城市地面公交與長途客運協同調度研究

高 華

（浙江交通職業技術學院 智慧交通學院，杭州 311112）

引言

城市地面公交系統承擔著市內常住人口的日常出行，以及長途客運輸入客流在市內的疏運任務。構建城市地面公交和長途客運到站客流的協同調度系統，實現城市公交和長途客運的協同調度，可以減少乘客從長途客運站換乘城市公交的等待時間，提高公交出行的吸引力。

Cevallos F.等[1]以乘客換乘總時間最短為目標對調度模型進行優化，并選擇遺傳算法對模型進行求解；楊麗[2]提出綜合考慮公交車輛運行成本和乘客等待成本的換乘價值概念，并建立了以換乘價值最大化為目標的區域聯合調度模型；吳海月[3]以乘客出行的滿意度為根本出發點，建立了多模式公交系統協調調度模型；姜少毅等[4-10]從不同角度對公交的協同調度進行了研究。總體來看：一是公交協同調度的研究多集中在公交系統不同線路之間，對于城市公交與長途客運之間的協同調度研究較為缺乏。二是多在假定的理想條件下建立比較復雜的數學模型，進而探索相應的求解算法進行仿真驗證，由于模型建立的假定條件和公交運行的實際情況差別較大，導致實際應用效果并不理想。如何高效實現城市公交和長途客運的協同調度，有待于進一步的研究和探索。

1 協同調度系統的構建

1.1 城市地面公交與長途客運的協同調度策略

考慮到城市地面公交和長途客運的實際運行情況，采用如下協同調度策略：

（1）采用主從單向協同調度

考慮長途客運和城市地面公交系統運營和調度特點，城市地面公交和長途客運之間的協同調度，采用“主從單向協同”的調度策略：長途客運保持其運行的自主性，城市地面公交系統的調度主動地和長途客運的客流集散進行協同。

（2）以長途客運到站客流的市內高效疏運為目的

根據城市長途客運站客流的集散特點，城市地面公交和長途客運的協同調度，以長途客運到站客流的市內高效疏運為主要目的，重點是對長途客運樞紐區域始發公交線路的調度。

1.2 城市地面公交與長途汽車客運的協同調度系統構建

及時獲取長途客運樞紐到站客流在不同時間段的人數、換乘公交目的地等信息，是城市地面公交和長途客運協同調度的基礎和依據。為此組建圖1所示的協同調度系統。

系統工作原理和過程為：由相關政府部門協調市內公交運營企業和長途客運企業成立“客流信息共享中心”，長途客運車站將其日常長途車輛到達的時間和客流的統計數據存入客流信息共享中心，形成長途汽車客運客流信息歷史數據庫。長途客運的司乘人員通過所攜帶手機中的相應APP將預計到站的時間、人數、市內換乘目的地等信息，在到站前上報給“客流信息共享中心”，形成長途客運客流信息的“實時數據庫”。城市地面公交運營企業獲取“客流信息共享中心”中的長途客運“歷史數據庫”，并結合始發公交線路沿線客流的OD數據庫，安排長途客運中心始發公交車輛的日常初步排班調度計劃，并根據長途客運客流“實時數據庫”，對初步排班調度計劃進行實時微調。

圖1 市內地面公交與長途客運站協同調度系統示意圖

2 協同調度模型及具體調度方法

2.1 城市地面公交調度時間段的劃分

根據實際調研結果，城市公交沿線客流在不同的時間段常常呈現出不同的大小起伏，同時，長途客運站的到站客流也呈現出較為明顯的集中時間段。為此將長途客運站始發的城市公交運行時間分為如下三種不同時間段，并采用不同的調度策略。

（1）沿途高峰時段：對應公交線路沿途客流較多的時間段，通常對應于城市居民上、下班的早、晚高峰時段。

（2）長途客流高峰時段：對應于長途客運站客流到達比較集中的時間段。

（3）平峰時段：對應于長途到站客流和公交沿途客流都比較少的時段。

2.2 協同調度模型的建立

對于長途客運樞紐的公交調度，現有文獻大都從區域協同調度的角度建立相應的調度模型，以求調度效益的最大化。但實際調研發現，較大城市長途客運樞紐區域始發或途經的地面公交線路往往分屬于不同的運營主體，長途客運樞紐的區域協同調度難以實現。因此，本文選擇從長途客運樞紐始發的單條公交線路與長途客運的協同調度進行研究。

