鄧紅星，苑　婷

(東北林業(yè)大學(xué) 交通學(xué)院， 哈爾濱　150040)

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引用格式：鄧紅星，苑婷.基于TransCAD的哈爾濱軌道交通與常規(guī)公交換乘優(yōu)化研究[J].重慶理工大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2016(1):43-47.

Citation format：DENG Hong-xing, YUAN Ting.Study of Optimization Based on TrancCAD for Transfer Between Rail Transit and Conventional Bus Transit in Harbin [J].Journal of Chongqing University of Technology(Natural Science)，2016(1):43-47.

基于TransCAD的哈爾濱軌道交通與常規(guī)公交換乘優(yōu)化研究

鄧紅星，苑婷

(東北林業(yè)大學(xué) 交通學(xué)院， 哈爾濱150040)

摘要：提出了地鐵與地面交通換乘優(yōu)化方案，可實(shí)現(xiàn)公交與地鐵的有效銜接，對(duì)合理支配交通資源、建立可持續(xù)發(fā)展的交通體系有重要意義。在哈爾濱市軌道交通建設(shè)和運(yùn)營(yíng)的背景下，以地鐵1號(hào)線及其沿線公交為研究對(duì)象，指出二者協(xié)調(diào)換乘存在的問題；運(yùn)用TransCAD軟件，通過道路網(wǎng)、公交路網(wǎng)的建設(shè)，數(shù)據(jù)的準(zhǔn)備，以及斷面客流量的分析，給出了地鐵1號(hào)線沿線公交的優(yōu)化方案，并檢驗(yàn)了方案的可行性。結(jié)果表明：通過TransCAD軟件對(duì)公交線網(wǎng)進(jìn)行優(yōu)化，可以使乘客出行時(shí)間減少。

關(guān)鍵詞：城市交通； TransCAD；哈爾濱地鐵1號(hào)線；線網(wǎng)優(yōu)化

一個(gè)城市的交通狀況是影響地區(qū)發(fā)展的根本因素,中國的每個(gè)城市交通在沉重的壓力和約束下,都在孜孜不倦地尋求改善城市交通的途徑和方法[1]。哈爾濱市作為黑龍江省的省會(huì)，是省內(nèi)的政治、文化、經(jīng)濟(jì)中心。隨著哈爾濱市經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展及城市化進(jìn)程的不斷加快，機(jī)動(dòng)車保有量迅速遞增，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了交通基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)速度，城市交通擁堵、交通污染、交通事故等一系列問題日趨嚴(yán)重，并已影響到哈爾濱市的可持續(xù)發(fā)展。因此，發(fā)展中的哈爾濱市比從前更需要一個(gè)方便、快捷、舒適、安全、低公害的交通環(huán)境。目前，該市正在建設(shè)的軌道交通系統(tǒng)正是符合未來發(fā)展要求的公共交通方式[2]。

1地鐵1號(hào)線沿線公交分布概況

哈爾濱地鐵的總體規(guī)劃如圖1所示。作為城市軌道交通骨架線的地鐵1號(hào)線自2013年9月26日載客試運(yùn)營(yíng)以來，截至2014年2月17日，載客量已突破2 000萬人次，日均客流量約13.8萬人次，累計(jì)開行列車3.5萬次，運(yùn)營(yíng)里程共計(jì)64.12萬km，運(yùn)行圖兌現(xiàn)率99.93%，列車正點(diǎn)率為99.87%[3]。其中哈東站、醫(yī)大一院站和黑大站客流量最大。

圖1　哈爾濱市地鐵總體規(guī)劃

統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示：哈爾濱市公交出行日均客流量約315萬人次，全市現(xiàn)有地面公交線路178條，共有106條公交線路與地鐵1號(hào)線的18個(gè)車站相連，占全市公交線路條數(shù)的近60%。經(jīng)實(shí)地踏勘與統(tǒng)計(jì)，在軌道交通1號(hào)線途經(jīng)走廊上設(shè)有公交站點(diǎn)的線路總計(jì)106條。其中，以東大直街、西大直街、學(xué)府路等道路上的公交線路重復(fù)系數(shù)最高?，F(xiàn)將地鐵1號(hào)線沿線相關(guān)公交線路與地鐵1號(hào)線的重合情況及客流狀況匯總統(tǒng)計(jì)如下(見表1)。

表1　公交線路與地鐵一號(hào)線重復(fù)情況

與地鐵1號(hào)線重合度60%以上線路統(tǒng)計(jì)如表2所示。

表2　與地鐵一號(hào)線重復(fù)度60%以上線路統(tǒng)計(jì)

與地鐵1號(hào)線重復(fù)度20%～60%線路統(tǒng)計(jì)如表3所示。

表3　與地鐵一號(hào)線重復(fù)度20%～60%線路統(tǒng)計(jì)

與地鐵一號(hào)線重復(fù)1%～20%的線路共有86條。以重復(fù)率較低的線路作為銜接公交可為地鐵1號(hào)線輸送并導(dǎo)出客流，所以不在本文的研究范圍。

