溫哥華公交線網和運營規劃模型及啟示

熊 倩， Scherr Wolfgang， Fisher Ian

(林同棪國際工程咨詢(中國)有限公司，重慶401121)

一、溫哥華區域公交規劃和運營模型簡介

加拿大哥倫比亞省(British Columbia)在近年公交規劃中強調未來的10年里將大力改善和增加溫哥華都市地區的公交系統。TransLink作為北美第一家專門負責整個區域包括公交在內的交通系統的戰略規劃、資金管理以及對運營監管的政府部門，需要一個區域公交模型為決策提供技術支持。區域公交規劃和運營模型(Regional Transit Model，以下簡稱RTM)最初在2006年用于溫哥華輕軌系統SkyTrain的分析。2008年，RTM已經包括區域的所有公交線網的線路和運營信息。

和傳統的宏觀公交規劃模型不同，RTM提供了精度很高的公交運營信息。該模型主要包括三個模塊:客流量預測模型和全天候乘客動態上下客流量信息;包含車輛編組、調度等信息的運營模型;高質量的圖形界面用于顯示各類輸入數據以及模型運行結果。

該模型可以用于進行精度要求很高的公交規劃和運營方案的比選，通過比較運營成本、效益、客流量以及運力/需求比例(反映擁堵程度)來評估不同方案。

二、模型建立的背景

溫哥華目前人口有220萬，到2031年將達到300萬，公共交通在該地區城市交通中扮演著非常重要的角色。該區域的北端為山脈，南側與美國接壤，大量的農業用地在規劃中不被考慮在城市發展的范圍以內。這些特殊的地理條件，加上密度相對較低的高速公路網絡和以公交為主導的區域交通規劃戰略，造就了密度較高的人口和公共交通的良性發展。TransLink作為區域的交通規劃和融資部門，負責管理公交和主要城市道路。

區域公交系統包括多種出行方式——地面公交和有軌電車、通勤列車“西岸快車”(West Coast Express)、連接溫哥華市中心和北溫哥華的渡船SeaBus。該地區的骨架線公交系統空中列車SkyTrain為無人駕駛的輕軌系統，每天承運24萬乘客，大約1/4的公交系統總客運量。

兩條SkyTrain線路總長50公里，包括33個站點。列車高峰時刻有效發車時距為108秒。目前SkyTrain的高峰客流已經接近其運力。在其中的一個站點，前往市中心的乘客在早高峰最多需要等3趟列車才能上車。

地面公交網絡系統包括15條有軌電車線路(228輛標準車和鉸接車)，超過200條的柴油車線路由1200多輛巴士組成，這些巴士運力相差較大，有的可以載客120人，小型社區巴士則只能載客24人。

2008年初，哥倫比亞省政府宣布了一個大膽的省公交規劃，計劃在2020年大幅度增加公共交通網絡規模和進一步提高公交服務質量。省公交規劃旨在將公交分擔率從2007年的12%增加到2020年的17%，并在2030年達到22%。這些發展規劃的落實需要一個準確合理的模型作為有力支撐，并對模型和分析工作提出了很高的要求。下面對該模型的結構做詳細介紹。

三、模型構架

RTM模型建立使用了PTV開發的VISUM軟件，該模型的公交功能的開發最早源于德國鐵路(German Rail)對軟件的使用需求，因此將精細化工作體現到了極致。該模型可以每隔30分鐘顯示公交運營和客流情況。

RTM模型直接使用區域交通預測模型內的公交出行OD，以確保不同模型之間的兼容性。RTM整合了該地區公交規劃和運營數據——從不同部門獲得的數據常常只涵蓋某一種公交模式或者一部分公交網絡體系，或者出行需求和公交運力數據的一個方面。有了這個平臺，公交規劃咨詢顧問可以對整個區域的公交網絡進行系統的分析和預測。

(一)數據來源

RTM整合了下列公交運力數據:地面公交、渡船、通勤列車的運營計劃安排，包括車船的編組和調度情況、SkyTrain的運營數據、公交站點和列車站臺乘客相關信息數據庫、GIS街區路網。

(二)需求數據

一是區域交通預測模型提供的公交OD矩陣(800個小區);二是通過自動乘客計數系統(APC)或者客流調查獲得的上下客數據。RTM模型結構設計的一個重要原則是所有數據的格式都和原始數據格式保持一致，因此任何時候都可以便捷地更新模型里的數據。最典型的例子是使用ACCESS數據庫對公交運營計劃、車組編排以及乘客站點上下客數據隨時進行更新。

