ＲＡＮＳｐ０ＲＴ 运ｌ输 基于行程时间可靠度分析的 公交网络优化方法 李文勇’ ，季洋玲’，伍（１．桂林电子科技大学，广西丹’，贺军杰’ 桂林５４１００４；２．广西智能交通系统高校重点实验室，广西桂林５４１Ｏｏ４） 摘要：公交网络优化一直是提高城市公交运行效率的主要途径之一。文章针对近 年来城市公交对居民出行吸引力普遍下降的问题，在满足基本约束条件的基础上，以 提高系统公交网络可靠度为目标，提出了基于出行时间可靠度的公交网络优化方法， 并以贺＇Ｊｔ、Ｉ市公交路网为例，进行优化前后路网可靠度对比，结果表明该方法能够明显 提高公交网络的可靠度。 关键词：公交网络优化；行程时间可靠度；变异系数 中图分类号：Ｕ４９１．１文献标识码：Ａ ＤＯＩ：１０．１ ３２８２／ｊ．ｃｎｋｉ．ｗｃｃｓｔ．２０１ ７．０１．０２１ 文章编号：１ ６７３—４８７４（２０１ ７）０１—００７９—０４ Ｂｕｓ Ｎｅｔｗｏｒｋ Ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ Ｍｅｔｈｏｄｓ Ｂａｓｅｄ ｏｎ Ｔｒａｖｅｌ Ｔｉｍｅ Ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ Ａｎａｌｙ— ｓｉｓ Ｒ公 枷路 ＬＩ Ｗｅｎ－ｙｏｎｇ’～，ＪＩ Ｙａｎｇ—ｌｉｎｇ’，ＷＵ Ｄａｎ’，ＨＥ Ｊｕｎ－ｊｉｅ’ （１．Ｇｕｉｌｉｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｇｕｉｌｉｎ，Ｇｕａｎｇｘｉ，５４１００４；２ Ｃｏｌｌｅｇｅ Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｏｆ Ｇｕａｎｇｘｉ Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ Ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍｓ，Ｇｕｉｌｉｎ，Ｇｕａｎｇｘｉ，５４１００４） Ａｂｓｌｔａｃｔ：Ｔｈｅ ｂｕｓ ｎｅｔｗｏｒｋ ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ｈａｓ ａｌｗａｙｓ ｂｅｅｎ ｏｎｅ ｆ ｏｍａｉｎ ｗａｙｓ ｔｏ ｉｍｐｒｏｖｅ ｔｈｅ ｅｆｉｃｉｆｅｎｃｙ ｏｆ ｕｒｂａｎ ｐｕｂｌｉｃ ｔｒａｎｓｉｔ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ．Ｒｅｇａｒｄｉｎｇ ｔｈｅ ｇｅｎｅｒａｌ ｄｅｃｌｉｎｅ ｉｎ ｔｈｅ ａｔｔａｃｔｉｒｏｎ ｏｆ ｕｒｂａｎ ｂｕｓ ｔｏ ｒｅｓｉｄｅｎｔ ｔａｖｅｌｒ ｉｎ ｒｅｃｅｎｔ ｙｅａｒｓ，ｂａｓｅｄ ｏｎ ｓａｔｉｓｆｙｉｎｇ ｔｈｅ ｂａｓｉｃ ｒｅｓｔｒａｉｎｔｓ，ａｎｄ ａｉｍｉｎｇ ｔｏ ｉｍｐｒｏｖｅ ｔｈｅ ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ ｆ ｏ作者简介 李文勇（１９７６一），教 授，硕士生导师，博士， ｓｙｓｔｅｍ ｂｕｓ ｎｅｔｗｏｒｋ，ｔｈｉｓ ａｒｔｉｃｌｅ ｐｒｏｐｏｓｅｄ ｔｈｅ ｂｕｓ ｎｅｔｗｏｒｋ ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｒａｖｅｌ ｔｉｍｅ ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ，ａｎｄ ｗｉｔｈ Ｈｅｚｈｏｕ ｂｕｓ ｎｅｔｗｏｒｋ ａｓ ｔｈｅ ｅｘａｍｐｌｅ，ｉｔ ｃｏｎｄｕｃｔｅｄ ｔｈｅ ｎｅｔｗｏｒｋ ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ ｂｅｆｏｒｅ ａｎｄ ａｆｔｅｒ ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ，ａｎｄ ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗｅｄ ｔｈａｔ ｔｈｉｓ ｍｅｔｈｏｄ ｃａｎ ｏｂｖｉｏｕｓｌｙ ｉｍ— ｐｒｏｖｅ ｔｈｅ ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｐｕｂｌｉｃ ｔｒａｎｓｉｔ ｎｅｔｗｏｒｋ． ｅｙｗｏｒｄｓ：Ｂｕｓ ｎｅｔＫｗｏｒｋ ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ；ＴｒａｖｅＩ ｔｉｍｅ ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ；Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ｏｆ ｖａｒｉａｔｉｏｎ 研究方向：交通规划与 管理、交通信息与控 制、智能交通系统； 季洋玲（１ ９９１－－），硕士 研究生，研究方向：智 能交通系统； 伍丹（１９９Ｏ一），硕士 ０引言 随着近年来机动车辆的不断增多，城市交通面临着越来越严峻的考验，因而 城市公交的优先发展成为必然。然而尽管我国公共交通的基础设施不断完善，公 交车数量规模庞大，但是城市公交对城市居民出行方式的分担率却在逐年下降。 公交的不准时性、拥挤性等缺点降低了公共交通的吸引力［．］。如何提高公交出行 对城市居民的吸引力，充分发挥公交的优势，提高居民出行效率，这就需要充分保 证居民公交出行的可靠度。近年来，国内外学者对公交交通网络可靠度进行了多 方面的研究Ｌ２］。经过大量的研究发现，公交线路的行程时间可靠性成为乘客交通 研究生，研究方向：智 能交通系统； 贺军杰（１ ９９１一），硕士 研究生，研究方向：智 能交通系统。 ２０１７年第 期总第１ １４期７９ 公路运输 方式选择的主要因素＿３ｊ。但是研究主要停留在对现 有公交路网的可靠度评价方面，很少利用可靠度进行 公交路网的优化。本文针对城市公共交通的复杂网 络特性，将传统的行程时间可靠度计算与变异系数相 结合共同确定路段的可靠度，提出了公交线路可靠度 的计算模型，在此基础上进行公交网络的优化。 １ 出行可靠度分析与计算 可靠度是指系统能够在规定的条件和规定的时 间内实现预定功能或目标的概率。公交网络可靠度 体现了整个城市公交网络的服务水平，是居民选择公 共交通出行的重要影响因素。其中，影响公交网络可 靠度的主要指标就是公交线路的行程时间可靠性。 １．１行程时间可靠性 行程时间可靠性是指公交运行车辆能够在规定 时间内到达相应公交站点的概率。但是经过调查研 究表明，公交车辆的运行时间具有明显的时间分布特 征，比如在高峰期间的运行时间明显高于其他时间， 所以本文提出线路可靠度的计算应该基于同一时段， 可表示为： Ｒｉｊ Ｐ｛Ｘ ＜ｙ） （１） 式中：Ｒ ｆ ——ｆ站点和 站点ｋ时段行程时间 可靠度； ｆｊ ——ｆ站点和ｆ站点在ｋ时段的实际 行程时间； Ｙ——乘客所能接受的行程时间或者城 市管理者设定的阀值，该数值一 般由调查分析所得。 影响两个相邻站点之间的公交车行程时间有很 多因素，比如相邻站点之间的距离、节点数等等，因 此，根据各城市发展现状，确定影响相邻站点之间公 交车行程时间的各影响因素，建立两相邻公交站点之 间行驶的公交车辆行程时间的回归函数为［４］： Ｘｆ＝卢 ０＋ １ Ｘ １＋ｐ ２Ｘ ２＋・・・＋卢 （２） 式中：卢 。 卢 卢 ——路段上的回归参数； Ｘ （Ｐ＝１，２，…，ｎ）——ｆ路段上的第Ｐ个影响 因素。 １．２可靠度系数 公交线路行程时间可靠性模型构建的基本前提 为组成路径的公交各站点之间是相互的，并且组 成的路径是相互的［５］。假设单条公交线路由 ８０ 西部交通科技 虢 个站点，ｎ一１条弧线组成，那么每经过一个弧线间隔 则相应的时间偏差便会进行累积，对公交线路的可靠 度影响越来越大，所以在计算公交线路的可靠度时， 公交线路可靠度权重由公交线路起点与其到达站点 之间的间隔数量确定，间隔数量越多，则权重系数越 大，表达式为： 一１ … ， ） ２ 式中：ａ ——公交车辆从起点。到站点 的出 行可靠度系数； １——该公交线路到达的站点编号； 凡——单条公交线路的终点编号。 因此，单条公交线路运行时间可靠度为： Ｒｆ＝∑∑ａｆＲ （４） １．３变异系数 经过大量实验研究表明，行程时间服从正态分 布，见图１。 一 彪雳期－－ ｊ：；— — — 一 ｆ一 一 一 一 ｉ ＇： ； ｔ ｌ ≮ 叶’ ■ 一一≯法 ≯＃ ；－ （２） 图１ 行程时间分布示意图 图中阴影部分面积表示所计算的可靠度。从图 １可以看出，路段行程时间为ｔ的可靠度都为０．５，但 是图（２）正态曲线的曲度较小，波动性更小，更稳定， 因而我们将变异系数带入行程可靠度指标评价。 变异系数是指反映公交站点之间行程时间分布 基于行程时间可靠度分析的公交网络优化方法／李文勇，季洋玲，伍丹，贺军杰 离散程度的指标。