城市BRT站点选址问题的研究

杨玉艳 崔袁丁

摘要：BRT作为中运量城市公共交通方式，具有投资小、建设周期短、运营成本低、运营方式灵活等特点。BRT车站的选址方案对工程方案的投资、建设、后期运营都具有重要影响。基于此，本文首先对BRT车站选址方案的影响因素进行分析，从中提取评价指标。依据各评价指标的特点与相互间的逻辑关系特点，引入了基于贝叶斯网络的综合评价方法。对选址方案评价指标体系进行构建，并将其转换为贝叶斯网络，并通过基于贝叶斯网络的评价计算方法，逐级计算得到最终评价结果。最后通过算例验证评价方法可行性。研究表明：本文所提方法可行、有效。所获得评价结果不但可以作为BRT选址方案的编制与改进案的指导

关键词：BRT;快速公交;选址;贝叶斯网络;先验概率

中图分类号： U491.17      文献标志码：A

0引言

城市汽车拥有量的飞速增长，使道路占用率大幅提高，造成道路拥堵现象日趋严重，进而导致车速下降、污染增加、居民出行体验度差。因此，大力发展公共交通，是保证出行效率、缓解出行拥堵的关键。BRT（Bus Rapid Transit）是城市快速公交系统的简称，其作为公交运输方式，其具运量介于现代有轨电车和常规公交之间的中小运量交通运营方式。BRT通常使用专用车道、高承载车道、快速车道路作为其运输条件，采用绝对独立路权与相对独立路权、“公交优先”的运营方式。相较城市地铁，BRT具有建设投资小、建设周期短、运营成本低、运营方式灵活等特点。BRT站点位置的设置对于整个工程项目的投资、建设、后期运营都具有重要影响，对于BRT线路所在区域带来的经济效益与社会效益也影响显著。

近年来，国内外学者针对BRT选址与运营方式做出了一定的研究，在既有研究中，文献[1]认为BRT系统的站距的优化程度，是影响BRT运输方式的重要因素，文献以单程运输效率最大为目标，以站距极值和车辆容量为约束，对站点布局进行优化。文献[2]运用排队论（M/M/N）方法对BRT车站停车位所需数量进行建模并计算。文献[3]认为在公交停靠站不能满足公交车辆的停靠需求时，会出现的排队现象，排队队列长度对途径路段与交叉口通行能力造成消极影响，认为增加独立路权的快速公交可以大大提升公交出行效率。文献[4]使用模糊综合评价的方法对BRT换乘站选址问题进行了分析。文献[5]分析了BRT站点位置对站点停靠方式及交通组织的影响。

本文将在对BRT选址方案影响因素分析的基础上，以贝叶斯网络方法为依托，对选址方案的编制质量进行合理评价，提出一种新的评价方法，并以算例验证方法的可行性。

1 BRT站点选址问题评价指标分析

对于BRT站点选址问题评价指标的分析可分别从几下几个方面进行：

1.1建设可行性

（1）工程技术方案可行性

本指标反映现有工程技术是否能够适合选址方案。其中包括工程方案可行性与施工工程技术可行性。

工程方案可行性，BRT车站选址时需要考虑车站以及车站所在沿线区域的地质条件、线路条件等因素对选址的影响，還应考虑相关工程施工技术的可行性。在规划选址过程中，应根据现场勘测实际情况，确定选址的工程范围，对工程施工的地点及所规划区域环境，进行科学的计算核准，并科学准确的计算工程量。该指标还体现了所涉及的工程技术难点与建设企业所承担的工程风险，以及选址方案是否可以满足选址位置的条件需要。

施工工程技术可行性，在规划选址过程中，应根据现场勘测实际情况，确定选址的工程范围，对工程施工的地点及所规划区域环境，进行科学的计算核准，并科学准确的计算工程量。该指标反映了未来施工过程中，车站位置对施工技术要求的影响。

