考虑轨道交通规划的城市公交线路运行效率评价

孔 雪, 任传祥*, 高 歌, 郇宜君

(1.山东科技大学交通学院，青岛 266590；2.莱芜技师学院，济南 250000)

随着中国经济的快速发展，城镇化也进入快速发展的时期，城市交通问题也随之日益严重，而公共交通是城市的重要交通设施，可以满足城市大多数普通居民的出行需求，因此优先发展公共交通成为解决城市交通问题的最佳方式。针对公交系统存在的线路不合理、准点率低等一系列问题，以及规划新建轨道交通后对公交线路的影响，如何提高公交系统规划管理水平也是当前的一个研究重点。而进行公交系统管理就要对公交线路的运行效率进行评价，运行效率是指公交线路在整个公交线路网中的运行效率水平，即公交线路在客运量、线路规划、服务质量、运营时间等方面的综合评价。通过评估找出影响公交线路运行效率的主要因素，并对运行效率低的公交线路进行调整，这将有利于改善整个公交系统的服务水平。

目前，关于公交线路网管理与评价的研究已经日益成熟[1-4]，许多学者对城市公交评价方法做了大量的研究，有采用模糊综合评价、层次分析法、数据包络分析方法、主成分分析法及灰色聚类评价法等方法对城市公交系统进行评价。谭英嘉等[5]利用AHP方法构建城市常规公交线路网评价指标体系。吴瑶等[6]对西安、宝鸡和咸阳3个城市的公共交通进行了适应性评价，论证了其模型的可靠性和适用性。季珏等[7]以北京市城六区为例，采用数据包络分析法探讨了城市交通综合效率评价方法。聂伟等[8]提出了一种基于DEA和灰色关联分析的区域公路网综合评价方法。针对轨道交通沿线的常规公交，姜毅等[9]利用灰色关联分析的方法进行了评价。

城市公交线路的运行效率影响着公交企业的效益，公共资源的配置，以及人们的日常出行。对公交线路运行效率进行评价可以甄别需要优化和调整的线路，并根据评价结果制定线路调整方案。特别是当前城市轨道交通的规划和建设正在中国许多城市迅速展开，例如青岛、济南、西安等城市。轨道交通的规划和建设势必对公交线路的运行产生影响，已有的公交线路运行效率评价并未考虑这一因素产生的影响，然而这对地面常规公交和轨道交通快速发展的城市来说，考虑轨道交通的规划和建设对公交线路运行效率的影响，进而更好的优化公交线路成为许多城市公共交通快速发展过程中亟待解决的一个问题。因此，根据城市公交线网的自身特点，考虑轨道交通的规划对公交线路的影响，建立城市公交线网运行效率评价体系，基于模糊理论研究评价方法，并以青岛西海岸新区公交线路和轨道交通规划为例对评价体系和模型进行验证。

1 公交线路运行效率评价指标体系

1.1 运行效率评价指标

城市公交线路的评价指标体系应该可以独立反映线网规划中某些具体的特征,并与公交线路的目标相联系。每一评价指标应该具有可测量性，或可以通过定量法获得，或可以用定性分级比较的方法获得[10]。公交线路运行效率评价的目的是为公交线路的调整提供指导，因此要考虑到城市公交线路复杂、公交站点间隔远、公交客流量大等特点。而目前中国许多城市都在规划建设轨道交通，尤其是地铁，需考虑其对公交线路运行效率的重要影响。

根据层次分析法，评价体系通常分为3层：目标层、准则层和指标层。目标层表示评价的最终目的，将公交线路的运行效率评价为最终目标；准则层由一系列指数构成，特别是本文用公交线路与地铁的协同指数来表示地铁对公交线路运行效率的影响，因此准则层的指数包括：基础设施建设指数、服务质量指数、效益水平指数,与地铁的协同指数；指标层为评价需要考虑的具体因素。整个公交线路运行效率评价指标体系如图1所示，具体的评价体系指数及相关因素如下。

图1 公交线路运行效率评价指标体系

1.1.1 基础设施建设指数A1

(1)线路长度A11

线路长度反映了公交线路布设的长短，线路过长或过短都不利于公交公司调度。线路过短，会浪费资源，车辆和驾驶员都无法充分利用；线路过长，会增加驾驶员劳动强度，车辆周转慢，无法保证运营效率。

(2)平均站距A12

平均站距反映了公交站场建设情况，是指线路长度与站点数的比值，公交车的平均站距影响城市车辆的行驶速度。

计算公式：

A12=L/Y

(1)

