淺談城市公交面與公交線

何慶平

（石家莊市新華區(qū)后杜北小區(qū)，石家莊 050072）

淺談城市公交面與公交線

何慶平

（石家莊市新華區(qū)后杜北小區(qū)，石家莊 050072）

本文提出了一個(gè)新的公共交通概念——公交面。它是根據(jù)幾何原理和公交特征用公交線編制設(shè)計(jì)成的一種具有交通平面性質(zhì)的公交運(yùn)營(yíng)平臺(tái)，能用簡(jiǎn)潔少量通用共享的公交線獲得按現(xiàn)有體制需要大量公交線才能獲得的交通效果。它和智能技術(shù)相結(jié)合，可以使公交系統(tǒng)成為智能系統(tǒng)，能夠向公交平臺(tái)統(tǒng)籌分配客源，可使每輛車(chē)和每一站間路段乃至每位乘客的出行狀態(tài)都置在智能管控之下，大大提高了公交服務(wù)的功能效率和質(zhì)量。

公交線；公交面；智控公交

1 引言

當(dāng)前，很多城市的道路擁堵和尾氣污染問(wèn)題越來(lái)越嚴(yán)重，亟待解決。城市公交系統(tǒng)（以下所述“公交”特指利用大型交通工具的公共交通）由于節(jié)省資源、總體運(yùn)輸效率高，可有效緩解城市道路擁堵和尾氣污染，成為解決城市交通問(wèn)題的有效手段，受到了國(guó)家和各城市政府的支持。然而，傳統(tǒng)公交只能沿著預(yù)設(shè)的固定線路運(yùn)行，難于融入先進(jìn)技術(shù)滿足人們更多的乘坐意愿。如何融入現(xiàn)代技術(shù)提高公交系統(tǒng)的服務(wù)功能效率和質(zhì)量，將更多非公交出行者吸引到公交出行上來(lái)，是當(dāng)今解決城市交通問(wèn)題的重要研究課題。

國(guó)外對(duì)公交線網(wǎng)的研究起步較早。在60年代初，公交線網(wǎng)的布局優(yōu)化采用專(zhuān)家定線的方式。從60年代至80年代初公交線網(wǎng)的確定多是運(yùn)用系統(tǒng)工程和運(yùn)籌學(xué)的有關(guān)原理、方法，在既定目標(biāo)函數(shù)下進(jìn)行線網(wǎng)的優(yōu)化布設(shè)。80年代至今，又有很多人提出了不同的線路規(guī)劃方法和優(yōu)化算法。國(guó)內(nèi)對(duì)公交線網(wǎng)布局優(yōu)化的研究始于80年代，王志棟[1]、胡啟淵[2]針對(duì)不同目標(biāo)提出了多目標(biāo)規(guī)劃方法；韓印[3]等提出城市公交線網(wǎng)調(diào)整優(yōu)化的pso算法、遺傳算法等用于公交線網(wǎng)設(shè)計(jì)中；王煒[4]提出一種“逐條布設(shè)，優(yōu)化成網(wǎng)”的思路進(jìn)行線網(wǎng)優(yōu)化；楊超[5]等人則利用圖論方法，以城市客流OD分布為依據(jù)進(jìn)行公交線網(wǎng)布局優(yōu)化。

綜上，半個(gè)世紀(jì)以來(lái)人們有一個(gè)共同思路就是：“模仿城外交通用預(yù)設(shè)公交線的方法解決城市公交問(wèn)題”，后來(lái)人們?yōu)榱恕坝妙A(yù)設(shè)公交線更好的方法來(lái)更好地解決公交問(wèn)題”產(chǎn)生了共同目標(biāo)：“使其預(yù)設(shè)的公交線網(wǎng)盡量適應(yīng)城市中潛在的實(shí)際需求公交客流狀態(tài)和乘客意愿”。但預(yù)設(shè)公交線是固定的交通線，而潛在的實(shí)際公交客流需求狀態(tài)每時(shí)每刻都在變化著，如何使公交線適應(yīng)變化客流狀態(tài)的需求？如何可以操控這種客流？孕婦需要一條客流最疏的交通線，忙于辦事的乘客需要一條最快的交通線，怎樣使公交線適合每個(gè)人的個(gè)性化要求？是本文要解決的問(wèn)題。

