一种基于数据驱动的地面公交线路调整的方法与流程

1.本发明涉及地面常规公交系统管理领域，提出来一种基于数据驱动的公交线路调整方法。该方法以服务乘客为主要目的，结合相关并行、替代线路等基础情况提供可行的地面公交线路调整方案。


背景技术：

2.受城市规模、道路条件、市民出行特征等因素的影响，大量公交线路延伸至城市偏远郊区，产生了大量中心区内部、中心区至城市郊区的公交长线[1]。城市公交线路过长会引起运行准点率下降、调度难度增加，驾驶员劳动强度增大、运输安全性降低，运输成本增加及线路非直线系数增加、公交线路重复系数增大等问题。对已有长距离公交线路进行合理的缩短调整，是目前公交发展过程中提出的实际需求[2]。
[0003]
公交线网受到的影响因素众多，优化公交线网的方法及其模型具有多样性。谢迪文[3]以问卷调查的形式明确了居民出行需求与目前公交路网存在的问题，通过多元回归模型计算中小型城市的公交路网规模，并建立了路网布局优化模型。chao wang等人[4]基于静态乘客需求和动态乘客需求研究实时定制公交路线优化。谢迪[5]在归纳汇总了各种公交优化算法的基础上,探讨了基于蚁群算法公交线网优化的可行性，提出了蚁群算法的公交线网优化方式。yang sun等人[6]开发了一个多目标模型来设计集成的轨道交通和公交网络，以最大程度地提高铁路的乘车率并减少乘客的总出行时间。huseyin ceylan等人[7]发了一个双层仿真模型，优化城市公交网络中从路线起点开始的公交车行驶距离和发车时间。li huan等人[8]分析了如何与大容量公共交通接驳，扩大公共交通的服务范围，在brt网络的基础上，提出了常规公交网络调整优化的思想、法和评价指标。
[0004]
关于长距离公交线路缩短调整优化指标，考虑因素不一。李爱增等人[9]从线路客流分担率、复线系数
‑
客流量关系、线网密度、客流分布等指标对于具有多重性质的线路可对其进行适当拆分并合理调整。杨柳、关宏志[10]通过分析公交运营指标，主要考虑线路长度、平均运距和满载率以及客流均衡性等因素，建立了基于运营指标的公交线路的调整方法。资丁源[11]以原线路乘客出行所受到的影响最小为出发点，在公交线路长度和实际公交站点位置的约束条件下，通过计算客流od对的覆盖率得到了多种线路调整方案。胡海利[12]基于公交线路长度、重复系数、线网覆盖率等指标分析赣州市公交线网，并对其进行环线拆分、线路延伸或缩短等优化。杨柳[13]通过对较长公交线路运营指标的分析，给出了较为合理的线路长度范围和调整原有超长线路的方法。
[0005]
其中，不少学者的研究使用了断面客流这个指标。steven chien等人[14]基于站点客流分布及动态客流情况，以客流密度为目标优化公交线路网络。刘超超等人[2]以提升线路运输效率为目的，基于断面客流特征分析，提出不同类型公交长线优化方法。周业利等[15]对比分析了城乡公交线路与城区公交线路的特征指标和城乡公交线路断面流量的空间特性，总结了公交断面客流的类型。王振报等人[16]基于客流需求，提出单条公交线路调整方案的预评估流程及方法，包括从客流均衡性、设施供给平衡性、线路几何合理性以及线
路之间协调性等准则建立评价指标体系，利用模糊综合评价法进行调整方案的综合评价。
[0006]
综上所述，国内外学者从不同的角度对公交线网进行优化，采用不同指标和模型对线网进行缩短调整。研究中，客流量这个指标相对重要。本专利从客流均衡性和线路之间协调性出发，结合登降量、断点客流、断面客流、缩短线路转移客流等客流量关系，构建缩短公交线路评价指标体系，并对被调整的线路方案进行分级评价，最终给出实用易于操作的预评估方法。
[0007]
参考文献：
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63
[0023]
[16]王振报,陈艳艳,段卫静.常规公交线路调整方案评估方法[j].交通运输系统工程与信息,2011(03):124
‑
130.


