基于片区组织的城乡公交运力配置方法研究

姜晓红，过秀成，李家斌，奚振平

（东南大学交通学院，南京210096）

基于片区组织的城乡公交运力配置方法研究

姜晓红，过秀成＊，李家斌，奚振平

（东南大学交通学院，南京210096）

基于片区组织的城乡公交运力配置对促进资源优化配置、提高运营效益有重要意义.本文针对城乡公交单线片区干支线联运及多条支线联运组织、多线片区内相邻城镇公交干线跨线运行组织，研究运力配置方法.单线片区干支线联运的运力配置以干线运力为主，采取传统配车法测算干线运力规模；提出多条支线联合运行组织的车辆总规模测算方法.多线片区组织的运力整合主要体现在相邻干线车辆跨线调配节省的运力，分别针对利用高峰时间差、方向不均衡进行运力调配过程分析与建模.最后结合算例研究运力配置方法的应用，比较分析联运前后运力资源的节省.结果表明，配置方法能较好地应用于基于片区组织的运力配置研究中.

交通工程；运力配置；跨线调配；城乡公交；片区组织

1 引言

由于城区（县城）、乡镇、村庄居民在出行强度、出行高峰时段分布等方面的差异性，城乡公交线路客流强度、时空分布的动态不均衡性特征明显.对于城区至乡镇的城镇公交干线，传统单线运行下，通常出现高峰运力不足、低谷运力过剩；双向客流强度差异大的线路，运力若未相应调整匹配，易形成某方向运力过剩或不足；对于深入各行政村的镇村公交支线，运营资金投入有限使得难以单独为其配备充足运力.虽然城乡公交线路实现了通达与镇村覆盖，但由于运力配置集约化程度的不足，导致城乡公交服务时间、服务频率的欠缺，影响服务效果、运营效益与线路的可持续发展.国内外学者论证了城乡公交线路车辆调配运行，向规模化、区域化发展，实施片区组织形式[1-4]能够提高企业运营的集约性，促进城乡公共服务的均等化.片区组织即将一条或多条城乡公交干线与其相应的衍生支线进行整合构成片区，由一家企业经营，干支冷热互补，根据客流波动性及不同线路客流时空分布差异特征，采取适宜的行车组织形式，组织车辆跨线运行与调度[5].

本文中城乡公交主要指联系乡村地区的公共交通，包含连接城区到镇（街道）的城镇公交干线、镇到村的镇村公交支线、相邻镇之间的镇镇公交支线.基于片区组织的城乡公交运力配置主要研究线路联合行车组织形式下的运力调配与规模测算方法.既有研究多是针对单条城乡公交线路，以满足高峰时段线路最大断面流量、满载率要求进行测算[6]；针对运营成本、乘客出行满意度建立多目标优化模型以优化发车间隔[7]；考虑客流特征差异采取干支线分级配备车型策略[8].运力配置受客运量、运距、政策引导、市场规则与运价制定等因素影响，本文将重点考虑客运量、运距与运营成本因素，结合片区行车组织形式，提出相应的运力调配方法.

2 片区组织

片区组织从空间上看，以城区到乡镇的干线定位片区，关联性较强的乡镇到村及村村之间形成多点放射型或区域内环型线网结构，使得镇－村、村－村线路与城镇公交干线形成一个整体.单条城镇公交干线及其辐射镇村线路进行整合形成单线片区.随着出行需求增加，线网布局网络化，多条城镇公交干线及其支线形成多线片区组织，加强线路间运力调配.

（1）单线片区行车组织.

考虑镇村公交支线客流少，采取干支线联运、多条支线联运两种形式.对于高低峰期明显的城镇公交干线，将平峰、低谷期闲置运力补充至片区内镇村支线，使得干线车辆在平峰与低谷期经过镇后继续通至周边村，以增加镇村公交支线的服务频率，促进镇村公交支线的持续运行.镇村公交支线多是以镇为中心的放射线，相邻距离近的若干条短程放射支线联合行车，采用循环对开的环线行车组织，双向行车，在不同位置不同时段联系不同村庄的客流.

（2）多线片区行车组织.

多线片区是在单线片区组织基础上，结合相邻城镇公交干线走向有重合、高峰时段错位、客流方向分布差异特征，采取跨线运行调度方式.