由以上數(shù)據(jù)及實(shí)際調(diào)查發(fā)現(xiàn)：哈爾濱地鐵1號(hào)線沿線公交線路重復(fù)率高，且與地鐵線路的重復(fù)距離長(zhǎng)，同一站點(diǎn)出現(xiàn)多條線路車輛同時(shí)到達(dá)，或同一線路的多輛車同時(shí)到達(dá)。這不僅導(dǎo)致路面交通混亂無序，更重要的是無法及時(shí)、高效地集散站點(diǎn)客流。

2基于TransCAD的公交分配

2.1公交網(wǎng)絡(luò)圖層的創(chuàng)建

在TransCAD軟件中，城市的交通網(wǎng)絡(luò)可以簡(jiǎn)單地劃分為4層(如圖2所示)[4]，每層都有自己的屬性特性和空間位置特性。將空間元素與屬性特征關(guān)聯(lián)之后即生成空間數(shù)據(jù)庫。空間數(shù)據(jù)庫提供各層之間的空間關(guān)系，并能對(duì)各層進(jìn)行信息的查詢和分析。城市道路網(wǎng)作為基礎(chǔ)底層可以將公交線網(wǎng)和公交站點(diǎn)繪制其上。

圖2　不同圖層疊置

根據(jù)上述圖層順序運(yùn)用TransCAD軟件作出哈爾濱市地鐵1號(hào)線周邊的交通小區(qū)、路網(wǎng)及公交線路。圖3是地鐵1號(hào)線周邊交通小區(qū)劃分情況；圖4是地鐵1號(hào)線周邊道路網(wǎng)；在此基礎(chǔ)上畫出前面提到的與地鐵1號(hào)線重復(fù)率大于20%的公交線路，即圖5。

2.2數(shù)據(jù)準(zhǔn)備

基礎(chǔ)圖層創(chuàng)建完畢即可進(jìn)行基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)備。本文中各交通小區(qū)的OD量是用調(diào)查得到的現(xiàn)狀線路客流量進(jìn)行估算的，利用路段交通量推算OD分布量是交通分配的逆過程[5-7]。

圖3　交通小區(qū)劃分

圖4　地鐵1號(hào)線周邊道路網(wǎng) 圖5　公交線路　　

(1)

式中:M表示調(diào)查交通量的路段條數(shù)；N表示OD量的交通分區(qū)數(shù)目。

將由此推算出的基礎(chǔ)OD矩陣輸入TransCAD中，經(jīng)過計(jì)算得出圖6的結(jié)果。

圖6　現(xiàn)年OD矩陣

2.3選定分配模型

交通分配模型是用來估計(jì)交通路網(wǎng)上交通流量的。將現(xiàn)年的OD量分配在現(xiàn)在的交通網(wǎng)絡(luò)上，求出線網(wǎng)上各路段的交通流量,然后分析目前交通網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行狀況，進(jìn)而提出對(duì)公交網(wǎng)絡(luò)的改進(jìn)辦法。在此之前，應(yīng)該選定一個(gè)適合的分配方法。在TransCAD軟件中有用戶平衡 (UserEquilibrium) 法、最短路 (ShortestPath) 法、路徑搜索法 (PathFinder)、最優(yōu)策略(MethodofOptimalStrategies)法和隨機(jī)用戶平衡分配法(StochasticUserEquilibrium)[8]。在實(shí)際的應(yīng)用中，SUE法可以在每個(gè)OD對(duì)之間找到合理的路徑，因而更加合理。

在SUE模型中，出行者在起點(diǎn)s選擇公交路徑l到終點(diǎn)t的概率為：

(2)

這時(shí)滿足：

(3)

式中：a為參數(shù)且大于0。

隨機(jī)平衡條件下，路徑上的流量與OD對(duì)間流量的關(guān)系為：

(4)

在SUE模型中，TransCAD軟件定義的費(fèi)用函數(shù)為：

(5)

式中：Ci為i路段服務(wù)的公交車的單位小時(shí)的容量；xi表示在與i路段相連接的站點(diǎn)處的滯留時(shí)間；i為l路徑經(jīng)過的路段標(biāo)號(hào)；I表示l路徑使用的路段集；j表示l路徑上通過的公交線路標(biāo)號(hào)；J表示l路徑上通過的公交線路集；uj為j路段的收費(fèi)；ti為i路段上的公交行駛時(shí)間；yi表示i路段的容量；VOT為時(shí)間性價(jià)比；mj公交線路j的等待時(shí)間；nj為公交線路j的換乘懲罰時(shí)間；α，β均表示擁擠參數(shù)；ux表示滯留時(shí)間權(quán)重；uy表示公交行駛時(shí)間權(quán)重；um表示等待時(shí)間權(quán)重；un表示換乘懲罰時(shí)間權(quán)重。

其中滯留時(shí)間:

(6)

