考慮軌道交通規劃的城市公交線路運行效率評價

孔 雪, 任傳祥*, 高 歌, 郇宜君

(1.山東科技大學交通學院，青島 266590；2.萊蕪技師學院，濟南 250000)

隨著中國經濟的快速發展，城鎮化也進入快速發展的時期，城市交通問題也隨之日益嚴重，而公共交通是城市的重要交通設施，可以滿足城市大多數普通居民的出行需求，因此優先發展公共交通成為解決城市交通問題的最佳方式。針對公交系統存在的線路不合理、準點率低等一系列問題，以及規劃新建軌道交通后對公交線路的影響，如何提高公交系統規劃管理水平也是當前的一個研究重點。而進行公交系統管理就要對公交線路的運行效率進行評價，運行效率是指公交線路在整個公交線路網中的運行效率水平，即公交線路在客運量、線路規劃、服務質量、運營時間等方面的綜合評價。通過評估找出影響公交線路運行效率的主要因素，并對運行效率低的公交線路進行調整，這將有利于改善整個公交系統的服務水平。

目前，關于公交線路網管理與評價的研究已經日益成熟[1-4]，許多學者對城市公交評價方法做了大量的研究，有采用模糊綜合評價、層次分析法、數據包絡分析方法、主成分分析法及灰色聚類評價法等方法對城市公交系統進行評價。譚英嘉等[5]利用AHP方法構建城市常規公交線路網評價指標體系。吳瑤等[6]對西安、寶雞和咸陽3個城市的公共交通進行了適應性評價，論證了其模型的可靠性和適用性。季玨等[7]以北京市城六區為例，采用數據包絡分析法探討了城市交通綜合效率評價方法。聶偉等[8]提出了一種基于DEA和灰色關聯分析的區域公路網綜合評價方法。針對軌道交通沿線的常規公交，姜毅等[9]利用灰色關聯分析的方法進行了評價。

城市公交線路的運行效率影響著公交企業的效益，公共資源的配置，以及人們的日常出行。對公交線路運行效率進行評價可以甄別需要優化和調整的線路，并根據評價結果制定線路調整方案。特別是當前城市軌道交通的規劃和建設正在中國許多城市迅速展開，例如青島、濟南、西安等城市。軌道交通的規劃和建設勢必對公交線路的運行產生影響，已有的公交線路運行效率評價并未考慮這一因素產生的影響，然而這對地面常規公交和軌道交通快速發展的城市來說，考慮軌道交通的規劃和建設對公交線路運行效率的影響，進而更好的優化公交線路成為許多城市公共交通快速發展過程中亟待解決的一個問題。因此，根據城市公交線網的自身特點，考慮軌道交通的規劃對公交線路的影響，建立城市公交線網運行效率評價體系，基于模糊理論研究評價方法，并以青島西海岸新區公交線路和軌道交通規劃為例對評價體系和模型進行驗證。

1 公交線路運行效率評價指標體系

1.1 運行效率評價指標

城市公交線路的評價指標體系應該可以獨立反映線網規劃中某些具體的特征,并與公交線路的目標相聯系。每一評價指標應該具有可測量性，或可以通過定量法獲得，或可以用定性分級比較的方法獲得[10]。公交線路運行效率評價的目的是為公交線路的調整提供指導，因此要考慮到城市公交線路復雜、公交站點間隔遠、公交客流量大等特點。而目前中國許多城市都在規劃建設軌道交通，尤其是地鐵，需考慮其對公交線路運行效率的重要影響。

根據層次分析法，評價體系通常分為3層：目標層、準則層和指標層。目標層表示評價的最終目的，將公交線路的運行效率評價為最終目標；準則層由一系列指數構成，特別是本文用公交線路與地鐵的協同指數來表示地鐵對公交線路運行效率的影響，因此準則層的指數包括：基礎設施建設指數、服務質量指數、效益水平指數,與地鐵的協同指數；指標層為評價需要考慮的具體因素。整個公交線路運行效率評價指標體系如圖1所示，具體的評價體系指數及相關因素如下。

圖1 公交線路運行效率評價指標體系

1.1.1 基礎設施建設指數A1

(1)線路長度A11

線路長度反映了公交線路布設的長短，線路過長或過短都不利于公交公司調度。線路過短，會浪費資源，車輛和駕駛員都無法充分利用；線路過長，會增加駕駛員勞動強度，車輛周轉慢，無法保證運營效率。

(2)平均站距A12

平均站距反映了公交站場建設情況，是指線路長度與站點數的比值，公交車的平均站距影響城市車輛的行駛速度。

計算公式：

A12=L/Y

(1)