与相关政策法规的相符性

（2）经济投资可行性

经济投资通常包括征地拆迁费、建设费以及其他相关费用，在满足建设要求的情况下，认为其数值越小越好，越有利于后期运营中收回成本。

（3）与相关政策法规标准的相符性

这一指标主要包括以下三个方面：

与国家标准、地方标准的相符性，BRT选址方案必须遵循相应的国家标准、地方标准，国家标准是工程领域专家经过长期实践总结的，具有代表性和普遍性的国家标准，在指定选址方案时应以此为依据。

与相关法律的相符性，选址方案还必须遵循国家立法机关制定的，对公共运输安全的强制性规定和约束。方案参照法律以做到有理有据。

与选址地相关政策的相符性，选址地相关政策往往依据地方特点对选址要求进行了规定。选址方案应充分考虑选址地当地相关政策，以政策为指导进行方案设计。

（4）与城市长远规划的兼容性

选址方案所确定的选址位置，不但要与城市的近期规划相符，还应与与城市长远规划相符。这对于合理利用城市有限的资源、有效整合和配置和土地、完善城市交通网络、有计划地实现站点建设范围内经济、社会、环境效益的发展都至关重要。

1.2乘客乘坐便捷性

（1）车站换乘便捷性

与其他公交方式的换乘效率

作为城市公共系统的一种运营方式，BRT与常规公交之间的合理换乘是关乎城市公交一体化建设，提高乘坐体验的重要环节。通常BRT与常规公交利用BRT车站进行同站台或同站不同站台换乘，这一指标反映选址方案对两者在达到时间与空间上换乘的融合的协调性。

与出租车的换乘效率，以BRT车站位置为中心的客流具有辐射特性，为方便集散客流，选址方案应考虑出租车泊车待客点的位置与车站的距离客流流线的影响，避免车站建成后由于换乘出租车造成的拥堵。

（2）车站运能合理程度。车站运能是指车站对旅客的运输能力，运能匹配度可以有效衡量城市交通站点或枢纽中对于旅客的集散与协调能力，能够反映出乘客对车站的利用效率。将该指标分为高峰时间段与平峰时间段分别进行考虑。

高峰时间段车站运能匹配程度，该指标反应选址方案对高峰时间段内客运能力的匹配程度，优良的选址方案会很好的匹配高峰时间的客流，反之则这说明两者之间的协调性需要进一步完善。

平峰时间段车站运能匹配程度，与高峰时间段车站运能匹配程度类似，该指标反应选址方案对平峰时间段内客运能力的匹配程度。

（3）相邻车站间距。相邻车站的站间距离对于吸引客流，和站间运行时间有直接影响。质量高的选址方案，站间距离适中，可以更好地吸引客流量，又不会经常停车，导致乘客体验感下降。

（4）乘客集中地点平均到离站时间。在选址方案中应考虑乘客从区域内乘客集中地点到达车站的旅行时间，乘客的平均到站、离站时间均随着车站周边客流分布的中心与站点之间间距成正比例关系。此指标反应车站设置地点与乘客集中区的距离，合理的选址方案距离适当，乘客到站离站时间均匀，有利于提高车站使用效率。

1.3车站舒适性

（1）车站拥挤程度。车站内乘客数量越高，车站拥挤程度越高，除增加排队时长外，还会对乘客心理舒适度造成一定的影响。在进行选址方案的制定时应考虑可能造成站内拥堵的原因，对车站的位置与到达车站的路径加以考虑。

（2）车站站内与站外环境。车站站内与站外环境的优良程度关乎乘客乘坐体验的最直接感受。选址位置与车站内部空间的大小息息相关，对于吸引客流具有重要意义。此外，车站选址位置还应充分考虑与站外环境的相协调，高质量的选址方案应具有既不显突兀，又能具备良好的环境亲和力的特点。

1.4运营方式的合理性

该指标反映在BRT站点选址过程中必须充分结合实地情况与规划交通组织情况，尽量减少车站对车站所在路段及站点附近道路交通组织的影响，该指标还反映车站建成后对运营的影响。

