公交线路的布设原则与方法

(西南交通大学希望学院 四川 成都 610000；西华师范大学 四川 南充 637000)

一、公交线路的布设原则及标准

公交线路系统错综复杂，布设难度较大，会受到各种因素的影响，但是公交线路系统也必须遵守相应的原则，主要包括以下几点：

(1)沿主要客流方向开线。公交线路设线，应该保障客流量最大、出行需求最大的路段优先设立线路，这样有利于提高整个公交线路网的平均乘车距离。也就是要最大程度地满足公交乘客的出行需求，并且，以满足城市居民日常上班、上学的出行活动的需求为主，兼顾文化、生活出行活动的需求。

(2)所开线路平均客流量均不低于最低开线标准。在线路进行开设前，须估算该线路的乘客数。乘客数必须达到一定标准，才能开设线路。这样既能保证较高的公交运输效率，也能保证公交企业的经济效益。

(3)线路的长度在所规定的范围内。线路过长，车辆周转时间长，车辆准点率会下降，发车、配车均有一定的困难；线路太短，车辆周转过快，乘客数可能偏少，影响经济效益。因此，在开设公交线路时，应使线路长度在合理的范围内，建议采用建设部8-12km的标准。

(4)线路分布均匀，客流量尽可能均衡，消除公交盲区。

(5)在主要客流集散点之间，应该尽可能地选取最短距离的线路作为公交线路，方能实现该区域乘客总的出行时间或乘行距离最短，以保证公交服务质量。

(6)为使乘客总换乘次数最少，提高运输效率，应尽可能在主要客流集散点之间开辟直达公交线路。

(7)线路开设前，要考察线路的非直线系数，应按照“公共交通线路非直线系数不应大于1.4”的标准执行。

(8)线路的开设要符合城市公共交通线网状况及相关指标的要求

(9)线路重复系数。尽量避免在有过度重复线路的道路、路段上开辟新路线，建议公交线路重复系数约定为1.8—2.5。

(10)考虑公交运营部门的实际情况，公交收费标准应在乘客能接受的范围内，使运营收益尽可能大。

二、公交线路布设方法

公交线网由数条公交线路组成，在公交线路的各种不同布设方法和布设过程中，尤为重要的是公交线路首站和末站的确定，包括以下两点：1.服务区线路起终点客流需求分析；2.确定公交线路首站和末站的位置。服务区域内不同的首末站配对，可以构成不同的公交线路，运送不同的直达乘客量。在布设公交线路时，应将直达乘客量最大作为最终目标，才能使得全服务区的总换乘次数最少。本文采取“先主后次，先粗后细”的顺序布设公交线路。具体思路见图1。

图1 布设公交线路思路流程图

(一)线路可行端点对的确定

把公交线路可行端点对的确定分为可通行公交线路的道路网络确定、公交节点的选取和起迄点的选取。

1.可通行公交线路的道路网络确定。道路网是城市公共交通网络的基础，考虑道路的几何线形、路面条件和容量限制因素，所有适于公交车辆行驶的道路均可定义为公交线网的“基础路网”[2]。通常会选取主干路、次干路以及支路进行布线，对于封闭的城市快速路来说，可以选择在两侧的辅路上进行布线。

2.公交节点选取。公交线路的起终点和中间站停靠点均可看做是路网中的公交节点，以选定的起止点或中间站停靠点的节点为中心向外辐射的区域范围即为公交线网的服务范围，公交线网的服务范围直接受节点的选取所影响。

设置节点可以从以下两个方面进行探究：(1)为了提高公交系统的运营效率，尽量减少节点的设置数量；(2)为了方便乘客、减少乘客步行距离以及提高公交服务水平，尽量增加节点的数量。由此可见，在设置节点的过程中，需对运营效率和服务水平之间存在的矛盾进行均衡考虑。因此，在实际设置公交节点时，应先满足乘客步行距离的条件，再尽可能减少节点的设置数量。

3.起迄点选取。由于公交车辆始发及终到场所即为公交线路的起终点，所以公交线路的起终点应具备以下两个条件：(1)应有稳定的上、下客流；(2)有足够大的可供公交车日常维修保养、储备及车辆掉头的空间。

如何确定需要布设的公交线路起止点站，可在调查公交服务区域客流量后，再依照各交通小区的总吸引量或总发生量进行确立。其设站原则是：当交通小区的吸引量、发生量高于本小区的公交线路中间站点的运载能力时，仅依靠中间站点则不能运载该吸引量、发生量，所以本小区公交线路需要设置起止点来增加公交线路的运载能力。因此，设立公交线路起终站可以中间站的运载能力为标准。