技术实现要素：

[0024]
地面公交线路的调整应以满足客流需求为主要目标，并保证调整线路和受影响线路具有良好的服务水平。同时还应考虑与交通设施(道路设施、公交站场、站点)供给水平相协调，另外线网几何结构应能保障公交系统的高效运营及末端可达性，以及和其他线路(包括公交和轨道)的方便接驳，并保证与接驳线路之间具有良好的运力匹配。
[0025]
本方法首先将地面公交线路调整方案分为新开线路，撤销线路，缩短线路，延长线路共四种类型，针对不同的类型，从客流均衡性、设施供给平衡性、线路几何合理性以及线路之间协调性等目标出发提出具体的指标。之后，根据各类的方案进行一级评价。最后，在一级评价的基础上，进行二级评价，得到线路调整方案的结论。
[0026]
步骤一：针对不同类型的线路调整情况，建立线路评价指标体系；
[0027]
一、新开线路
[0028]
x1：新开线路途经区域客运需求量
[0029]
在一定服务水平的要求下，客运需求量大的区域，要求布设的公交线网客运能力较大。新开线路的目的是满足沿线客流的需求，达到线路的客运量与客运需求量较好的协调。同时，公交线路的新开对所连接od对之间的乘客需求量有一定要求。乘客需求量以全天乘客需求量来衡量。
[0030]
根据目前公交线路全天客流情况，给出新开线路途经区域客运需求量x1的评分标准如表1
‑
1。对于新开的支线公交x1取值标准可适当低于本表给出的建议值。
[0031]
表1
‑
1 新开线路途经区域客运需求量x1的评分标准
[0032]
x1评分标准>8000人次 1∈[3000，8000]0<3000人次
‑1[0033]
x2：新开线路周边现有站点最大乘降量
[0034]
该指标反映了现有公交站点的客运需求量大小，当最大乘降量达到一定值时，新开公交线路可提高公交线路服务水平。根据目前公交线路登降量情况，以至少两个以上站点的登降量作为该指标评分标准的依据。
[0035]
表1
‑
2 新开线路周边现有站点最大乘降量x2的评分标准
[0036]
x2评分标准至少两个以上站点乘降量>800人次/全天 1至少两个以上站点乘降量∈[500，800]0至少两个以上站点乘降量<500人次/全天
‑1[0037]
x3：新开线路周边线路高峰小时最大断面满载率
[0038]
高峰满载率是指某条线路在高峰小时内、单向高峰断面上车辆实载量与额定载客量的比值，表示统计期内该线路的车辆载客最大利用程度和车厢拥挤程度。对于单条线路，高峰满载率为：
[0039]
[0040]
式中：q
高峰
为单条公交线路在高峰小时内、单向高峰断面上车辆实载量(人次)；q0为单条公交线路车辆的额定载客量(人次)。
[0041]
表1
‑
3 新开线路周边线路最大断面满载率x3的评分标准
[0042]
x3评分标准>0.6 1∈[0.4，0.6]0<0.4
‑1[0043]
x4：新开段道路是否有公交线路
[0044]
解决部分地区“有路无车”或公交运力不足的问题，尽可能消除公交空白区。
[0045]
表1
‑
4 新开段道路是否有公交线路x4的评分标准
[0046]
x4评分标准无 1有
‑1[0047]
x5：新开线路站点与轨道、快线换乘距离
[0048]
新开常规公交线路，应与轨道交通或brt衔接，方便乘客换乘，而主要调整的线路是与brt公交线路垂直的常规公交线路。在进行常规公交车站与地铁或brt公交车站协调布置时，要尽量使常规公交车站与地铁或brt公交车站靠近，缩小换乘距离或实现零换乘距离，为快速公交输送更多的客流，提高快速公交的竞争力、吸引力。
[0049]
轨道交通线网的密度不可能很高，其直接吸引范围有限，这就需要接运公交为其接驳与换乘。接运公交线路与轨道交通线路衔接后，根据其客流密集情况设置不同等级的公交换乘站。在进行轨道交通车站和接运公交车站接驳时，要尽量使常规公交车站与轨道交通车站靠近，缩小换乘距离或实现零换乘距离，为轨道交通输送更多的客流，同时方便乘客，提高轨道交通的吸引力。新开线路站点与轨道、快线换乘距离的评分标准如表1
