基于GIS的公交線路優化分析

焦明連 賈艷紅 陳海燕

(1淮海工學院測繪工程學院，連云港 222005)(2連云港市勘察測繪院有限公司，連云港 222001)

基于GIS的公交線路優化分析

焦明連1賈艷紅1陳海燕2

(1淮海工學院測繪工程學院，連云港 222005)
(2連云港市勘察測繪院有限公司，連云港 222001)

摘 要:針對公交線路規劃設計的特點與目標，以實地采集數據及地圖數據為基礎，利用GIS空間分析中的緩沖區分析、疊置分析及網絡分析功能，以江蘇省連云港市新浦區某實驗區為例，對研究區域的公交站點輻射范圍、區域交通設施完備度、區域交通便捷度和區域交通道路通達性指標進行了分析.并結合空間信息疊置原理，以溝通淮海工學院蒼梧校區與通灌校區的公交線路為例，以路線長短和乘客數量為權重進行網絡分析，并結合研究區公交站點輻射范圍、區域交通設施完備度、區域交通便捷度和區域交通道路通達性分析結果，對現有公交線路優化問題進行了分析.明確了目前公共交通存在的若干問題，為進一步實施公交線網優化方案及提高公交運行效率提供參考.研究表明，GIS技術對于解決城市公共交通線路優化和分析問題具有重要作用.

關鍵詞:公交線路;優化;GIS技術;空間分析

城市公共交通作為城市的重要組成部分，如何做到對其進行有效、合理的管理，使公交運管系統暢通，方便市民出行，對于每個城市來說都至關重要.近年來，隨著我國優先發展公共交通政策的提出，不少新方法在公交線路優化上得到應用.王煒等［1］提出以直達客流量最大為目標的公交網絡逐條布設方法;胡啟洲等［2］建立了四維消耗的公交網絡優化模型.目前以研究公交線網優化為主建立了不少數學模型，而大多屬于理論研究，部分模型難以求解，數據采集困難［3-6］.對此，從應用角度考慮，利用GIS技術，以連云港新浦區為例開展了公交線路優化研究.結合實地調查及地圖采集的公交線路數據，對城市公交路線的合理規劃提出一種優化分析方法，以便為城市公交科學發展和線路優化提供輔助決策支持.

1 研究內容、方法和技術路線

1.1 連云港公交線網概況

連云港市區包括海州區、新浦區、連云區、國家級經濟技術開發區.現有公交站點在整個市區范圍內大致均勻分布，市政府所在地新浦區公交線路最為發達，成為溝通其他各區的交通樞紐.另外，城市周邊人口流量較小，公交站點分布較為稀疏，而城市中心繁華地段人口流量較大，公交站點分布比較密集.因此，整體上公交站點布局基本符合區域人口分布格局.

在連云港市區內，公交線路分為僅限于某個區內的公交和跨區環城公交2種線路.目前，僅限于某個區內的公交線路都是新浦區的一些舊有線路，線路途經人口密集、人流量大，線路長期超負荷運載，導致公交車輛破舊不堪，運載能力及安全性十分有限.另一種跨區環城公交線路，是溝通城市東西的大動脈，一般站點眾多，人口流量大，由于大多為新建線路，公交車輛較新，車輛載荷能力強，為城市東西溝通奠定了基礎.另據觀察，在連云港新浦區，公交線路設計及站點布局不合理等問題仍很突出，部分公交線路相互重疊路段過長導致公共交通經常出現局部路段異常擁擠，而一些路段乘客稀少的狀況.這無疑是對公交運力資源的浪費，也給人流密集區域的乘客出行帶來了諸多不便.

1.2 研究內容

影響城市公交線路優化的因素有很多，主要是基礎設施和運營2個方面，一般情況下，在公交線路優化中，主要考慮城市客運交通需求、停車場、公交車輛、道路條件、效率因素和政策因素等幾個方面因素的影響［7-10］.鑒于連云港市公交線路區域發展不平衡和人口分布不均等特點，利用ArcGIS軟件，對市區公交站點輻射范圍、區域交通設施完備程度、區域交通便捷程度和區域交通道路通達性等方面進行了分析，明確了公共交通存在的若干問題，得到了一些有益的結論，為進一步實施公交線網優化方案及提高公交運行效率提供了參考.

