郭 聰，王曉琳，張榮基，孫 鋒

（1.北京工業(yè)大學(xué) 建筑與城市規(guī)劃學(xué)院，北京 朝陽100124；2.山東理工大學(xué) 交通與車輛工程學(xué)院，山東 淄博255049）

公共交通作為城市建設(shè)的重要組成部分，旨在高效、優(yōu)質(zhì)地滿足城市居民日常出行需求，具有其服務(wù)面廣、載客量大、污染面積小、運營成本低以及運輸效率高等特點。目前城市形態(tài)發(fā)展與公共交通系統(tǒng)需求在時空上的不均衡性，使公交運行供需矛盾不斷加劇。城市空間治理提出了公交運行組織智能化和精細(xì)化的發(fā)展需求［1］。

為了充分發(fā)揮公交系統(tǒng)在可持續(xù)交通以及城市空間整治中的作用，其效能評價的研究至關(guān)重要。目前，針對公交系統(tǒng)效能的研究主要有基礎(chǔ)設(shè)施和服務(wù)質(zhì)量兩類，前者主要研究線路空間分布、性能評價和優(yōu)化，后者主要研究服務(wù)和運營效率［2］。吳放等［3］研究了空間環(huán)境因素引導(dǎo)城市公交出行的內(nèi)在機制，結(jié)合國內(nèi)外實例對比分析了道路密度、車站密度、人均CBD距離等因素的不同影響力；王?。?］分析了城市交通系統(tǒng)與城市空間的共生關(guān)系，整合城市規(guī)劃、交通規(guī)劃和經(jīng)濟(jì)學(xué)的方法，建立了以城市、交通協(xié)調(diào)發(fā)展的評價體系；韓昊英等［5］利用北京市的IC卡刷卡數(shù)據(jù)，構(gòu)建城市功能區(qū)識別模型，并結(jié)合居民日常出行相關(guān)特征和興趣點分布進(jìn)行詮釋和匹配。在已有的研究成果中，評價指標(biāo)體系主要從可用性、便利性、可靠性、舒適性和安全性5個維度構(gòu)建［6］；常用的評價方法有效果評分法、因子分析法和層次分析法等。效果評分法對調(diào)查樣本的依賴性較強，因子分析法主要應(yīng)用于服務(wù)質(zhì)量的維度識別，而層次分析法能夠綜合多種評價指標(biāo)，從多個維度實現(xiàn)對系統(tǒng)的客觀評價［7］?？梢钥闯?，目前的公交系統(tǒng)評價指標(biāo)已成體系且朝精細(xì)化方向發(fā)展，然而由于部分微觀指標(biāo)的獲取較為困難，使得公交評價多偏重于宏觀方面，這難以支撐公交系統(tǒng)的精細(xì)化改造和提升需求。

近年來，隨著公交IC卡的普及以及大數(shù)據(jù)分析技術(shù)的成熟，進(jìn)出站速度、站點服務(wù)時間、公交車頭時距等微觀運行指標(biāo)的計算成為可能，也為公交系統(tǒng)的全面評價奠定了基礎(chǔ)［8］。本研究基于公交IC卡和車載GPS數(shù)據(jù)，探索基于層次分析法的城市空間形態(tài)與公交發(fā)展協(xié)調(diào)性研究間治理視角下城市公交系統(tǒng)評價方法，對城市空間治理的常規(guī)公交系統(tǒng)改進(jìn)提出建議，以期優(yōu)化居民出行方式結(jié)構(gòu)和提升城市空間布局。

1 研究區(qū)域概況

研究區(qū)域為山東省淄博市中心城區(qū)，總面積360 km2，常住人口85萬。公交線路51條，共有702輛運營車輛，公交線網(wǎng)運營里程為886.5 km，公交服務(wù)總面積為347.13 km2。目前，中心城區(qū)現(xiàn)有公共汽車線路297條，營運公交車2 742輛；設(shè)有中途停靠站約有650個［9］，其300 m 半徑覆蓋率約為52.79%，500 m半徑的站點覆蓋率約為83.04%，詳見圖1。