‑
5所示。
[0050]
表1
‑
5 新开线路站点与轨道、快线换乘距离x5的评分标准
[0051][0052][0053]
x6：场站供需满足程度——新开线路首末站可利用的周转车位数
[0054]
首末站是公交线路的基础设施，在公交线路调整过程中，首末站分析主要有以下两部分内容：1)公交线路调整要以具有可用首末站为基础，确保线路调整思路的可行性。2)首末站的规模大小要与各层次公交线路相匹配，确保首末站运载能力能满足客流需求。
[0055]
本研究中，新开线路的设施供需平衡性主要考虑首末站位置与用地，即重点考虑是否有足够的空地以便公共汽车进行停车和掉头作业。这里主要考察新开线路首末站可利用的周转车位数。
[0056]
公交线路原则上起、终点站应有两个停车场，需要有一定的空间。一般来说，城市的用地是非常紧张的，在近期优化的范围内不一定会有新的公交停车场出现。所以在调整
公交线路时，优先考虑利用现有的首末站停车场。
[0057]
场站供需满足程度以新开线路首末站可利用的周转车位数来判定，其评分标准如表1
‑
6所示。
[0058]
表1
‑
6 新开线路首末站可利用的周转车位数x6的评分标准
[0059]
x6评分标准>3 1＝30<3
‑1[0060]
二、撤销线路
[0061]
c1：撤销线路与其他线路重叠系数最大值
[0062]
重叠系数是指撤销线路与其他线路的重叠站点的数目占撤销线路站点数的比例。在此，考察最大值c1，即
[0063]
c1＝max{k1,k2,k3,
…
,k
n
}/k0[0064]
式中，k
n
为撤销线路与第n条路线的重叠站点的数目；k0撤销线路的站点数。
[0065]
表2
‑
1 撤销线路与其他线路重叠系数最大值c1的评分标准
[0066]
c1评分标准>0.8 1∈[0.6，0.8]0<0.6
‑1[0067]
c2：撤销线路日客运量与走廊内线路日客运量最小之比
[0068]
c2＝q/q
min
[0069]
式中，q为撤销线路日客运量(人次/全天)；q
min
为走廊内线路日客运量最小值(人次/全天)。
[0070]
表2
‑
2 撤销线路日客运量与走廊内最小线路日客运量之比c2的评分标准
[0071]
c2评分标准<1.2 1∈[1.2，1.4]0>1.4
‑1[0072]
c3：撤销线路客流断面转移量与替代线路断面剩余运力之比最大值
[0073]
线路的撤销会引起原线路客流向替代线路转移，考虑高峰小时内断面转移量与替代线路断面剩余运力的比值的最大值。此值不能过大，过大表明不宜撤销该线路。
[0074]
表2
‑
3 撤销线路客流断面转移量与替代线路断面剩余运力之比最大值c3的评分标准
[0075]
c3评分标准<0.75 1∈[0.75,0.9]0>0.9
‑1[0076]
c4：撤销后引发的换乘客流量与原线路客运量之比
[0077]
撤销线路应尽量减少换乘客流量，考察撤销后引发的换乘客流量与原线路客运量之比。线路撤销后引起的换乘客流量可通过ic卡数据进行分析。
[0078]
表2
‑
4 撤销后引发的换乘客流量与原线路客运量之比c4的评分标准
[0079]
c4评分标准<0.1 1∈[0.1,0.3]0>0.3
‑1[0080]
三、缩短线路
[0081]
建立缩短线路评价指标体系；
[0082]
s1：断点登降量v
a
与平均登降量v之比，即
[0083][0084]
式中，断点登降量v
a
是指选取作为断点的站点的上下车乘客量之和；平均登降量是指原线路的各个站点上下车乘客量的平均值。
[0085]
断点登降量与平均登降量之比的评分标准见表3
