极速3D

交通技術  >> Vol. 9 No. 3 (May 2020)

公交大站快線設計方法——以桂林市為例
Design Method of Express Lines at Bus Stations—Case Study in Guilin

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作者: 劉銘哲, 李文勇, 張 凱:桂林電子科技大學建筑與交通工程學院,廣西 桂林

關鍵詞: 公交大站快線公交出行需求分析公交站點設置Bus Station Express Public Transport Demand Analysis Bus Stop Settings

摘要: 隨著中小城市經濟的快速發展和機動車的增多,部分道路已經出現了嚴重的交通擁堵情況。中小城市沒有開通大運量軌道交通的客流條件,公共交通的種類不多,人們出行方式的選擇較為單一。優先發展快速、便捷的公共交通是解決交通擁堵問題的重要手段之一,通過設計公交大站快線,發展適合中小城市的快速公交系統。本文通過描述以公交大站快線為骨干線的合理便捷公交網絡結構規劃的具體步驟,分析公交大站快線的站點和線路的設置原理和主要影響因素,用K-means聚類方法分析如何設置公交大站快線站點并描述公交大站快線線路的布設方法。通過設計公交大站快線,能夠有效地解決人們出行的問題,提升公交服務質量,緩解城市交通擁堵。
Abstract: With the rapid economic development of small and medium-sized cities and the increase of motor vehicles, serious traffic congestion has occurred on some roads. Small and medium-sized cities do not have the passenger flow conditions for large-capacity rail transit; there are not many types of public transportation; and people have a single choice of travel modes. Giving priority to the development of fast and convenient public transportation is one of the important means to solve the problem of traffic congestion. By designing the express line of large bus stations, a rapid transit system suitable for small and medium-sized cities is developed. In this paper, by describing the specific steps of planning for a reasonable rapid transit network structure with the major bus express as the backbone line, this paper analyzes the principles and main influencing factors of the stations and lines of the major bus express, and uses K-means clustering method to analyze how to set up the bus station express line station and describe the layout method of the bus station express line. By designing the express bus line, it can effectively solve the problem of people traveling, improve the quality of public transport services, and ease urban traffic congestion.

文章引用: 极速3D 劉銘哲, 李文勇, 張凱. 公交大站快線設計方法——以桂林市為例[J]. 交通技術, 2020, 9(3): 197-206.

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1. 引言

极速3D隨著我國中小城市里的私家車數量越來越多,道路交通擁堵等問題越來越嚴重,鼓勵人們出行時公交優先、提高公交利用率是解決擁堵問題的重要辦法。目前,桂林市的公交線網主要以滿足上下班、上下學通勤的出行需求為主,公交覆蓋率達不到城市發展的要求,部分公交線路的直達性和準時性較低,城市中心主要客流吸引發生點之間的直達線路不足。

國外針對大站快車,Ulusoy Y開發了一種具有成本效益的運營模型,該模型通過考慮異構需求來優化全部站點,短途和快速公交服務以及相關的發車頻率。對于具有給定站點和始發地、目的地需求的公交線路,通過考慮一組約束條件來優化客觀總成本函數,這些約束條件可確保頻率節省和足夠的容量 [1]。Cominetti R分析了通用公交網絡中用于分配乘客的Wardrop均衡模型,包括擁擠程度對乘客選擇的影響 [2]。該模型基于公共線路范例,該范例使用動態編程方法應用于通用網絡。國內針對大站快車,張宇寧提出了城市定制公交的公交站點、公交線路的規劃理論,通過與其他公共交通出行方式比較,提出了定制公交的規劃原則和思路,K-means算法應用于定制公交車站的規劃 [3]。邱果通過一種密度的聚類算法,基于乘客出行需求分布的感知,得到定制公交線路的布設條件和布設特點。基于城市常規公交IC的卡數據,提出了一種從常規公交乘客中識別潛在的定制公交乘客的方法 [4]。該方法能夠針對定制公交潛在的乘客,對其出行的起終點進行分配,并對可行的線路提出起終點的分配計劃。

