薛 睿，張建華，孫 健

(1．上海交通大學(xué)船舶海洋與建筑工程學(xué)院，上海，200240;2．東北林業(yè)大學(xué)交通學(xué)院，黑龍江 哈爾濱，150040)

公共交通系統(tǒng)是城市綜合功能體系的重要組成部分，在社會經(jīng)濟發(fā)展、城市建設(shè)以及城鎮(zhèn)居民日常生活中發(fā)揮著舉足輕重的作用，是城市發(fā)展必不可少的物質(zhì)條件和基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)。隨著我國城市化進(jìn)程的不斷推進(jìn)，提高城市公交服務(wù)水平的需求日益增長，尋求一種科學(xué)、合理、客觀且量化的公交服務(wù)可靠性評價方法尤為必要。張棟等[1]基于乘客感知建立了公交服務(wù)質(zhì)量評價體系，量化評價公交服務(wù)質(zhì)量。高桂鳳等[2]將可靠性概念引入公交服務(wù)質(zhì)量評價中,建立公交服務(wù)質(zhì)量評價模型。張長春等[3]應(yīng)用ADC 模型分析法對城市公共交通服務(wù)可靠性進(jìn)行綜合評價, 驗證ADC 模型在公交服務(wù)系統(tǒng)評價中的實用性。上述研究對公交服務(wù)及可靠性制定了相應(yīng)評價體系，采用服務(wù)質(zhì)量指標(biāo)對公交服務(wù)進(jìn)行評價，但未考慮不同評價指標(biāo)對公交服務(wù)可靠性的貢獻(xiàn)程度及乘客感知的差異性，評價結(jié)果不能準(zhǔn)確反映公交服務(wù)可靠程度。為此，本文選取哈爾濱市102路公交車為研究對象，通過實際調(diào)查，借鑒系統(tǒng)效能模型來建立公交服務(wù)可靠性評價體系，并利用層次分析法對公交服務(wù)可靠性進(jìn)行綜合評價，以期提高公交服務(wù)可靠性評價的準(zhǔn)確度。

1 公交服務(wù)可靠性及其評價體系

1.1 公交服務(wù)可靠性度量

公交服務(wù)可靠性度量通常分3個步驟來進(jìn)行:

(1) 規(guī)定可靠性功能。度量可靠性首先應(yīng)當(dāng)通過調(diào)查分析明確可靠服務(wù)的范疇，并給出可靠服務(wù)的定義閾限，最后確定出公交服務(wù)可靠性的來源及實現(xiàn)條件。

(2) 確定公交服務(wù)可靠性的計算或模擬公式。根據(jù)第一步確定的公交服務(wù)可靠性實現(xiàn)條件，列出滿足功能要求的數(shù)學(xué)公式。

(3) 計算公交服務(wù)的可靠度。結(jié)合調(diào)查數(shù)據(jù)及實際情況，制定表達(dá)式中各項具體參數(shù)，計算可靠度概率。

借鑒產(chǎn)品可靠性的定義[4]，以公交完成指定服務(wù)功能的概率計算公交服務(wù)可靠度，公式為：

(1)

1.2 公交服務(wù)可靠性評價指標(biāo)

通過對哈爾濱市公交服務(wù)可靠性情況的調(diào)查，結(jié)合現(xiàn)有的公交服務(wù)質(zhì)量評價標(biāo)準(zhǔn)[5-6]，本研究分別選取服務(wù)間隔可靠度、準(zhǔn)點可靠度、出行時間可靠度以及載客數(shù)量可靠度這4個指標(biāo)對公交服務(wù)可靠度進(jìn)行評價。

1.2.1 服務(wù)間隔可靠度

公交服務(wù)間隔指的是某線路公交車輛連續(xù)到達(dá)某一站點的時間間隔或車頭時距，該指標(biāo)主要由公交線路周轉(zhuǎn)時間及配車數(shù)確定，而公交線路周轉(zhuǎn)時間則由公交車輛運行時間所確定。

公交車輛理論運行時間Tt為：

Tt=TkS+TdNs

(2)

