城市公交定制化运行模式浅析

励梦怡 徐青军 王吟枫 李文涛 苑家祺

宁波工程学院 浙江 宁波 315031

0 引言

在居民收入水平持续提高、各类交通新业态涌现的大背景下，居民对出行工具要求也随之升高，“更方便、更快捷、更舒适”成为交通出行的普遍需求，而常规公交受政策、基础设施建设、交通拥堵等因素的影响，竞争力不断下降。因此，近年来随着定制公交、网约公交等新型公交模式的逐步兴起，从公交线网革命出发，探索新的公交发展路径已成为了城市交通发展的新趋势。

本项目提出了一种新型的全定制式城市公交运行理念，该理念是基于实时动态需求建立发车响应网络[1]，供自主选择最优路线的智能化公交运行模式。通过制定一套完整的公交运营方案的算法体系，对公交进行动态调度，降低乘客的等待时间成本和出行时间成本，提高乘客出行效率。该研究成果对提升常规公交服务水平、提高公交分担率[2]、缓解城市交通拥堵具有重要的意义。

1 研究思路

本项目通过对“全定制式城市公交”的运行模式中较为简单的“1+3”模式（1个发车场站和3个公交站点）的探讨，综合乘客时间成本、乘客需求量、路况信息等评定条件，借助博弈论[3]的思想模式，穷举出五大类路线，以此设计出“全定制式城市公交”源算法理论。基于“1+3”模式的理论体系，其后续的“1+4”模式乃至实际复杂路网的应用都可由这一模式推广，从而形成“全定制式城市公交”算法理论体系。

2 常规公交运行模式存在问题

目前传统常规公交存在如下问题：

一：因公交线路走向固定，导致线路走向与出行需求较难匹配[4]，即换乘系数较高一般公交线路走向和服务水平是由企业自主选择制定，其重视上下班高峰的固定通勤需求，较少考虑个体丰富的空间活动诉求；

二：因公交线路停靠站点固定，导致线路运行与出行需求较难匹配，即无法甩站运行。且公交站点的布设依据道路空间形态固定分布，未充分考虑到公共交通的整体性和协调性[5]；

三：因公交线路发车频率相对固定，如客流量大的路段只能设置固定的短时间间隔的公交班次，而这导致发车间隔与出行需求较难匹配，候车时间过长、公交拥挤度过高或公交上座率过低等情况的普遍存在。

3 全定制式城市公交算法设计

3.1 定义符号说明

3.2 基本前提和假设

假设1：需求发生且车辆做出响应并执行服务期间，无因意外事件而导致乘客数量大幅度波动。

假设2：所有乘客出行需求、目的地等数据可以被公交调度系统及时充分获取并分析。

假设3：路段上的车流量和路段的长度均可在后台实时获取，且数据准确有效。

假设4：发车场站O仅有停靠车辆，调度发车的功能，不具备乘客等车上下站的作用。

3.3 基于乘车需求的发车响应

3.3.1 构建思路

在以需求为主导的公交出行环境下，当某条公交路线上乘客对公交服务的总需求达到某一值，此时要求必须有车辆响应这些需求，则这一数值称之为总需求阈值，记为。当某条线路上单个站点内乘客对公交服务总需求达到某一值，此时要求必须有车辆响应该站点的需求，则这一数值称之为站点需求阈值，记为。公交调度系统根据路线上乘客实时发送的需求判断分析并做出与之匹配的发车响应。

3.3.2 构建模型

假设某条路线上共有n个公交站，某时刻公交站点i发出的上车请求总数为。当该线路上的所有公交站点总上车请求数大于该条路线上所设定的总需求阈值时，那么要求有公交车进行服务，即；当该线路上的某个公交站点i的总上车请求数大于其所设定的站点需求阈值时，那么要求有公交车对其进行定制服务，即。

发车响应原理图，如图3-1所示。

图3-1公交发车响应原理图

3.3.3 全定制式线路算法设计

全定制式公交在线路运行上不同于传统常规公交[6]，全定制式公交依据前端反馈的实时出行信息，采取公交跳站、折站和变站等多种运行方法来最小化乘客的出行时间。全定制式公交运行模式选择主要取决于当前车上的总乘客出行成本和站点等车乘客出行成本之间的博弈。

城市公交出行需求具有复杂多变的特性，且实际路网也存在许多随机因素，为便于问题的分析与研究，本项目先以最简单的“1+3模式”（即1个发车场站和3个公交站点）为对象来研究全定制公交路线运行的具体算法，算法如表3-1所示。

表3-1 “1+3”模式算法

结论

城市交通发展越来越注重“以人为本”的理念，现代社会对便捷出行也有了更多的期望。本项目提出的“全定制式城市公交运行模式”，基于乘客的实时需求对公交路线进行动态定制，可有效提升公交的服务水平和吸引力。并结合运营成本、乘客时间成本等因素，推演出源算法并将其推广至复杂路网，使传统公交路线的“人随线走”模式转变为“线随人定”模式。