‑
1。
[0086]
表3
‑
1 断点登降量与平均登降量之比s1的评分标准
[0087]
s1评分标准>5 1∈[3,5]0<3
‑1[0088]
s2：断点断面客流量q
a
与平均断面客流量q之比，即
[0089][0090]
式中，断点断面客流量q
a
是指每小时通过该断面的乘客数量；平均断面客流量q是指通过各个断面(一个站点对应一个断面)的乘客数量的平均值。
[0091]
断面客流量越大，表明该断面的客流通过量越大；断点一般设在断面客流量较小的站点，在该站点断开线路，可相对减少线路客流的换乘。
[0092]
该评估指标的评分标准见表3
‑
2。
[0093]
表3
‑
2 断点断面客流量与平均断面客流量之比s2的评分标准
[0094]
s2评分标准>1.8
‑
1∈[1.4,1.8]0<1.4 1
[0095]
s3：缩短段与保留段之间的客流量占总客运量的比例
[0096]
缩短线路的缩短段与保留段之间出行的客流量占总客运量的比例不应过大，过大将对缩短段客流产生较大影响。
[0097]
表3
‑
3 缩短段与保留段之间的客流量占总客运量的比例s3的评分标准
[0098]
s3评分标准
<0.3 1∈[0.3,0.4]0>0.4
‑1[0099]
s4：缩短线路客流断面转移量与替代线路断面剩余运力之比最大值
[0100]
线路的缩短会引起原线路客流向替代线路转移，考虑缩短线路客流断面转移量与替代线路断面剩余运力的比值的最大值。此值不应过大，过大表明替代线路断面客流负荷较大。
[0101]
表3
‑
4 缩短段与保留段之间的客流量占总客运量的比例s4的评分标准
[0102]
s4评分标准<0.75 1∈[0.75,0.9]0>0.9
‑1[0103]
s5：站场供需满足程度：缩短线路断点可利用的周转车位
[0104]
缩短线路会引起线路首末站的调整，需要考虑新的首末站的周转车位数。缩短线路的新的首末站可利用的周转车位数都大于等于3，认为首末站满足停车周转和调度要求。
[0105]
表3
‑
5 缩短线路断点可利用的周转车位s5的评分标准
[0106]
s5评分标准>3 1＝30<3
‑1[0107]
四、延长线路
[0108]
y1：延长段道路是否有公交线路
[0109]
解决部分地区“有路无车”或公交运力不足的问题，尽可能消除公交空白区。
[0110]
表4
‑
1 延长段道路是否有公交线路y1的评分标准
[0111]
y1评分标准无 1有
‑1[0112]
y2：延长段吸引客运量占延长段原客运总量的比例
[0113]
若延长线路延长段吸引客运量占延长段原客运总量的比例较大，说明延长线路是有客流需求的。
[0114]
表4
‑
2 延长段吸引客运量占延长段原客运总量的比例y2的评分标准
[0115]
y2评分标准>0.4 1∈[0.2,0.4]0<0.2
‑1[0116]
y3：站场供需满足程度：延长线路首末站可利用的周转车位。
[0117]
延长线路会引起线路首末站的调整，需要考虑新的首末站的周转车位数。延长线路新的首末站可利用的周转车位数大于等于3，认为首末站满足停车周转和调度要求。
[0118]
表4
‑
3 延长线路首末站可利用的周转车位y3的评分标准
[0119]
y3评分标准>3 1＝30<3
‑1[0120]
y4：延长后线路全长
[0121]
线路长度一般指单程线路长度，即公共交通车辆沿着依托城市街道布设的固定线路在首、末站之间运行的实际距离。
[0122]
l
min
≤l≤l
max
[0123]
式中，l
max
，l
min
为路线长度的上、下限(km)。
[0124]
线路长度过长，会使行车途中的累计延误增大，准点率下降，行车时间较难保证，而且沿线客流分布不均，还会增加系统的营运费用；线路过短则会造成资源浪费，不利于运营调度,也增加了乘客的换乘次数。公交线路的适宜长度没有统一的标准，线路长度的大小可根据城市规模的大小、城市居民的平均乘距大小等来确定。