①利用线路存在复线或汇合点，相邻城镇公交干线车辆从衔接或共线处相互调配，采用高峰期间线路分别运行、低谷期运力过剩时两条线路在衔接处并车运行的联运方式，同时低谷期的富余车辆延伸至片区内镇村公交支线.

②若相邻干线高峰时段存在错位，如通勤、旅游、赶集、休闲线路各方向的高峰时段会有差异，将错位时段内的非高峰线路上部分车辆转移调配至其正值客流高峰的线路中.

③邻近线路客流方向差异明显下的相互调配.如某个镇是经济开发区或有大型工厂，由于工厂职工多来自其他镇或城区的居民，因此职工上下班与该镇居民进出城高峰方向会存在明显的反向特征，可组织职工上下班公交线路与城镇公交干线进行运力调配.

3 基于片区组织的城乡公交运力配置方法

3.1 单线片区运力配置

单线片区运力配置以城镇公交干线运力为主，支线运力则考虑其与干线的联运形式，采取相应策略以适当调配运力.

（1）干支线联运配车.

针对灵活调用干线车辆带动支线运行的单线片区，其运力规模即为干线的配车数.

城镇公交干线最小运力应能满足高峰时段线路最大断面客运量，按传统配车法，周转时间乘以高峰小时内发车频率进行测算.

（2）多条支线联运配车.

对于调用干线车辆仍难以满足需求的支线，则需另外配备小型巴士.支线发车间隔多为60 min以上，长度在10 km以内，1辆小型巴士即可完成周转运营.发车间隔较长则会导致车辆闲置，当车辆成本约束时可对镇内多条支线进行联合配车.

假定每条支线每日需完成既定的运行车次任务；受车辆调度能力限制，每辆车每天行驶里程有限制（或运行工时，如8小时）.多支线联合配车数的求解即简化为已知一辆车每日运行工时，共需要多少辆车完成所有支线运行车次所需时间，计算公式为

式中N——片区内多条线路联合配车总数，辆；

Rzj——片区内支线j发车次数；

Tzj——片区内支线j周转时间（包括双向行程时间与首末站停靠时间），min；

T——片区内支线车辆每日运行工时要求，min.此类片区运力即干线配车数与支线联合配车数之和.

3.2 多线片区运力配置

多线片区组织的运力整合主要体现在相邻干线跨线运行节省的运力.利用线路存在复线或汇合点进行调配的干线在其低谷期调配富余运力至支线，相应地节省支线运力或增加支线服务频率.重点分析相邻干线利用高峰时间差、客流分布方向不均衡跨线运行的运力调配.

（1）利用高峰时间差调配运力.

假设某一片区内有N条干线，进行运力调配的相邻干线i、干线j，两者高峰时段分别为Ti=Tei-Tsi,Tj=Tej-Tsj，高峰时段分布如图1所示.相邻线路高峰时间差完全错位或部分错位，部分错位时存在三种情况：两线路高峰时刻同时开始，不同时刻结束；不同时刻开始高峰期，同时结束；三是高峰时段起讫时刻均不同.三种情况的运力调配方法相同，因此选一种为代表说明运力调配与测算方法.

图1 线路i与j高峰时段分布图Fig.1 Peak time distribution of route i and j

假设相邻两干线i、j高峰时段同时开始，i先于j结束，高峰时段差为ΔT.线路i高峰时段的发车频率、配车数及平峰配车数分别为在由高峰转入平峰后，其富余车辆可供调配往线路j的频率为在高峰时段差ΔT内可参与到线路j的有效车辆数为由于城乡公交线路周转时间较长，将近2个小时，高峰时段长小于其周转时间，则两条线路联运可以节省车辆数为ΔVij.对片区内的N条线路进行适当组合优化，从区域层面配置运力资源，运力节省当高峰时间段完全错位时的节省车辆数将ΔT替换为线路j的高峰时段长进行计算.考虑线路间距离与车辆调度能力，节省运力还需在此基础上乘以折算系数，如取0.9.该类片区所需运力即为各条干线独立运行时总运力减去联运时节省运力：

（2）利用方向不均衡调配运力.

由城区同一公交枢纽发往相邻镇的两条城镇公交干线的客流量上下行差异大且客流量较大的方向相反时，由于线路相距较近，车辆能尽快驶入另一线路进行跨线调配以提高车辆利用率.

