基于定位数据的公交服务便捷性评价指标体系

郭爽 王孝坤 王雷

摘 要：如何提高公交服务质量成为摆在公交企业和政府面前的一大艰巨任务。当前公交GPS/北斗监控调度系统在我国各大城市的使用越来越普遍，公交出行数据样本飞速增长，有必要通过研究这些公交出行数据来分析公交服务水平。本文从公交服务便捷性这一角度入手，研究如何利用公交GPS/北斗数据来衡量公交服务质量。将便捷性分为便利性和快捷性两部分分别进行分析，总结出能够切实反映公交服务便利性与快捷性的评价指标，形成衡量我国公交服务便捷性的评价指标体系。根据公交GPS/北斗数据字段，建立了基于公交GPS/北斗数据的便捷性指标计算模型，根据计算模型对已有某市公交GPS/北斗数据进行挖掘分析，对公交服务便捷性的一些重要指标进行计算。此项研究可以动态监视公交服务的便捷程度，为公交线路调整、服务水平分析提供依据。

关键词：公交服务；定位数据；便捷性；评价指标

中图分类号：U491 文献标识码：A

Evaluation Indexes of Service Convenience for Bus System Based on GPS Data

GUO Shuang1，WANG Xiaokun2，3，WANG Lei2，3

（1.Yingkou school of Information Technology，Yingkou 115000，China；

2.School of Management of Dalian Jiaotong University，Dalian 116028，China；

3.Dalian Jiachang Transportation Technology Co.，LTD.，Dalian 116052，China）

Abstract：It is a big challenge for the bus companies and government to improve the quality of bus services.At present，the GPS and Beidou satellite monitoring system are used popularly in our country and the data sample from the bus system is growing rapidly，so it is necessary to analyze the service level of bus system through these data.The bus service quality from convenience perspective is measured in the paper，base on GPS and Beidou satellite data.The evaluation indexes system which can reflect the service convenience of bus system are put forward.Then we established the calculation model of all convenience indexes based on GPS and Beidou satellite data and applied this model to one city to verify the validation of these indexes.Service convenience of bus system can be monitored dynamically and theory basis for adjustment of the bus line and analysis of bus service level are provided.

Keywords：bus service；GPS；convenience；evaluation index

1 引言（Introduction）

公交服务便捷性评价是公交服务评价中最为重要的部分，也是公共交通规划与管理中最为关键的工作之一，如何准确有效地评价城市公交运营服务便捷性水平对公交运营企业及行业主管部门都具有重要的意义。如今智能公交系统（Advanced Public Transportation System，APTS）作为智能交通系统的一个重要组成部分，它的实施为公交系统的发展带来一场革命[1]。APTS的应用不仅提高了公交企业运营管理的效率，更为居民公交出行提供了便利。APTS每天会产生大量的系统数据，如GPS/北斗数据、公交运营调度数据等，而挖掘这些数据背后的信息，对于提高城市公共交通系统的规划和管理水平具有重要意义。

GPS/北斗数据是APTS产生的主要数据，获取途径也是比较简单。以往对公交智能系统数据的研究主要集中在IC卡客流数据的分析上，而IC卡系统的设计目标是为方便乘客付费与票款清算，并未考虑交通领域的应用，因此采集到的信息未包含全面的出行信息，无法直接用于交通分析[2]。通过对公交GPS/北斗数据的研究，弥补了IC卡数据的不足，用以分析公交服务的便捷性评价指标。

2 公交GPS/北斗数据特性分析（The analysis of bus

GPS/big data）

GPS/北斗系统定位数据应用于公交系统中是用来对公交车辆进行定位导航和交通数据采集等。基于定位数据的城市公交系统，提升了公交在调度、组织、监控等功能的实时性，进而使公交传递的数据信息更加标准、精确、安全、便捷。公交车辆定位系统包括四部分：差分站、总调度中心、区域监控站和车载设备[3]。

基于GPS/北斗定位系统的公共交通系统所传输的车辆运行数据包括各类基本信息，主要数据内容包含城市公交线路编号、车辆编号、站点编号、到离站编号、行为时间、经度、纬度、速度等。各公交车载设备对收集的数据通过无线通讯网络系统（GPRS）按照固定时间间隔（10秒）传递至信号监控调度中心。监控调度中心通过解析各终端采集的GPS/北斗数据信息，实时将公交车信息显示至监控电子地图上，同时车辆调度人员通过公交车分布信息，将调度信息发送至公交车，实现实时调度。公交GPS/北斗数据样本如图1所示。