式(1)中：L為公交線路長度;Y為線路站點數量。

1.1.2 服務質量指數A2

(1)周轉時間A21

周轉時間反映了城市公交車輛的運營情況，是指運營車輛在營業線路上開始時間與結束時間的時間間隔。

計算公式：

A21=Z0/Z

(2)

式(2)中:Z0為運營車輛的周轉時間之和；Z為公交車輛數。

(2)運行速度A22

運行速度反映了城市公交系統的敏捷性和運行能力，是指公交車運行線路行程與運行時間的比值。

計算公式：

A22=L/T

(3)

式(3)中：L為公交線路長度；T為公交運行時間。

(3)平均發車間隔A23

平均發車間隔反映了乘客的候車時間長度，是指公交線路中相鄰兩輛營運車輛發車的平均間隔時間。

計算公式：

A23=G/K

(4)

式(4)中：G為營運時間;K為總發車班次。

(4)票價

票價是指公交車線路中乘客所需支付的金額，會直接影響該公交線路對城市居民的吸引力。

1.1.3 效益水平指數A3

(1)100車公里效益A31

100車公里成本反映了公交公司的企業效益，是指公交車輛平均每行駛100 km所產生的營運額。

計算公式：

A31=H/100

(5)

式(5)中：H為公交車輛的總營運額。

(2)公交車工作時間A32

車公里客運量反映了公交線路載客的營運效益，是指平均每輛公交車的運營時間。

計算公式：

A32=P/S

(6)

式(6)中：P為該線路一天內公交車的總工作時間；S為該線路一天內工作的車輛數。

1.1.4 與地鐵的協同指數A4

(1)線路重復率A41

線路重復率反映了公交線路與地鐵線路的重復率，重復率過高會分散客流量，造成資源的浪費，為線路重復的長度與公交線路總長度的比值。

計算公式：

A41=l/L

(7)

式(7)中：l為線路重復的長度，是指在一定的交通直接吸引范圍內；與地鐵線路基本平行或重合的公交線路長度；L為公交線路長度。

(2)站點重復率A42

站點重復率反映了公交站點與地鐵的接駁情況，說明該條線路與地鐵線路的聯系，是指站點的重復數與該條公交線路站點總數的比值。

計算公式：

A42=y/Y

(8)

式(8)中：y為站點的重復數，是指在一定的交通直接吸引范圍內，公交站點與地鐵站點相同的數目，Y為線路站點數量。

1.2 指標分級標準

指標層的每個指標結果通過指標分級標準和隸屬度函數確定，因此為使結果可靠要獲得準確的具體的數值。青島西海岸新區是一個發展戰略新區，是青島市將重點打造的經濟新區，城市正在飛速發展建設中，通過GPS多源數據分析得到青島西海岸新區城市公交線路的真實數據，經過計算得到每個指標的上下限及累計頻率曲線的15%、50%及85%分位數值，參考城市規范得到各評價指標的綜合分級標準向量，結果如表1所示。

表1 指標分級標準

2 公交線路運行效率評價方法

2.1 模糊綜合評價

模糊綜合評價是從多個因素對事物進行模糊關系的合成最終得到綜合評判結果的一種評價方法。模糊綜合評價方法具有較強的適用性，既可以評價主觀因素又可以評價客觀因素，并且可以與層次分析法進行結合，將多因素根據其自身特點劃分不同層級，建立多層次的評價指標體系，解決復雜的評價問題，因此適合對使用此方法對公交線路運行效率進行評價。

模糊綜合評價包含指標集、指標評價集、關系矩陣、權重向量、評判結果等要素，指標集合是指評價中各個評價指標所組成的集合，評價集是模糊評價中對各個指標評價的集合，關系矩陣則是指標集合中相對應評價集的隸屬度，權重向量反映了各層級中各個指標的相對重要程度，評判結果就是綜合評價后得到的最終模糊子集評價結果。

2.2 指標評價集合

評價集合是由評價對象產生的各種評價結果所組成的集合,在本文公交線路運行效率評價中以線路優化調整為目標，將評價結果分為上、中、下三個級別，組成評價集合V={v1(上),v2(中),v3(下)}。

2.3 權重向量

請10位專家和10位乘客根據權重分配調查表填寫自己認為的最合適的權重，收回全部調查表后，用加權統計的方法得出結果，結果如表2所示。

表2 權重分配統計表

注:xi為權數值；Ni為頻數；ωi為頻率。

2.4 評價指標關系矩陣

根據預先確定的評價集合V，計算出指標Xi隸屬于等級Vj(j=1,2,3)的隸屬度，組成關系矩陣。隸屬度思想是模糊數學的基本思想，為確定隸屬度首先要建立隸屬度函數，根據實踐經驗和模糊分布的偏大型、偏小型、中間型采用線性三角形函數[12]如圖2所示。