式中：Tt為公交理論運行時間，min；Tk為每公里運行時間，min；S為行駛里程，km；Td為?？繒r間，min；Ns為站點數(shù)。

高峰理論周轉(zhuǎn)時間Tpt為：

Tpt=Tt+5

(3)

平峰理論周轉(zhuǎn)時間Tft為：

Tft=Tt×115%

(4)

公交服務(wù)間隔Sl為：

Sl=TptTft/Nve

(5)

式中：Nve為配車數(shù)，輛。

服務(wù)間隔可靠度又稱線路運轉(zhuǎn)可靠度(schedule reliability)，為實際公交線路的服務(wù)間隔不超過限定值的概率，其計算公式為：

SR=P(Sl≤αSl0)

(6)

式中：SR為服務(wù)間隔可靠度；α為考慮道路、環(huán)境等因素后綜合給出的修正系數(shù)，本文取α=1.5；Sl0為理論服務(wù)間隔。

式(6)中，Sl取實際觀測值，Sl0則由公交運營企業(yè)給定或參照式(4)進(jìn)行計算。

一般認(rèn)為,市區(qū)內(nèi)公交線路服務(wù)間隔在7.5 min以內(nèi)即可視作服務(wù)可靠[6]。

1.2.2 準(zhǔn)點可靠度

公交準(zhǔn)點可靠度(on-time reliability)指在調(diào)查時段內(nèi)，在動態(tài)的交通網(wǎng)絡(luò)中，公交車輛能夠準(zhǔn)點到站或離站的能力。到站時刻偏離量為公交車輛實際到站時刻與計劃到站時刻之差，一般取其絕對值[7]。

公交準(zhǔn)點可靠度可根據(jù)到站時間偏離量來衡量，即實際到站的偏離時間小于限定值的概率，其計算公式為：

OTR=P{|σi|≤γσi0}

(7)

式中：OTR為準(zhǔn)點可靠度；σi為車輛到站時刻的實際偏離量；σi0為車輛到站時刻限定偏離量；γ為不同線路類型的修正系數(shù)，本文取γ=1.25。

根據(jù)文獻(xiàn)[8]中“公交車輛準(zhǔn)點率應(yīng)達(dá)90%”的建議，結(jié)合哈爾濱市公交運行情況的調(diào)查數(shù)據(jù)，認(rèn)為到站時間偏離量在5 min以內(nèi)可視為服務(wù)可靠。

1.2.3 出行時間可靠度

出行時間通常指乘客在起訖點之間所消耗的時間。乘客出行時間Ttp指乘客一次出行平均所花費時間，包括：從起始點步行出發(fā)—等待車輛—乘車—換乘—步行至目的地所花費的時間。

Ttp=2Tw1+Td+Tc+Th+Tw2

(8)

式中：Tw乘客從起始點步行至出發(fā)站點的時間，min；Td為候車時間，min；Tc為乘車時間，min；Th為換乘時間，min；Tw2為乘客從到達(dá)站點步行至目的地所花費的時間。

本文定義出行時間可靠度(travel time reliability)為平均出行時間小于限定值的概率，其計算公式為：

(9)

結(jié)合哈爾濱市的城市規(guī)模，認(rèn)為出行時間在40 min以內(nèi)即視為公交服務(wù)可靠。

1.2.4 載客數(shù)量可靠度

載客數(shù)量可靠度(load reliability)定義為車內(nèi)實際乘客數(shù)小于車輛限定載客容量的概率。滿載率尤其是高峰滿載率也可作為可靠性的評價指標(biāo)。高峰滿載率FR指客運高峰期間車輛在主要線路高單向高斷面載運乘客的平均滿載程度，其計算公式為：

(10)

式中：Pmh為主線路高單向高斷面通過量，輛；Nph為車輛通過高斷面的客位數(shù)總和，人。

文獻(xiàn)[9]中對于城市公交車輛額定載客數(shù)Np的計算公式為：

Np=Nfs+SsaNas

(11)

式中：Nfs為車廂固定座位數(shù)；Ssa為車廂有效站立面積，m2；Nas為每平方米車廂允許站立的人數(shù)，人。

按客車設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，取額定載客數(shù)為80人。公交車輛高斷面客流通過量由統(tǒng)計資料獲得，計算高峰滿載率，取最大值。高峰滿載率越高，公交的乘坐舒適性越差。