图1 公交GPS/北斗数据样本

Fig.1 The sample of bus GPS/big data

3 公交服务便捷性评价指标体系（The index system

of convenient bus service evaluation）

3.1 公交服务便利性

公交服务便利性指乘客在出行过程中乘坐公交的方便程度，尽可能的减少乘客到达站点的步行时间、缩短候车时间、简化乘车手续等[4]。公交服务便利程度越高，则选择公交出行的人就越多，因此公交服务便利性是城市公交动态服务评价的一项重要指标，而通过对公交服务便利性的研究分析，总结出与公交服务便利性有关的评价指标。

3.2 公交服务快捷性

公交服务快捷性是指公交车辆满足乘客所需要的合理时速要求的能力，可通过出行时耗、公交车辆运营速度等指标反映[5]。一个城市高水平的公共交通服务，就快捷性而言必须将乘客的出行总时耗保持在合理水平之内，这就要求公交车辆的运营速度保持在合理范围内，过低的运营速度是不利于满足乘客出行快捷性要求的。在相同出行距离中，只有提高公交服务的快捷性（较其他交通出行方式），才能使公交成为各类出行者的选择。

3.3 便捷性指标体系构建

通过以上对公交服务便利性与快捷性的分析，综合国内外的研究成果，分别提出能够切实反映公交服务便利性与快捷性的评价指标，并将这两个方面综合起来，构成便捷性指标评价体系，如图2所示。

图2 公交GPS/北斗数据样本

Fig.2 The sample of bus GPS/big data

4 基于GPS/北斗数据的便捷性评价指标计算（The

convenience evaluation of data based on GPS/

compass）

4.1 便利性指标计算方法

4.1.1 非直线系数

非直线系数是指公交线路首末站之间的实际距离与空间直线距离之比，反映的是公交线路的曲折程度，这个系数的大小，不但与乘客的乘车方便程度有关，而且还关系到乘客旅行时间的消耗[6]。非直线系数，通常不宜过大，虽然曲折路线可以有效扩增公交路线的有效服务面积，吸引更多乘客，但同时也增加了乘客不必要的行程和时间。

公交车辆在公交线路上运行，会以一定时间间隔（间隔时间很短，一般10s，可以对拐弯情况产生的误差忽略）向调度控制中心上传GPS/北斗数据，而GPS/北斗数据包含经纬度信息，因此可根据公交车辆从起始站到终点站之间运行过程中上传的经纬度坐标信息计算得到公交线路长度，根据起始站和终点站经纬度坐标可以得到首末站空间直线距离。设经纬度坐标对个数为X，经纬度坐标为（LonA，LatA），相邻坐标点间距离为d，公交线路长度为L，空间直线距离为D，则公交线路非直线系数计算公式为：

（1）

（2）

（3）

（4）

4.1.2 线网密度

城市公共交通线网密度可分为公交纯线网密度和运营线网密度。公交纯线网密度是指每平方公里城市用地面积上有公共交通线路经过的道路中心线长度，由于存在公交线路的重叠性，其计算需要结合GIS电子地图，本文就不做研究。公交运营线路网密度是指每平方公里城市用地面积上运营的公共交通线路总长度。这一指标结合了公交重复线路、重复系数等情况，但在一定程度上不能说明公交线路分布的便捷性和普及率。

假设共有N条公交线路，城市建成区面积为A，公交运营线路网密度计算方法为：

（5）

4.1.3 平均站间距

平均站距是指全部公交停靠站点之间的平均距离，以公交线路总长度与公交停靠站点总数之比表示[7]。城市公交线路站距的大小不仅直接影响到市区公交车辆的运行速度，同时也影响到城市居民的公交出行程度。根据城市出行乘客偏好缩短行车时间，因此，在确定公交线路站距时，除考虑市区公交车辆的运行速度外，还应考虑乘客的利益，即在结合城区公交行车速度的基础上，公交站距需考虑乘客最少乘行时间和最少站台乘客步行时间。

