城市新城公交线网优化方法与实践探索——以青岛市城阳区为例

引言

随着城镇化进程的快速发展，城市规模不断扩大，一些外围县市与城市中心区之间的联系不断加强，逐步发展成为城市新区。此类城市新区在行政区划调整之前，城市公共交通系统往往覆盖不足，而由城乡客运班线（俗称“小公共”）承担区域内外公交服务。城乡客运班线企业为追求利润最大化，线路重复、绕行等问题较为普遍，在接下来的城乡公交一体化改造过程中，城乡客运班线线路往往未经调整优化直接纳入到城市公交网络体系中，由此也就形成了城市新区公交线路超长、重复、绕行等“历史遗留问题”。随着城市规模不断扩大以及机动化水平的快速发展，公交系统的“低效”已经制约了居民出行方式结构的优化，人们对小汽车的出行依赖度不断提高。为了合理引导城市新区交通模式发展，防治各种交通拥堵，需优化公交线网布局，以枢纽为锚固，构建“快-干-支”多层次、一体化公交网络，提高运行效率。同时，需充分考虑线路优化调整对沿线居民出行的影响，保证替代线路到位，采取“成熟一批，调整一批”的逐步渐进式调整策略。

1 公交现状特征指标分析

1.1 大数据技术手段的应用

在城阳区现状公交客流分析调查中应用到的大数据技术手段主要包括：利用手机信令数据分析居民出行特征与利用公交车辆GPS和IC卡两个独立的基础数据库推算公交运营及客流特征两个方面。

（1）利用手机信令数据分析居民出行特征。利用手机数据分析推算交通数据信息是一种新兴的广域动态交通探测技术。手机数据定位采用的是基于基站小区的模糊定位技术，相对其他精确定位技术（如GPS），在样本量、覆盖范围以及实施成本和周期上更具有优势[1]。

将手机定位数据映射至分析单元，并经信息预处理、匹配分析、交通模型分析处理、数据去噪、数据扩样等一系列海量数据运算处理，最终获得基于手机用户群体的出行特征数据（图1）。

图1 移动通信网络中手机用户出行轨迹

（2）利用“GPS+IC卡数据结合”得到公交运营及客流特征。青岛市公交运营企业已为全部运营车辆配备GPS监控设备并加装有IC卡刷卡装置，在监控平台能够实时存储车辆运行轨迹数据及IC卡刷卡数据。通过公交GPS数据表（车辆到离站信息表）获取线路号、车号、到站时间、停靠时间、站序号、GPS里程等等信息；公交IC卡刷卡数据记录了每个乘客每次乘车刷卡的详细信息，数据表由线路编号、线路名称、POS机编号、卡号、卡类型编号、交易日期时间、司机卡号、是否换乘标记、换乘优惠标记、换乘POS机编号、换乘线路编号、换乘时间等关键信息构成，每个乘客每次乘车刷卡的信息为一条记录。

基于这两部分独立的基础数据库，项目组结合手机数据，采用聚类分析法[2]开发了“车辆GPS+公交IC卡”算法，为公交IC卡刷卡数据与公交GPS数据之间建立数据关联，匹配公交客流OD。

1.2 公交现状特征指标选取

利用构建的公交模型，结合上述大数据技术手段，得到各条线路的综合指标，为后续线路优化调整提供数据支持。对应线路优化调整，各线路统计分析的关键指标主要包括日均客运量、路线长度、发车间隔、平均站间距、非直线系数、单位里程客运量、单位运力客运量、平均乘距、平均满载率等 （表1）。此外，还可以得到每条线路各站点上下客量、断面客运量、站点客流OD等客流空间分布特征信息（图2、图3）。

综合指标反映各条线路的总体情况和基本特征，通过指标综合分析，便于筛选需进行优化调整线路的目标集；通过线路站点上下客量、断面客运量及站点客流OD分布，更加直观反映线路客流分布特征，为后续线路优化调整提供量化支撑。

2 公交线网优化思路

2.1 常规公交网络构建目标

结合城阳区公交发展现状及发展形势分析，提出城阳区常规公交线网构建目标为：以枢纽为锚固，构建“快、干、支”多层次、一体化公交网络，强化与轨道交通、有轨电车等大中运量公交系统衔接关系，优化“路权、站点、枢纽”与线网的协同关系，形成“点面结合、层级分明”的常规公交网络。

表1 城阳区公交线路综合指标汇总表（示例）

图2 901、902路站点上下客量及断面客运量分布图

图3 902路站点客流OD分布图

2.2 构建快、干、支多层次线网结构

以“逐层展开、整体优化”为规划思想，结合枢纽布局优化，使各等级枢纽的有效客流吸引范围覆盖全区，在此基础上开展多层次公交线网布局优化[3]。

一级枢纽：功能中心或对外枢纽，是构建公交快线、干线网络的重要组织节点。

二级枢纽：组团中心，是构建干线及支线网络的组织节点，干线与支线的衔接平台。

三级枢纽：社区中心，是微循环线路首末站，为支线与微循环线路的衔接提供平台。

快线：服务城阳区两大功能中心至青岛市主要功能中心或综合客运枢纽之间的快速公交联系，以一级枢纽为锚固。

干线：服务城阳区内部及各功能组团与周边主要功能组团之间的中长距离公交联系，以二级枢纽为锚固。

支线：服务功能组团内部或相邻功能组团之间短距离、广覆盖的出行需求，服务“最后一公里”，主要衔接三级枢纽。

常规公交线网多层级网络结构如图4所示。

图4 常规公交线网多层级网络结构示意图

2.3 制定各等级线路优化标准

参照《青岛市公交线路优化导则》中的线网优化标准技术指标，结合城阳区实际情况，有针对性地制定各等级公交线路优化标准。

该线路优化标准（表2）可以直接用于指导后续对既有线路分级并确定优化调整集。

2.4 线路优化调整思路

公交线路优化工作的重点是近期，根据城阳区公交发展现状，总结为“两个方面”、“三个步骤”。“两个方面”包括：一是针对公交线路布局及运营服务方面存在的现状问题实施优化改进；二是积极对接大型城市交通枢纽及轨道交通开通运营，加强公交接驳。“三个步骤”包括：骨架搭建，快干提速；支微接驳，网络优化；改善运营，服务提升。