本文認(rèn)為，公交線網(wǎng)只是公交運(yùn)營(yíng)平臺(tái)的一種，城內(nèi)公交有別于城外公交，因此提出了一個(gè)“公交面”的概念，用一個(gè)面性運(yùn)營(yíng)平臺(tái)取代線性運(yùn)營(yíng)平臺(tái)。這種設(shè)計(jì)思路的開(kāi)拓性改變可使公交發(fā)生連續(xù)變化，平臺(tái)的變化可使公交由用預(yù)設(shè)公交線的方式變?yōu)榭梢岳门R設(shè)公交線的公交方式。這種交通方式具有很好的可操控性，而且可以輕松融入智能技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、電子地圖技術(shù)，公交技術(shù)層面的提高將改變傳統(tǒng)公交模式，并得到多方面的優(yōu)異效果。

2 公交面的概念

隨著城市的發(fā)展，公交需求越來(lái)越大，公交客源點(diǎn)的分布變得稠密而廣泛，越來(lái)越多的公交線路甚至使同一段街道上出現(xiàn)了不少重復(fù)公交線路，但還是不能很好地滿足越來(lái)越多的公交需求，反而使公交資源利用效率開(kāi)始下降。之所以這樣在于用線的思路去解決面的問(wèn)題上。

（1）公交線是一個(gè)線性交通平臺(tái)，在該平臺(tái)上運(yùn)營(yíng)可以解決這條線上的交通。其交通方向、交通目標(biāo)、到達(dá)同一個(gè)目標(biāo)的不同路徑都被限制到該條線上。公交線有兩種，一種是臨設(shè)公交線，它是臨時(shí)設(shè)計(jì)，不便于投資建設(shè)，但有與時(shí)俱變的靈活性，出租車(chē)就是利用臨設(shè)公交線的交通。一種是預(yù)設(shè)公交線，它是提前設(shè)計(jì)建設(shè)的固定交通線，便于投資建設(shè)，但沒(méi)有交通靈活性，傳統(tǒng)公交就是這種形式。

（2） 交通面是一個(gè)面性交通平臺(tái)，在該平臺(tái)上運(yùn)營(yíng)可以解決這個(gè)面上的交通。最簡(jiǎn)單的交通面是徒步交通者在廣場(chǎng)上交通時(shí)的廣場(chǎng)。其特征是：“在交通面上不受交通線的限制，可以由任何點(diǎn)、向任何方向、用任何相對(duì)不同要求的最優(yōu)路徑、到達(dá)交通面上任何目標(biāo)點(diǎn)。在交通面上不用預(yù)設(shè)一條交通線卻有用不完的交通線。”城市交通也是一個(gè)面，城市中的道路四通八達(dá)，特別是北方城市，大多數(shù)道路都是呈棋盤(pán)樣式，是一個(gè)整齊的面。乘坐出租車(chē)、自駕車(chē)、自行車(chē)等非公交車(chē)在城市中交通同樣可以達(dá)到交通面的效果，但是乘坐公交車(chē)就不會(huì)有交通面的效果。

（3） 公交面是一個(gè)可以用在公交上的面性公交平臺(tái)。傳統(tǒng)的城市公交運(yùn)營(yíng)平臺(tái)之所以不是公交面，城市交通面也不能用于公交，這是傳統(tǒng)公交的特征所決定。傳統(tǒng)公交的特征有：

1）線性限制特征。傳統(tǒng)的公交運(yùn)營(yíng)平臺(tái)是一條條的預(yù)設(shè)公交線，如一路公交線二路公交線，一號(hào)地鐵線二號(hào)地鐵線。這種從設(shè)計(jì)思路就有的先天特征將公交限制到一條條的公交線上，使公交失去了交通靈活性，也限制了公交的可操控性。

2）同車(chē)約束特征。自行車(chē)、出租車(chē)、自駕車(chē)都是小型運(yùn)輸工具的單體客運(yùn)，交通者具有各自的交通靈活性。公交是大型交通工具的群體客運(yùn)，它提高了公交功能功效，但眾人同坐一輛車(chē)相互約束不能實(shí)現(xiàn)各自意向，只能任憑車(chē)輛運(yùn)行一條線。它約束了各位乘客的各自最佳路徑，約束了公交的個(gè)性化服務(wù)功能，更約束了乘客分散交通所造成的公交面性。