圖1 半徑服務(wù)范圍Fig.1 Radius of service

本研究的主要數(shù)據(jù)為山東省淄博市中心城區(qū)2019年5月6日—12日連續(xù)一周的公交IC卡和車載GPS數(shù)據(jù)，共計230萬條，其中涵蓋全部中心城區(qū)線路，均為一票制線路。

2 評價指標(biāo)體系構(gòu)建

依據(jù)《公共交通通行能力和服務(wù)質(zhì)量手冊》中公交評價因素的選?。?0］，結(jié)合居民日常出行需求，從公共交通基礎(chǔ)設(shè)施條件和服務(wù)質(zhì)量這兩方面選取評價指標(biāo)，構(gòu)建公交系統(tǒng)服務(wù)水平評價指標(biāo)體系［11］。

2.1 基礎(chǔ)設(shè)施指標(biāo)

1）線網(wǎng)密度Q1：反映居民出行靠近線路的程度，線網(wǎng)密度越大表明承載能力越強。

2）公交分擔(dān)率Q2：公交出行量與居民出行總量之比，是衡量城市交通結(jié)構(gòu)合理性的重要指標(biāo)［12］。

3）萬人公交車標(biāo)臺數(shù)Q3：指每萬人平均擁有的公共交通車輛標(biāo)臺數(shù)。

2.2 服務(wù)質(zhì)量指標(biāo)

1）萬車事故率Q4：指區(qū)域內(nèi)公交車輛發(fā)生的事故總數(shù)與運營公交車輛之比。

2）車內(nèi)安全防護(hù)措施Q5：主要包括把手和安全護(hù)欄等保證乘客在車輛行駛中安全的設(shè)施。

3）行車準(zhǔn)點率Q6：指公交車上在運營線路上準(zhǔn)點行車的次數(shù)與總行車次數(shù)之比。

4）空調(diào)車比例Q7：指帶空調(diào)系統(tǒng)的公交車數(shù)量占公交車總數(shù)的比例。

5）公交車運行平穩(wěn)程度Q8：車輛運行過程中的晃動可能帶來暈車反應(yīng)和一定危險。

6）行駛速度Q9：公交車運行期間的平均速度，是迅速性的直觀體現(xiàn)［13］。

7）發(fā)車頻率Q10：合理的發(fā)車頻率能夠確保在給定時間內(nèi)載客量與出行量相適應(yīng)，決定乘客出行所需的等待時間［14］。

8）票價Q11：票價是吸引居民乘坐公交出行的一個重要因素。

9）首末班時間安排Q12：延長公交車的首末班時間能夠吸引更多的公交乘客，但這會增加公交運營成本［15］。

2.3 評價指標(biāo)體系

基于上述評價指標(biāo)分析，構(gòu)建如圖2所示評價指標(biāo)體系。

表1 公交評價標(biāo)準(zhǔn)因素表Tab.1 Bus evaluation criteria factor table

圖2 公共交通系統(tǒng)服務(wù)水平評價體系Fig.2 Public transport system service level evaluation system

3 基于層次分析法的綜合評價模型

層次分析法由美國運籌學(xué)家Saaty教授于上世紀(jì)七十年代提出，是一種定性與定量相結(jié)合的多目標(biāo)決策分析方法，因為其具有分析思路清晰、所需數(shù)據(jù)量少等優(yōu)點，常被運用于多目標(biāo)、多準(zhǔn)則、多要素、多層次的非結(jié)構(gòu)化復(fù)雜問題評價［16-18］。本部分通過結(jié)構(gòu)分析建立系統(tǒng)層次模型，確定評價基準(zhǔn)，并基于專家打分得到評價模型中的指標(biāo)權(quán)重。

3.1 實施步驟

1）系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)模型。

系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)模型主要包含目標(biāo)層、準(zhǔn)則層和措施層，如圖3所示。

2）評價基準(zhǔn)確定。

層次分析法中評價指標(biāo)的判斷標(biāo)準(zhǔn)如表2所示。

3）基于頂部要素，比較下一層要素，然后建立判斷矩陣，記為M=（bij）。

4）根據(jù)判斷矩陣計算每個要素的權(quán)重向量。

圖3 系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)模型Fig.3 Systematic hierarchy model