公交調度的關鍵在于線路配車數量和發車間隔的確定，依此協同調度模型確定如下：

（1）線路車輛需求數量的確定

從長途客運站始發駛向市區的公交線路,在平峰和沿途高峰時間段內車輛需求數量按照式（1）確定。

式中：Pi為第i個時段的配車數量（輛）；Hi1為長途客運所帶來的該公交線路起始點最大客流量，其中Hi1在前述協同調度系統構建完成可以使用的情況下，可從協同調度系統的“長運客流歷史數據庫”及“長運客流實時數據庫”中分析獲取長途到站客流數據，再根據該公交線路對長途到站客流的分擔率確定。在前述協同調度系統尚未構建完成的情況下，可通過人工調研獲得（人）；Hi2為公交線路除起始點外的沿途最大斷面客流量。Hi2可通過人工實際調研或者利用公交車輛安裝的相應客流統計設備統計得到（人）；D為正常的車容量，指線路所配車型正常的載客數量（人/輛）； 為第i個時段的期望客流滿載率。據實際調查，在沿途高峰時段人們對車內擁擠的忍受程度較高，而在平峰時期人們對車內擁擠的忍受程度較低，因此，在沿途高峰時段，取，在長途客流高峰和出行平峰時段，取。

在長途客流高峰時間段，以乘客滿意度提高作為主要考慮，配車數量取為Pi+1,以便在公交運營成本增加較小的情況下，適當縮短長途客流高峰時段的發車間隔。

（2）發車間隔的確定

在出行平峰和線路沿途高峰時段采用等間隔發車，發車間隔Tjg按式（2）確定。

在長途客流高峰時段，考慮到線路起始點客流集中度較高，則適當縮短線路起始點的發車間隔，具體按式（3）確定。

（3）線路單向配置車輛數的確定

發車時間間隔確定后，線路單向需配置的車輛數按照式（4）確定。

式中：Pi為第i個時段公交線路單向配車數量（輛）；L為公交線路的長度（km）；Vi為該公交線路第i個時間段內的平均運行速度（km/h）；Tjg為公交線路第i個時間段內的發車時間間隔（min）。

（4）日常調度計劃的實時微調

對長途客運樞紐區域始發的公交線路調度計劃的實時微調，只針對長途客運高峰時段。具體方法是：

在長途客運時段開始前20min通過客流信息共享中心中的長途客運實時數據庫，核查是否有載客較多（到站下車人數超過公交車容量的70%）的長途班車推遲到達，若無，則公交線路運行按照日常調度計劃執行；若有，則對長途客流高峰時段的發車間隔按式（5）進行調整。

式中：Tnew為調整后的發車間隔時間（min）；Tjd為調整前的發車間隔時間（min）；Hd為預計延遲到達的長途客流人數（人）；D為公交車輛車正常的容量（人）；為第i個時段的期望客流滿載率；C為該線路對長途到站客流的分擔系數。該系數為長途客流高峰時間段換乘該條公交線路的乘客數量與長途客運站出站人數的比值，可通過實際調研進行測算；A為折中系數。引入該系數的原因在于：如果發車間隔調整過長則將增加乘客的換乘時間，如果發車間隔調整過短，則將降低公交車輛滿載率，增加公交線路運營成本。因此引入此折中系數，該系數取值可在0.5～0.8之間。

（5）區間直達車的開行與調度

據實際調研，從長途客運站出站的乘客在換乘市區公交后，通常會有一些比較集中的換乘目的地，如長途客運站、著名景點、商圈、著名醫療機構等。公交線路調度可在長途客運樞紐和集中度較高的換乘目的地之間開通區間直達公交車，以提高乘客滿意度和公交車輛運行效率。配車數量由式（6）確定。

式中：Pi為第i個時段的配車數量（輛）；Hi2為長途客運實時數據中預約相應換乘目的地的乘客數量（人）；D為正常的車容量，指線路所配車型正常的載客數量（人/輛）；為i個時段的期望客流滿載率，節假日人數較多時取=1.2，工作日人數較少時取=1.0。

而后按式（2）和式（3）確定發車間隔。

2.3 協同調度的初步驗證

依托與杭州公交集團共同承擔的浙江省交通運輸廳科研項目：“多層次、多運輸方式下地面公共交通系統智能調度方法研究”，以杭州市長途汽車西站和從該車站始發的49路公交車為例進行初步驗證。