对于某一时段内公交站点之间行 程时间的变异系数，由该时段内所有经过该公交站点 之间车辆的行程时间的标准差除以相应的平均值 ， 计算公式如下： ＣＶｉｊ ｋ＝ （５） 式中：ＣＶ ——某一时段ｋ内路段的变异 系数； ／７，——某一时段ｋ内所有经过相邻 站点 和 间车辆数； ｔ ——某一时段ｋ内车辆在站点ｆ和 之间的行程时间； ｆ ——某一时段ｋ内所有经过相邻 站点ｆ和 的车辆的平均行程 时间。 计算得到的行程时间变异系数越大，说明该站点 间行程时间分布离散性大，不稳定，越差，反之亦然。 因而，在进行可靠度分析时，不仅要考虑可靠度 的大小，同时也要注重其可靠度的稳定性。因而，我 们规定，在进行公交线路优化时，如果被选择的公交 站间可靠度大小相差在±ａ内（ａ表示乘客在路径选 择时能够接受的两条路可靠度相差大小，数值大小经 过乘客调查确定），即优先选择变异系数较小的站问 路段。 ２基于可靠度的流量分配 国内外对交通分配的研究有很多，其中主要有图 论方法、数学规划方法及计算机技术等，通常分为平 衡模型和非平衡模型，本文采用的交通分配模型为非 平衡模型，类比最短路交通分配方法原理，我们将每 一个Ｏ—Ｄ点对应的交通量全部分配在连接该Ｏ—Ｄ 点对应的优化条件最优的线路上，其他道路上的交通 量不予分配。具体方法为： 将城市道路网络简化成一个抽象的无向图集。 以公交站点之间的不可靠度（１一Ｒ）为阻抗，生成公 交路网。选定公交起终点，依据可靠度模型结合变异 系数，选出居民出行的最优路径。进而通过最短路算 法将居民公交客流量分配到路网。 ３目标模型 在进行公共交通线网优化的过程中，需要满足公 共交通线路规划的基本约束条件。一般我们选取线 路长度、线路网密度、重复系数、非直线系数、站点覆 盖率等指标，同时基于本文提出基于公交线路可靠度 的优化模型，新增变异系数指标，对城市公交线网进 行优化，以提高整个公交系统的可靠度，见式（６）。 ∑Ｒ Ｑ Ｒ（ｆ）＝ ：『＿一 （６） ． Ｉ 式中：Ｒ（ｆ）——整个公交路网的可靠度； Ｑ ——单条公交ｋ线路服务的客流量； Ｒ ——单条公交ｋ线路的可靠度。 ４模型求解 本文模型求解过程包括： （１）寻找有效路径，以公交站点之间的不可靠度 （１一尺）为阻抗，生成公交路网。 （２）在满足可靠度和变异系数的条件下，利用最 短路径算法选出最优公交线路，验证是否满足公交线 路布设条件，满足则进行第三步，不满足则重新搜索 可行路径。利用单条可靠度计算模型计算单条可 靠度。 （３）依据居民公交（３１３出行调查，将客流量全部 分配在连接该Ｏ—Ｄ点对的优化条件最优的线路上， 其他道路上交通量不予分配。 （４）利用公交网络可靠度计算模型计算整个路网 的可靠度，并将优化前后的路网可靠度进行对比。 ５算例分析 以贺州市公交路网为例：白２００９年３月，贺州市 坚信公共汽车有限公司正式投入贺州市城区公共汽 车营运以来，贺州市公交年客流量总体呈稳步增长的 趋势。从２０１ ０年的１ １８０万人次，增长到２０１ ４年的 １ ３１０７５人次，平均年增长率为２．７５％。贺州市现有 公交线路１ ４条，各线路公交客流量参差不齐，客流量 较大的线路依次为：１路、２路、３路、５路、６路、７路； 客流量比较少的线路有８路、１ ３路、１ ４路。综合基本 ２０１７年第１期总第１ ４期 ８１ 公路运输 公交线路约束条件，以线路２路、８路、１１路为例，进 行优化。 线路２建议首末站不变，取消南环路和建设路 （南环路一光明路）段，改行光明大道。 线路８建议首末站不变，但取消新兴南路、南环 路、光明大道段，直接由八达路、光明大道连接至芳 林路。 线路１１建议首末站不变，取消南环路与光明大 道段，改行八达路＋光明大道。 为贺州市公交路网的优化提供参考。 ６结语 在城市复杂公交网络中，公交网络的行程时间可 靠度直接反映了公交网的运营状态和服务水平，是影 响公共交通竞争力的一个重要因素。本文从公交线 路运行可靠度的角度出发，提出了公交网络可靠度优 化方法。贺州现状公交路网优化结果分析表明，该优 贺州公交路网现状及优化后情况对比见表１。 表１ 贺州公交路网现状及优化对比表 序号 线路起 现状服务 优化后服务 现状可优化后 终点 流量（万人次）流量（万人次） 靠度可靠度 化方法对公交网络可靠度有着明显的优化效果。囝 参考文献 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