表2 層次分析法判斷標(biāo)度Tab.2 Analytic hierarchy process（AHP）determining scales

如果判斷矩陣為n×n 矩陣，首先計算矩陣每行元素乘積的n 次根：

將上述計算結(jié)果正交化，并將上述數(shù)字相加除以每個數(shù)，獲得每個要素的優(yōu)先級向量：

Wi=（W1，W2，…，Wn）即為權(quán)重（特征根）向量。

5）確定總體權(quán)重向量。

6）根據(jù)權(quán)重向量對系統(tǒng)進(jìn)行分析、評價和排序。

7）判斷矩陣一致性的檢驗。

當(dāng)λmax=n，CI=0時，它是完全一致的，CI值越大，完全一致性越差，一般只要CI＜0.1，判斷矩陣一致性是可以接受的，否則重新進(jìn)行比較。

8）判斷矩陣的維數(shù)越大，判斷的一致性就越差，因此應(yīng)放寬對高階判斷矩陣一致性的要求，引入判斷矩陣的平均隨機一致性指標(biāo)RI值（表3）。

表3 1～9階判斷矩陣的RI值表Tab.3 RI value date of order 1-9 judgment matrix

3.2 指標(biāo)權(quán)重

對于評價指標(biāo)權(quán)重的確定一般采用專家打分法。首先，由專家對模型中每一層次因素的相對重要性給予定量表示，然后使用數(shù)學(xué)方法確定每一層次全部因素相對重要性次序的權(quán)重，最后通過綜合計算各層因素重要性的相對權(quán)重，得到最低層相對于最高層的相對重要性次序的權(quán)重。下面以服務(wù)質(zhì)量為例進(jìn)行指標(biāo)權(quán)重的確定。

1）根據(jù)專家打分，建立最初矩陣

2）對矩陣進(jìn)行列歸一化得到矩陣

3）對判斷矩陣按行相加得向量

計算可得，該矩陣的最大特征根為6.300 2，進(jìn)行一致性檢驗

由表3可知，當(dāng)n=6時，RI=1.24時，

因此，安全性、準(zhǔn)時性、舒適性、迅速性、經(jīng)濟(jì)性和方便性相對于服務(wù)質(zhì)量的權(quán)重分別為：0.383 4、0.238 6、0.163 5、0.093 7、0.064 4和0.058 2。

權(quán)重確定結(jié)果如表4所示，指標(biāo)層名稱后括號中的數(shù)字表示相對于上一層的權(quán)重和專家打分法的最終權(quán)重。

3.3 評價模型

對于常規(guī)公交服務(wù)水平的評價主要分為優(yōu)、良、中、差四個等級，對應(yīng)評價值為［80，90］、［70，80］、［60，70］、［0，60］。評價模型如下：

其中，ai為指標(biāo)Qi的無量綱化值；pi為指標(biāo)i的權(quán)重。

表4 評價指標(biāo)權(quán)重表Tab.4 Evaluation index weight

4 實例驗證

依據(jù)淄博市常規(guī)公交系統(tǒng)的公交IC卡和車載GPS數(shù)據(jù)，結(jié)合市民日常出行的問卷調(diào)研，對中型城市公交系統(tǒng)的現(xiàn)狀進(jìn)行綜合評價。

4.1 公交站點服務(wù)時間

以K2 路公交車為例，對車載GPS數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，提取車輛在站點的?？繒r間，并進(jìn)一步計算得到平均?？繒r間，如圖4所示。從圖中可以看出，公交車輛的站點服務(wù)時間大部分在30 s左右，但站點14和27的平均服務(wù)時間都超過了50 s，說明這些站點的乘車需求較大，有必要采取管理措施提升站點服務(wù)能力，才能保證公交車的高效準(zhǔn)點運行。

圖4 K2路公交車站點服務(wù)時間Fig.4 K2 bus station service hours

表5 基礎(chǔ)設(shè)施條件指標(biāo)計算及評價Tab.5 Index calculation and evaluation of infrastructure conditions

4.2 評價指標(biāo)計算

4.2.1 基礎(chǔ)設(shè)施條件

根據(jù)淄博市中心城區(qū)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，計算得到基礎(chǔ)設(shè)施條件的評價指標(biāo)如表5所示。

4.2.2 服務(wù)質(zhì)量指標(biāo)

1）安全性指標(biāo)