3）同向換乘特征。傳統(tǒng)的公交換乘站大多建在重復(fù)公交線上，重復(fù)公交線不僅浪費(fèi)交通資源還增加了擁堵因素。該換乘站只能進(jìn)行同向換乘，所以也就沒(méi)有多向換乘所造成的公交面性。

本文所述公交面既不是廣場(chǎng)那樣的天然交通面，又不是現(xiàn)實(shí)中線體性的公交線網(wǎng)，而是根據(jù)幾何原理和公交特征用公交線編制設(shè)計(jì)成的一種具有交通平面性質(zhì)的公交運(yùn)營(yíng)平臺(tái)，能用簡(jiǎn)潔少量通用共享的公交線獲得按現(xiàn)有體制需要大量公交線才能獲得的交通效果。

3 公交面的設(shè)計(jì)

（1）極坐標(biāo)式公交面。在極坐標(biāo)系內(nèi)，任何點(diǎn)的任何移動(dòng)都可以通過(guò)改變?chǔ)冉嵌群挺丫嚯x來(lái)實(shí)現(xiàn)。那就在城市內(nèi)設(shè)計(jì)幾條環(huán)狀交通線（沿其運(yùn)行可以改變?chǔ)冉嵌龋┖鸵粭l直交通線（沿其運(yùn)行可以改變?chǔ)丫嚯x），再在這兩條線的相交處設(shè)計(jì)一個(gè)換乘樞紐（該換乘樞紐之特征是：建在路口處且能完成多條公交線的相互多向換乘），如圖1所示。圖1中，2是環(huán)線，它們連通了所有公交站；3是直線，它溝通了所有環(huán)線；4是外延線；5是換乘樞紐；1是公交站，這就構(gòu)成了一個(gè)公交面。它用簡(jiǎn)潔的公交線溝通了全部公交站點(diǎn)的相互交通，使各公交線構(gòu)成了一個(gè)交通面體。圖2是改進(jìn)后的極坐標(biāo)式公交面。

圖1 環(huán)狀交通線及換乘樞紐

（2）平面直角坐標(biāo)式公交面。在平面直角坐標(biāo)系中任何點(diǎn)的任何移動(dòng)都可以用X和Y兩種方向的移動(dòng)來(lái)完成。那我們?cè)诔鞘袃?nèi)只設(shè)計(jì)X和Y兩個(gè)方向的交通線，再在兩種公交線相交處設(shè)計(jì)換乘樞紐（該換乘樞紐之特征是：建在路口處且能完成多條公交線的相互多向換乘），就可以實(shí)現(xiàn)城市內(nèi)的任何站點(diǎn)到任何站點(diǎn)的交通，構(gòu)成了一個(gè)平面直角坐標(biāo)式公交面，如圖3所示。以上兩種公交面統(tǒng)稱(chēng)坐標(biāo)式公交面。圖2和圖3中，5是換乘樞紐，6是公交站。

圖2 極坐標(biāo)式公交面

（3）其他形式的公交面。各城市地理狀況不同，街道結(jié)構(gòu)不同，可以根據(jù)實(shí)際情況和設(shè)計(jì)原理設(shè)計(jì)出不同的公交面。也可以將以上兩種公交面相結(jié)合設(shè)計(jì)出不同的公交面。

4 構(gòu)成公交面的公交線結(jié)構(gòu)特征

（1）簡(jiǎn)潔性。在現(xiàn)實(shí)的公交站牌上會(huì)看到標(biāo)有多路公交車(chē)，這說(shuō)明在這段路上有多路重復(fù)公交線。而構(gòu)成公交面的公交線任何一段路上只有一路公交線，從數(shù)量上該公交線也遠(yuǎn)遠(yuǎn)少于傳統(tǒng)公交的公交線。以石家莊為例，它現(xiàn)實(shí)有120路公交車(chē)，如果編制一個(gè)公交面最多需要20條左右公交線即可，在上述構(gòu)成公交面的公交線只有兩種公交線，而現(xiàn)實(shí)公交線有多種多樣，因此說(shuō)它有簡(jiǎn)潔性。