1.3 研究方法和技術路線

通過對公交站點的分布情況及乘客密度的調查，進行點緩沖區分析得到公交站點覆蓋范圍.對區域內道路矢量數據進行緩沖區分析，判斷居民出行地距離道路的遠近程度;然后將公交站點輻射范圍分析結果與道路緩沖區分析結果進行空間疊置，獲取道路上是否分布有乘車站點等出行設施，得到交通便捷度信息.繼而分析得到交通設施完備度信息及道路通達度信息.在此基礎上，對整個道路及站點建立幾何網絡數據集，進行GIS網絡分析.最后將這些信息進行綜合疊置分析，得到線路配置和站點優化分析結論，具體研究技術路線如圖1所示.

2 連云港公交線路優化分析

2.1 研究數據獲取

研究中利用的工作底圖來自于Google公司提供的地圖產品.通過對重點研究區域的地圖截屏獲得研究所需的柵格數據底圖，借助ArcGIS軟件的地圖數字化功能對柵格數據中的公交站點、公交路線和實驗小區空間分布信息進行數字化，得到研究所需的全部矢量數據及其對應的屬性表.

2.2 公交線路優化分析

1)公交站點輻射范圍分析

公交站點輻射范圍是區域交通便捷度和交通道路通達性分析的必備條件.通過GIS緩沖區分析可獲得主要公交站點的點緩沖區范圍，即公交站點的輻射范圍.通過對公交站點分布的實地調查發現，在市區范圍內，每2個公交站點之間的距離大約為800 m左右.城市近郊區或城鄉結合部2個公交站點之間的距離略大，在1 000～1 500 m左右.此外，通過對乘坐公共交通工具出行的市民的問卷調查發現，市民如乘坐公共交通工具出行，則其到達公交站點之前的最大行走距離是800 m(該距離受公交站點之間距離影響較大).因此，本研究以800 m為緩沖半徑，對公交站點的點矢量數據進行了緩沖區分析，得到公交站點的輻射范圍(見圖2).

圖1 研究技術路線圖

圖2 公交站點輻射范圍分析圖

2)區域交通設施完備度分析

區域交通設施完備度分析是利用GIS緩沖區分析對研究小區面狀數據進行緩沖區分析實現的.由于每一個公交站點的輻射范圍為800 m左右，為使市民出行方便，即市民可在出行區域一定范圍內自主選擇公交車乘坐站點，這就要求在其出行范圍內至少應包括2個或2個以上的公交站點，即要求實驗小區的輻射范圍內至少應包括2個或2個以上公交站點，2個公交站點輻射范圍應為2個800 m，即1600 m左右，而市民出行時都愿意選擇最近的站點乘車.因此，在區域交通設施完備度分析中，以實驗小區為面域，以1500 m作為緩沖寬度進行緩沖區分析.得到如圖3所示的區域交通設施完備度分析結果.

圖3 區域交通設施完備度分析圖

3)區域交通便捷度分析

區域交通便捷度指道路離居民出行地的遠近程度及道路上是否分布有乘車站點等出行設施.若居民出行地離道路越近，且道路上的出行設施越多，則居民生活區域的交通便捷度就越高.因此，研究中分析區域交通便捷度時，首先對區域內道路分布的矢量數據進行緩沖區分析，以判斷居民出行地離道路的遠近程度;其次，將公交站點輻射范圍分析結果與道路緩沖區分析結果進行空間疊置，獲取道路上是否分布有乘車站點等出行設施信息.最后，綜合分析某區域的交通便捷程度.在具體分析時，首先對研究區道路分布線狀數據進行緩沖區分析，為保障每條線路周圍有小區分布，采用區域交通設施完備度分析中設定的實驗小區面緩沖區的緩沖寬度1 500 m作為線緩沖區寬度，得到區域交通干線緩沖區分布結果.其次，將公交站點輻射范圍分析結果與區域交通干線緩沖區分布結果進行疊置分析獲得交通便捷度分析結果，如圖4所示.

圖4 區域交通便捷度分析圖

4)區域交通道路通達性分析

區域交通道路通達性指到達某特定區域的交通運輸條件，通常用距離、耗時和費用等指標來反映［11］.分析區域交通道路通達性時是分析實驗小區與交通干線的連接是否暢通.若交通干線的輻射范圍與實驗小區分布面域有重疊則認為該實驗小區交通道路通達性好，若小區與越多條交通干線輻射范圍重疊，則認為該小區交通道路通達性越好.城市公共交通建設目標是建立四通八達的公共交通網絡，覆蓋整個城市區域，為城市居民工作和生活提供服務.若城市中線路覆蓋程度低，將導致大面積公交線路覆蓋盲區的出現，這將造成市民出行的極大不便.因此，研究中將區域內公交線路緩沖區與實驗小區分布面域進行了疊置分析，得到區域交通道路通達性分析結果(見圖5).