一个中间站点的运载能力为Co=B·60/ti

(1)

式中Co—一个中间站点的运载能力(人次/高峰小时)；

B—高峰小时平均每车从中间站点搭载的乘客数(人)；

ti—高峰小时发车间隔，2—5分钟。

交通小区中间站点的总运载能力(即设站标准)为

Ci=Co×Ni

(2)

式中Ci—i交通小区中间站点的总运载能力(人次/高峰小时)；

Ni—i交通小区内的中间站点个数。

交通小区内的中间站点个数Ni可由各交通小区的出行量大小、交通小区的性质、交通小区的面积以及公交线网密度决定。

全规划区的站点个数为No=ρ·S/d

(3)

式中N0—全规划区的站点个数；

ρ—公交线网密度(km/km2)；

S—规划区面积(km2)；

d—平均站点间距(km)。

公交线网的站点在各交通区的分布不均，且由各交通区面积、出行量大小、公交线路分布的情况决定，所以在公交线路没有完全确定前，可通过预测交通区出行量大小来确定中间站点个数Ni[4]。

Ni=No·Ti·Si/T·S

(4)

式中Ti—第i个交通小区总公交发生量或吸引量；

T—全规划区公交发生量或吸引量；

Si—第i交通小区的面积；

S—全规划区面积。

若按照交通区出行量大小来确定中间站点的个数Ni的话，由于市中心商业区的公交出行量比较集中，所以市中心商业区的中间站点数可能偏大；而近郊区公交出行量比较小，则近郊区的中间站点数可能偏小。因此可能会使市中心商业区的中间站点运载能力较大，而需设置的起终站点较少；近郊区的中间站运载能力较小，而需要设置公交线路起终点。由此可见，在实际布设时，应综合考虑各小区的面积、小区性质、人口数量、出行量大小等情况来选定。

一个起终点站的运载能力[4]为Cod=60·R·r/(ti·k0)

(5)

式中Cod—一个起终点站运载能力(人次/高峰小时)；

R—公交车额定载客数，铰接车：129人，单节车：72人；

r—高峰小时满载率，取r=0.85；

ti—高峰小时发车间隔；

k0—线路上最大断面流量与起点站站前断面或终点站站后断面的流量之比，取k0=1.5—2.5。

可见，一个起终点站的运载能力为500—1200人次/高峰小时(单节车)或800—2000人次/高峰小时(铰接车)。

为满足城市内如火车站、码头风景区、居民生活小区等某些特殊地区的乘客出行需要，以方便居民的生活目标，尽管总吸引量、总发生量未达到设站标准，也可根据实际情况进行设置。

(二)最短路线布设法

选定可形成公交线路的端点对后，还须对两点之间的具体布设进行研究，一般来说，可以构成公交线路的条件为在两点间任意满足完全系数限制和最大与最小长度限制的线路，并且在该两端点对之间可以形成多条合理可行的公交线路。

两点之间的线路布设法最常用的就是用最短路线进行布设，这样可以减少乘客的乘车时间，增加社会效益。

(三)最大效益布设法

可用收敛扫描法对公交线路起终点的确定进行最优线路的选取，收敛扫描法线路搜索的基本原理为：从确定的公交线路某个起点出发，以线路效率最大为原则，向所有邻接点发展，再以此邻接点作为新的起点出发，继续向它的所有邻接点发展，最后收敛于确定的终点。

(6)

式中Ei—第i条树状分支路径的路线效率；

Li—第i条树状分支路径的长度；

LODjk—第i条树状分支路径j、k站点间所能服务的直达乘客量；

n—第i条树状分支所经站点数。

图中各分支路径代表自起点到终点的所有可能路径，选取所有满足线长等约束的分支路径中线路效率最大的一条或几条，作为可行线路的选取方案，用于公交线网的优化。

三、各层次公交线路的布设方法

(一)主干线布设

在大运量远距离运输中，公交主干线起到重要作用，有运行速度快、发车频率高、使用大运量交通工具特征，并且能够享用公交专用相位、开设公交专用通道、叉口设置公交专用进口道等特权。公交主干线布设在快速路和主干道上。

