基于视觉层次的公交指示地图设置方法

陈鸿斌，张婧卿，林航飞

（1.同济大学道路与交通工程教育部重点实验室，上海201804；2.上海市城市规划设计研究院，上海200040）

0 引言

现行的纸质交通地图对于地面常规公交的指示一般是在道路上标示经过该走廊的公交线路名称，并附送公交线路手册，以文字说明每条线路途经的所有站点。这种指示方式存在如下问题：①缺少站点的位置信息；②线路信息缺乏连续性，无法提供确切的公交行驶路径。以图1中的80号公交线路为例，在国权路和国顺路间没有标识出站点位置，而其行驶路径至少存在3种可能：①国权路→政本路→国顺路；②国权路→黄兴路→国顺路；③国权路→关山路→国顺路。由此可见，它不能够全面有效地反映实际的公交信息，乘客往往难以从中准确地寻找到所需公交线路及其站点。究其原因，一个城市的公交线路和站点数量繁多，以上海为例，2012 年上海常规地面公交共有1 311条线路和5 217个站点[1]，无法在地图上对其一一进行表达。本文拟在探讨视觉层次的基础上，建立公交线路分层标准，对公交线路进行缩减及分层显示，以设置区别于传统纸质交通地图的公交指示地图。

图1 现有纸质地图公交信息的表现形式

1 人的视觉层次

视觉层次是指将三维效果或深度引入地图的视觉设计开发过程[2]。地图的展示是通过不同图层的视觉层次进行的。制图者根据各个地图要素在地图用途中的重要程度将它们置于不同的视觉层次中，从而创建了视觉层次。最重要的要素应放在最顶层且距离读者最近，最不重要的要素放在底层。一般一幅专题地图的视觉层次可由3级或更多级组成[3]。以图2 为例，正方形和三角形黑块置于顶层（距离读者最近），紧接着是带花纹的圆圈，而最不重要的栅格则放在最底层。

图2 视觉层次举例

在设置公交指示地图时，可通过人的视觉层次对公交信息按其重要程度进行分层显示：将乘客最为偏好的轨道交通等大型公交的信息置于最顶层，以吸引乘客的注意；将地面常规公交干线置于次顶层；而将参照物等次要信息置于底层。分层的公交信息显示方式符合人的视觉层次体验，利于信息筛选以便乘客迅速地找到所需的公交线路。

2 公交线路分层标准

2.1 各层线路功能定位

将公交线路分层是为了便于在指示地图上对其分层显示。本文拟将公交线路分为I、II、III层，各线路的功能定位见表1。

表1 各层次线路功能定位

表1（续）

2.2 分层原则

根据各层线路的功能定位，I 层线路已具有明确的组成，所以线路分层的核心是筛选出II 层线路，即地面常规公交干线。为了实现对公交线路的有效分层显示，拟设定如下原则。

（1）质量保证原则。I、II 层线路组成的线网是公交指示地图需显示的两层线网，为保证地图的适用范围，与原公交线网相比，这两层线网的服务范围及强度不能出现显著地变化。

（2）数量控制原则。地图上可放置的信息容量是有限的，为便于乘客阅读，应在满足质量保证原则的条件下，避免出现重复线路，以缩减Ⅱ层线路的条数。

2.3 控制指标

2.3.1 单线控制指标

该类指标用于评定备选线路的优先级（Priori⁃ty）以确定备选线路添加到线网的先后顺序。

（1）线路覆盖范围

该指标指线路所属站点在设计区域内的覆盖面积，计算公式如式（1）所示。

式中：s为线路的覆盖范围（m2）；n为线路落在设计区域内的站点数目（下同）；R为站点服务半径，一般取500m；ci为第i个覆盖范围重叠区的面积（m2）；m为站点覆盖范围重叠区的个数（下同）。

（2）线路覆盖地标点数

在公交指示地图中，将中心商务区（CBD）、商业服务中心、文化娱乐体育设施、交通港站枢纽等交通集散点称为地标点。该指标是指落在线路覆盖范围内的地标点个数，计算公式式（2）所示。式中：k为线路覆盖地标点数；kj为第j个站点服务范围内的地标点数；k重i为第i个覆盖范围重叠区内的地标点数。

2.3.2 线网控制指标

该类指标用于评定公交线网的服务范围和强度，作为公交线路分层的依据。

（1）线网覆盖率

该指标是指线网的服务面积占区域用地总面积的百分比，计算公式[5]如式（3）所示。该指标用于评价公交线网的服务范围。

式中：F为公交覆盖率；n为线网中公交站点的数量；ai为第i个公交站点的覆盖面积（m2）；A为区域面积（m2）。

（2）线网覆盖地标点数

该指标是指公交站点服务范围内所覆盖的地标点个数，主要体现评价线网的服务强度，计算公式如式（4）所示。

式中：D为线网覆盖的地标点数量；n为设计区域地标点的总数目。

（3）线网均匀度

线网均匀度是指线网整体覆盖范围的分散程度。将设计区域分割成方格网状，计算所有方格覆盖率的均方差之倒数，即为线网的均匀度，计算公式如式（5）所示。

式中：σ为线网均匀度；N为方格总数目，为设计区域的长和宽（km）；a0为方格的边长（km）；fi为第i个方格的公交线网覆盖率；F为整个线网的覆盖率。

2.4 分层方法

2.4.1 确定地标点

确定地标点基本原则：

（1）基本分类：中心商务区（CBD）、商业服务中心、居住区、工业区、科教区、文化娱乐体育设施、交通港站枢纽等。

（2）密度控制：地标点的平均密度建议控制在1～2个/km2，以发挥地标点的参照作用。

2.4.2 重复线路遴选

若将一条公交线路视为其站点覆盖空间的集合，则线路的集合表达式如式（6）所示。

式中：qi为第i个站点的覆盖空间；n为线路上站点的总数。

当A⋂B=C≠∅（C为重复部分）时，即A、B线路存在重复，记sA、sB和sC为线路A、B 和C的覆盖面积，为线路A 与B 的重合度，rA、rB和rC分别为线路A、B 的层次，则A、B 线路的遴选步骤如下：