圖5 區域道路通達分析圖

3 連云港公交線路優化案例分析

通過上述分析發現，區域內一些走向的主干道路上幾乎沒有站點，此類道路屬于公交線路盲區路段;而有些區域則重復線路甚多;有些路段雖不是盲區路段，但通過線路極少，經過調查發現這些路段附近又分布著許多小區，并有大量居民出入，這都是公交線路分布不合理的具體體現.針對上述問題，研究對連云港市公交線路進行了優化分析.通過交通設施完備度和交通道路通達性及交通便捷度等信息的綜合考慮，經過調查發現，淮海工學院是連云港一座擁有2萬多名師生的高校，主校區坐落于連云港新浦區蒼梧路，而分校區通灌校區位于新浦區通灌南路，校區之間相距5 km左右.校區間教學設施共享性很高，人員流動相當頻繁.但學校校車班次和數量都極其有限，僅供教師上課使用，眾多學生往返于兩校區之間時只能借助公共交通設施，而這兩個校區之間又沒有直達的公交設施.為保證學生出行方便及公交運營效率，建議以淮海工學院為起點，經過通灌校區站點，以海州區政府為終點，建議設置一條專線.以路線長短和乘客數量為權重進行網絡分析，以縮短原有公交線路，提高公交運營效率，并節約運力.具體設計方案如圖6所示.

圖6 優化后路線

4 結論

公交線路規劃需要遵循優先大流量的直達客流、平均滿載率盡可能高、市民出行方便快捷及盡可能選取最短距離等基本準則［12-13］.但由于實際運用中很難兼顧各項準則，因此造成公交線網設置和規劃存在諸多不合理之處，嚴重影響公交系統運行效率及市民出行方便程度.因此，對連云港公交線路數據進行搜集，并對公交站點、線路分布現狀及市民出行狀況進行調查，以GIS空間分析技術為依托，針對連云港公交線路分布不合理的現實問題，通過對連云港公共交通便捷度、交通設施完備度及區域道路通達度等指標的分析，有針對性地選擇實驗線路進行線路優化分析，并提出調整和優化方案，更好地促進公交線路調整和優化工作，保證公共交通系統效率提高及公共交通系統作用充分發揮.通過研究，深刻體會到GIS技術強大的空間分析功能及在現實問題解決中的巨大作用.但由于對城市公共交通狀況及其分析方法認識較淺，研究還存在不足之處，今后仍將繼續完善，以便為連云港公交線路優化這一現實問題的解決提供更加科學的決策方案.

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Optimization analysis of bus lines based on geographical information system

Jiao Minglian1Jia Yanhong1Chen Haiyan2
(1School of Geodesy＆Geomatica Engineering，Huaihai Institute of Technology，Lianyun gang 222005，China)
(2Surveying and Mapping Institute Co.，Ltd，Lianyungang 222001，China)

Abstract:According to the characteristics and objectives of planning and design of bus lines，some indices are analyzed based on the map and data acquiring on the spot in Xinpu District of Lianyungang City in Jiangsu Province，China.The indices include the radiation scope of bus stops，the facilities complete degree of regional transportation，the convenience degree of regional transportation and the accessible degree of regional road.The technology of the geographical information system(GIS)is introduced to this study，including spatial buffer analysis and spatial information overlay and network analysis.The optimal choice for the bus line from Cangwu campus to Tongguan campus of the Huaihai Institute of Technology is carried out based on the spatial network analysis by the weight of the length of bus lines and the quantity of passengers.The results are imported into this optimal choice simultaneously from the radiation scope of bus stops，the facilities complete degree of regional transportation，the convenience degree of regional transportation and the accessible degree of regional road.For clearing a number of issues in public transportation networks，a reference of bus running is provided for the optimization solutions of the public transportation network and improving the efficiency of the bus system.The study indicates that the GIS technology is very important for the analysis and optimization solutions of bus lines.

Key words:bus lines;optimization;geographical information system(GIS)technology;spatial analysis

中圖分類號:U121

A

1001－0505(2013)S2-0241-05

doi:10.3969/j.issn.1001 －0505.2013.S2.005

收稿日期:2013-08-20.

焦明連(1963—)，男，教授，13905138177@163.com.

基金項目:國家自然科學基金資助項目(41004003).

引文格式:焦明連，賈艷紅，陳海燕.基于GIS的公交線路優化分析［J］.東南大學學報:自然科學版，2013，43(S2):241-245.［doi:10.3969/j.issn.1001 －0505.2013.S2.005］