假设公交线路i共有M个公交站点，则公交线路i的平均站间距计算公式为：

（6）

所有公交线路的公交平均站间距为：

（7）

4.1.4 发车间隔

线路发车间隔是指某线路公交车辆发站运行的时间间隔。一般按周转时间与配车数确定，反映了公交服务的频率及乘客出行的方便程度[6]。从单车GPS/北斗数据中能够识别出运营班次，利用公交车辆GPS/北斗数据中相隔班次始发站出站时间之差，就等于线路的发车间隔。设车辆始发站点为1，班次为k，再次发车的班次为k+1，公交线路发车间隔为：

（8）

4.1.5 站点候车时间

平均候车时间指乘客到达公交车站起至乘上车为止的时间间隔。是反映乘车方便程度的另一项重要指标[8]。先前的研究中，利用IC卡数据中相邻班次在同一站点的首位乘客交易时间的差值得到相邻车辆到站时间间隔，但若此站点没有打卡乘客上车，这种方法就不可用了。由于公交车辆GPS/北斗数据中可以识别车辆到站时间，因此通过计算GPS/北斗数据中相邻班次到达同一站点时间之差可得到相邻车辆到站时间间隔。i线路j站点相邻公交车辆到站时间间隔为：

（9）

i路公交j站点的平均候车时间为：

（10）

所有公交线路的平均候车时间为：

（11）

4.1.6 公交服务时间

公交线路每日首班与末班之间运营的时间间隔，可以有效反映中小城市公交服务的方便性[6]。一些中小城市收班时间很早，对乘客晚间出行带来很大不便，合理的确定公交服务时间，可有效提高公交服务质量。通过公交车GPS/北斗数据中末班车终点站进站时间与首班车始发站发站时间之差得到。计算公式为：

（12）

4.1.7 站点密度

站点密度是指每平方公里城市用地面积上公交站点个数，用以表示公交站点在其服务区域内的平均分布状况及其适应程度[9]。其值的大小反映了居民接近公交站点的程度，值越大说明居民到达公交站点越容易，值越小说明居民到达公交站点越困难。

公交站点在GPS/北斗数据中都是有编号的，利用GPS/北斗数据可以得到所有的公交站点数目X，用其除以城市建成区面积A可得到站点密度，公式如下：

（13）

4.1.8 其他便利性指标

公交线路重复系数指公共交通线路总长度与线路网长度之比，反映了公交线路在城市道路上的密集程度，是说明公交网络结构合理性的一个重要指标。公交站点覆盖率是衡量站点布置合理性的指标，也是反映城市居民接近公交程度的一项重要指标，区域内站点覆盖率越高，通达性越好；当一定范围内站点覆盖率低于城市公交覆盖率标准值时，公交线路站点需重新调整和修建。直达率是统计周期内乘客一次出行不经过换乘直接到达目的地的人数与乘客总人数之比，是衡量乘客直达程度，反应乘车方便程度的指标[8]。

利用已有数据无法满足对这三个评价指标的计算，还需要GIS电子地图、公交调度运营数据等，因此本文对这三个便利性评价指标就不做进一步的研究。

4.2 快捷性指标计算方法

4.2.1 运行速度

公交运行速度作为反映公交服务水平的常用指标，传统的计算方法是用运营公交线路起终点行程除以起终点运送时间，这一指标从整体上反映了公交服务的快捷性，但这种计算方法却无法得到公交车辆在运行过程中的实时运行速度。运行速度可用GPS/北斗数据中相邻坐标点之间的距离除以时间间隔得到，由于GPS/北斗系统上传数据的时间间隔很短，因此这种方法计算的速度可认为是公交车辆的实时速度。通过以上研究可以求得相邻坐标点之间距离，设时间间隔为，运行速度为：

（14）

4.2.2 单程行程时间

单程行驶时间是指营运车辆完成一个单程的运输任务所耗费的时间，包括在途行驶时间和中途各站点的停车时间[5]。对于单程时间的测算，一般采用观测的方式统计确定，基本情况下可以利用各个路段高峰平峰时间分别测定。由于公交线路的单程行驶时间受道路交通条件和客流状况影响较大，传统的统计方法显的不是多么准确，利用GPS/北斗数据中公交车辆到达终点站时间减去始发站发站时间可以准确得到公交车辆单程行程时间，第k班次公交车辆单程行程时间计算公式为：

