城市地面公交与长途客运协同调度研究

高 华

（浙江交通职业技术学院 智慧交通学院，杭州 311112）

引言

城市地面公交系统承担着市内常住人口的日常出行，以及长途客运输入客流在市内的疏运任务。构建城市地面公交和长途客运到站客流的协同调度系统，实现城市公交和长途客运的协同调度，可以减少乘客从长途客运站换乘城市公交的等待时间，提高公交出行的吸引力。

Cevallos F.等[1]以乘客换乘总时间最短为目标对调度模型进行优化，并选择遗传算法对模型进行求解；杨丽[2]提出综合考虑公交车辆运行成本和乘客等待成本的换乘价值概念，并建立了以换乘价值最大化为目标的区域联合调度模型；吴海月[3]以乘客出行的满意度为根本出发点，建立了多模式公交系统协调调度模型；姜少毅等[4-10]从不同角度对公交的协同调度进行了研究。总体来看：一是公交协同调度的研究多集中在公交系统不同线路之间，对于城市公交与长途客运之间的协同调度研究较为缺乏。二是多在假定的理想条件下建立比较复杂的数学模型，进而探索相应的求解算法进行仿真验证，由于模型建立的假定条件和公交运行的实际情况差别较大，导致实际应用效果并不理想。如何高效实现城市公交和长途客运的协同调度，有待于进一步的研究和探索。

1 协同调度系统的构建

1.1 城市地面公交与长途客运的协同调度策略

考虑到城市地面公交和长途客运的实际运行情况，采用如下协同调度策略：

（1）采用主从单向协同调度

考虑长途客运和城市地面公交系统运营和调度特点，城市地面公交和长途客运之间的协同调度，采用“主从单向协同”的调度策略：长途客运保持其运行的自主性，城市地面公交系统的调度主动地和长途客运的客流集散进行协同。

（2）以长途客运到站客流的市内高效疏运为目的

根据城市长途客运站客流的集散特点，城市地面公交和长途客运的协同调度，以长途客运到站客流的市内高效疏运为主要目的，重点是对长途客运枢纽区域始发公交线路的调度。

1.2 城市地面公交与长途汽车客运的协同调度系统构建

及时获取长途客运枢纽到站客流在不同时间段的人数、换乘公交目的地等信息，是城市地面公交和长途客运协同调度的基础和依据。为此组建图1所示的协同调度系统。

系统工作原理和过程为：由相关政府部门协调市内公交运营企业和长途客运企业成立“客流信息共享中心”，长途客运车站将其日常长途车辆到达的时间和客流的统计数据存入客流信息共享中心，形成长途汽车客运客流信息历史数据库。长途客运的司乘人员通过所携带手机中的相应APP将预计到站的时间、人数、市内换乘目的地等信息，在到站前上报给“客流信息共享中心”，形成长途客运客流信息的“实时数据库”。城市地面公交运营企业获取“客流信息共享中心”中的长途客运“历史数据库”，并结合始发公交线路沿线客流的OD数据库，安排长途客运中心始发公交车辆的日常初步排班调度计划，并根据长途客运客流“实时数据库”，对初步排班调度计划进行实时微调。

图1 市内地面公交与长途客运站协同调度系统示意图

2 协同调度模型及具体调度方法

2.1 城市地面公交调度时间段的划分

根据实际调研结果，城市公交沿线客流在不同的时间段常常呈现出不同的大小起伏，同时，长途客运站的到站客流也呈现出较为明显的集中时间段。为此将长途客运站始发的城市公交运行时间分为如下三种不同时间段，并采用不同的调度策略。

（1）沿途高峰时段：对应公交线路沿途客流较多的时间段，通常对应于城市居民上、下班的早、晚高峰时段。

（2）长途客流高峰时段：对应于长途客运站客流到达比较集中的时间段。

（3）平峰时段：对应于长途到站客流和公交沿途客流都比较少的时段。

2.2 协同调度模型的建立

对于长途客运枢纽的公交调度，现有文献大都从区域协同调度的角度建立相应的调度模型，以求调度效益的最大化。但实际调研发现，较大城市长途客运枢纽区域始发或途经的地面公交线路往往分属于不同的运营主体，长途客运枢纽的区域协同调度难以实现。因此，本文选择从长途客运枢纽始发的单条公交线路与长途客运的协同调度进行研究。