极速3D公交大站快線是常規公交線路里一種新的模式,它站點少、速度快,能夠有效的滿足人們快速、便捷的出行需求,提高中小城市公交系統的運行效率,緩解城市高峰時期道路交通擁堵的問題。通過設置公交大站快線,可以使城市的公交系統形成基于主、干、次公交線路層次分明的公交網絡。本文以廣西桂林市為例,針對公交大站快線,提出它的設計方法,分析其設置原理及過程,為桂林市公交線網優化提供依據。

2. 公交大站快線概述

2.1. 公交大站快線原理

极速3D隨著中小城市范圍的不斷擴大,為了確保乘客的出行需求和運營效益,減少城市公交服務盲區,公交公司設置了一些距離較長、站點較多的常規公交線路。由于不同公交站點服務的對象不同,容易造成某些時段出現部分公交站點客流量較大而部分公交站點基本沒有乘客的現象。

在公交車輛運營過程中,如果車輛滿載率高,部分公交站點上下車乘客少,則公交車輛進出站所產生的損失遠大于獲得的效益。在這種情況下,通過設置站點少、線路長、速度快的公交線路,不僅能為城市組團間和跨區出行的人們提供快速運輸服務,也能夠有效地減少乘客總的乘車時間,提升城市公交系統的服務質量,緩解城市道路交通擁堵等問題。

2.2. 公交大站快線特征及作用

2.2.1. 公交大站快線的特征

极速3D公交大站快線在乘客、公交車輛、站點線路等服務因素方面具有區別于其他公共交通方式的特征,主要特征如下所示:

(1) 乘客方面

公交大站快線的乘客主要為出行時間和出行目的地較為相似的人群,具體有火車站或汽車站大型集聚疏散點的乘客、大型商業廣場及景區的乘客、有固定出行需求的單位員工和學生等。由于乘客的需求較為固定,方便運營者在設計大站快線公交線路時能夠對線路更加合理地規劃和調整。

(2) 公交車輛方面

极速3D公交大站快線車輛的車型要綜合考慮乘客人數量、實際運營的車輛數、線路行駛的道路條件等方面因素。由于公交大站快線速度快、站點較少,因此要考慮能承載一定容量的大型公交車 [5]。

(3) 公交站點線路方面

為了盡可能縮短乘客的步行時間,公交大站快線車站一般設置在區域內大多數乘客出行的起訖點位置,能夠合理利用城市現有的常規公交的站點。公交大站快線線路形式為確定站點位置和走向的固定線路,線路運行后也可根據乘客的出行需求,適當地調整線路。公交大站快線的停靠站點較少,可以增加公共交通服務的區域,為乘客提供更加方便高效的服務。

(4) 公交票價方面

為了更好的滿足人們的出行,鼓勵公交優先,公交大站快線的票價與常規公交線路的票價一致。

极速3D2.2.2. 公交大站快線的作用

通過分析公交大站快線在城市通勤交通系統中的作用及運營效果,可以在中小城市設置公交大站快線時,具有實際意義,其作用如下所示:

(1) 輔助常規公交線路的運營

隨著中小城市不斷的發展,城市規模不斷擴大,例如廣西桂林市等中小城市的公交客流分布特征特別明顯,有限的公交線網不能覆蓋城市的全部區域。公交大站快線作為常規公交線路的一種新的模式,能夠滿足中小城市乘客出行多樣化的需求,可以彌補常規公交線路服務空間和運力上的不足。

(2) 滿足多層次的出行需求

极速3D由于人們生活節奏的加快,乘客對出行的要求不斷提高,傳統的常規公交線路已不能滿足所有乘客的出行需求。而公交大站快線具有快速、高效、便捷、安全的特點,能夠滿足中小城市乘客的出行期望。

