关于公交线网分级规划的思考

关于公交线网分级规划的思考

0公交线网优化方法公共交通网络规划是基于居民关于公共交通和公共交通的特定调查的数据和预测结果的。利用数学规划方法、图论方法、人工智能等方法，依靠城市公共交通系统，制定公共交通网络的布局规划，并找到最佳布局。公交线网的合理科学规划可以实现在有限的投资条件下,科学配置公交运能,从而提高公交运营效率、增大载客容量、改善公交系统的整体服务水平,以适应城市不同时期发展的需求。国外对公交线网的研究起步比较早,目前,在公交线网的优化技术领域有广泛而深入的研究。基于公交线网的规划一般过程,形成了多种线网规划方法。Chua曾将这些方法归纳为规划手册法(ManualApproach)、系统分析法(SystemAnalysis)、市场分析计划法(MarketAnalysisProject)、交互式图形系统分析法(SystemAnalysiswithInteractiveGraphics)及数学寻优法(MathematicalApproach)等五类。国内关于公交线网优化的研究始于80年代,目前主要集中于数学寻优法的模型及己有模型算法的研究。较早进行这方面研究的吴稼豪、李硕、夏伟民等比较系统的叙述了有关城市公共交通网络优化问题的模型和方法。杨兆升,张启人等根据不同的约束提出了不同的公交线网优化模型。刘清等基于人工智能理论,采用启发式算法,从每对端点搜索出满足有关约束条件的备选线路,按二进制理论将备选线路组合成若干优化网络,然后评价比较确定最优。张国伍等在扩展福劳德算法的基础上,提出了公交线网的多条最短路径算法。近几年来,针对公交网络优化提出了不少新的模型和算法。王炜提出一种相对比较实用的公交网络逐条布设方法,这种方法以直达客流量最大为目标,采用“逐条布设,优化成网”的思路进行线网优化。王志栋提出了以乘客总出行时间最小、客流直达率最高、线网覆盖率最高、线路重复系数最低、公交经济效益最高为目标的多目标公交网络优化模型,但这种模型是无法求解的,最终仍归结为一种单目标的优化模型。林柏梁等从组合优化的角度,提出了公交网络优化设计的非线性0-1规划模型,以乘客的出行时间最短和实现公交网络的资金投入最少为目标函数,在满足车站容量限制的条件下,获得公交线路的优化决策。国内外城市公交线网规划方法有着各自不同的优点,但都存在不足之处:即对于各条公交线路均采取同一种分析方法。随着城市的快速发展,城市规模越来越大,城市公交线网的布局受城市客运交通需求、城市用地布局等影响。由于城市发展形态、城镇发展水平的不同,带来居民出行不同层次的交通需求,由此提出公交线网分级规划的方法。对城市公交线网进行合理分级,设置不同等级的线路,有利于针对不同等级线路采取不同的运营标准,科学合理的配置有限的资源,提高公交运营效率,为居民出行提供不同层次的服务以满足居民的出行需求。1由于成都公共交通网络存在的问题1.1公交形式单一目前,成都市公交平均运营速度仅为13～18km/h,主要原因有:公交形式单一,只有常规公交一种方式,缺乏快速轨道交通系统、快速公交系统;公交优先系统还未发展成熟,仅有部分公交专用道、优先道和优先进口道,并未成网,因此,在路段路口运行受非公交车影响较大。1.2中心城公交空白区从表1可以看出,与《城市道路交通规划设计规范》提出的要求相比,中心区公交线路网密度已达到要求,边缘区还存在一定差距,存在着一些公交空白区。中心城区的核心区域客流量大,线路重复系数较大主要是由于公交线网的层次比较混乱,骨干线路、次要线路都途径主要客运走廊。由于中心城的外围区域本身还未开发成熟以及开发期间公交设施配套不齐全,造成了公交盲区的存在。公交线网的层次还没有深入分析规划。1.3公共交通系统不健全目前,成都市公交线路运行准点率非常低,降低了与其他交通方式的竞争力。