（1）建设中的影响程度。BRT的建设属于封闭施工，会对区域交通造成一定的影响，在选址规划阶段，应对建设影响范围，影响时间等因素加以考虑。通常来说，高质量的选址方案在建设阶段对区域其他交通方式所造成的影响与低质量的选址方案相比较小。

（2）使用中的影响程度。BRT线路在空间上与其他交通流会产生交织，在投入使用中，会面对临近车道机动车或非机动车的横向干扰与信号管制措施的纵向干扰，这对BRT车站的启停动作会造成一定的影响延误，从而也会造成一定的运行时间延误。为在选址过程中，就需要对此类因素加以考虑，在选址过程中对受横纵向干扰密集的区域进行合理规避，以便在建成后的运行中降低干扰影响。

（3）运营养护的便捷性。在选址过程中，需要考虑选址位置对后期养护的影响。车站位置应有利于建成养护作业，当发生。

1.5乘坐经济性

乘客乘坐的经济性。主要反应在平均出行成本上，对于乘客而言，出行成本是选择出行方式的重要影响因素，车站位置对于票价的确定也具有一定的影响，位置合理的选址方案，有利于节约乘客出行成本，从而吸引客流，提高乘客的选择BRT出行的概率。

2贝叶斯网络方法在BRT选址方案中的应用

贝叶斯网络（Bayesian network）是一种表示概率的有向无环图模型，从1988年被提出后，已广泛应用于统计分析、装备故障诊断等诸多方面。贝叶斯网络是由节点、有向弧和条件概率分布组成的有向非循环网络，常用图形的方法来表示不同指标[8]。介于贝叶斯网络的相关特点，其可以应用于对BRT选址方案的评价中。

2.1贝叶斯网络的基本原理与网络构建

贝叶斯网络是一个概率网络，贝叶斯网络有三种常见概率，即先验概率、后验概率、联合概率。其中先验概率一般分为两类，一是在未取得历史资料的情况下，凭借主观经验判断出的概率值;另一种则是通过已存在的历史资料推测出的事件发生的概率。后验概率是指在已知事件A发生的情况下，B事件发生的概率，即称为后验概率。联合概率是指两个事件A，B相交的概率，即。

贝叶斯网络的构建方法：首先建立评价指标事件的树型结构，然后将其转化为贝葉斯络拓扑结构图，最终形成了包括条件概率表的评价事件的贝叶斯网络图。利用这种方法将树型结构转换为贝叶斯网络，可以直观的展现各评价指标的层次性与特征，也展现出来指标间的相应逻辑关系。

2.2评价指标体系向贝叶斯网络转换的映射方法

多层次评价指标体系是一种典型的树形结构：指标树，树结构中将评价的总目标作为顶层指标，将各层次的评价指标分别作为中间层指标和底层指标。由于各评价指标之间存在分支、隶属关系与逻辑联系，因此可以用倒立树逻辑因果关系图将其表示出来。

依次对各基层指标赋予先验概率值，进而对整个指标系统进行分析计算。对于指标树中指标因素用表示，对应，分别表示该指标因素的状态（发生，不发生）。指标因素之间的相互关系是通过逻辑与门（AND），或门（OR）等逻辑门表示的，贝叶斯网络各节点与评价指标、连接方式及“与门”、“或门”逻辑门相对应[8]，其映射关系如下所示：

（1）“与门”关系映射图

使用贝叶斯网络表达信息树的基本关系。

与门关系如图2：

;

;              （1）

或门关系如图1：

;