載客數(shù)量可靠度LR的計算公式為：

LR=P{pi≤λpi0}

(12)

式中：pi為車內(nèi)實際乘客數(shù)，人；pi0為車輛滿載定員數(shù)，人；λ為車型修正系數(shù)，本文取λ=1。

通常認(rèn)為高峰滿載率在110%以內(nèi)可視為服務(wù)可靠。

2 公交服務(wù)可靠性評價模型建立

2.1 系統(tǒng)效能模型

系統(tǒng)效能模型[3]反映的是給定系統(tǒng)在一定條件下滿足服務(wù)要求的能力，本文采用該模型對公交服務(wù)可靠性進(jìn)行評價。評價系統(tǒng)效能的經(jīng)典模型為ADC模型，表達(dá)式為：

E=ADC

(13)

對于公交服務(wù)系統(tǒng)，取A= 1，D=[SROTRTTRLR]，C=[C1C2C3C4]，則公交服務(wù)可靠性綜合評價函數(shù)為

Eg=SR·C1+OTR·C2+

TTR·C3+LR·C4

(14)

式中：Eg為公交服務(wù)系統(tǒng)效能；C1為公交服務(wù)間隔權(quán)重值；C2為公交準(zhǔn)點率權(quán)重值；C3為乘客出行時間權(quán)重值；C4為公交載客數(shù)權(quán)重值。

本文中Eg∈(0,1)，Eg值越大，公交服務(wù)的可靠性就越高。建立綜合評價標(biāo)準(zhǔn)表如表1所示。當(dāng)評價指數(shù)達(dá)到A、B級水平時，該公交線路服務(wù)水平較高，能充分滿足乘客的出行需求。C級水平為良好公交服務(wù)水平的下限，此時公交服務(wù)仍處于可靠范圍內(nèi)，但乘客出行滿意度已明顯下降。D、E級則為不可靠公交服務(wù)，此時,公交服務(wù)準(zhǔn)點性、舒適性等特征均處于較低水平，若公交服務(wù)長期處于E級水平，則將導(dǎo)致乘客選擇其他交通方式出行。

表1 公交服務(wù)可靠性綜合評價分級Table 1 Comprehensive evaluation of bus service reliability

2.2 權(quán)重確定

層次分析法在系統(tǒng)效能建模中應(yīng)用廣泛[10]。本文利用層次分析法確定公交服務(wù)可靠性評價指標(biāo)在綜合評價體系中的權(quán)重，具體步驟如下：

步驟1：分析系統(tǒng)中各因素間關(guān)系，建立評價系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)模型，如圖1所示。

圖1 層次結(jié)構(gòu)模型Fig.1 Hierarchical structure model

步驟2：確定判斷標(biāo)度，如表2所示。

步驟3：對同一層次各元素關(guān)于上一層次中某一準(zhǔn)則的重要性進(jìn)行兩兩比較，構(gòu)造兩兩比較的判斷矩陣，記為B=(bij)，其中bij(i=1,2,3,4；j=1,2,3,4。1,2,3,4分別與圖1中的4項評價指標(biāo)對應(yīng))表示對于決策目標(biāo)而言，因素i對j的相對重要性。根據(jù)對100位公交乘客的調(diào)查結(jié)果，得到相應(yīng)的bij值，則判斷矩陣為：

(15)

步驟4：根據(jù)判斷矩陣，計算各要素的優(yōu)先級向量，即判斷矩陣的特征向量。判斷矩陣為n×n矩陣，首先計算矩陣各行元素乘積的n次根：

(16)

式中：Mi=∏bij,i=1,2,3,4。

將上述計算結(jié)果正交化，得到各要素的優(yōu)先級向量：

(17)

W=(W1，W2，W3，W4)即為所求的優(yōu)先級向量。

步驟5：判斷矩陣的一致性檢驗，首先計算判斷矩陣的最大特征根：

(18)

然后計算一致性指標(biāo)CI：

表2 9級標(biāo)度法比例標(biāo)度Table 2 9-stage scaling

CI=(λmax-n)/(n-1)