2018年至今，淄博市中心城區(qū)共發(fā)生涉及公交客運車輛事故526起，傷62人，死亡2人，其中簡易程序處理513起，一般程序處理13起。因此，淄博市中心城區(qū)的萬車事故率為4 415.95起/萬車，Q4評價為差。

目前運營車輛上都配備把手、護(hù)欄等安全措施。根據(jù)問卷調(diào)查，19%表示非常滿意，65%比較滿意，16%選擇一般，該項得分為80.3分，Q5評價為優(yōu)秀。

2）準(zhǔn)時性指標(biāo)

目前，中心城區(qū)缺少公交到站時刻信息的實時發(fā)布，導(dǎo)致乘客無法準(zhǔn)確預(yù)判出行時間。根據(jù)車載GPS數(shù)據(jù)計算了公交車輛到站間隔，如圖5所示。在［0，12］內(nèi)的間隔時間較為可靠和穩(wěn)定，都在8～10 min左右；隨著站點序號增加，點的分布愈加分散，說明行車間隔忽大忽小，準(zhǔn)時性和可靠性變差。同時，問卷調(diào)查顯示公交車到站時間的不穩(wěn)定性降低了居民的乘坐意愿，行車準(zhǔn)點率僅為50%，Q6評價為中等。

3）舒適性指標(biāo)

空調(diào)車比例為100%，Q7等級為良。

根據(jù)問卷調(diào)查，15%非常滿意，60%比較滿意，20%一般，5%較不滿意，運行平穩(wěn)程度得分為78.5分，Q8評價為良。

4）迅速性指標(biāo)

以重點線路K2為例，通過Python語言編程，在公交車輛GPS數(shù)據(jù)中計算進(jìn)出站時間、?？繒r間、平均行程速度等參數(shù)，如圖6所示。從圖中可以看出，大部分區(qū)間公交車速維持在20～30 km/h，但是，5～6、13～15、16～18、27～30等區(qū)間的公交車速平均低于20 km/h，說明這些路段的公交車輛受干擾嚴(yán)重。同時，問卷調(diào)查顯示，18%非常滿意，36%比較滿意，43%一般，3%較不滿意，得分為76.9分，Q9評價為良。

根據(jù)乘客對發(fā)車頻率滿意度調(diào)查，19%表示非常滿意，51%比較滿意，16%一般，14%較不滿意，該項得分為77.5分，Q10評價為良。

圖5 公交車輛到站間隔圖Fig.5 Bus arrival interval chart

圖6 K2路公交車上行平均行程速度Fig.6 Average travel speed of bus K2

5）經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)

淄博市中心城區(qū)的公交車票價存在季節(jié)差異，每年6月1日至9月30日，12月1日至次年3月31日為公交車空調(diào)開放時間，執(zhí)行2元/人次，非空調(diào)開放期間執(zhí)行1元/人次。與此同時，普通IC卡6折優(yōu)惠，學(xué)生卡4折，65周歲及以上老年人、傷殘軍人、離休干部、殘疾人等持卡免費乘車。根據(jù)問卷調(diào)查，20%表示非常滿意，65%比較滿意，15%一般，該項得分為80.5分，Q11評價為優(yōu)。

6）方便性指標(biāo)

根據(jù)對現(xiàn)行首末班時間統(tǒng)計，50%以上車輛在6：00之前開始首班車，超過76.5%的公交線路在晚上19：30之前就停止運營。問卷調(diào)查顯示僅有15%非常滿意，30%比較滿意，30%一般，25%較不滿意，經(jīng)過計算該項得分為73.5分，Q12評價為良。

4.3 服務(wù)水平綜合評價

將上述數(shù)據(jù)代入公式（4），計算結(jié)果如表6所示。

綜上，淄博市中心城區(qū)公交系統(tǒng)得分為65.57，評價等級為中等，這說明淄博市中心城區(qū)公交系統(tǒng)已具有一定的規(guī)模，基本滿足了市民出行需求，但也存在如下問題：