公交调度的关键在于线路配车数量和发车间隔的确定，依此协同调度模型确定如下：

（1）线路车辆需求数量的确定

从长途客运站始发驶向市区的公交线路,在平峰和沿途高峰时间段内车辆需求数量按照式（1）确定。

式中：Pi为第i个时段的配车数量（辆）；Hi1为长途客运所带来的该公交线路起始点最大客流量，其中Hi1在前述协同调度系统构建完成可以使用的情况下，可从协同调度系统的“长运客流历史数据库”及“长运客流实时数据库”中分析获取长途到站客流数据，再根据该公交线路对长途到站客流的分担率确定。在前述协同调度系统尚未构建完成的情况下，可通过人工调研获得（人）；Hi2为公交线路除起始点外的沿途最大断面客流量。Hi2可通过人工实际调研或者利用公交车辆安装的相应客流统计设备统计得到（人）；D为正常的车容量，指线路所配车型正常的载客数量（人/辆）； 为第i个时段的期望客流满载率。据实际调查，在沿途高峰时段人们对车内拥挤的忍受程度较高，而在平峰时期人们对车内拥挤的忍受程度较低，因此，在沿途高峰时段，取，在长途客流高峰和出行平峰时段，取。

在长途客流高峰时间段，以乘客满意度提高作为主要考虑，配车数量取为Pi+1,以便在公交运营成本增加较小的情况下，适当缩短长途客流高峰时段的发车间隔。

（2）发车间隔的确定

在出行平峰和线路沿途高峰时段采用等间隔发车，发车间隔Tjg按式（2）确定。

在长途客流高峰时段，考虑到线路起始点客流集中度较高，则适当缩短线路起始点的发车间隔，具体按式（3）确定。

（3）线路单向配置车辆数的确定

发车时间间隔确定后，线路单向需配置的车辆数按照式（4）确定。

式中：Pi为第i个时段公交线路单向配车数量（辆）；L为公交线路的长度（km）；Vi为该公交线路第i个时间段内的平均运行速度（km/h）；Tjg为公交线路第i个时间段内的发车时间间隔（min）。

（4）日常调度计划的实时微调

对长途客运枢纽区域始发的公交线路调度计划的实时微调，只针对长途客运高峰时段。具体方法是：

在长途客运时段开始前20min通过客流信息共享中心中的长途客运实时数据库，核查是否有载客较多（到站下车人数超过公交车容量的70%）的长途班车推迟到达，若无，则公交线路运行按照日常调度计划执行；若有，则对长途客流高峰时段的发车间隔按式（5）进行调整。

式中：Tnew为调整后的发车间隔时间（min）；Tjd为调整前的发车间隔时间（min）；Hd为预计延迟到达的长途客流人数（人）；D为公交车辆车正常的容量（人）；为第i个时段的期望客流满载率；C为该线路对长途到站客流的分担系数。该系数为长途客流高峰时间段换乘该条公交线路的乘客数量与长途客运站出站人数的比值，可通过实际调研进行测算；A为折中系数。引入该系数的原因在于：如果发车间隔调整过长则将增加乘客的换乘时间，如果发车间隔调整过短，则将降低公交车辆满载率，增加公交线路运营成本。因此引入此折中系数，该系数取值可在0.5～0.8之间。

（5）区间直达车的开行与调度

据实际调研，从长途客运站出站的乘客在换乘市区公交后，通常会有一些比较集中的换乘目的地，如长途客运站、著名景点、商圈、著名医疗机构等。公交线路调度可在长途客运枢纽和集中度较高的换乘目的地之间开通区间直达公交车，以提高乘客满意度和公交车辆运行效率。配车数量由式（6）确定。

式中：Pi为第i个时段的配车数量（辆）；Hi2为长途客运实时数据中预约相应换乘目的地的乘客数量（人）；D为正常的车容量，指线路所配车型正常的载客数量（人/辆）；为i个时段的期望客流满载率，节假日人数较多时取=1.2，工作日人数较少时取=1.0。

而后按式（2）和式（3）确定发车间隔。

2.3 协同调度的初步验证

依托与杭州公交集团共同承担的浙江省交通运输厅科研项目：“多层次、多运输方式下地面公共交通系统智能调度方法研究”，以杭州市长途汽车西站和从该车站始发的49路公交车为例进行初步验证。