其主要因素有:公交优先系统还未发展成熟,公交车在路口的延误、高峰时段的拥堵造成了公交车的运行延误;公交换乘设施还不完备,乘客的上下车也为公交运行带来了一定的延误;线路过长,在途中公交运行受非公交车的影响概率就越大。1.4城市主要交通走廊上的公交运营能力分析从图1分析,公交出行中3km以内的出行比例不足10%,大于10km以上的出行比例不足20%,公交线网对居民出行的不适应性主要表现在:不适应末端分散客流的短距离出行;不适应居民的长距离出。主要是由于目前公交形式单一,不能满足多层次的居民出行需求。从城市主要交通走廊上的公交运营能力分析:公交线网不适应高密度出行、不适应主要交通走廊的客流需求。在高峰时段,公交车辆运行的效率不高、运输乘客的能力不够,许多主要交通走廊上的公交站点都会有大量的滞留乘客,从而造成了公交运行的不准点大大降低了乘坐公交的舒适性。1.5都市区的空间布局形态从成都市城市发展来看,中心城区仍然是整个城市的核心地区,但随着外围六大组团的发展,成都未来都市区将突出双轴线发展定位,构建“一主两次多核”的多中心城市空间体系,逐步形成南北展开的带状布局形态。目前,中心城区内公交总体规模虽然与城市发展基本适应,但是,随着城区规模不断扩大,“城郊结合部”逐渐外移,城郊结合部的公交配套设施在一定时期内相对薄弱。1.6公交之间的换乘缺乏综合换乘枢纽。目前,换乘点主要设置在较大的公交首末站,解决了部分公交线路之间换乘问题,但没有考虑公交与自行车、小汽车、出租车等多种方式之间的换乘。1.7传统公交系统不能满足城市交通需求轨道系统在可预见的将来难以承担公交主力或骨干的作用。轨道交通的建设投资巨大,因而规模和密度有限,不能覆盖所有的大中运量客运走廊。常规公交系统不能满足特大城市全部公交出行需求,缺乏舒适、快捷、经济、大运量的系统是制约公交发展的关键因素。而公交线网分级规划就是为了弥补常规公交在运营中的不足而提出的一种规划方法。2分类规划城市公共交通网络2.1城市公交线网规划通过对城市公交线路的客流特征和居民的公交出行需求特征调查,可以看出居民乘坐公交的不同出行目的对于公交的服务水平有不同的要求。城市公共交通系统就是要把乘客从其出发地运送到目的地,每位乘客的出行距离不同,出行目的地也各不相同。因此,不同的居民出行对公交出行质量的要求是不同的,主要体现在速度、舒适性、便捷度、准点等方面。由居民出行需求的多样性,决定了公交系统的适应性——公交线路分级服务。在进行城市公交线网规划时,由于线路功能不同,将公交线路划分为:1级线路——公交主干线路、2级线路——公交次干线路和3级线路——公交支线路3个等级。不同等级线路功能不同。1级线路:主要承担大型集散点之间、各功能区之间的联系;线路沿大中型集散点、大中型居民区设置;速度快、发车频率高、服务水平好。2级线路:对1级线网起补充作用,与1级线路要有较好的换乘,起到接驳1级线路客流的作用;线路深入各居住区及各功能区,服务水平较主干线路次之。3级线路:这种线路主要目的是减少使用者步行距离,实现真正意义上的零换乘;可以降低发车间隔、填补中小街道的公交空白,提高公交吸引力。2.2线路功能层次不清由于成都市要构建“一主两次多核”的多中心城市空间体系,城区范围不断扩大。仅城市中心区的城市直径就达到27.6km左右,中心城区到任何一个外围组团的内部距离都在15～25km左右。如果公交线网规划采取传统的布设方法,所有公交线路都采用同种分析模式,则将出现大量的长距离公交线路、公交车辆的运行效率不高;公交线路功能层次不清;主要客运走廊上运行的公交线路过分集中、线路重复系数大。而采用公交线网分级规划方法,则将大大改善传统的布设方法所带来的运行不足,提高公交线网的整体服务水平。