;           （2）

将上文中提出的各项评价指标进行分类，按顶层指标，中间指标与底层指标三类分别列出，如表1所示。

将表1各指标按指标间的“与门”、“或门”关系构建BRT选址方案评价指标信息树，如图3所示。

根据上述使用贝叶斯网络表达信息树的基本方法，将图3评价指标信息树转化为图4 BRT选址方案评价体系的贝叶斯网络。

2.3基于贝叶斯网络的综合评价方法

2.3.1评价等级与构建评价矩阵

首先将评价语言集定为：四个评价等级。其中认为当为很好：当为较好;当为中等;当属于差。

使用专家评价法，充分利用了专家的经验做出评价，最终计算得出综合结论。首先使用专家评价法对基层评价指标进行打分评价，分数为1-9分中的一个分数，然后依据分数集合确定基层指标的先验概率，此过程中单个基层指标与多个基层指标组成的中间指标的先验概率确定方法有所不同，具体如下：

（1）对于前者，个专家对该单个指标进行评价，得到评分向量其先验概率值应为：

（2）对于后者作为中间指标有个基层指标构成，首先得到个专家对各基层指标的评分矩阵如下：

在这个评分矩阵中，代表专家对指标的打分，该中间因素先验概率计算如下：

令                                             （5）

可以得到先验概率向量：

通过公式（8）得出组成的向量即为所需先验概率。

3.3.2关于贝叶斯网络逻辑关系的计算

由于贝叶斯网络的结构为倒立树逻辑因果关系，所以应该逐级向上进行计算，最终达到顶指标的评价。将评价指标体系转换为贝叶斯网络后，可以发现网络中存在两种关系，即“与”、“或”，其先验概率计算如式 所示。

（1）与门结构中先验概率的计算公式：

（7）

（2）或门结构中先验概率的计算公式：

（8）

将计算出的顶层指标的，并将结果与评价集比较得出评价结果。

4.算例分析

以某城市BRT车站选址方案为例，将两个选址规划方案A、B分别使用基于贝叶斯网络的综合评价方法进行评价，具体步骤如下。

4.1先验概率的计算

根据前文所介绍的计算先验概率的方法，首先由专家打分得到各评价指标的评分矩阵，    以评价指标乘坐经济性E、5位专家，即n=5为例，评分矩阵为：，然后按式（3）计算其先验概率为：，同理可计算出：，，，，，，。以与相关政策法规的相符性A3为例，评分矩阵如式（9） 所示。

按式（4）～（6）可计算得到：

由于指标、、之间是“与”门关系，因此可根据式（7）计算指标先验概率为：

同理，可依次计算指标、 、、、、、的先验概率得：、、、、、、，汇总如表2所示。

根据表 2所示先验概率，按式 （8） 分别计算顶层评价指标的先验概率如下：

对方案B进行综合评价，按上述方法可得各评价指标的初始先验概率如表3所示。

顶层评价指标的先验概率计算如下：

由于，故选址方案B的质量优于选址方案A。

5.总结

本文通过对BRT车站选址方案的特点进行分析，提取关乎影响选址方案质量的评价指标，并以此构建指标体系并将其转化为贝叶斯网络，通过对其计算得到BRT选址方案评价结果。最后通过算例进行验证，得到以下结论：

（1）BRT公共交通是的重要组成部分，作为中运量交通工具，具有很好的发展前景。车站选址方案的优良，直接影响BRT投入使用后的经济效益与社会效益，所以应对其选址方案的质量展开评价。

（2）依据BRT选址方案评价指标具有层次化的特点，对各评价指标进行分析，并建立了层次化的评价体系，可以使评价过程更加清晰化，条理化。

（3）本文提出的基于贝叶斯网络的综合评价方法对BRT选址方案的评价是可行的、有效的，所获得评价结果不但可以作为BRT选址方案的编制与改进案的指导，还可以作为BRT运营公司或相关业主单位进行决策的依据。

需要指出的是，由于本文只考虑了对BRT选址方案评价指标的定性化分析，未细化具体指标的定量化研究，在今后的研究中可加以考虑。

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作者信息：

杨玉艳1      崔袁丁1，2

1.中国市政工程西北设计研究院有限公司730000

2.兰州交通大学交通运输学院730070

作者简介：杨玉艳，女，19870826，汉族，甘肃白银，硕士，工程师，研究方向交通运输规划与管理。