(19)

引進(jìn)判斷矩陣的平均隨機一致性指標(biāo)RI值(見表3)。最后計算一致性系數(shù)CR：

CR=CI/RI

(20)

若CR<0.1，則認(rèn)為判斷矩陣有滿意的一致性，否則需要調(diào)整判斷矩陣。

表3 平均隨機一致性指標(biāo)RI的值Table 3 Average random consistency index

步驟6: 計算各層次對于系統(tǒng)的總排序權(quán)重，并進(jìn)行排序。最后，得到各方案對于總目標(biāo)的總排序。

本文利用層次分析軟件YAAHP，結(jié)合對乘客的問卷調(diào)查結(jié)果，通過以上步驟對公交服務(wù)可靠度各項評價指標(biāo)進(jìn)行權(quán)重分析，得到各項評價指標(biāo)在可靠性評價體系中所占權(quán)重如表4所示。由表4可知，4個評價指標(biāo)中，服務(wù)間隔對可靠性的影響最大。由分析結(jié)果還可知，一致性系數(shù)CR=0.0094，表明判斷矩陣的一致性較好。

表4 可靠性評價指標(biāo)權(quán)重Table 4 Weight of reliability evaluation index

3 實例分析

選取哈爾濱市具有代表性的102路公交車作為研究對象。102路公交車從香坊區(qū)的母親廣場發(fā)往道里區(qū)的防洪紀(jì)念塔，首末站均為哈爾濱市的主要景點。由于該公交線路途徑中央大街、樂松廣場等主要商圈以及哈爾濱市行政服務(wù)中心、醫(yī)院、學(xué)校等重要場所，日運送客流量較大。因此，認(rèn)為其能夠反映哈爾濱市公交服務(wù)可靠程度的一般水平。

由于102路公交設(shè)置了20個公交站點，站點較多。本文選取電機廠、樂松廣場、林業(yè)大學(xué)、哈師大、大發(fā)市場、中心醫(yī)院、經(jīng)緯街、哈一百8個重要站點作為調(diào)查站點，根據(jù)不同的評價指標(biāo)，采用了跟車調(diào)查、站點調(diào)查及問卷調(diào)查等方法進(jìn)行調(diào)整。

3.1 公交服務(wù)可靠性調(diào)查結(jié)果

3.1.1 服務(wù)間隔

102路公交車在運行過程中，技術(shù)車速為20 km/h，平均各站點?？繒r間為0.75 min。根據(jù)調(diào)查結(jié)果，運用式(2)～式(5)進(jìn)行計算，結(jié)果如表5所示。

表5 運營計劃參數(shù)與理論服務(wù)間隔Table 5 Operational planning parameters and theoretical service interval

根據(jù)在各個公交站點的調(diào)查結(jié)果，得到102路上行(母親廣場—防洪紀(jì)念塔)各主要站點實際服務(wù)間隔，如表6和7所示。由表6、表7中可知，平峰時段各站點服務(wù)間隔的方差較小，而高峰時段的服務(wù)間隔的方差較大，出現(xiàn)不穩(wěn)定狀態(tài)。

表6公交102路高峰時段(17：00～18：00)實際服務(wù)間隔

Table 6 Bus 102’s actual service intervals in peak hours

3.1.2 到站時刻偏離量

以公交車輛到站時刻偏離量來表示公交準(zhǔn)點可靠度。根據(jù)文獻(xiàn)[8]，取限定偏離量|σ0|=3 min。

表7公交102路平峰時段(9：00～10：00)實際服務(wù)間隔

Table 7 Bus 102’s actual service intervals in off-peak hours

調(diào)查了102路公交車各站點公交車輛實際到站時刻，其與調(diào)度站所提供的計劃到站時刻的絕對差值即為到站時刻偏離量。通過考察高峰時段的到站偏離量，其結(jié)果如表8所示。由表8中可知，高峰時段各站點到站偏離量的方差較大。

3.1.3 出行時間

從城市規(guī)模來看，哈爾濱市屬于大城市，通過對乘客公交出行時間的問卷調(diào)查，統(tǒng)計得出平均出行時間為40min。文獻(xiàn)[11]中規(guī)定，大城市的出行時間一般不超過40 min。