（1） 情 况 一：rA=I 层，rB≠I 层。若η≥50%，B线路应被剔除；否则保留B线路。

（2）情况二：rA,rB≠I 层。若η≥50% ，且sA≥sB，则B应被剔除，反之亦然。

2.4.3 线路优先级评定

利用ArcGIS 对各条线路的单线指标进行计算，以评定线路的优先级。若共有n条备选线路，依单线覆盖面积s评定的优先级如式（7）所示。

式中：psi为第i条线路的优先级。

依单线覆盖地标点数k评定的优先级如式（8）所示。

式中：pki为第i条线路的优先级。

则第i条线路的优先级为

2.4.4 线网层次划分

计算各备选线路的单线控制指标以评定线路优先级P，再依优先级由大到小顺序逐条添加备选线路λ，线网控制指标——覆盖率F、覆盖地标点数D和均匀度σ会相应发生变化，分别可得临界点（λ1，Fmax），（λ2，Dmax）和（λ3，σmax），则线路层次如式（9）所示。

式中：r为线路层次；

3 公交指示地图绘制方法

3.1 地图要素

在公交出行过程中，必要的空间信息有：起讫点位置、周边公交站点位置和公交线路信息。相应地，公交指示地图的基本要素有站点、线路和参照物。

3.2 绘制步骤

根据人的视觉层次，由远及近地绘制参照物、线路和站点信息，具体步骤如下。

（1）绘制地标点、路网等参照物。地标点可以用圆点、三角形或者地标外形等来表示，路网可用浅色线条表示。

（2）绘制公交线路。用不同颜色和粗细的线条表示I层、II层公交线路，III层线路一般不绘制。

（4）完善地图标记。标示各层线路和站点的注记，依照线路层次调整注记的字体大小，并添加图例、指北针等信息。

4 案例及分析

设计区域为成都市温江区7km×7km 的中心区域，如图3 所示。可以看出，公交的信息十分密集，乘客难以迅速地从中获取到相应的出行线路。该线网的初始指标分别为：F初=79.36% ，D初=40，σ初=3.0759。相应的常规公交信息如表2 所示，线路604、703、904、203A 在区域内的站点只有1～2个，对本研究无实际意义，予以剔除。

表2 各线路的站点个数

图3 设计区域

公交指示地图的设置方法如下。

（1）确定地标点

设计区域内的地标点如图3 所示。地标点的总个数为51，密度为51/49=1.04个/km2，满足要求。

（2）重复线路遴选

利用ArcGIS 对备选线路进行两两对比后，需剔除的线路重合度如图4 所示。若重合度大于50%，则剔除覆盖面积小的线路，即线路319、201、759、102、104、204、206、756、763 和790。

图4 重复线路遴选

（3）线路优先级评定

经筛选后的剩余线路优先级如表3所示。在线路分层时各线路添加的先后顺序为106 →761 →105 →309 →103 →202 →752 →101 →762 →203 →205。

表3 线路优先级评定

（4）线路分层

I 层线路一次性添加并计算对应的线网指标F0、D0、σ0；剩余公交线路依照线路优先级（P）由大到小逐条添加并计算相应的线网指标，记添加第i条线路时线网指标为覆盖率Fi、覆盖地表点数Di、均匀度σi，其中1 ≤i≤n，n为备选线路的总条数，相应的F-P图、D-P图和σ-P图如图5所示。

图5 线网指标变化趋势

i=6 时，λ6=202路，F6=74.02%，F初=79.36%，当i=8 时，λ8=101路，D8=39，可 得，λmin=λ6=202路，P≥Pmin的线路为II 层线路，P＜Pmin的线路为III层线路，如表4所示。

表4 线路层次划分结果

（5）地图绘制

依照上述步骤，绘制的公交指示地图如图6所示。与图3（原始的公交线网）相比，该公交指示地图具有以下两个特点。

（1）层次分明。乘客可依照起讫点位置，逐层地寻找公交线路。

（2）信息密度低。在保持线网指标基本不变的情况下，将公交线路从21 条缩减至6 条，避免重复线路对乘客的干扰。

图6 公交指示地图

5 结语

本文基于人的视觉层次提出了以公交线路分层显示的公交指示地图设置方法，将公交线路分为I、II和III层：I层线路为轨道交通、BRT等大型公交方式；II、III层线路借助单线控制指标和线网控制指标进行评价区分，其中单线控制指标用于计算公交线路添加的先后顺序，线网控制指标用于评价公交线网的服务范围及强度，II、III层线路以线网控制指标的临界值加以区分，并以成都市温江区的案例验证了该方法的可行性。研究结果可为公交指示地图的应用提供技术参考。

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