(3) 緩解城市道路擁堵

极速3D在我國中小城市,人們出行時選擇交通方式主要以小汽車和常規公交車為主。開通公交大站快線,這在一定程度上可以減少城市小汽車的使用,有效的節約城市道路、停車場等公共交通資源,緩解城市道路擁堵的問題 [6]。

綜上所述,公交大站快線與其他交通方式的特性比較如表1所示。

Table 1. Comparison of characteristics of various transportation modes in small and medium-sized cities

表1. 中小城市各種交通方式特性比較表

极速3D綜上所述,公交大站快線與其他交通方式在各方面存在不同程度的差異,同時也有一定的相似之處。公交大站快線站點少,票價合適且低于出租車和私家車,運行速度高于常規公交,運營規范。公交大站快線是一種能夠有效的輔助常規公交的運行、提高運行質量的交通方式。

极速3D3. 站點線路設置方法

极速3D3.1. 站點設置特征及方法

3.1.1. 站點設置特征

公交大站快線站點設置特征為:

(1) 根據中小城市現有道路網的情況,為了保證公交大站快線的客流量,最大程度的方便乘客出行,其站點一般設置在人流量較密集的區域;

(2) 為了方便疏散密集人群且滿足廣大乘客的出行需求。公交大站快線的站點應該設置在離大型活動廣場、大型景區、交通客運樞紐、商業中心等節點較近的位置;

极速3D(3) 設置的站點數量要符合公交大站快線線路本身的特征。站點的數量將影響公交大站快線的運行效率。若公交大站快線站點數量太少,線路的輻射范圍會變小且會導致車輛滿載率較低等問題。若公交大站快線站點數量過多,其線路相對于常規公交的優勢會變得不明顯。

3.1.2. 站點設置方法

极速3D公交大站快線選擇哪些公交站點停靠,站點的選擇主要滿足兩方面的條件。一方面是保證有充分的客流滿足公交大站快線的運營效益,避免停靠延誤增加所造成的損失;另一方面滿足公交公司的效益,達到綜合效益最佳 [7]。

在選擇公交大站快線站點前,要基于公交站點OD來決定哪些站停,哪些站不停。因此首先要從效益上去做分析,決定其效益高低的關鍵就是站點的數量,通過合理計算站點個數,以滿足線路運輸效益,使公交大站快線運行過程中總的延誤最低。表達式如下所示。

(1) 站點數量選擇的最大值

M N = L 1200 (3-1)

极速3D式中: ——公交大站快線的站點數量。公交大站快線的平均站距選取1200米,在滿足公交大站快線客流的同時,要注意選取站點的密集程度。

极速3D(2) 站點數量選擇的最小值

P = i = 1 s t i ( n = i + 1 s q i , n + m = 1 i 1 q m , i ) m = 1 s 1 n = m + 1 s q m , n K (3-2)

式中: P ——擬選取站點的客流量與總客流量的比值; K ——參考值,一般取0.4~0.7; s ——路段上已有常規公交站點的數量; m , n , i ——公交站點的編號; q m , n 极速3D ——公交站m至n的客流數量。公交大站快線站點數量的最小值由當地城市的公交客流水平來決定。

在確認公交大站快線站點的數量后,應根據桂林市現有的常規公交站點上下車客流分布的情況,確定設置公交大站快線主要的站點。選擇現有的公交站點作為樣本,最主要的參數是站點的上下車乘客數量,可按其參數將公交站點分為四類。

第一類:上下車乘客人數都較多的站點;

第二類:上下車總乘客人數較多且以上車乘客人數為主的站點;

极速3D第三類:上下車總乘客人數較多且以下車乘客人數為主的站點;

第四類:上下車乘客人數都較少的站點。

由上可知,最適合設置為公交大站快線站點的選項是第一類站點,反之第四類站點是最不適合設置的。因此,首先選擇第一類站點作為公交大站快線的站點。如果所有第一類站點選擇后的數量不能滿足公交大站快線站點的設置數量要求,則可將第二類和第三類站點按上下客數量的大小依次排序選擇。直到滿足公交大站快線站點的數量要求即可停止選擇。在已知常規公交站點分類及站點上下車乘客OD的基礎上,基于K-means聚類方法對中小城市公交大站快線的站點進行選擇 [8]。