公交线网分级规划首先从各线路所承担的功能上区分开来,然后针对不同的线路功能、其服务的居民出行要求对线路采取不同的运营标准,合理利用资源,提高公交整体运营效率。公交线网分级规划的依据主要有以下方面:(1)1级线路:主要承担中心城区内的主要客运走廊、中心城区与各外围组团之间的联系、中心城区与市域的重点城镇之间的联系、各外围组团之间的联系、以及各外围组团与市域重点城镇之间的联系;这些线路主要沿公交专用道以及主要城市道路行驶;主要承担中长距离的居民出行。1级线路中又分为快速公交线路和普通公交线路。(2)2级线路:主要承担中心城区内的次要客运走廊、各外围组团内部的主要客运走廊运输;主要承担中短距离的居民出行。(3)3级线路:主要连接中心城区内部和各外围组团内部的居住区与周边大型换乘枢纽、以及公交主干线站点;也主要承担短距离的居民出行。2.3客单段线路设置公交线网分级规划首先要根据城市的发展趋势和城市主要客运走廊分析确定1级线路走向,然后再补充设置2级线路,最后再布设3级线路以填补公交空白区域,接驳短距离出行。成都市公交线网分级规划模式如图2所示。2.4交通小区中区、行政区的分区重要度的修正1)邻接矩阵构建邻接矩阵描述系统中各要素两两之间的直接关系,以A表示,其元素aij如下:交通小区(中区、大区)的邻接矩阵建立如下:在实际应用中,可根据城市形态等情况仅把离心方向交通小区(中区、大区)作为邻接小区(中区、大区),将邻接矩阵进行修正,构建修正邻接矩阵。2)边界交通小区(中区、大区)矩阵构建边界交通小区(中区、大区)矩阵是用以描述城市中交通小区(中区、大区)是否处于边界的矩阵,以B表示,其元素bj如下:边界交通小区(中区、大区)矩阵建立如下:交通小区(中区、大区)空间上只要有一边不与其它交通小区(中区、大区)相邻,就认为该交通小区(中区、大区)为边界交通小区(中区、大区)。在实际应用中,可根据实际情况,对那些空间上不相邻但逻辑上相邻的交通小区(中区、大区)不作边界交通小区(中区、大区)处理,构建修正边界交通小区(中区、大区)矩阵。3)交通分区的区位重要度对城市各交通小区(中区、大区)区位重要度进行分析,各交通小区(中区、大区)的形心设于区内某一主要客流集散点处,建立交通小区(中区、大区)的空间距离矩阵:记交通小区(中区、大区)i至其它所有小区(中区、大区)的距离之和为Di,则将Di最小者视为区位最重要的交通小区(中区、大区),区位重要度记为Zi,4)交通分区的交通重要度将出行密度Pi最大者视为交通最重要的交通小区(中区、大区),交通重要度记为Mi,5)交通分区的交通综合重要度交通小区(中区、大区)的交通综合重要度Ti为交通小区(中区、大区)的区位重要度Zi与交通重要度Mi的加权和,即6)线路走向搜索首先,定义搜索方向权重:选取交通综合重要度最大的前m个交通小区(中区、大区)作为搜索原点,可按小区(中区、大区)总数的10%左右选取。由每一个搜索原点向各自修正后的邻接交通小区(中区、大区)搜索,搜索方向为方向权重最大的前2个或4个方向(视情况而定);由非搜索原点交通小区(中区、大区)向修正邻接交通小区(中区、大区)搜索的方向为方向权重最大的那个方向(由不同交通小区(中区、大区)搜索至同一小区(中区、大区),则其中一个小区(中区、大区)的搜索方向为方向权重次大的那个方向,连续两次搜索的交通小区((中区、大区)已被搜索过,则不再向前搜索),直至被搜索的交通小区(中区、大区)为修正边界交通小区(中区、大区)为止,环线为搜索原点。搜索过程中不作反方向搜索、不作重复搜索。将搜索线路依次连接,形成公交1级主干线路路走向基本构架。7)线路走向调整对远期进行居民出行预测,得到远期全人口、全方式OD矩阵。用最短路法将远期OD矩阵分配到远期道路网上,得到出行期望经路图。