宜超過5條，“公交支路”不宜超過3條[6]。

1.4 換乘系數(shù)

公交換乘系數(shù)為某一條直達公交車上平均的出行者數(shù)量與乘載該條直達車所走線路的所有人數(shù)之比[7]。一般造成公共交通擁堵而晚點的原因就是換乘系數(shù)超出特定的范圍。一般情況下，大城市＜1.5，中小城市＜1.3。換乘系數(shù)的計算方法為

1.5 公交站點平均間距

公交站點平均間距，指某條公交線路行駛距離與停靠站點數(shù)的比值。站距過短或過長都不利于城市公共交通的發(fā)展。簡而言之，過短需要優(yōu)化，同樣距離太遠也需要優(yōu)化[8]。

1.6 站位

站位指公交車站所設置的地理位置。公交站點一般在人流量較集中的地方，比如大型商場或者購物中心、火車站、汽車站、學校及小區(qū)等地方多會設立多班列車停靠或發(fā)車。基于此類的設計，會大大增加出行者的方便程度，而且也會為聚集性場所解決人流量大的問題[9-10]。

2 公交線路及站點優(yōu)化應用

根據(jù)站位設置要求進行布線，站點首先考慮布置在靠近人流較為集中的學校、醫(yī)院，超市和菜市場。比如F5路，民生新天地作為首站，就是考慮了集中居民區(qū)的需求；武威路作為多輛公共交通工具的站點，也是考慮到了這個因素。按照上述方法設置線路可以有效解決出行者的交通便利問題。

根據(jù)上述優(yōu)化模型對七里河區(qū)域內的48條公交路線以優(yōu)化目標做計算，計算結果取整數(shù)，具體如表1所示。

表1 蘭州市七里河區(qū)區(qū)域內公交線路優(yōu)化目標分析

從表1中的換乘系數(shù)來看，站點數(shù)較多的77路換乘系數(shù)高達1.7，站點數(shù)居中且線路長度也居中的53路換乘系數(shù)達1.83，站點數(shù)偏少且線路長度也偏短的5路換乘系數(shù)為1.4，諸如此類的換乘系數(shù)不符合城市公共交通合理發(fā)展的線路還有很多。（按照城市換乘系數(shù)的要求，大城市換乘系數(shù)＜1.5，中、小城市換乘系數(shù)＜1.3。）

按照公交路線長度的約束，七里河區(qū)區(qū)域內公交線路長度需考慮并進行優(yōu)化線路的主要線路如表2所示。

表2 七里河區(qū)線路長度需考慮優(yōu)化線路

從公交站點數(shù)來看，站點過多會增加出行者的出行時間，降低出行意愿；站點過少則會造成大部分出行者乘坐公交的距離增大，即無形中增加了出行者的出行難度。七里河區(qū)所研究公交線路共有48條，而所研究線路的平均站點數(shù)為22，少于十個站點為站點過少的線路，多于35個站點的為站點過多的線路。為使表述更清晰可觀，下面對站點過少和站點過多的線路作分析，如表 3所示。

表3 七里河區(qū)線路公交站點數(shù)分析

從公交站點間距離來看，站點間距離應適中。一般來講，各個站點間距離應在500 m～800 m為宜。通過對七里河區(qū)內線路的48條線路的站點的分析，對站點間距離在500 m內定義為站點距離過短，對站點間距離在800 m以外定義為站點距離過長。七里河區(qū)域內線路站點間距離過短或過長的線路如表4所示。

表4 七里河區(qū)線路站點距離分析

在優(yōu)化時應對站點間距離過短的進行優(yōu)化，過長的應考慮增加站點以提高出行者的出行意愿。

3 公交線路建議優(yōu)化方案

根據(jù)建立的基于乘客需求的公交線路優(yōu)化模型應用分析，可實行以下具體的優(yōu)化方案。

1.延長部分線路

對8條公交路線建議延長。如5路從西站十字延長至西客站或培黎廣場，84路從塑料廠延長至西客站等。具體建議如表5所示。

表5 對線路長度過短線路優(yōu)化措施

2.優(yōu)化部分站點

F5路楊家橋、金江小區(qū)、蘭州工業(yè)學院三站點可取消其一，以提高車輛行駛速度、減少停車次數(shù)。

105路和 165線路中的三匯悅郡及預備役二團，可考慮取消其中任一站點，從而使站點布置更符合乘客出行需求。

3.其他優(yōu)化

F5路、14路、24路、105路等公交站點間距過短，可適當調整；45路、H5路、135路、801路等公交站點間距過長，可適當調整。

4 結論

（1）建立公交線網(wǎng)優(yōu)化模型，其中選取線路長度的限制、線路非直線系數(shù)、線路重復系數(shù)、換乘系數(shù)、公交站點平均間距、公交線網(wǎng)密度及線路長度為約束條件，旨在減少乘客出行時間和換乘次數(shù)。

（2）研究表明，七里河區(qū)公交線路5路、F5路、13路、14路、21路、24路、84路、H5路、134路、139路線路較短需要延長；14路、24路、105路、F5路等公交站點間距過短；45路、H5路、135路、801路等公交站點間距過長。

（3）提出針對蘭州市七里河區(qū)的現(xiàn)有公交線路存在問題的公交線路優(yōu)化建議。一是延長線路較短的 8條線路以降低換乘系數(shù)，并提高居民的出行意愿；二是對龔家灣彭家坪一帶的F5路、105路及 165路站點做一優(yōu)化，去除間距小的站點以提高車輛行駛速度、減少停車次數(shù)；三是對站點間距不符合城市發(fā)展的線路建議作出適當調整，以穩(wěn)定線路重復系數(shù)，體現(xiàn)城市公交配置的合理性。