(三)運力模型

運力模型包含了所有公交路線以及對應的運營情況，包括行駛速度、站點停車時間、發車時刻表、車輛編組、車輛調度情況等。其中的一個重要內容是車輛編組和調度分析，用于確定每輛公交車或者一列輕軌在一天內的運行安排。這項分析工作用于確定每天各個時段路網上所需要的總的公交車或者輕軌列車的車輛數。結合需求模型，可以對未來需求/運力匹配度進行分析，獲得滿足要求的車輛總數。

(四)需求模型

RTM需求模型有三個重要模塊:一是24小時動態公交出行矩陣;二是24小時乘客期望出發時刻;三是動態公交分配方法。這些模塊都是動態公交分配所特有的。

需求模型包括800個交通小區，輸入數據包括每個預測年限的四個時間段出行矩陣:早高峰、平峰、晚高峰和傍晚。模型分析師運用TFLOWFUZZY對現狀初始矩陣進行標定，使得結果和現狀公交調查數據基本吻合，并對未來公交矩陣進行了預測。

不同區域的乘客出行有不同的期望出發時刻，例如距離市中心區域較近的出行者相比遠離市中心的人來說，如果要求同時到達市中心，前者的期望出發時刻會更晚(路上耗時更少)。出發時刻的差別導致了各個站臺高峰流量在不同時段發生，居住在不同區域的居民一天內期望出發時刻分布根據公交流量調查數值進行標定。

將公交出行矩陣以基于時刻表的動態分配方法分配到公交路網上。該分配方法首先根據各個公交線路的時刻表確定所有OD之間的多條可選路徑，然后在24小時內建立每個OD對的動態“連接方式”(connections)。這些連接可以理解為是通過手機或者網絡為乘客提供的路徑信息，而RTM模型可以提供一天內任何時候每個OD對之間的幾個可選路徑方案。

四、模型標定和預測

模型標定的目的是使現狀年模型能準確反映現狀實際情況。

(一)運營模型的標定

從運營角度考慮，現狀數據由運營公司提供，主要包括運營速度、行駛時間、每條線路或每組線路所需要的車輛數。在各個線路上運營的車輛數是對RTM模型中的車輛編組和調度模塊進行標定的基礎。模型輸出的車輛數需求必須和實際值非常接近。對于輕軌系統，這兩組數值完全一樣。對于地面公交系統，每一條線路的誤差范圍都控制在±5%之內。

(二)需求模型的標定

需求標定的過程和運營模型相比更加復雜繁瑣，數據來源也更加多樣?，F狀數據包括了所有的軌道站點、軌道站點間客運量、所有的地面公交線路(除社區巴士)。在需求模型標定開始之前，乘客自動技術系統(APC)安裝在所有的地面公交車輛上，提供所有的標準公交線路相關統計數據，包括每條線路全天總的乘客量以及隨時間動態分布的總乘客量，以及關鍵線路動態分布的站點上下客量。

需求模型的標定方法概括起來有以下幾個步驟:第一，公交路網核查與調整。第二，動態公交分配的參數和路徑選擇的費用函數的設置。第三，出行矩陣的標定:基于站點上下客流量，站間車載乘客量等觀測數據對公交出行OD進行標定。第四，出發時刻分布調整:乘客期望出發時刻是基于時刻表的動態公交分配的一個重要參數。出發時刻分布首先從站點的上下客人數的時間分布曲線初步獲得，并假設乘客在高峰時段(特別是早高峰)出行距離越長，出發時間就越早。出行時間分布曲線根據主要的軌道站點以及公交站點的24小時上下客流量分布進行標定。

圖1 各個大公交系統全天客流量(模型和觀測值比較)

圖2 各地面公交線路全天客流量(模型和觀測值比較)

圖1顯示了SkyTrain、西岸通勤列車、渡船、大站快線B線、常規公交以及社區巴士全天客流量統計(淺色為觀測值，黑色為模型值)。

圖2顯示了200多條地面公交線路中每一條的全天客流量的模型和觀測值比較(每一個點對應一條公交線路)。

圖3為架空列車在溫哥華市中心的水岸站上車乘客24小時分布圖(深色曲線為觀測值，淺色為模型值)。觀測數據沒有用于模型的標定，而是直接用于模型的校核，以檢驗模型的質量。可以看出兩組數據高度吻合。

五、運營分析

RTM模型建立的一個重要目的是協助公交規劃，管理和運營部門回答各類從規劃到設計和運營的問題。下面列舉公交規劃決策者和交通咨詢師通常面臨的問題和挑戰，以及RTM模型所起的作用。

圖3 架空列車水岸站點上客人數24小時分布曲線(模型和觀測值比較)