公交主干线的布设方法：

(1)根据经验或实际调查，确定主干线开线标准；

(2)按从大到小的顺序将各OD对按客流量排序，对于OD量大于主干线开线标准的起终点,考虑布设新线；

(3)取OD量最大的一对，按最短路径(所经站点最少)在起终点间布设线路；

(4)计算线路长度，若满足要求，则该线路为公交主干线层中的第一条线路；若线路太短，可留作并线；

(5)对剩下的起终点对，重复上述过程，直到剩余乘客OD量低于主干线开线标准。

至此，公交主干线层便由布设的线路组成了。

(二)次干线布设

公交次干线主要作用是承担市中心与片区中心之间的中距离出行。一般在城市主干道和次干道上布设。

公交次干线的布设方法：

(1)根据经验或实际调查，确定次干线开线标准；

(2)按从大到小的顺序对剩余OD对按客流量排序，对于OD量大于次干线开线标准的起终点，检查现有线路中是否有直达或换乘1次的线路，有则保留，否则，考虑布设新线；

(3)取OD量最大的一对，先确定起终点间的换乘点，并且在起点与换乘点之间、换乘点与终点之间按最短路径(所经站点最少)布设线路；

(4)计算各线路长度，若满足要求，则该线路为次干线层的线路；若线路太短，可留作并线；

(5)对剩下的起终点对，重复上述过程，直到剩余乘客OD量低于次干线开线标准；布设过程中，若主干线路覆盖了大部分线路，则该条线路不予保留。

(三)支线布设

设立公交支线的主要目的是填补主干线、次干线间的空白，加密线网。为了最大限度地接近居住、就业地点而布设到居住小区内部，并且在城市支路以及部分次干路、小区路上会考虑设置。

支线布设方法与次干线布设方法相比，除了换乘次数限制上有所区别，其他布设方法相同。为完善和补充整个公交网络，支线网在布线过程中应尽量减少与上一级线路重复。

按这种方法确定的公交线网，基本可以保证主干线直达，次干线和支线有一定换乘，从而保证全服务范围内换乘次数和站点数最少，客流方向基本一致。

四、最短路径的确定

(一)各指标权重值的确定

公交路径选择因素错综复杂，在确定各因素的重要程度时，采用层次分析法(Analytic Hierarchy Process)进行分析。

(二)最短路径选择算法

目前国内外对于城市公交网络的最短路问题已有一定的研究：张国伍等结合公交网络的特点，在推广Floyd算法的基础上提出了一种公交网络多条最短路径算法，该算法一次可以搜索出所有站点间的多条最短路径，但在只需选择两点间路径的情况下应用效率较低；Koncz等提出了一种公交网络静态多路径选择算法，这种算法是以换乘次数少为首要目标，以出行距离短为次要目标，但该算法不能处理2次以上的换乘情况；Qiujin Wu等利用图论中的最短路径算法求解公交网络中的多路径优化问题，但该算法易产生多条过于相似的路径。

针对这些问题，首先结合影响公交路径选择的多种因素，利用层次分析法确定权重，在此基础上设计了针对公交不同功能层次的Dijkstra最短路径选择算法。

(1)初始化，定义拟搜索路径的起点为r，终点为s；d(i)为起点r 到节点i 的权值，v(i,j)为连接i，j 路段的权值，定义已标记节点的集合为P，未标记节点的集合为T ；

(2)对所有的节点i，如果i≠r，则d(i)=∞，将i 加入未标记节点集合T ；否则，d(i)=0，将i 加入已标记节点集合P ；

(3)将所有已标记的点i 到与其直接连接的未标记的点j 的权重进行检验，令d(j)=min[d(j),d(i)+v(i,j)]；

(4)选取下一个点，从集合T 中选取d(j)中最小的一个i 值，对应点i 就被选为最短路径中的一点，将i 加入集合P ；

(5)如果所有节点均已被标记，则转入(6)；否则，转入(3)；

(6)算法结束，通过最短路径上路段反向查找统计出最短路径上站点的组合信息。

本章首先把公交线路集的产生分为可布设道路网的选取，节点的选取和起迄点的选取。接着由层次分析法确定影响公交线路路径选择的各因素的权重，并计算综合评判值，根据Dijkstra最短路径选择算法确定线路走向。最后提出了“先主后次、先粗后细、分层、分级布设”的线网布设方法。即首先由城市主干道和综合公交枢纽布设公交干线层，以此类推，确定公交次干线层，公交支线层。从而最终形成功能明确、结构合理的公交网络。