式中：C0為常數(shù)；C1表示上車乘客量權(quán)值；C2表示下車乘客量權(quán)值；Von表示上車乘客量；Voff表示下車乘客量。

2.4交通分配

在TransCAD軟件中公交客流分配流程如圖7所示。

圖7　TransCAD公交客流分配流程

在完成上述基礎(chǔ)工作的前提下，有了公交路網(wǎng)和現(xiàn)年的OD矩陣，在所有參數(shù)都設(shè)定好的情況下，就可以通過TransCAD軟件對(duì)哈爾濱地鐵1號(hào)線周邊公交線路進(jìn)行分配。分配得到的結(jié)果如圖8所示。

圖8　公交客流量分配結(jié)果

3哈爾濱地鐵1號(hào)線沿線公交優(yōu)化方案

上文中列出與哈爾濱地鐵1號(hào)線重復(fù)率大于20%的線路，挑選出一條比較有代表性的線路——369線，并對(duì)其進(jìn)行路線優(yōu)化，通過對(duì)公交分配的數(shù)據(jù)結(jié)論進(jìn)行分析，檢驗(yàn)優(yōu)化效果。

369線與哈爾濱地鐵1號(hào)線的重復(fù)率為25%,在建國站往服裝城站方向有8站重復(fù)，故優(yōu)化方案集中在二者重復(fù)的部分，應(yīng)對(duì)其線路進(jìn)行局部調(diào)整。圖9為369線的優(yōu)化方案。將與地鐵1號(hào)線重復(fù)的8個(gè)站點(diǎn)從哈南站處作調(diào)整，使得369線繞行地鐵1號(hào)線周邊的小區(qū)最后匯流到地鐵1號(hào)線處。這樣既避免了與地鐵線路的重復(fù)，又可以吸引周邊小區(qū)的人流到地鐵1號(hào)線，很好地為地鐵1號(hào)線引流。

調(diào)整線路之后對(duì)新的公交路網(wǎng)進(jìn)行交通分配，然后對(duì)調(diào)整前后的分配結(jié)果做對(duì)比，說明調(diào)整方案是否合理，優(yōu)化后的分配結(jié)果如圖10所示。

圖9　369線區(qū)間線路優(yōu)化前后情況

圖10　優(yōu)化后公交客流量分配結(jié)果

將公交線路調(diào)整前后的分配結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，可以得出高峰小時(shí)公交站點(diǎn)的斷面客流量。比較結(jié)果如表4所示。

表4　線路優(yōu)化前后分配結(jié)果比較

從表1可以看出：369線公交優(yōu)化后，高峰小時(shí)哈南站往不同方向、不同站點(diǎn)的客流量都有所增加，說明線路經(jīng)過調(diào)整之后可以使369線向外輸出地鐵1號(hào)線的客流，并且可向地鐵1號(hào)線輸入客流。這說明通過改變公交線路的走向來吸引軌道交通的客流量的優(yōu)化方法是可行的，且可以通過TransCAD軟件達(dá)到檢驗(yàn)的效果。

4結(jié)束語

一個(gè)現(xiàn)代化的城市，交通網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)應(yīng)滿足乘客出行時(shí)間少的原則，軌道交通和常規(guī)公交的協(xié)調(diào)優(yōu)化即可達(dá)到這一目標(biāo)，故顯得尤為重要。TransCAD軟件在以軌道交通為基礎(chǔ)的前提下可為公交線網(wǎng)優(yōu)化方面提供依據(jù)，使優(yōu)化過程更便捷。但由于協(xié)調(diào)換乘問題涉及的因素過多，只考慮一部分因素給出的優(yōu)化方法很有限，所以應(yīng)結(jié)合實(shí)際情況做進(jìn)一步的研究。

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(責(zé)任編輯陳艷)

Study of Optimization Based on TrancCAD for Transfer

Between Rail Transit and Conventional Bus Transit in Harbin

DENG Hong-xing, YUAN Ting

(Traffic College, Northeast Forestry University, Harbin 150040, China)

Abstract:Subway and ground traffic transfer optimization scheme can realize the effective connection of the bus and subway, which is of great signification to control traffic resources rationally and establish the sustainable development of transportation system. Based on Harbin’s rail transportation construction and operation, taking metro No.1 in Harbin and its bus transit as the study object, we pointed out problems of the coordinate transfer. Using TransCAD, we discussed the methods for optimizing the transfer situation between rail transit and bus transit by building road network and bus network, preparing datum and analyzing passenger distribution. Finally, we tested the feasibility of the program. It is found that the optimizing of the bus line network can achieve the purpose of reducing passenger travel time, and TransCAD can provide the basis for this.

Key words:urban traffic; TransCAD; metro NO.1 in Harbin; line network optimization

文章編號(hào)：1674-8425(2016)01-0043-05

中圖分類號(hào)：U412.6

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

doi:10.3969/j.issn.1674-8425(z).2016.01.008

作者簡(jiǎn)介：鄧紅星(1969—)，男，哈爾濱人，教授，主要從事交通運(yùn)輸系統(tǒng)管理研究。

基金項(xiàng)目：黑龍江省交通運(yùn)輸廳科技項(xiàng)目“哈爾濱市城市軌道交通與地面公共交通過有效銜接的研究”

收稿日期：2015-09-06