首先將調查得到的常規公交客流數據輸入,將公交首末站放進公交大站快線站點集合S1中,通過修正OD量得到新的矩陣。根據新得到的矩陣計算每一個公交站點的上下客流量和總人數,根據聚類法將站點分為三大類,第一、二類是公交站點的上車客流量和下車客流量,第三類是站點集合S1。通過排列第一、二類站點組成站點集合S2。最后判斷其選擇公交站點的客流量是否達到總的客流量的40%~70%,若達到則可以確定公交大站快線站點的集合。

公交大站快線站點選擇的過程如圖1所示。

3.2. 線路布設原則及方法

3.2.1. 線路布設原則

一般在布設城市公交大站快線線路時應遵循以下設計原則與標準:

极速3D(1) 在開設公交大站快線線路前,應測量計算該線路和路段所經過的常規公交線路的日均客流量。當經過該線路和路段的常規公交日均客流量達到一定標準時,才允許布設公交大站快線,以確保公交大站快線有足夠的客流支持和較高的運輸效率;

(2) 中小城市主要的客流方向決定公交大站快線線路布設時的走向。應優先在乘客出行需求量較大的路段布設公交大站快線,以最大程度地減少乘客的平均乘車距離和平均換乘次數。由于公交大站快線的站點乘客數量較多,確保設置的公交大站快線在其負載能力內承載更多的乘客;

(3) 確保公交大站快線線路的重復系數和非直線系數均在規定范圍內。盡量避免各路段不必要的線路重復和偏差,保證乘坐公交大站快線乘客的舒適性和直達性,提高服務效率;

(4) 確保布設的公交大站快線線路的運營長度在指定范圍內。如果公交大站快線的線路過長,公交車輛周轉時間將延長且準點率下降,并且將難以調控和調度公交車輛 [9];

(5) 每個中小城市都有其發展特點和制約因素,在布設公交大站快線線路時,應結合城市現有的公交線路網絡條件和相關指標,以確保所布設的公交大站快線線路與現有的常規公交線路相協調,并符合城市可持續發展。

Figure 1极速3D. Flow chart of bus station express line station selection

圖1. 公交大站快線站點選擇流程圖

3.2.2. 線路布設方法

針對中小城市布設公交大站快線時可能帶來的優缺點,從客流分布、站點數量和發車間隔這三個方面對公交大站快線的布設進行分析 [10]。

(1) 公交大站快線客流分布

在已確定常規公交線路站點客流OD分布的前提下,選擇站點上下車乘客數的標準差作為衡量該站點客流差異的參數。如下公式所示:

var = 1 s i = 1 s ( ( n = i + 1 s p i n + m = 1 i 1 p m i ) m = 1 s 1 n = m + 1 s p m n s ) 2 (3-3)

式中: var ——站點乘客數量標準差;s——常規公交線路站點總數;m,n,i——常規公交站點的編號; p m n ——由站點m至站點n的乘客數量。

由公式可以看出,公交站點乘客數量標準差越大,該線路或路段越適合布設公交大站快線。

(2) 公交大站快線站點數量

公交大站快線相比起常規公交線路的優勢主要是速度快、站點少。如果常規公交線路的長度很短并且停靠站點較少,則公交車輛運行期間的延誤將非常短。根據部分中小城市已開通公交大站快線的運營經驗,確定擬設置的公交大站快線線路的站點數量在20個以內。

(3) 公交大站快線發車間隔

乘客的平均候車時間與公交車發車時間間隔有關。當等待公交車的時間超過乘客所能承受的等待時間時,很容易造成這部分乘客的流失。基于乘客候車時間的公交服務等級劃分表,公交大站快線的發車數量通常不超過當前常規公交發車總數的一半。