“骨架搭建，快干提速”主要包括三个方面：（1）新增快、干线，覆盖线路缺位客流主走廊，并积极对接新机场、红岛站等大型枢纽；（2）实施既有干线提速工程，包括线路取直、增加站间距、跨站运行等；（3）发挥枢纽功能，对部分超长线路拆分、重组，增加线路运营效率。

表2 城阳区各等级公交线路优化标准

“支微接驳，网络优化”主要包括三个方面：（1）优化调整线型，减少重复、绕行；（2）对接轨道站点和快、干线系统，加强接驳换乘；（3）通过线路新增或调整，不断填补公交服务空白。

“改善运营，服务提升”主要包括两个方面：（1）增加车辆配置，降低发车间隔；（2）延长运行时间，推迟末车点。

3 公交线网优化方案

3.1 快线系统方案

依据客流联系强度，形成分别以城阳、上马为中心的“六放射”和“五放射”的对外快线服务网络，并对城阳区对外快线联系通道的公交运能进行供需分析。依托主要高快速路、对外干路形成“两横四纵”的公交快线走廊。最后，综合公交客流定量分析和走廊布局提出快线系统优化方案，包括新增快线衔接胶东国际机场、铁路北站及崂山区；调整既有线路衔接铁路红岛站，设高峰大站快车加强与市中心的快速联系，如图5、图6所示。

3.2 骨干干线方案

支撑城阳区公交干线系统的二级枢纽共9个，均为功能组团中心或重要线路换乘节点。依托客流走廊覆盖的主要主、次干路，形成 “五横八纵”的公交干线走廊。通过客流OD分布走廊叠加，得到客流空间分布蛛网图，为骨干干线布局提供量化支持，如图7、图8所示。

3.3 既有线路分级、对标、达标

根据线路功能、运营特征等，对既有线路进行分级。对照“城阳区各等级线路优化标准”，对现状线路进行“对标”，主要找出线路长度、线路绕行程度、站间距、客流强度等与功能定位不符的线路，由此确定线路调整集，并实施优化调整，实现“达标”目标。

图5 城阳区快线联系需求空间分布图

图7 城阳区干线走廊布局图

图6 城阳区对外公交快线走廊布局图

图8 城阳区全方式内部客流蛛网分布图

表3 长城路-汽车东站快线设置前后公交服务对照表

3.4 线网优化后评价

（1）单线评价。以新增快线K1线（长城路-汽车东站）为例。现状城阳中心区与崂山中心区缺少直达公交线路。根据客流需求预测和走访调研，城阳中心区与崂山金家岭区域之间存在早晚通勤客流快速通达需求。

建议新增公交快线K1，由长城路至汽车东站，主要路由为正阳路、青银高速。增设直达快线后，两地之间公交全程只需要45min，较现状公交线路减少一次换乘，节省至少60min行程时间。设置前后对照见表3。

（2）网络评价。网络评价是对整个公交线网的网络特性、技术指标、服务水平等方面进行系统地定性和定量分析[4]。优化后城阳公交线路总数由86条提高至113条，平均每条新增线路日均客流量达3000人次；线网密度由2.4km/km2提高至2.7km/km2；站点500m半径人口、岗位覆盖率均达到90%；线路平均非直线系数由1.8降至1.6；区内平均线路长度由18km降至15km，与城区空间尺度和公交平均乘距基本匹配（图9、图10）。

优化后城阳区政府与市政府、崂山中心区、胶州市的公交出行时间都明显缩短，基本实现青岛市重点功能组团1小时时圈全覆盖（图11）。

4 逐步渐进实施线网优化

图9 优化后客流强度及空间分布图

图10 优化后站点覆盖图

图11 优化前后以城阳区政府为核心对外公交出行可达性对比图

公交线网的改善与调整应采用逐步渐进的办法，分批次、少批量逐步改善当前最需调整的线路[5]。

首先，以线路绕行、超长、重复、客流不均、客运量不足等指标作为既有线路调整因子，通过量化评价指标综合对比分析，筛选出最需要调整的公交线路。其次，根据客流联系强度分析，逐条开设骨架型线路，主要包括公交快线和骨干干线。再次，根据新机场、铁路站及轨道站点的布局方案，在现状线网基础上提出公交线路衔接优化方案。最后，综合考虑场站设施建设、替代线路分析及衔接设施开通计划拟定线路调整实施时序。

5 结语

城市新城公交系统发展通常相对滞后，因缺少规划引导，公交线路设置被动适应城市空间拓展，网络性、系统性相对较差，服务水平普遍偏低。为了更好地引导新城公交发展，控制并降低小汽车出行依赖程度，需要全面提高公交服务水平。本文以青岛市城阳区为例，针对城市新城提出一套相对系统的公交线网优化方法，对类似新城实施公交线网优化，提升公交服务具有一定的参考价值。