表8公交102路主要站點高峰到站偏離量表

Table8Bus102’sarrivaltimeintervalsinpeakhoursonthemainstops

序號站名高峰到站偏離量σ/min12341電機廠4.207.104.385.282樂松廣場2.651.521.480.773林業(yè)大學(xué)2.732.433.052.924哈師大1.072.100.331.185大發(fā)市場5.756.255.305.436中心醫(yī)院4.553.284.603.887經(jīng)緯街1.721.120.701.228哈一百0.851.220.701.28

通過在102路各主要公交站點發(fā)放調(diào)查問卷以及跟車詢問車內(nèi)乘客的方式，共調(diào)查了100名乘客的出行時間。在所調(diào)查的100名乘客中，其中82人的出行時間在40 min以內(nèi)。

3.1.4 滿載率

本文以公交滿載率來表示載客數(shù)量可靠度。調(diào)查斷面選取乘客上車后車輛離開站點時的斷面。表9給出了102路各主要站點高峰時段的斷面內(nèi)乘客數(shù)。102路公交車的滿載定員為80人，高峰時段平均人數(shù)為86人 ，由此可得高峰滿載率為107.5%。

表9公交102路主要站點高峰時段斷面乘客數(shù)

Table9SectionalridershipofBus102inpeakhoursonmainstops

序號站名高峰車內(nèi)乘客數(shù)/人12341電機廠879392832樂松廣場869491853林業(yè)大學(xué)918983884哈師大899379915大發(fā)市場938586916中心醫(yī)院848788877經(jīng)緯街828592838哈一百76776365

3.2 102路公交服務(wù)可靠性評價

3.2.1 服務(wù)間隔可靠度

服務(wù)間隔可靠度為不大于理論間隔觀測次數(shù)同總觀測次數(shù)的比值。由式(3)、式(4)可得，102路公交高峰理論間隔為4.47 min，平峰理論間隔為5.17 min。由表5、表6可知，高峰和平峰時段的總觀測次數(shù)均為32次，高峰時段實際服務(wù)間隔不大于理論間隔的觀測次數(shù)為13次，服務(wù)間隔可靠度為0.4，對照表1可知，處于D級水平；平峰時段實際服務(wù)間隔不大于理論間隔的次數(shù)為27次，服務(wù)間隔可靠度為0.84，處于A級水平。綜合評價時取高峰時段服務(wù)間隔可靠度進(jìn)行計算。

3.2.2 準(zhǔn)點可靠度

準(zhǔn)點可靠度為高峰時段到站偏離量不大于限定偏離量的觀測次數(shù)與總觀測次數(shù)的比值。由表8中可知，總觀測次數(shù)32次，其中實際高峰到站偏離量不大于限定偏離量的次數(shù)有19次，準(zhǔn)點可靠度為0.59，對照表1可知處于C級水平。

3.2.3 出行時間可靠度

出行時間可靠度為出行時間少于40 min的人數(shù)與調(diào)查總?cè)藬?shù)的比值。如前所述，在接受調(diào)查的100名乘客中，出行時間少于40 min的人數(shù)為82人，可知出行時間可靠度為0.82，對照表1可知處于A級水平。

3.2.4 載客數(shù)量可靠度

載客數(shù)量可靠度為高峰時段的斷面內(nèi)乘客數(shù)不大于限定偏離量的觀測次數(shù)與總觀測次數(shù)的比值。102路僅容限定載客人數(shù)為80人。根據(jù)表9中可見，總觀測次數(shù)32次，載客數(shù)量不大于限定人數(shù)的有19次，載客數(shù)量可靠度為0.59，對照表1可知處于C級水平。

3.3 可靠性綜合評價

根據(jù)式(14)及表4所給權(quán)重，計算可得102路公交車服務(wù)可靠性綜合評價指標(biāo)如表10所示。由表10中可見，102路公交服務(wù)效能為0.585，根據(jù)表1可知處于C級服務(wù)水平。

表10公交102路服務(wù)可靠性綜合評價指標(biāo)