（2）多相通性。我們細(xì)看一下公交面結(jié)構(gòu)會(huì)發(fā)現(xiàn)，在構(gòu)成公交面的兩種公交線中，其中一種公交線中的任何一條都和另一種公交線中的任何一條相交著。而相交處又設(shè)有換乘樞紐，所以一種公交線中的任何一條都和另一種公交線中的任何一條相通著。傳統(tǒng)公交線網(wǎng)無(wú)論如何都不會(huì)有這種特征。

（3）整體性。公交面是將線體性的公交線編制成了一個(gè)面體性的公交面，具備了整體性，乘客不必考慮是那一路車(chē)可以就近上站，有利于公交系統(tǒng)進(jìn)行全面統(tǒng)一管理統(tǒng)籌管控，有利于先進(jìn)技術(shù)的融入。

5 公交面的應(yīng)用效果預(yù)測(cè)

圖3 平面直角坐標(biāo)式公交面

（1）通達(dá)效果。在圖4中我們用虛線表示從A站點(diǎn)到B站點(diǎn)的可規(guī)劃路徑，或者說(shuō)可以臨時(shí)設(shè)計(jì)的交通線，結(jié)果還沒(méi)有表示全就有這么多了。這才僅僅是一個(gè)站點(diǎn)到一個(gè)站點(diǎn)的臨設(shè)交通線，那么任何站點(diǎn)和任何站點(diǎn)之間該有多少這樣的交通線呢？另外這才是近路，如果靠近A點(diǎn)的兩段交通線出現(xiàn)故障時(shí)，還會(huì)有更大量的繞行路線。那一共該有多少這樣的交通線呢？曾經(jīng)有人用一個(gè)城市公交線的總長(zhǎng)度來(lái)表示該城市的公交發(fā)達(dá)程度，那么在交通面中有如此大量的交通線，它的發(fā)達(dá)程度該是多么大呢？可見(jiàn)公交面的通達(dá)功能是十分強(qiáng)大的。同時(shí)也說(shuō)明只要用簡(jiǎn)潔少量的公交線編制成公交面，就可以有用不完的臨設(shè)公交線。

圖4 公交面的通達(dá)性

（2）公交資源利用效率。在當(dāng)前城市交通資源緊張情況下很需要提高公交資源利用率。而公交面的應(yīng)用可以大大提高公交資源利用率。在傳統(tǒng)公交線網(wǎng)中有好多重復(fù)公交線，而在構(gòu)成公交面的公交線中不僅避免了重復(fù)公交線，而且還可以用簡(jiǎn)潔少量公交線的通用共享?yè)Q來(lái)用不完的臨設(shè)公交線，進(jìn)而又提高了道路資源的利用效率。在出租車(chē)運(yùn)營(yíng)時(shí)，當(dāng)乘客告訴司機(jī)交通目標(biāo)后他就會(huì)在運(yùn)營(yíng)平臺(tái)上臨時(shí)設(shè)計(jì)一條交通線將乘客送到目的地。在圖4中的虛線就是臨設(shè)交通線。但是出租車(chē)臨設(shè)線后需要一輛專(zhuān)車(chē)將乘客送到目的地，而用公交面卻不用增設(shè)車(chē)輛就可以做到。這說(shuō)明在公交面上，可規(guī)劃出極大量臨設(shè)公交線且其線上不用設(shè)專(zhuān)車(chē)，臨設(shè)交通線是用則有不用則無(wú)，而傳統(tǒng)公交線是實(shí)車(chē)實(shí)線，不論有無(wú)乘客車(chē)都要在線上跑。因?yàn)榕R設(shè)線是將構(gòu)成交通面的交通線分成了大量的站間路段，再用這些站間路段靈活組合成臨設(shè)交通線。每一站間路段和每一輛車(chē)在到不同的目標(biāo)時(shí)都是通用共享的。用通俗的話說(shuō)就是，這種臨設(shè)公交線是不花錢(qián)的公交線。所以公交面的公交資源無(wú)論是路還是車(chē)其利用效率都是極高的。

（3）公交面的不足。公交面是在城市發(fā)展到客源分布稠密且廣泛時(shí)，并且街道結(jié)構(gòu)便于編制公交面的城市可以應(yīng)用，在公交發(fā)展初期和客源分布集中的城市不宜用。在城市地理復(fù)雜和街道不規(guī)范的城市有待研究。

