基于GIS的公交线路优化分析

焦明连 贾艳红 陈海燕

(1淮海工学院测绘工程学院，连云港 222005)(2连云港市勘察测绘院有限公司，连云港 222001)

基于GIS的公交线路优化分析

焦明连1贾艳红1陈海燕2

(1淮海工学院测绘工程学院，连云港 222005)
(2连云港市勘察测绘院有限公司，连云港 222001)

摘 要:针对公交线路规划设计的特点与目标，以实地采集数据及地图数据为基础，利用GIS空间分析中的缓冲区分析、叠置分析及网络分析功能，以江苏省连云港市新浦区某实验区为例，对研究区域的公交站点辐射范围、区域交通设施完备度、区域交通便捷度和区域交通道路通达性指标进行了分析.并结合空间信息叠置原理，以沟通淮海工学院苍梧校区与通灌校区的公交线路为例，以路线长短和乘客数量为权重进行网络分析，并结合研究区公交站点辐射范围、区域交通设施完备度、区域交通便捷度和区域交通道路通达性分析结果，对现有公交线路优化问题进行了分析.明确了目前公共交通存在的若干问题，为进一步实施公交线网优化方案及提高公交运行效率提供参考.研究表明，GIS技术对于解决城市公共交通线路优化和分析问题具有重要作用.

关键词:公交线路;优化;GIS技术;空间分析

城市公共交通作为城市的重要组成部分，如何做到对其进行有效、合理的管理，使公交运管系统畅通，方便市民出行，对于每个城市来说都至关重要.近年来，随着我国优先发展公共交通政策的提出，不少新方法在公交线路优化上得到应用.王炜等［1］提出以直达客流量最大为目标的公交网络逐条布设方法;胡启洲等［2］建立了四维消耗的公交网络优化模型.目前以研究公交线网优化为主建立了不少数学模型，而大多属于理论研究，部分模型难以求解，数据采集困难［3-6］.对此，从应用角度考虑，利用GIS技术，以连云港新浦区为例开展了公交线路优化研究.结合实地调查及地图采集的公交线路数据，对城市公交路线的合理规划提出一种优化分析方法，以便为城市公交科学发展和线路优化提供辅助决策支持.

1 研究内容、方法和技术路线

1.1 连云港公交线网概况

连云港市区包括海州区、新浦区、连云区、国家级经济技术开发区.现有公交站点在整个市区范围内大致均匀分布，市政府所在地新浦区公交线路最为发达，成为沟通其他各区的交通枢纽.另外，城市周边人口流量较小，公交站点分布较为稀疏，而城市中心繁华地段人口流量较大，公交站点分布比较密集.因此，整体上公交站点布局基本符合区域人口分布格局.

在连云港市区内，公交线路分为仅限于某个区内的公交和跨区环城公交2种线路.目前，仅限于某个区内的公交线路都是新浦区的一些旧有线路，线路途经人口密集、人流量大，线路长期超负荷运载，导致公交车辆破旧不堪，运载能力及安全性十分有限.另一种跨区环城公交线路，是沟通城市东西的大动脉，一般站点众多，人口流量大，由于大多为新建线路，公交车辆较新，车辆载荷能力强，为城市东西沟通奠定了基础.另据观察，在连云港新浦区，公交线路设计及站点布局不合理等问题仍很突出，部分公交线路相互重叠路段过长导致公共交通经常出现局部路段异常拥挤，而一些路段乘客稀少的状况.这无疑是对公交运力资源的浪费，也给人流密集区域的乘客出行带来了诸多不便.

1.2 研究内容

影响城市公交线路优化的因素有很多，主要是基础设施和运营2个方面，一般情况下，在公交线路优化中，主要考虑城市客运交通需求、停车场、公交车辆、道路条件、效率因素和政策因素等几个方面因素的影响［7-10］.鉴于连云港市公交线路区域发展不平衡和人口分布不均等特点，利用ArcGIS软件，对市区公交站点辐射范围、区域交通设施完备程度、区域交通便捷程度和区域交通道路通达性等方面进行了分析，明确了公共交通存在的若干问题，得到了一些有益的结论，为进一步实施公交线网优化方案及提高公交运行效率提供了参考.