圖2 指標隸屬度函數

2.5 綜合評價結果決策

依據綜合評價方法，用各級的關系矩陣與相應的權重向量相乘，得到最終的公交線路運行效率評價向量，根據最大隸屬度原則[13]確定最終評價結果，依據表3的結果進行分析來輔助線網調整決策。

3 實例分析

在現有資料和數據的基礎上對青島西海岸新區的20條公交線路進行了評價，以31路公交為例。31路公交線路起點為薛家島樞紐站，終點為昆侖山莊北門，全長21.1 km，共有33個站點，紅線部分為公交線路與地鐵線路的重復路線，黃點為與地鐵重復的站點，如圖3所示。

首先利用青島西海岸新區真情巴士公交的GPS和公交IC卡數據及現有的公司資料得到指標值，然后根據青島西海岸新區線路評價指標分級向量及隸屬度函數計算出各指標隸屬度向量，結果如表4所示。

根據表4，將指標層權重乘以指標層評價關系矩陣，得到準則層的隸屬度矩陣Ri，得到的結果分別如下：

[0.377 0.423 0]

(9)

[0.287 5 0.116 5 0.596]

(10)

[0.16 0.24 0.6]

(11)

表4 31路公交線路隸屬度

[0.2 0.3 0.5]

(12)

將準則層的權重向量乘以準則層評價關系矩陣Ri，得出的綜合評價隸屬度向量結果如下：

R=[0.22 0.30 0.28 0.20]

[0.195 0.163 0.645]

(13)

根據最大隸屬度原則說明該條線路運行效率較差，線路布局不合理，方便性和舒適性不盡人意，運行效率較低，需要進行調整。若不考慮地鐵的因素，則得到的綜合評價隸屬度向量結果為(0.48,0.13,0.39)，說明31路公交線路運行效率比較好，線路布局較合理，但在地鐵進行規劃建設后，該線路與地鐵的線路重合率較高，站點重合率較低，這樣會導致與地鐵線路爭奪客流量，因站點重復的少與地鐵的接駁也會較差。

根據以上步驟對青島西海岸新區20條線路的運行效率進行了計算，評價結果如表5所示。

表5 20條線路的計算結果

因此可以得到各條線路的運行效率評價結果，如表6所示。

表6 運行效率評價結果

由表6可以看出在考慮了已規劃的地鐵線路后青島西海岸新區這20條線路中只有4條線路運行效率良好，無需調整，3條線路待定調整，有13條線路為差，需要進行調整優化。其中31路、東1路、東3路、24路、26路，基礎設施建設和服務質量都比較差，線路長度過長，運行效率低下，在與地鐵的協同方面線路重復率過高；東9路、25路、20路則是基礎設施建設和效益水平都比較差，運行效益較低，站點數量較多造成停車次數多，與地鐵線路重復率過高；28路、東12路、東17路、東9路服務質量和效益水平較差，周轉時間和發車間隔都較長，使乘客的等待時間長；15路公交車與地鐵的線路比較高，但站點的重復又較少，既分散了乘客又不方便接駁。

去掉地鐵的協同指數這個指標，對公交線路的基礎設施建設、服務質量和效益水平進行評價，用同樣方法進行計算，得到結果如表7所示。

表7 20條線路的計算結果

通過表6、表7對比可以發現31路、東1路由下變為了上，東3路、24路由下變為了中。通過分析，31路公交車站點重復率中等、線路重復率過高，東1路線路重復率和站點重復率都過高，而東3路則是站點重復率低線路重復率高，24路站點重復率中等、線路重復率高。這些線路在加入地鐵的指標后評價都有所下降，在與地鐵協同方面都較差，尤其在線路重合方面需要進行調整。說明地鐵的協同指數指標對地鐵運營效率的評價也會產生重要的影響。

地鐵的規劃與建設是為了滿足城市不斷增長的交通需求，其規劃必然對地面公交產生影響，從上述例子分析可以看出建設的20條已有公交線路，其中為了與軌道交通協同4條線路需要調整。公交線路本身需要不斷改進，尤其軌道交通規劃與建設完成后，一些公交線路更加需要調整線路，使公交與地鐵協調發展運營效率更加高效。

4 結論

隨著城市的快速發展，對公共交通尤其是公交車的需求越來越大，并且伴隨著地鐵的規劃建設，及時對公交車線路進行優化調整，使其與地鐵協調發展，實現公交車運行效率最優已經成為城市發展十分重要的一步。在大量數據選取與調查的基礎上，采用層次分析的方法，建立運行效率評價指標，利用模糊數學對需要調整的線路進行甄別，盡可能考慮多種影響因素并加入地鐵的影響因素，且考慮每項因素的可得性，為決策部門提供線路優化的科學依據，簡單實用，適合實際應用。