疑問一:每一條公交線路的運行質量如何?——比較諸如以下的服務水平指標:乘客公里總數與座位公里總數的比較(滿載率和擁擠程度指標)，運營費用和售票營業額的比較，在車載乘客量最高的路段上的流量運力比。

疑問二:哪一種公交類型(BRT，LRT，ALRT)最適合一個新的公交走廊?——在模型中比較所有方案，分析其建設/運營成本、運營速度、出行總行程、直達性以及客流量等指標。

疑問三:一條新的公交線路需要多少節車廂(軌道系統)或者地面公交車輛?未來對車輛設備的需求情況如何?——模型的車輛調度模塊可以顯示所需要的車輛數。通過計算整個公交網絡的車輛設備需求，模型可以為未來車輛設備的需求和購買計劃提供科學依據。

疑問四:和其它城市相比，溫哥華大都市的快速公交運力如何?——車廂—公里總數、總的公交線網長度和總的上下客流量是用于和其它城市進行比較的典型指標。

疑問五:在早高峰時刻需要在車廂內站立的乘客比例是多少?——RTM模型可以計算現狀和未來每30分鐘的流量/運力比例，并可以定義服務水平和預測未來的運力潛在的問題。

疑問六:如果地塊的開發需要滿足其在30分鐘內到達主要的商業區或者行政中心，應該如何選址?——行駛時間等時線可以顯示任何一個地塊的公交可達性。

疑問七:一條新的快速公交線路如何與現狀公交系統有效整合?——未來的需求和現狀線路的換乘銜接以及運營方面的限制是回答這個問題的主要分析指標。

疑問八:在非高峰時期如何有效地運作公交系統?——RTM模型覆蓋全天時段。非高峰時段可以選擇車廂較少的列車。模型還可以用于估計車輛調整的費用以及判斷發車時刻表之間有無沖突。

疑問九:軌道線路的長度如何確定?未來軌道線路延伸線如何確定?——模型可以用于分析如何滿足公交需求(通常是較短的線路)以及對乘客出行的影響(換乘次數)。模型也可用于分析“混合型運營”，也就是長線路和短線路同時使用，互相配合。

疑問十:未來公交車和軌道車輛的停保場選址?！碌耐１隹梢越Y合用地條件，并在模型中根據對運營成本的影響進行分析。

六、RTM模型的項目運用實例

加拿大線(Canada Line)是大溫哥華地區一條輕軌路線，連接溫哥華、列治文與溫哥華國際機場，是加拿大首條機場對外輕軌線。本線為溫哥華架空列車(SkyTrain)的第三條路線，于2009年8月17日通車，載客量于2011年2月達每天11萬人次。加拿大線的走線與98 B-Line快速巴士線大致平行;98 B-Line已于2009年9月7日(即加拿大線通車后三星期)取消。

在加拿大線通車以前，RTM模型被用于分析98 B線取消前后加拿大線的客流量預測，結果顯示即使98 B線繼續存在，其流量大部分會轉移至加拿大線，這一結論為取消98 B線提供了有力的依據。

七、啟示

溫哥華作為世界上公交規劃和運營質量最好的城市之一，從組織機構、規劃、設計以及運營管理方面都對中國城市公共交通發展提供了很好的啟示和借鑒。

一方面，TransLink作為區域負責公交、自行車、通勤出行以及智能交通系統的政府機構，對都市圈內部所有的公交系統進行統一規劃設計和運營管理，確保各類公交模式之間有效整合，無縫銜接，滿足公交出行需求，避免重復建設和投資浪費。例如在新增連接溫哥華國際機場和市中心的輕軌線路——加拿大線的同時，通過模型預測分析對公交線網同步進行規劃和調整，取消快線B98，新增社區接駁公交線。

另一方面，RTM模型得以成功建立和廣泛應用基于各個下屬公交運營公司提供的充實的基礎數據——客流量、時刻表、運營指標等，而數據的自動采集建立在公交運營智能化的基礎上，例如公交車上安裝的GPS、APC(自動乘客計數系統)，普遍使用的IC卡，以及不同數據之間格式的兼容性。以上特點充分體現了數據共享機制對交通規劃的積極影響。

RTM模型體現了“公交規劃設計運營一體化”的設計理念，一體化既反映了不同運營和管理機構基礎數據的一體化，也反映了運力和需求分析的一體化。這樣的設計理念使得模型可以高效地更新基礎數據，使決策者清楚地看到城市公交系統的服務水平和潛在問題，并通過客流預測對未來規劃方案的分期實施以及投資估算提供科學的依據。這樣的模型在中國還沒有成型，具有廣闊的應用空間。一旦推廣，將為國內城市公共交通發展做出巨大貢獻。

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