綜上所述,在布設公交大站快線的線路時,應優先考慮現有常規公交站點數量多、站點客流標準差較大和平均發車間隔短的公交線路。當公交線路或路段滿足客流分布、站點數量和發車間隔這些條件后,可以布設公交大站快線線路。

4. 方案設計

結合桂林市南北方向道路上現有的常規公交線路的站點,基于K-means聚類方法,對這些站點的上下客流進行預測比較分析后,最后確定的桂林市南北方向公交大站快線的站點有32個,站點名稱及位置如圖2所示。

Figure 2极速3D. Schematic diagram of planned stations of the express bus station

圖2. 公交大站快線規劃站點示意圖

极速3D桂林市公交大站快線線路設計方案如下所示。

(1) 規劃新增公交大站快線1

极速3D規劃說明:從桂林北站出發,途經北辰路、中山北路、環城北一路、環城西二路、民族路、中山南路、崇信路、瓦窯西路。公交運營線路全長13.8 km。

規劃站點:桂林北站→桂林北站路口→新建路口→商貿城→環城北一路→隧道北口→信義路尾→九崗嶺→桂林站→南溪醫院→瓦窯口→平山車場。

具體線路規劃方案如圖3所示。

Figure 3. Optimization and adjustment scheme of express bus 1 of the bus station

圖3. 公交大站快線1優化調整方案圖

(2) 規劃新增公交大站快線2

极速3D規劃說明:從桂林北站出發,途經北辰路、中山北路、環城北一路、環城北二路、普陀路、七星路輔路、環城南一路、環城南二路、瓦窯西路。公交運營線路全長16.4 km。

极速3D途徑站點:平山車場→旅游商品批發a區→電廠→和平村→五里店→石油六公司→三里店廣場北口→朝陽路口→東環市場→彭家嶺→虞山橋→商貿城→芳華路口→桂林北站路口。

具體線路規劃方案如圖4所示。

(3) 規劃調整公交大站快線3

規劃說明:從濱北車場出發,途經站前路、中山北路、中山中路、中山南路、崇信路、瓦窯西路、凱風路。公交運營線路全長18.7 km。

极速3D途徑站點:濱北車場→桂北客運站→桂林北站路口→芳華路口→商貿城→觀音閣→鳳北路口→十字街(中心廣場)→西城路口→桂林站→南溪醫院→瓦窯口→萬福廣場→甄皮巖路口→汽車客運南站。

具體線路規劃方案如圖5所示。

通過新增公交大站快線1、公交大站快線2連接北片區與中心片區,其中公交大站快線1經過市中心,公交大站快線2經過七星片區,兩條線路首末站相同,路線不同,方向覆蓋性較強。公交大站快線2加強了七星片區、北片區與南片區的聯系,滿足乘客出行需求。通過調整公交大站快線3增強南片區至北片區的聯系,提高公交服務效率。通過設置桂林市南北方向的公交大站快線,能夠形成桂林市南北方向的骨干線網,方便人們更加快速、便捷的出行。

Figure 4极速3D. Optimal adjustment scheme of express bus 2 of bus station

圖4极速3D. 公交大站快線2優化調整方案圖

Figure 5. Optimization and adjustment scheme of express bus 3 in bus station

圖5极速3D. 公交大站快線3優化調整方案圖

5. 結語

本文通過分析桂林市居民公交出行需求特性,為公交大站快線的規劃做支撐。其次研究了公交大站快線的設計方法,提出公交大站快線站點、線路的設置特征、原則和方法。根據前文提出的公交大站快線的設計方法,對桂林市的公交線路進行優化設計,證明了文章研究的公交大站快線設計方法可行有效。

由于每個中小城市的文化、特性不同,在設計公交大站快線時,約束條件會有很大的差異。本文沒有考慮各種特殊情況下的公交大站快線設計方法,對于復雜的中小城市公交系統的優化還有待研究。

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參考文獻

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