1.3 研究方法和技术路线

通过对公交站点的分布情况及乘客密度的调查，进行点缓冲区分析得到公交站点覆盖范围.对区域内道路矢量数据进行缓冲区分析，判断居民出行地距离道路的远近程度;然后将公交站点辐射范围分析结果与道路缓冲区分析结果进行空间叠置，获取道路上是否分布有乘车站点等出行设施，得到交通便捷度信息.继而分析得到交通设施完备度信息及道路通达度信息.在此基础上，对整个道路及站点建立几何网络数据集，进行GIS网络分析.最后将这些信息进行综合叠置分析，得到线路配置和站点优化分析结论，具体研究技术路线如图1所示.

2 连云港公交线路优化分析

2.1 研究数据获取

研究中利用的工作底图来自于Google公司提供的地图产品.通过对重点研究区域的地图截屏获得研究所需的栅格数据底图，借助ArcGIS软件的地图数字化功能对栅格数据中的公交站点、公交路线和实验小区空间分布信息进行数字化，得到研究所需的全部矢量数据及其对应的属性表.

2.2 公交线路优化分析

1)公交站点辐射范围分析

公交站点辐射范围是区域交通便捷度和交通道路通达性分析的必备条件.通过GIS缓冲区分析可获得主要公交站点的点缓冲区范围，即公交站点的辐射范围.通过对公交站点分布的实地调查发现，在市区范围内，每2个公交站点之间的距离大约为800 m左右.城市近郊区或城乡结合部2个公交站点之间的距离略大，在1 000～1 500 m左右.此外，通过对乘坐公共交通工具出行的市民的问卷调查发现，市民如乘坐公共交通工具出行，则其到达公交站点之前的最大行走距离是800 m(该距离受公交站点之间距离影响较大).因此，本研究以800 m为缓冲半径，对公交站点的点矢量数据进行了缓冲区分析，得到公交站点的辐射范围(见图2).

图1 研究技术路线图

图2 公交站点辐射范围分析图

2)区域交通设施完备度分析

区域交通设施完备度分析是利用GIS缓冲区分析对研究小区面状数据进行缓冲区分析实现的.由于每一个公交站点的辐射范围为800 m左右，为使市民出行方便，即市民可在出行区域一定范围内自主选择公交车乘坐站点，这就要求在其出行范围内至少应包括2个或2个以上的公交站点，即要求实验小区的辐射范围内至少应包括2个或2个以上公交站点，2个公交站点辐射范围应为2个800 m，即1600 m左右，而市民出行时都愿意选择最近的站点乘车.因此，在区域交通设施完备度分析中，以实验小区为面域，以1500 m作为缓冲宽度进行缓冲区分析.得到如图3所示的区域交通设施完备度分析结果.

图3 区域交通设施完备度分析图

3)区域交通便捷度分析

区域交通便捷度指道路离居民出行地的远近程度及道路上是否分布有乘车站点等出行设施.若居民出行地离道路越近，且道路上的出行设施越多，则居民生活区域的交通便捷度就越高.因此，研究中分析区域交通便捷度时，首先对区域内道路分布的矢量数据进行缓冲区分析，以判断居民出行地离道路的远近程度;其次，将公交站点辐射范围分析结果与道路缓冲区分析结果进行空间叠置，获取道路上是否分布有乘车站点等出行设施信息.最后，综合分析某区域的交通便捷程度.在具体分析时，首先对研究区道路分布线状数据进行缓冲区分析，为保障每条线路周围有小区分布，采用区域交通设施完备度分析中设定的实验小区面缓冲区的缓冲宽度1 500 m作为线缓冲区宽度，得到区域交通干线缓冲区分布结果.其次，将公交站点辐射范围分析结果与区域交通干线缓冲区分布结果进行叠置分析获得交通便捷度分析结果，如图4所示.

图4 区域交通便捷度分析图

4)区域交通道路通达性分析

区域交通道路通达性指到达某特定区域的交通运输条件，通常用距离、耗时和费用等指标来反映［11］.分析区域交通道路通达性时是分析实验小区与交通干线的连接是否畅通.若交通干线的辐射范围与实验小区分布面域有重叠则认为该实验小区交通道路通达性好，若小区与越多条交通干线辐射范围重叠，则认为该小区交通道路通达性越好.城市公共交通建设目标是建立四通八达的公共交通网络，覆盖整个城市区域，为城市居民工作和生活提供服务.若城市中线路覆盖程度低，将导致大面积公交线路覆盖盲区的出现，这将造成市民出行的极大不便.因此，研究中将区域内公交线路缓冲区与实验小区分布面域进行了叠置分析，得到区域交通道路通达性分析结果(见图5).