2.3.1 杭州长途汽车西站到站客流调研

对杭州长途汽车西站到站客流分布情况进行实际调研，得到到站客流在一天中的时间分布如图2所示。

图2 杭州长途汽车西站到站客流分布示意图

由图2可见，长途汽车站到站客流在上午9 : 00～10 : 00和下午的16 : 00～18 : 00之间形成2个较为明显的客流高峰。

以上午的到站客流高峰为例，通过实际调研得到的到站客流具体情况如表1所示。

同时，实际调研发现，49路对出站客流的分担率约为32%，从长途汽车站出站口到达49路起点站的步行时间大约3min，假定需要乘坐49路的乘客出站后，均直接步行到49路起点站候车，则49路起点站来自长途车站的客流到达时刻分布如表2所示。

2.3.2 协同调度前49路调度情况

杭州公交49路从长途汽车西站始发，沿途经过多家大型医疗机构、西湖风景区、延安路商圈，终点到达杭州城站火车站，上行线路长度13.6km，配备核载83人公交车。调研得知上午9 : 00～10 : 00之间时间段沿途断面最大客流量均值为662人，协同调度前并将该时间段作为平峰时间段调度，按式（1）计算配置数量为：

实际配车8辆，按式（2）计算发车间隔为：

考虑线路调度实际情况及和前后时间段的衔接，取发车间隔8min，如表3所示。

假定所有乘客全部乘坐到达49路起点站时的下一班次公交车，对比表2和表3可得乘客换乘等待时间分布如下表4所示。

则协同调度前乘客总等待时间计算如下：

式中：T总为该时间段乘客换乘的总等待时间，ti为表（4）中相应时刻到达客流的等待时间，ni为对应时刻到达的客流人数。将表（4）中的相关数据代入式（7）可得9 : 00-10 : 00时间段长途到达客流的总等待时间为：

2.3.3 考虑城市公交和长途客运协同后的调度情况

考虑协同调度后，9：00～10:00之间时间段沿途断面最大客流量均值仍按662人，该时间长途客流从表（4）统计可得为：75人，取期望客流满载率为1.0，则

由式（1）计算可得配车数量为：

实际配车9+1=10辆，由于是长途客流高峰时期，发车间隔按式（3）确定为：

仍采用等间隔时间发车进行调度，发车间隔取为6min，考虑到和前后时间段的衔接，发车间隔如表5所示。

表1 杭州长途汽车西站9 : 00-10 : 00客流到站情况一览表

表2 49路公交起点站9 : 00-10 : 00长途客流到站情况一览表

表3 协同调度前49路发车时刻表

表4 乘客换乘等待时间及等待人数一览表

表5 考虑协同调度后49路公交发车时刻表

表6 考虑协同调度后乘客等待时间及等待人数一览表

假定所有乘客全部乘坐到达49路起点站时的下一班次公交车，则乘客换乘等待时间分布如表6所示。

考虑城市公交与长途客运协同后，依据表6数据，引用式（7）计算可得该时间段内的长途客运换乘城市公交的总等待时间为：

由上可见，通过城市公交和长途客流的协同调度，可将实例中时间段内长途客流换乘城市公交的等待时间从234min减少到104min，换乘等待时间明显减少。相类似可以计算出下午的长途客流高峰时间段，采用协同调度后乘客换乘时间减少情况，由于实例中下午的长途客流高峰时间段长途客流人数更多，乘客换乘市内公交的等待时间减少将更为显著。

3 结论

现代城市客流运输体系是包含各种长途客运、多种形式市内公交运输在内的多层次、多运输方式的综合客流运输系统，综合管理、协同运行是现代城市客流运输体系的必然要求。通过组建客流信息共享中心，可以实现城市区域内各种长途客运企业和城市公共交通运营单位之间的客流信息共享，为实现城市公交和长途客运的协同调度提供物理基础。城市地面公交系统在调度过程中通过和长途客流的主动协同，可以有效减少长途客流和市内公交的换乘等待时间，提高乘客在长途客运与传统地面公交之间的换乘体验。与此同时，根据长途输入客流换乘市内目的地的集中情况，可以在城市长途客运枢纽和乘客集中换乘目的地之间开行大站/直达公交车。通过城市公交和长途客运的协同调度，虽然公交运营企业的运行成本稍有增加，但却可以有效增强城市长途输入客流换乘市内公交的吸引力，并在一定程度上缓解城市拥堵，提升城市形象和美誉度。