公共交通线路网优势出行距离研究

蒋贤才,墨建亮

(哈尔滨工业大学交通科学与工程学院,黑龙江哈尔滨 150090)



公共交通线路网优势出行距离研究

蒋贤才,墨建亮

(哈尔滨工业大学交通科学与工程学院,黑龙江哈尔滨 150090)

摘要:目前国内公共交通正处于急速发展阶段,建立功能明确、层次清晰的公共交通线路网是提高公交系统整体服务水平,提升公交吸引力的有效举措。文中通过对哈尔滨市居民公交出行距离分布数据的分析,提出并验证了城市居民公交出行距离分布模型——双参数韦布尔分布模型;综合居民公交出行时间和票价两个因素,基于各形式公交线网的广义费用,建立了公交线网的优势出行距离,用以量化公交线网功能。

关键词:城市交通;公交线网功能;公交出行距离分布;广义费用;优势出行距离

公共交通凭借其运输效率高、环境污染小及能源消耗低等诸多优势,成为世界公认的解决城市交通问题的良药。中国公共交通建设已初具规模,但同国外发达国家相比还相差甚远,公交线网结构不合理、功能层次不清等问题严重降低了公交系统整体服务效率和吸引力。中国公交线网规划实践中已开始注重公交线网的功能分层次划分,但还一直处于定性分析。为解决该问题,该文对由轨道交通、快速公交BRT和常规公交组成的公交系统进行分析,量化公交线网“长、中、短”出行的功能概念,为公交线网分层规划奠定基础。

1 公交出行距离分布

1.1 居民公交出行调查

公交OD可准确反映线路客流在各公交站点间的分布情况,是了解公交系统现状、优化公交线网规划和设计的重要依据。采用“小票法”对哈尔滨市的公交线路客流OD进行调查,共涉及128条公交线路,其中联营线路53条、电车公司线路27条、郊区线路10条、汽车公司线路38条。分别对各线路上下行的早晚高峰居民出行OD进行调查,调查数据如表1所示。

1.2 居民公交出行距离分布假设

如图1所示,居民公交出行距离分布表现出类似正态分布的特性。有研究表明,瑞利分布可近似描述居民公交出行距离分布特性,但拟合效果并不是非常理想。瑞利分布是双参数韦布尔分布的特殊形式(形状参数为2),这里选用双参数韦布尔分布模型对已有公交出行数据进行拟合。

表1 哈尔滨市居民公交出行距离数据

图1 哈尔滨市居民公交出行距离分布

双参数韦布尔分布属于随机理论的范畴,其分布函数和概率密度函数标准式如下:

式中:α为形状参数;β为比例参数。

分布曲线走势随参数的变化情况如图2所示,相同的形状参数,随着比例参数的变大,曲线会变得平缓;相同的比例参数,随着形状参数的变大,曲线会变得陡峭。

图2 双参数韦布尔分布参数变化示意图

1.3 居民公交出行距离分布拟合

对居民出行距离分布数据的拟合有两种选择:一是以分布函数的基本形式进行拟合,二是以概率密度函数形式进行拟合,两者本质上其实是一致的。这里利用MATLAB数据分析软件,以分布函数形式对居民的出行距离分布数据进行拟合,结果如图3所示。

图3 哈尔滨市居民公交出行距离分布拟合结果

由图3可知:双参数韦布尔分布拟合曲线与哈尔滨市居民公交出行距离分布数据的相关系数高达0.999 8,拟合精度非常高,表明双参数韦布尔分布模型可用于描述居民公交出行距离分布特性。

2 公交线网优势出行距离

2.1 居民公交出行广义出行费用

居民公交出行的广义出行费用是居民公交出行过程中一切耗费的总和,一般由直接经济衡量费用和非直接经济衡量费用两部分构成。直接经济衡量费用为各种公交方式的票价,非直接经济费用为出行时间。综合以上两个因素,则居民公交广义出行费用为:

式中:F为居民公交出行的广义出行费用(元);η为乘客时间价值(元/h);T为居民公交出行时间(h); C为居民公交出行票价(元)。

某种交通方式在一定距离段内的指标对比结果好于其他交通方式,则称该距离段为其优势出行距离。首先,优势出行距离是相对的,选取的比较对象不同,优势出行距离也会有所差异;其次,对比的指标对优势出行距离结果影响很大。这里从消费者的角度,考虑对居民公交出行选择影响最为显著的出行时间和票价两个因素,并利用广义出行费用综合两个因素,研究轨道交通线网、快速公交BRT线网和常规公交线网各自的优势出行距离。

对于一般的公交出行者,各级公交线路与广义出行费用存在如图4所示的关系。由图4可知各形式公交线网的优势出行距离可通过分析广义出行费用,然后联立求得两个临界值L1和L2求得。

图4 居民公交出行距离与广义费用关系示意图

2.2 基于公交广义出行费用的优势出行距离建模

2.2.1 假设与说明

(1)居民公交出行在各等级公交线网上的换乘情况如图5所示。居民公交出行一般会选择距离自己最近的公交站点乘车,鉴于BRT和轨道交通的优势,与靠近BRT和轨道交通站点出行位置相比,靠近常规公交站点的位置可认为是出行最不利的位置。而从实际情况来讲,尽管BRT和轨道交通线路设置时会尽力考虑居民客运走廊,但覆盖率仍然有限,常规公交的主体地位说明大部分出行将首先通过常规公交。因此,对一般的公交出行者进行建模分析,假设公交出行在各等级公交线网之间严格按照从低到高的次序切换。对于现实情况中居民公交出行首选BRT或轨道交通的出行,只需将出行中未涉及的公交方式的出行距离视为零即可。

图5 居民公交出行在各级公交线路的换乘示意图

(2)模型中相关假设及参数说明:i=1,2,3分别表示常规公交、BRT和轨道交通;假设居民从起点到公交站点和从公交站点到终点都采用步行方式,步行距离为d0,步行速度为v0,且假定各等级公交线网衔接合理,中途换乘过程中的步行距离很小,可忽略不计;常规公交出行距离为d1,常规公交运行速度为v1;BRT出行距离为d2,BRT车辆运行速度为v2;轨道交通出行距离为d3,轨道交通列车运行速度为v3;居民公交出行总距离为L;最高利用常规公交、最高利用BRT和最高利用轨道交通出行的平均候车时间分别为t-1_wait、t-2_wait和t-3_wait。

(3)居民公交广义出行费用建模。最高利用常规公交出行的广义出行费用为:

最高利用BRT出行的广义出行费用为:

最高利用轨道交通出行的广义出行费用为:

2.2.2 各形式公交线网优势出行距离划分

由图4所示各形式公交线网的广义出行费用,联立可得各形式公交线网的优势出行距离。

当F1=F2时,可求得:

当F2=F3时,可求得:

因此,常规公交线网的优势出行距离为[0,L1],BRT线网的优势出行距离为[L1,L2],轨道交通线网的优势出行距离为[L2,L3]。

3 结论

公交线网功能层次的概念已经提出很长时间,但至今仍停留在定性分析阶段。该文首先对居民公交出行的距离特性进行建模分析,并建立双参数韦布尔分布模型来描述居民的公交出行距离特性。在公交线网功能层次规划中,经常提到常规公交主要负责短距离出行,BRT负责中距离出行,轨道交通负责长距离出行,但大都是定性分析,无法指导生产。该文从消费者的角度出发,利用广义费用,综合考虑居民公交出行过程中影响最为显著的时间和票价因素,最终得到了各形式公交线网的优势出行距离,为公交线网的分层规划奠定基础。

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收稿日期:2015-06-03

中图分类号:U491.1

文献标志码:A

文章编号:1671-2668(2016)02-0059-03