1）公交場站嚴(yán)重不足，尤其是城市核心區(qū)缺少樞紐站，這導(dǎo)致核心區(qū)乘車供需矛盾突出。

2）公交線網(wǎng)設(shè)置不合理，表現(xiàn)在外圍區(qū)域密度偏低、線路過長。

3）公交車專用道數(shù)量偏少，且未實施監(jiān)管，社會車輛進(jìn)出方便，專用性不強。

4）公交服務(wù)水平不高，表現(xiàn)在公交到站時間不確定、站點實時信息顯示缺失。

5）公交車運行環(huán)境不佳以及駕駛員守法意識淡薄，導(dǎo)致交通事故發(fā)生率較高。

6）公交車數(shù)量不足，導(dǎo)致高峰時段的運輸能力難以滿足需求。

7）大部分公交線路晚間發(fā)車頻率低且運營結(jié)束時間較早，無法滿足居民的夜間出行需求。

表6 淄博市中心城區(qū)公交系統(tǒng)綜合得分Tab.6 Comprehensive score of Zibo central district bus system

5 公交系統(tǒng)優(yōu)化建議

針對上述對淄博市中心城區(qū)公交系統(tǒng)的評價結(jié)果，提出如下優(yōu)化對策：

1）在城市核心區(qū)增加公交樞紐場站：在義烏小商品城、銀座、中心醫(yī)院等客流最密集的核心區(qū)域建設(shè)樞紐站，由于這些區(qū)域用地較為緊張，因此，應(yīng)結(jié)合商場一層及地下空間開發(fā)建設(shè)，以滿足核心區(qū)域的大規(guī)?？土骷ⅲ瑴p少出行者對私家車的依賴。

2）實施公交線網(wǎng)優(yōu)化：結(jié)合場站建設(shè)開展線網(wǎng)優(yōu)化，減少公交線路的非直線系數(shù)及長度，依據(jù)公交出行需求及服務(wù)質(zhì)量的定期評估對線路做出微調(diào)優(yōu)化，可在部分線路開啟高峰大站快車、區(qū)間車等運行模式。

3）實施公交優(yōu)先舉措：評估道路運行狀態(tài)，對于公交車運行速度較低的路段，設(shè)置分時段公交優(yōu)先車道，僅在早晚高峰時段（7：00—8：30，16：30—18：00）啟用，降低部分道路因素在高峰時期干擾公交車，從而提升運行速度和效率。

4）建立公交車輛實時調(diào)度系統(tǒng)：基于車載GPS及IC卡信息開發(fā)公交車輛的實時調(diào)度系統(tǒng)，根據(jù)乘客需求動態(tài)調(diào)整公交發(fā)車時間、車輛調(diào)度方案等，實現(xiàn)公交出行供需動態(tài)平衡，提高公交準(zhǔn)點率；采用互聯(lián)網(wǎng)、手機APP以及站點信息屏等多種模式顯示車輛實時信息，以提高公交出行服務(wù)質(zhì)量。

5）適度增加公交車輛數(shù)并延長夜晚運行時間：針對部分客流量較大的線路適度增加公交車輛數(shù)，并對運營停止較早的線路進(jìn)行適當(dāng)延長，以滿足乘客夜晚出行需求。

6）組織公交司機進(jìn)行學(xué)習(xí)和培訓(xùn)：定期組織公交駕駛員進(jìn)行安全知識和交通法律法規(guī)的學(xué)習(xí)，通過真實的案例提高駕駛員的安全意識；定期進(jìn)行駕駛員駕駛操作培訓(xùn)，提高駕駛員的業(yè)務(wù)能力，提高公交在行駛過程中的平穩(wěn)程度。

6 結(jié)論

本研究基于公交IC卡和車載GPS數(shù)據(jù)，構(gòu)建了空間治理視角下城市公交系統(tǒng)的評價體系及方法，并以淄博市中心城區(qū)常規(guī)公交系統(tǒng)為例，驗證了評價模型的有效性，結(jié)果顯示該模型不但能夠從設(shè)施、環(huán)境和安全等方面對城市公交系統(tǒng)進(jìn)行宏觀評價，還能從運行可靠性、站點服務(wù)水平以及調(diào)度水平等方面進(jìn)行客觀精準(zhǔn)的微觀評價，這為公交服務(wù)水平的全面提升奠定了堅實基礎(chǔ)，并對居民出行方式結(jié)構(gòu)優(yōu)化、城市空間治理具有重要意義。