2.3.1 杭州長途汽車西站到站客流調研

對杭州長途汽車西站到站客流分布情況進行實際調研，得到到站客流在一天中的時間分布如圖2所示。

圖2 杭州長途汽車西站到站客流分布示意圖

由圖2可見，長途汽車站到站客流在上午9 : 00～10 : 00和下午的16 : 00～18 : 00之間形成2個較為明顯的客流高峰。

以上午的到站客流高峰為例，通過實際調研得到的到站客流具體情況如表1所示。

同時，實際調研發現，49路對出站客流的分擔率約為32%，從長途汽車站出站口到達49路起點站的步行時間大約3min，假定需要乘坐49路的乘客出站后，均直接步行到49路起點站候車，則49路起點站來自長途車站的客流到達時刻分布如表2所示。

2.3.2 協同調度前49路調度情況

杭州公交49路從長途汽車西站始發，沿途經過多家大型醫療機構、西湖風景區、延安路商圈，終點到達杭州城站火車站，上行線路長度13.6km，配備核載83人公交車。調研得知上午9 : 00～10 : 00之間時間段沿途斷面最大客流量均值為662人，協同調度前并將該時間段作為平峰時間段調度，按式（1）計算配置數量為：

實際配車8輛，按式（2）計算發車間隔為：

考慮線路調度實際情況及和前后時間段的銜接，取發車間隔8min，如表3所示。

假定所有乘客全部乘坐到達49路起點站時的下一班次公交車，對比表2和表3可得乘客換乘等待時間分布如下表4所示。

則協同調度前乘客總等待時間計算如下：

式中：T總為該時間段乘客換乘的總等待時間，ti為表（4）中相應時刻到達客流的等待時間，ni為對應時刻到達的客流人數。將表（4）中的相關數據代入式（7）可得9 : 00-10 : 00時間段長途到達客流的總等待時間為：

2.3.3 考慮城市公交和長途客運協同后的調度情況

考慮協同調度后，9：00～10:00之間時間段沿途斷面最大客流量均值仍按662人，該時間長途客流從表（4）統計可得為：75人，取期望客流滿載率為1.0，則

由式（1）計算可得配車數量為：

實際配車9+1=10輛，由于是長途客流高峰時期，發車間隔按式（3）確定為：

仍采用等間隔時間發車進行調度，發車間隔取為6min，考慮到和前后時間段的銜接，發車間隔如表5所示。

表1 杭州長途汽車西站9 : 00-10 : 00客流到站情況一覽表

表2 49路公交起點站9 : 00-10 : 00長途客流到站情況一覽表

表3 協同調度前49路發車時刻表

表4 乘客換乘等待時間及等待人數一覽表

表5 考慮協同調度后49路公交發車時刻表

表6 考慮協同調度后乘客等待時間及等待人數一覽表

假定所有乘客全部乘坐到達49路起點站時的下一班次公交車，則乘客換乘等待時間分布如表6所示。

考慮城市公交與長途客運協同后，依據表6數據，引用式（7）計算可得該時間段內的長途客運換乘城市公交的總等待時間為：

由上可見，通過城市公交和長途客流的協同調度，可將實例中時間段內長途客流換乘城市公交的等待時間從234min減少到104min，換乘等待時間明顯減少。相類似可以計算出下午的長途客流高峰時間段，采用協同調度后乘客換乘時間減少情況，由于實例中下午的長途客流高峰時間段長途客流人數更多，乘客換乘市內公交的等待時間減少將更為顯著。

3 結論

現代城市客流運輸體系是包含各種長途客運、多種形式市內公交運輸在內的多層次、多運輸方式的綜合客流運輸系統，綜合管理、協同運行是現代城市客流運輸體系的必然要求。通過組建客流信息共享中心，可以實現城市區域內各種長途客運企業和城市公共交通運營單位之間的客流信息共享，為實現城市公交和長途客運的協同調度提供物理基礎。城市地面公交系統在調度過程中通過和長途客流的主動協同，可以有效減少長途客流和市內公交的換乘等待時間，提高乘客在長途客運與傳統地面公交之間的換乘體驗。與此同時，根據長途輸入客流換乘市內目的地的集中情況，可以在城市長途客運樞紐和乘客集中換乘目的地之間開行大站/直達公交車。通過城市公交和長途客運的協同調度，雖然公交運營企業的運行成本稍有增加，但卻可以有效增強城市長途輸入客流換乘市內公交的吸引力，并在一定程度上緩解城市擁堵，提升城市形象和美譽度。