式(1)中：L为公交线路长度;Y为线路站点数量。

1.1.2 服务质量指数A2

(1)周转时间A21

周转时间反映了城市公交车辆的运营情况，是指运营车辆在营业线路上开始时间与结束时间的时间间隔。

计算公式：

A21=Z0/Z

(2)

式(2)中:Z0为运营车辆的周转时间之和；Z为公交车辆数。

(2)运行速度A22

运行速度反映了城市公交系统的敏捷性和运行能力，是指公交车运行线路行程与运行时间的比值。

计算公式：

A22=L/T

(3)

式(3)中：L为公交线路长度；T为公交运行时间。

(3)平均发车间隔A23

平均发车间隔反映了乘客的候车时间长度，是指公交线路中相邻两辆营运车辆发车的平均间隔时间。

计算公式：

A23=G/K

(4)

式(4)中：G为营运时间;K为总发车班次。

(4)票价

票价是指公交车线路中乘客所需支付的金额，会直接影响该公交线路对城市居民的吸引力。

1.1.3 效益水平指数A3

(1)100车公里效益A31

100车公里成本反映了公交公司的企业效益，是指公交车辆平均每行驶100 km所产生的营运额。

计算公式：

A31=H/100

(5)

式(5)中：H为公交车辆的总营运额。

(2)公交车工作时间A32

车公里客运量反映了公交线路载客的营运效益，是指平均每辆公交车的运营时间。

计算公式：

A32=P/S

(6)

式(6)中：P为该线路一天内公交车的总工作时间；S为该线路一天内工作的车辆数。

1.1.4 与地铁的协同指数A4

(1)线路重复率A41

线路重复率反映了公交线路与地铁线路的重复率，重复率过高会分散客流量，造成资源的浪费，为线路重复的长度与公交线路总长度的比值。

计算公式：

A41=l/L

(7)

式(7)中：l为线路重复的长度，是指在一定的交通直接吸引范围内；与地铁线路基本平行或重合的公交线路长度；L为公交线路长度。

(2)站点重复率A42

站点重复率反映了公交站点与地铁的接驳情况，说明该条线路与地铁线路的联系，是指站点的重复数与该条公交线路站点总数的比值。

计算公式：

A42=y/Y

(8)

式(8)中：y为站点的重复数，是指在一定的交通直接吸引范围内，公交站点与地铁站点相同的数目，Y为线路站点数量。

1.2 指标分级标准

指标层的每个指标结果通过指标分级标准和隶属度函数确定，因此为使结果可靠要获得准确的具体的数值。青岛西海岸新区是一个发展战略新区，是青岛市将重点打造的经济新区，城市正在飞速发展建设中，通过GPS多源数据分析得到青岛西海岸新区城市公交线路的真实数据，经过计算得到每个指标的上下限及累计频率曲线的15%、50%及85%分位数值，参考城市规范得到各评价指标的综合分级标准向量，结果如表1所示。

表1 指标分级标准

2 公交线路运行效率评价方法

2.1 模糊综合评价

模糊综合评价是从多个因素对事物进行模糊关系的合成最终得到综合评判结果的一种评价方法。模糊综合评价方法具有较强的适用性，既可以评价主观因素又可以评价客观因素，并且可以与层次分析法进行结合，将多因素根据其自身特点划分不同层级，建立多层次的评价指标体系，解决复杂的评价问题，因此适合对使用此方法对公交线路运行效率进行评价。

模糊综合评价包含指标集、指标评价集、关系矩阵、权重向量、评判结果等要素，指标集合是指评价中各个评价指标所组成的集合，评价集是模糊评价中对各个指标评价的集合，关系矩阵则是指标集合中相对应评价集的隶属度，权重向量反映了各层级中各个指标的相对重要程度，评判结果就是综合评价后得到的最终模糊子集评价结果。

2.2 指标评价集合

评价集合是由评价对象产生的各种评价结果所组成的集合,在本文公交线路运行效率评价中以线路优化调整为目标，将评价结果分为上、中、下三个级别，组成评价集合V={v1(上),v2(中),v3(下)}。

2.3 权重向量

请10位专家和10位乘客根据权重分配调查表填写自己认为的最合适的权重，收回全部调查表后，用加权统计的方法得出结果，结果如表2所示。

表2 权重分配统计表

注:xi为权数值；Ni为频数；ωi为频率。

2.4 评价指标关系矩阵

根据预先确定的评价集合V，计算出指标Xi隶属于等级Vj(j=1,2,3)的隶属度，组成关系矩阵。隶属度思想是模糊数学的基本思想，为确定隶属度首先要建立隶属度函数，根据实践经验和模糊分布的偏大型、偏小型、中间型采用线性三角形函数[12]如图2所示。