6 公交面的實(shí)施方案

公交面“在交通面上不用預(yù)設(shè)一條交通線卻有用不完的交通線”的理念為公交創(chuàng)造了利用臨設(shè)交通線的條件。公交面“在交通面上不受交通線的限制可以由任何點(diǎn)、向任何方向、用任何相對(duì)不同要求的最優(yōu)路徑、到達(dá)交通面上任何目標(biāo)點(diǎn)”的特點(diǎn)為公交用智能技術(shù)作統(tǒng)籌指揮創(chuàng)造了條件。

在公交面的支持下，利用互聯(lián)網(wǎng)的信息瞬間互通、智能技術(shù)的高速運(yùn)算功能實(shí)現(xiàn)了為太多乘客分別臨時(shí)規(guī)劃交通路徑，進(jìn)而設(shè)計(jì)了一個(gè)“城市公交智能系統(tǒng)”[6]。它是根據(jù)各公交車(chē)的實(shí)時(shí)載客數(shù)量、各站間路段的實(shí)時(shí)擁堵?tīng)顩r、路網(wǎng)結(jié)構(gòu)、每位乘客的交通始終站點(diǎn)和其個(gè)性化要求等公交信息，向公交平臺(tái)上統(tǒng)籌分配乘客交通路徑的公交技術(shù)方案。它利用與時(shí)俱變的公交信息通過(guò)統(tǒng)籌分配乘客各自交通路徑，將每輛車(chē)和每一站間路段乃至每位乘客的出行狀態(tài)都置于智能管控之下。它構(gòu)成的公交模式是：在平面性運(yùn)營(yíng)平臺(tái)上，以臨設(shè)公交線的公交方式，用大型交通工具進(jìn)行個(gè)性化服務(wù)的，動(dòng)態(tài)智能管控公交運(yùn)營(yíng)狀態(tài)的一種智控公交。

該技術(shù)方案的有益效果如下：

（1）可以提高和擴(kuò)大公交服務(wù)功能。本技術(shù)方案在保留了傳統(tǒng)公交的根本優(yōu)勢(shì)——大型交通工具的基礎(chǔ)上，增加了公交面的強(qiáng)大通達(dá)功能，又增加了個(gè)性化和智能化服務(wù)功能。

（2）可以提高公交資源利用效率。本技術(shù)方案用定性、智能定量?jī)煞N方法分別提高交通資源的利用效率。在設(shè)計(jì)公交面時(shí)避免了重復(fù)公交線的設(shè)置；將公交線路和車(chē)輛設(shè)置成通用共享的資源;事實(shí)上有些資源利用效率是不可以無(wú)限提高的，比如不可以用無(wú)限增加車(chē)輛的載客量和道路的客流量來(lái)提高它們的效率，本系統(tǒng)將這些因素都置于智能管控之下，可以對(duì)其效率進(jìn)行人性化管控，而這種人性化管控就可以達(dá)到該效率的相對(duì)最高。

（3）可以提高公眾乘坐公交的方便程度。經(jīng)調(diào)查總結(jié)公眾所說(shuō)的乘公交不方便可以分成兩個(gè)方面，即智力方面和體力方面。當(dāng)來(lái)到一個(gè)新城市要乘坐公交，去查找交通目標(biāo)的周?chē)心且宦饭卉?chē)站，如果不能直達(dá)還要換乘，如何換乘，下車(chē)后向什么方向走等為智力方面的不便；體力方面是尋找上車(chē)車(chē)站和換乘的路途遠(yuǎn)所花費(fèi)體力和時(shí)間帶來(lái)的不便。 本技術(shù)方案的智能系統(tǒng)在電子地圖系統(tǒng)支持下承攬了乘客的全部智力活動(dòng)，包括下車(chē)后向什么方向走多少米。在體力方面，公交面的路和車(chē)都是通用共享的乘客可以不必判斷和尋找車(chē)站，可以見(jiàn)站就上。換乘時(shí)，乘客可以在本方案的換乘樞紐不下站臺(tái)進(jìn)行多向換乘。