（15）

4.2.3 线路周转时间

周转时间是指营运车辆从营运线路的始发站出发至始末站经正常停歇后再从始末站驶回始发站并再次发车时所耗费的时间，即完成一个来回（两个单程、始终站停靠时间）所耗费的时间。由于公交沿线客流及道路交通量在一日内随时间的变化均呈现出按时间分布不均匀性的明显特点，因此车辆的沿线周转时间可允许在客运高峰与低峰及其过渡的不同时段内适当变化以在满足客流运输需要的前提下尽量节约运力[2]。

单车GPS/北斗数据中，公交车相邻班次的始发站离站时间之差可作为单车周转时间。计算公式为：

（16）

4.2.4 线路配车数

线路配车是指保证一条营运线路正常运送乘客所需配置的车辆数。一条公交线路所需要的运营车辆数可通过两种方法得到：一种方法是以完成一条线路的客运周转量为标准计算；另一种方法是以一条营业线路完成高峰小时单向客流量为标准计算。将两种方法计算的结果相互比较，确定出一条公交线路合理的营运车辆数[5]。GPS/北斗数据中对公交线路的每一辆公交车都有编号，因此通过统计编号数可以得到公交线路实际配车数。

4.2.5 全天运营车次

运营车次是指从首班车发出到末班车进站期间公交线路

一天实际运营的公交车班次。在IC卡数据中可以识别发车班次，统计某条线路一天发车班次就可以得到这条线路的运营车次。

4.2.6 其他快捷性指标

换乘是因为公交线网结构还不能提供O（Origin）、D（Destination）点间的直达服务，乘客需要在中途更换公交车辆的行为[10]。乘客公交出行的换乘时间和换乘次数是反应公交便捷性的一个重要指标，两个指标通常直接影响公交出行分担率，同时也间接反应公交服务的快捷性。乘客出行时间是指通勤乘客自家步行、到站、候车、乘车、换乘及下车后步行等直至到目的地的一次出行所费时间，同样也是反映公交运营快捷性的一个重要指标，也是乘客出行过程中最关心的一个因素之一。

换乘研究涉及到对乘客出行行为的换乘判断，IC卡乘客公交出行时无法确定其下车站点，因此这三个指标由于数据限制就不做进一步的研究。

5 结论（Conclusion）

文章从公交服务便捷性这一角度来研究分析公交服务水平，并从便利性与快捷性这两个方面对便捷性评价指标体系进行了分析，构建了公交服务便捷性评价指标体系，并结合公交GPS/北斗数据，推导了一些重要指标的计算公式，还有一部分指标无法单独利用GPS/北斗数据计算得出，还需进一步的深入研究。

参考文献（References）

[1] 陈君.基于IC卡数据的城市公共交通需求分析技术与方法[D].上海：同济大学博士论文，2009.

[2] 陈绍辉，陈艳艳，尹长勇.基于公交IC卡数据的公交车辆运行指标计算方法研究[C].第六届中国智能交通年会暨第七届国际节能与新能源汽车创新发展论坛优秀论文集会议论

文集，43-50.

[3] 韩光.基于GPS的公交运营调度优化模型研究[D].成都：西南交通大学硕士论文，2010.

[4] 孙慧娟.城市快速公交服务水平评价研究[D].成都：西南交通大学硕士论文，2009.

[5] 闫平，宋瑞.城市公共交通概论[M].北京：机械工业出版社.

[6] 黄莎，蒙井玉，王晓艺.中小城市公共交通评价指标体系研究[J]交通信息与安全，2011，1（29）：32-36.

[7] GB50220—95.城市道路交通规划设计规范[s].北京：中华人民共和国建设部，1995.

[8] 王炜，杨新苗，陈学武.城市公共交通系统规划方法与管理技术[M].北京：科学出版社，2002.

[9] 王运静，李强.北京市地面公共交通线路网现状评价[J].交通运输系统工程与信息，2007，7（5）：135-141.

[10] 戴帅，等.公共交通换乘时间可靠度研究[J].公路交通科技，2007，24（9）：124-126.