按出行经路图调整搜索线路走向,生成公交1级线网。2.5线网布局优化方法城市公共交通线网布局优化的方法很多,但大多数方法仅局限于理论研究,难以在实际工程中操作。由东南大学王炜教授提出,“逐条布设、优化成网”是一种简单实用的公交线网布局优化方法。该方法的流程见图3。其原则是以直达乘客量最大为主要目标(换乘次数最少、运送量最大),通过分析备选线路的起终点位置及客流分布,确定线路的最佳配对及各线路的最佳走向,实现其他目标,并满足约束条件。“逐条布设、优化成网”是常规公交线网布局规划方法,它的基础是以交通小区为单位的公交客流OD矩阵。在公交线网分级规划中,对于1级主干线路布局则在以交通大区为单位的公交客流OD矩阵为基础,提出基于公交线路功能等级划分的常规公交线网主干线路的线路走向搜索法。1全系高速列车直接助推公交1级线路服务于长距离的大型集散点之间、各功能区之间的联系,流量大、速度快、发车频率高、服务水平好。根据1级线路的运行特点,分析城市公交客流主流向和主要的客流集散点,以交通大区公交OD矩阵为基础,应用“线路走向搜索法”确定公交1级线网。2客流45级的分析公交2级线路对1级线网起补充作用,与1级线路要有较好的换乘,起到接驳1级线路客流的作用;服务于中等距离的公交出行,服务水平较1级线路次之,分析各片区内部的主要公交客流走向和主要的客流集散点。以交通小区公交客流OD矩阵为基础,应用“逐条布设、优化成网”方法确定2级线路,所产生的公交线路中可能有与1级线路重复的线路,因此,要对生成的公交2级线路进行检查,删除与公交1级线路完全重复的线路。3公交线网换乘公交3级线路的功能是填补中小街道的公交空白、加密公交线网,与1级线路和2级线路换乘,提高公交系统的覆盖率和服务质量,提高公交吸引力。对已经生成的1级线网和2级线网进行检查,对照小区公交OD矩阵、公交线网密度以及公交站点覆盖率等评价指标,填补公交空白区域,加密公交线网,布设3级线路。该方法的流程见图4。3公共交通网络的分类计划和模糊评估模糊综合评价分为一级综合评价和多级评价评价两种,此次采用二级综合评价方法。3.1u3000基于u-s-s的分级规划模糊评价方案因素是指评价对象的各种属性或性能,在某些场合也称为参数指标。影响评价对象取值(得分)的各因素组成的集合称为因素集,因素集是普通集合,通常用字母U来表示,即:将因素集进行分解,设因素集U={u1,u2,…,un},根据U中各因素间的关系,将U分成s个子集:Ui={ui1,ui2,…,uin},i=1,2,…,s,满足条件:城市公交线网分级规划模糊评价的内容主要有七个方面(见图5):(1)公交设施u1:公交车辆拥有率u11、车站设施齐全率u12;(2)安全性u2:行车责任事故间隔里程u21、行车责任事故死亡频率u22;(3)方便性u3:线网密度u31、平均站距u32、换乘率u33、站点覆盖率u34、乘客候车时间u35;(4)迅捷性u4:运送速度u41、乘客平均出行时间u42、行车间隔u43;(5)准点性u5:准点率u51;(6)舒适性u6:高峰满载率u61、全日线路平均满载率u62;(7)经济性u7:客运费率u71。3.2评估集的建立评价集是评价者对评价对象可能作出的各种评价结果所组成的集合、通常用大写字母V来表示,即在公交线网分级规划评价中,可取评价集为3.3建立单因素评价矩阵单因素评价就是逐个因素对评价对象作出评价。对每个单因素uij,作出单因素评价,得单因素评价向量(ri1,ri2,…,rim),建立单因素评价矩阵R=(rij)n×m。3.4因素权重集与评价一般来说,各因素影响评价对象取值的重要程度不尽相同。为了区别,对各因素ui(i=1,2,…,n)应赋予一相应的权数ai(i=1,2,…,n)。由各权数组成的集合A={a1,a2,…,an}称为