（4）可以提高乘客乘坐公交的快捷程度。智能系統(tǒng)在公交面的支持下能為每位乘客分別規(guī)劃出最近和最快的路徑，提高了快捷度；本技術(shù)方案中換乘樞紐的設(shè)計(jì)，其中一個(gè)附加效果是將路口設(shè)計(jì)成了一個(gè)避開(kāi)紅綠燈的公交專(zhuān)用路口，這又提高了快捷程度；只要再做點(diǎn)微小投資，用黃線隔成公交專(zhuān)用道就和路口形成了公交快速路網(wǎng)，可以再次提高快捷程度。

（5）可以縮短候車(chē)時(shí)間。公交面的應(yīng)用說(shuō)明將原來(lái)繁多的公交線上的公交運(yùn)力壓在一組簡(jiǎn)潔的公交線上，這勢(shì)必要提高發(fā)車(chē)頻率，那就會(huì)縮短候車(chē)時(shí)間。但不可以無(wú)限提高發(fā)車(chē)頻率，以避免出現(xiàn)連體車(chē)或連體車(chē)組。這樣一來(lái)候車(chē)時(shí)間會(huì)被調(diào)整到一個(gè)相對(duì)最短狀態(tài)。

（6）便于投資建設(shè)。 公交面的應(yīng)用可將原來(lái)繁多的公交線設(shè)計(jì)為一組簡(jiǎn)潔的公交線，這就大大減少了架橋、入地、鋪軌等建設(shè)成本，便于投資建設(shè)。本技術(shù)方案對(duì)其他方面的設(shè)計(jì)盡量做到簡(jiǎn)便易行、實(shí)用可靠、易于建設(shè)。比如對(duì)于如何獲得車(chē)載人數(shù)的設(shè)計(jì)，是借用了計(jì)站收費(fèi)的兩個(gè)刷卡機(jī)，通過(guò)乘客上車(chē)和下車(chē)兩次刷卡的次數(shù)差獲得車(chē)載人數(shù)。再比如，用半張車(chē)票的投資就實(shí)現(xiàn)了將一個(gè)智能信息系統(tǒng)變成一個(gè)智能管控系統(tǒng)。對(duì)于獲得各路段的擁堵?tīng)顩r信息是用該路段的行車(chē)速度值間接獲得。另外還用較巧妙的手法解決了臨設(shè)交通線不便于投資建設(shè)的問(wèn)題。

[1] 王志棟．公交線網(wǎng)優(yōu)化模型的建立[J],大連鐵道學(xué)院學(xué)報(bào)，1997（12）：31-34．

[2] 胡啟淵，常玉林．城市公共交通線網(wǎng)多目標(biāo)優(yōu)化的建模與求解[J]．江蘇大學(xué)學(xué)報(bào)，2003．

[3] 韓印，李維斌，李曉峰等．城市公交線網(wǎng)調(diào)整優(yōu)化pso算法[J]．中國(guó)公路學(xué)報(bào)1999（3）：100-104．

[4] 王煒，楊新苗，陳學(xué)斌等．城市公共交通系統(tǒng)規(guī)劃方法與管理技術(shù)[M]．北京：科學(xué)出版社，2002．

[5] 楊超，李彬．城市公共交通線網(wǎng)優(yōu)化的圖論模型與算法[J]，同濟(jì)大學(xué)學(xué)報(bào)，1998（6）：294-298．

[6] 何慶平．城市公交智能系統(tǒng)（專(zhuān)利文獻(xiàn)），專(zhuān)利號(hào)：ZL 2016 2 0022072．0 ，授權(quán)公告日2016年07月13日．

Discuss on Public Transit Plane vs Public Transit Line in a City

He Qingping
(Shijiazhuang City Xinhua District after Du Bei District，Shijiazhuang 050072)

A new concept, public transit plane, is proposed in this paper. It is a kind of 2-D public transit platform that designed according to theory of geometry and characters of public transit. It is constructed by less public transit line and present more traf fi c capacity. Working with arti fi cial intelligent technique, it make public transit system more intelligent and can allocating passengers for every public transit vehicle balanced. It can intelligently control each vehicle and each section of road, evenly the status of each passenger, and thus observably improve the ef fi ciency and quality of the public transit system.

U491．1+7

A

Key words:Public transit line; public transit plane; intelligently controlled public transit system