Table10ComprehensiveevaluationofBus102’sservicereliability

可靠度指標(biāo)值權(quán)重 服務(wù)效能服務(wù)間隔可靠度0.400.340.136準(zhǔn)點可靠度0.590.150.088出行時間可靠度0.820.260.213載客數(shù)量可靠度0.590.250.148合計1.000.585

3.4 結(jié)果分析

從上述分析可看出，102路公交車在服務(wù)間隔方面可靠度為0.4，處于較差的D級水平；在準(zhǔn)點性及滿載率方面的可靠度均為0.59，處于可接受的范圍內(nèi)，即C級水平；而在出行時間方面的可靠度相對較高，為0.82，達(dá)到A級水平。綜合來看，102路公交車服務(wù)系統(tǒng)效能為0.585，處于C級范圍，整體服務(wù)質(zhì)量可靠度依然屬于較低水平。分析其原因，主要是由于哈爾濱市大部分公交線路目前均未采用智能化調(diào)度，執(zhí)行公交時刻表的情況較差及缺乏公交專用道等原因。此外，哈爾濱市地鐵項目建設(shè)占用了部分道路，也降低了公交服務(wù)的可靠性。

4 結(jié)語

本文結(jié)合公交服務(wù)評價ADC模型和分級評價分級標(biāo)準(zhǔn)，建立了描述公交服務(wù)可靠性的系統(tǒng)效能模型。基于層次分析理論，利用層次分析軟件建立了層次結(jié)構(gòu)模型和判斷矩陣，分析了4項可靠性評價因素在系統(tǒng)效能模型中所占權(quán)重并對哈爾濱市102路公交的服務(wù)可靠性進(jìn)行綜合評價。結(jié)果表明，102路公交服務(wù)系統(tǒng)效能為0.585,服務(wù)可靠性較差。

[1] 張棟,楊曉光,安健,等.基于乘客感知的常規(guī)公交服務(wù)質(zhì)量評價方法[J].城市交通,2012,10(4):72-78，41.

[2] 高桂鳳,魏華,嚴(yán)寶杰.城市公交服務(wù)質(zhì)量可靠性評價研究[J].武漢理工大學(xué)學(xué)報:交通科學(xué)與工程版,2007,31(1):140-143.

[3] 張長春,朱學(xué)勤,戴帥.基于ADC模型的城市公交系統(tǒng)服務(wù)可靠性評價[J].交通科技與經(jīng)濟,2009,11(1):56-58.

[4] 郭位. 可靠性與我們的生活[J]. 科技導(dǎo)報, 2009, 27(22):3.

[5] 安健,楊曉光,劉好德,等.基于乘客感知的公交服務(wù)可靠性測度模型[J].系統(tǒng)仿真學(xué)報,2012,24(5):1092-1097,1113.

[6] 楊曉光,安健,劉好德,等.公交運行服務(wù)質(zhì)量評價指標(biāo)體系探討[J].交通運輸系統(tǒng)工程與信息,2010,10(4):13-21.

[7] 范海雁,楊曉光,嚴(yán)凌,等.蒙特卡羅法在公交線路運行時間可靠性計算中的應(yīng)用[J].上海理工大學(xué)學(xué)報,2006,28(1):59-62.

[8] 中華人民共和國建設(shè)部.關(guān)于優(yōu)先發(fā)展城市公共交通的意見[EB/OL].(2004-03-06)[2013-09-24]. http://www.mohurd.gov.cn/zcfg/jsbwj_0/jsbwjcsjs/200611/t20061101_157100.html.

[9] 中華人民共和國建設(shè)部.城市建設(shè)統(tǒng)計指標(biāo)解釋[EB/OL].(2001-12-11)[2013-09-24]. http://www.mohurd.gov.cn/zcfg/jsbwj_0/jsbwjcw/200611/t20061101_156776.html.

[10]魏繼才,黃謙,胡曉峰.層次分析法在武器系統(tǒng)效能建模中的應(yīng)用[J].火力與指揮控制,2002,27(3):23-28.

[11]GB 50220—95，城市道路交通規(guī)劃設(shè)計規(guī)范[S].