图5 区域道路通达分析图

3 连云港公交线路优化案例分析

通过上述分析发现，区域内一些走向的主干道路上几乎没有站点，此类道路属于公交线路盲区路段;而有些区域则重复线路甚多;有些路段虽不是盲区路段，但通过线路极少，经过调查发现这些路段附近又分布着许多小区，并有大量居民出入，这都是公交线路分布不合理的具体体现.针对上述问题，研究对连云港市公交线路进行了优化分析.通过交通设施完备度和交通道路通达性及交通便捷度等信息的综合考虑，经过调查发现，淮海工学院是连云港一座拥有2万多名师生的高校，主校区坐落于连云港新浦区苍梧路，而分校区通灌校区位于新浦区通灌南路，校区之间相距5 km左右.校区间教学设施共享性很高，人员流动相当频繁.但学校校车班次和数量都极其有限，仅供教师上课使用，众多学生往返于两校区之间时只能借助公共交通设施，而这两个校区之间又没有直达的公交设施.为保证学生出行方便及公交运营效率，建议以淮海工学院为起点，经过通灌校区站点，以海州区政府为终点，建议设置一条专线.以路线长短和乘客数量为权重进行网络分析，以缩短原有公交线路，提高公交运营效率，并节约运力.具体设计方案如图6所示.

图6 优化后路线

4 结论

公交线路规划需要遵循优先大流量的直达客流、平均满载率尽可能高、市民出行方便快捷及尽可能选取最短距离等基本准则［12-13］.但由于实际运用中很难兼顾各项准则，因此造成公交线网设置和规划存在诸多不合理之处，严重影响公交系统运行效率及市民出行方便程度.因此，对连云港公交线路数据进行搜集，并对公交站点、线路分布现状及市民出行状况进行调查，以GIS空间分析技术为依托，针对连云港公交线路分布不合理的现实问题，通过对连云港公共交通便捷度、交通设施完备度及区域道路通达度等指标的分析，有针对性地选择实验线路进行线路优化分析，并提出调整和优化方案，更好地促进公交线路调整和优化工作，保证公共交通系统效率提高及公共交通系统作用充分发挥.通过研究，深刻体会到GIS技术强大的空间分析功能及在现实问题解决中的巨大作用.但由于对城市公共交通状况及其分析方法认识较浅，研究还存在不足之处，今后仍将继续完善，以便为连云港公交线路优化这一现实问题的解决提供更加科学的决策方案.

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Optimization analysis of bus lines based on geographical information system

Jiao Minglian1Jia Yanhong1Chen Haiyan2
(1School of Geodesy＆Geomatica Engineering，Huaihai Institute of Technology，Lianyun gang 222005，China)
(2Surveying and Mapping Institute Co.，Ltd，Lianyungang 222001，China)

Abstract:According to the characteristics and objectives of planning and design of bus lines，some indices are analyzed based on the map and data acquiring on the spot in Xinpu District of Lianyungang City in Jiangsu Province，China.The indices include the radiation scope of bus stops，the facilities complete degree of regional transportation，the convenience degree of regional transportation and the accessible degree of regional road.The technology of the geographical information system(GIS)is introduced to this study，including spatial buffer analysis and spatial information overlay and network analysis.The optimal choice for the bus line from Cangwu campus to Tongguan campus of the Huaihai Institute of Technology is carried out based on the spatial network analysis by the weight of the length of bus lines and the quantity of passengers.The results are imported into this optimal choice simultaneously from the radiation scope of bus stops，the facilities complete degree of regional transportation，the convenience degree of regional transportation and the accessible degree of regional road.For clearing a number of issues in public transportation networks，a reference of bus running is provided for the optimization solutions of the public transportation network and improving the efficiency of the bus system.The study indicates that the GIS technology is very important for the analysis and optimization solutions of bus lines.

Key words:bus lines;optimization;geographical information system(GIS)technology;spatial analysis

中图分类号:U121

A

1001－0505(2013)S2-0241-05

doi:10.3969/j.issn.1001 －0505.2013.S2.005

收稿日期:2013-08-20.

焦明连(1963—)，男，教授，13905138177@163.com.

基金项目:国家自然科学基金资助项目(41004003).

引文格式:焦明连，贾艳红，陈海燕.基于GIS的公交线路优化分析［J］.东南大学学报:自然科学版，2013，43(S2):241-245.［doi:10.3969/j.issn.1001 －0505.2013.S2.005］