基于GIS技术的公交线网优化分析——以上海青浦为例

文/高宁波、许文波、徐兰花

1 前言

近年来，机动车保有量持续增长，城市路网中出行的交通流量逼近通行能力上限，交通拥堵现象持续加剧。为改善交通出行环境，倡导大力发展绿色低碳出行方式，缓解交通拥堵，国内外学者围绕公交线网优化基于总出行价值函数、优化评价指标体系、网络优化模型及技术方法等开展了多维度、多层次的研究，为国内城市公交线网的优化打下了坚实基础。

本文基于GIS 的空间计算和分析能力，探究适应GIS 技术的公交线网优化方法和原则，同时构建了公交线网优化评价指标体系，为公交线网优化分析和精细化管理提供支撑。

2 公共交通线网GIS 优化流程

2.1 线网优化

公交线网优化方案的产生是一个交互式的操作过程。首先，考虑居民的出行习惯、部分区域的人口分布及规划用地等情况，将不符合要求的公交线路进行合并、拆除、变更走向，使其构建成新的公交线路，最终形成满足发展要求的公交线网[1]。本文研究基于GIS 的公交线网优化分析，利用GIS 软件 MapInfo Professional和交通规划软件TransCAD 进行优化，常用的基于四个阶段的公交线网优化步骤如图1所示。

图1 基于GIS 的公交线网优化步骤

2.2 站点优化

在GIS 中，公交站点的优化布设可以在电子地图上通过下列步骤实现如图2所示。

图2 基于GIS 的公交站点优化步骤

3 公共交通线网GIS 优化方法

3.1 控制变量

从行业管理角度出发，提高公共交通的运营效率，在单位时间内为更多的乘客提供出行服务，提高公交系统收益，降低运营成本是公交线网优化的核心目标。因此，本文将能够反映公交网络运营能力的公交线路非直线系数、网络重复系数及公交乘客总出行时间作为公交线网的优化评价指标[2]。

3.1.1 非直线系数

在GIS 中，公交线路以路段的线状要素表示，路线的总长度为构成路段要素长度之和，假设构成路段的坐标序列数为N，则各公交路线长度可用以下公式进行测算：

公交线路起点站和终点站之间的直达距离测算方法为

因此，定义路线的非直线系数公式为

F=L/d

3.1.2 线网重复系数测算方法

min r=公交线路总长/公交线网总长

3.1.3 公交乘客总出行时间（乘客在车时间）

其中，T 表示公交总出行时间（h）；aij表示公交节点间的公交乘客量（人次）；Tij表示公交节点间的出行时间（小时）；n 表示交通小区个数（个）。

3.2 优化原则

3.2.1 满足乘客出行习惯

公交线路的布设应与客流走廊基本一致，首先需要满足居民日常通勤等出行活动，其次满足居民的主要休闲采购等需要；在主要客流集散点，使用公交直达布设线路，降低换乘次数[3]。

3.2.2 公交线路分布均匀

公交线路的布设要匹配城市的空间形态，消除公交线路覆盖盲区，提高城市公共交通出行的可达性，控制路线的非直线系数低于1.4。

3.2.3 多出行方式衔接

公交线网及其站点与公共自行车、轨道站点、换乘枢纽进行融合，实现公交线网与其他低碳出行方式进行无缝衔接。

4 案例分析-以上海青浦为例

4.1 公交现状

目前青浦区营运公交线路总计141 条，基于GIS 线网重叠分析得到公交线网重复系数为2.26，其中漕盈路途经公交线路数最大19 条，其次祥凝浜路途经公交线路数15 条。青浦区公交线网密度3.1km/km2，其中区内公交有39 条重点服务于青浦新城，11 条跨区公交线路提升了青浦区和松江区的公共交通出行联系强度，公交线路如下表1所示。

表1 青浦区公交线路数汇总表

青浦区公交线路中非直线系数超出1.4 的有116条，其中区内公交和村村通有99 条，占比85.3%。青浦区区内公交线路非直线系数大于3 的有6 条线路，分别为1504 路、1505 路、1513 路、1514 路、青浦8 路、青浦18路，公交线路站点平均站间距为831m，如图3所示。

图3 公交站点300～500m 覆盖范围

青浦区公交线路站点平均站间距为831m，青浦新城区公交站点500m 覆盖率为90.2%，达到《城市综合交通体系规划标准》（GB/T 51328-2018）中城市公交站点覆盖率不得小于90%的要求。

4.2 线网优化

基于上述GIS 的优化方法和步骤，调整区内公交线路走向不合理、非直线系数过大、客流率较小的6 条线路，分别为1504 路、1505 路、1513 路、1514 路、青浦8 路、青浦18 路，优化评价结果如表2所示。

表2 青浦区内公交线路优化前后指标对比

通过上表得知，在线网总体规模偏差不大情况下，通过科学合理优化线路走向，达到了提高公共交通出行效率，降低出行成本的效果。

5 结语

本文围绕公交线网优化为目的，探讨分析了GIS 在公交线网和公交站点优化中的应用流程，研究了基于GIS 的公交线网优化应用，得出了公交线网评价指标和优化原则。以此为基础，将上海市青浦区公交线网作为研究对象，基于GIS 优化技术，使公交线网优化效率和准确性得以提升，提高了公交线网评价指标计算的科学性，引导城市公共交通系统的理性发展，缓解了城市公共交通系统拥堵问题。