[0125]
《城市道路交通规划设计规范》(国家技术监督局、中华人民共和国建设部，1995)建议线路长度的限值如下计算：
[0126]
l
max
＝v
·
t
max
/60
[0127]
根据数据统计，延长后线路全长如表4
‑
6所示。
[0128]
表4
‑
6 延长后线路全长y4
[0129][0130][0131]
步骤二：对被调整的线路进行方案一级评价
[0132]
对于调整方案采用两级评价进行预评估，在一级评价中，根据专家咨询意见的结果确定各调整方案的一级重要指标，要求一级重要指标的评分标准必须全部为 1，否则，不建议实施该调整方案。调整方案满足一级评价要求后，结合各准则和指标的权重通过加权平均计算调整方案综合分，依据其结果判定是否建议实施该方案。其中，指标的权重不是固定不变的，可以根据评价原则或侧重点进行修改。
[0133]
为了确定各种公交线路调整方案一级评价中的重要指标和所有评价指标的权重，本专利基于问卷调查及专家咨询，对调查结果进行分析汇总后得到不同调整方案评价指标相对于评价准则权重和评价准则相对于评价总目标权重，以及评价指标体系中的重要评价指标，这些指标在一级评价中要求其评分必须为 1时才进行二级评价，否则不建议实施该公交线路调整方案。各种调整方案准则层及指标层相对于上一层的权重值及一级评价的重要指标结果如表5
‑
1至表5
‑
4所示。
[0134]
表5
‑
1 新开线路评估指标权重及一级评价指标汇总表
[0135][0136]
表5
‑
2 撤销线路评估指标权重及一级评价指标汇总表
[0137][0138]
表5
‑
3 缩短线路评估指标权重及一级评价指标汇总表
[0139]
[0140]
表5
‑
4 延长线路评估指标权重及一级评价指标汇总表
[0141][0142][0143]
步骤三：对被调整的线路进行方案二级评价
[0144]
公交线路调整方案满足一级评价要求后，结合各准则和指标的权重通过加权平均计算调整方案综合分，进行调整方案二级综合评价，依据其结果判定是否建议实施该方案。其步骤为：
[0145]
(1)定义数值化的(等级)评价向量v。本项目中评价等级向量为[ 1，
‑
1]，即前文中定义的评分标准；
[0146]
(2)构造(总目标
→
准则
→
指标)评价指标体系，设共有k个准则：u1，
…
，uk，其中第t个准则ut含有指标：ut1，ut2，
…
，utnt。本项目中准则包括客流均衡性、线路间协调性、设施供需平衡性以及线路几何合理性四个准则，对于具体的公交线路调整方案有所不同。
[0147]
(3)确定底层指标相对于准则的权重向量at＝(at1 at2
ꢀ…ꢀ
atnt)(t＝1，2，
…
，k)，和各准则相对于总目标的权重向量a＝(a1 a2
ꢀ…ꢀ
ak)；
[0148]
(4)对一个待评估公交线路方案根据评分标准确定各评价指标的评分等级为rtj(t＝1,
…
,k，j＝1，
…
,nt)；
[0149]
(5)对每一个准则，由其统辖的各指标评分等级向量：rt＝[rt1 rt2 rt3
ꢀ…ꢀ
rtnt]t(t＝1，2，
…
，k)，通过各指标的权重和评分等级求其加权平均和，得到各准则的评价分值bt＝at
·
rt；
[0150]
(6)由bt构造各准则关于总目标的评价分值向量：r＝[b1 b2
ꢀ…ꢀ
bk]t，并求该方案关于总目标的综合评分值b＝a
·
r；
[0151]
(7)根据综合评分值b的计算结果，判断是否建议实施该方案。建议综合评分值大于0时，建议实施该公交线路调整方案，小于等于0时不建议实施该公交线路调整方案。
[0152]
有益效果
[0153]