图2 指标隶属度函数

2.5 综合评价结果决策

依据综合评价方法，用各级的关系矩阵与相应的权重向量相乘，得到最终的公交线路运行效率评价向量，根据最大隶属度原则[13]确定最终评价结果，依据表3的结果进行分析来辅助线网调整决策。

3 实例分析

在现有资料和数据的基础上对青岛西海岸新区的20条公交线路进行了评价，以31路公交为例。31路公交线路起点为薛家岛枢纽站，终点为昆仑山庄北门，全长21.1 km，共有33个站点，红线部分为公交线路与地铁线路的重复路线，黄点为与地铁重复的站点，如图3所示。

首先利用青岛西海岸新区真情巴士公交的GPS和公交IC卡数据及现有的公司资料得到指标值，然后根据青岛西海岸新区线路评价指标分级向量及隶属度函数计算出各指标隶属度向量，结果如表4所示。

根据表4，将指标层权重乘以指标层评价关系矩阵，得到准则层的隶属度矩阵Ri，得到的结果分别如下：

[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路公交线路隶属度

[0.2 0.3 0.5]

(12)

将准则层的权重向量乘以准则层评价关系矩阵Ri，得出的综合评价隶属度向量结果如下：

R=[0.22 0.30 0.28 0.20]

[0.195 0.163 0.645]

(13)

根据最大隶属度原则说明该条线路运行效率较差，线路布局不合理，方便性和舒适性不尽人意，运行效率较低，需要进行调整。若不考虑地铁的因素，则得到的综合评价隶属度向量结果为(0.48,0.13,0.39)，说明31路公交线路运行效率比较好，线路布局较合理，但在地铁进行规划建设后，该线路与地铁的线路重合率较高，站点重合率较低，这样会导致与地铁线路争夺客流量，因站点重复的少与地铁的接驳也会较差。

根据以上步骤对青岛西海岸新区20条线路的运行效率进行了计算，评价结果如表5所示。

表5 20条线路的计算结果

因此可以得到各条线路的运行效率评价结果，如表6所示。

表6 运行效率评价结果

由表6可以看出在考虑了已规划的地铁线路后青岛西海岸新区这20条线路中只有4条线路运行效率良好，无需调整，3条线路待定调整，有13条线路为差，需要进行调整优化。其中31路、东1路、东3路、24路、26路，基础设施建设和服务质量都比较差，线路长度过长，运行效率低下，在与地铁的协同方面线路重复率过高；东9路、25路、20路则是基础设施建设和效益水平都比较差，运行效益较低，站点数量较多造成停车次数多，与地铁线路重复率过高；28路、东12路、东17路、东9路服务质量和效益水平较差，周转时间和发车间隔都较长，使乘客的等待时间长；15路公交车与地铁的线路比较高，但站点的重复又较少，既分散了乘客又不方便接驳。

去掉地铁的协同指数这个指标，对公交线路的基础设施建设、服务质量和效益水平进行评价，用同样方法进行计算，得到结果如表7所示。

表7 20条线路的计算结果

通过表6、表7对比可以发现31路、东1路由下变为了上，东3路、24路由下变为了中。通过分析，31路公交车站点重复率中等、线路重复率过高，东1路线路重复率和站点重复率都过高，而东3路则是站点重复率低线路重复率高，24路站点重复率中等、线路重复率高。这些线路在加入地铁的指标后评价都有所下降，在与地铁协同方面都较差，尤其在线路重合方面需要进行调整。说明地铁的协同指数指标对地铁运营效率的评价也会产生重要的影响。

地铁的规划与建设是为了满足城市不断增长的交通需求，其规划必然对地面公交产生影响，从上述例子分析可以看出建设的20条已有公交线路，其中为了与轨道交通协同4条线路需要调整。公交线路本身需要不断改进，尤其轨道交通规划与建设完成后，一些公交线路更加需要调整线路，使公交与地铁协调发展运营效率更加高效。

4 结论

随着城市的快速发展，对公共交通尤其是公交车的需求越来越大，并且伴随着地铁的规划建设，及时对公交车线路进行优化调整，使其与地铁协调发展，实现公交车运行效率最优已经成为城市发展十分重要的一步。在大量数据选取与调查的基础上，采用层次分析的方法，建立运行效率评价指标，利用模糊数学对需要调整的线路进行甄别，尽可能考虑多种影响因素并加入地铁的影响因素，且考虑每项因素的可得性，为决策部门提供线路优化的科学依据，简单实用，适合实际应用。