本发明以满足客流需求为主要目标，并保证调整线路和受影响线路具有良好的服务水平；同时还应考虑与交通设施(道路设施、公交站场、站点)供给水平相协调，另外线网几何结构应能保障公交系统的高效运营及末端可达性，以及和其他线路(包括公交和轨道)的方便接驳，并保证与接驳线路之间具有良好的运力匹配。本发明从客流均衡性、线路之间协调性等方面出发，建立了科学、合理、定性和定量相结合的调整方法。
附图说明
[0154]
图1 728路调整前后线路图；
[0155]
图2 728路上下行站点全天登降量分布图
[0156]
图3 728路上下行站点全天站点登降量与平均登降量之比分布图
[0157]
图4 690路上下行全天断面客流量与平均断面客流量之比之比分布图
[0158]
图5 690路站间客流od分析示意图
具体实施方式
[0159]
为使上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
[0160]
选取北京728路(2000年开通，2014年撤销)作为研究对象，进行撤销线路调整方法的研究。该线路起点为老山公交场站，终点为武夷花园，全长52km，728线路途经二环，线路的评价结果为不健康。撤出线路东段从四惠到武夷花园共9站，共18公里，替代线路为公交线路322、快速公交2线支、648等。
[0161]
s1：断点登降量v
a
与平均登降量之比
[0162]
通过公交ic卡数据统计分析，728路上下行全天站点登降量以及站点登降量与平均登降量之比计算结果分别如图2和图3所示。断点西单路口东登降量与平均登降量之比为0.02，该指标得分为
‑
1。
[0163]
s2：断点断面客流量qa与平均断面客流量q之比
[0164]
通过公交ic卡数据统计分析，728路上下行全天断面客流量与平均断面客流量之比计算结果如图4所示。断点新街口西站断面客流量与平均断面客流量之比为1.53，该指标得分为0。
[0165]
s3：缩短段与保留段之间的客流量占总客运量的比例
[0166]
通过线路ic卡客流刷卡记录，对站间od客流分布进行统计分析，其结果见表7。线路的缩短段(四惠——武夷花园)与保留段(武夷花园——老山公交场站)之间出行的客流量占总客运量的比例为27.23％，该指标得分为 1。
[0167]
表7 690路站间od客流分布统计结果
[0168][0169]
s4：缩短线路客流断面转移量与替代线路断面剩余运力之比最大值
[0170]
728路缩短段的替代线路包括公交线路322、快速公交2线支、648。替代线路的剩余运力完全满足客流转移的需要。所以，本报告未对该评估指标深入计算分析，认为该指标小于0.75，得分为 1。
[0171]
s5：站场供需满足程度：缩短线路断点可利用的周转车位。
[0172]
四惠枢纽站目前能满足停车周转和调度要求，该指标得分为 1。
[0173]
缩短线路包括客流均衡性和设施供需平衡性两个准则。指标相对于准则的权重向
量a1＝(0.20，0.230.30，0.27)，a2＝(1)；各准则相对于总目标的权重向量a＝(0.59 0.41)；
[0174]
对于客流均衡性准则，各指标评分等级向量：r1＝[
‑
1，0， 1 1]t，对于设施供需平衡性准则，各指标评分等级向量：r2＝[ 1]t，通过各指标的权重和评分等级求其加权平均和，得到两个准则的评价分值分别为b1＝a1
·
r1＝0.37和b2＝a2
·
r2＝ 1；
[0175]
由bt构造各准则关于总目标的评价分值向量：r＝[0.37， 1]t，并求该方案关于总目标的综合评分值b＝a
·
r＝(0.59 0.41)[0.37， 1]t＝ 0.68
[0176]
综合评分值b大于0建议实施该公交线路调整方案。将所有的评估指标得分值及评价结论汇总到表8。
[0177]
表8 缩短线路评估汇总表
[0178]