图2 利用客流分布方向不均衡的运力调配Fig.2 Interlining based on the passenger flow distribution differences between up and down

如图2所示，假设线路1（OA）和线路2（OB）为城区同一公交枢纽发往相邻镇的两条城乡公交干线，早高峰时段接近.早高峰时段线路1由A往O方向发车频率为O往A方向发车频率为周转时间为T1，h；线路2由B往O方向发车频率为O往B方向发车频率为周转时间为T2，h.由于两条线路上下行客流差异，可调配部分车辆跨线行驶（如若则沿AOBA跨线行驶），跨线行驶周转时间为T3，h.运力调配总时段涵盖两条线路高峰时段，设为T，h.计算运力时将车辆分为三种：

两条线路的客流方向不均衡系数相近且两者各方向发车频率差接近时，跨线行驶节约运力效果较佳.跨线行驶车辆数以两条线路中需求量较大线路为依据，另一条线路的首末站发出的车辆可适当减少发车间隔；为保证跨线行驶线路的下行方向能按时刻表发车，跨线车辆应与线路上固定行驶车辆按间隔发出，若难以实现则需增加运力；因此跨线行驶车辆数需加以折算，如取系数1.2.

4 算例分析

如图3所示，线路JW与JS为城区同一公交枢纽J发往街道W与S的两条城镇公交干线，街道W有大型工厂，早高峰期间有职工从J前往W上班，该方向城乡公交线路发车间隔为5 min，另一方向发车间隔为10 min.相邻街道S内早高峰赶往城区的乘客较多，发车间隔为6 min，另一方向为10 min，可利用两线路客流方向不均匀进行跨线运力调配.由街道S发往周边各村的公交支线的周转时间多为45 min左右，一天发车总次数要求均为6次，4条支线采取联合配车.2条跨线调配的城镇公交干线与4条联合配车的镇村公交支线构成多线片区.

图3 多线片区组织图Fig.3 Multi-routes operation

由式（3）得固定在线路JS、JW运行车辆分别为11、10辆，跨线S→J→W→S运行需11辆.跨线行驶车辆数以线路JW为依据计算，线路JS的首末站发出的车辆可适当减小发车间隔（5 min）.设线路JS至少每隔x辆正常车发一辆跨线车，则5(x+1)= 10x，解得x=1；同样得到线路JW每隔2辆正常车发1辆跨线车.本例中跨线配车能确保各个方向可以按需求的发车间隔发车，因此节约的运力无需进行折算.由于城乡公交客流潮汐性明显，晚高峰运力跨线调配方向则与早高峰相反，总运力规模不变.测算得联运情况下共需32辆75座公交车.街道W与S间有镇镇公交支线运行，运行于W→S方向的运力并非空驶，相应地也能为该支线增加服务频率.4条联合配车的镇村支线车辆一天运营时间为8小时，由式（1）测算共需2辆40座公交车，详见表1.

该多线片区城镇公交干线、镇镇公交支线、镇村公交支线进行联运共需32辆75座公交车和3辆40座公交车，相比非联运时节约4辆75座公交车和2辆40座公交车的购置费.

表1 基于多线片区组织的运力配置Table.1Capacity allocation based on multi-routes operation

5 研究结论

本文研究基于单线片区城乡公交干支线联运及支线联运行车组织形式，多线片区内相邻城镇公交干线跨线运行组织形式的运力配置方法.单线片区运力配备以干线运力为主，干线运力采取传统配车法计算规模，支线运力结合其与干线联运形式采取相应的联运配车策略，针对发车次数少的支线，提出多条支线进行联运的运力测算方法.多线片区运力配备则以单线运力配备为基础，结合相邻干线跨线运行进行运力调配：测算利用高峰时间差转入平峰或低谷车辆调配至正值高峰期的相邻干线的运力调配，分析相邻线路由于方向不均衡进行运力调配过程并构建运力测算模型.最后，结合多线片区内城镇公交干线利用客流方向不均匀进行调配，通过四条镇村公交支线联合配车的算例，进一步分析运力配置方法的应用，比较分析联运前后运力资源的节省.结果表明，配置方法能较好地应用于基于片区组织的运力配置研究中.基于片区组织的运力配置，在保证客运需求与城乡居民出行服务质量的基础上，能有效整合运力资源，提高运营效益.

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Capacity Allocation Method of Rural Transit Routes Based on Zone Operation

JIANG Xiao-hong,GUO Xiu-cheng,LI Jia-bin,XI Zhen-ping
(School of Transportation，Southeast University，Nanjing 210096，China)

ract:Capacity allocation method of rural transit routes based on zone operation is developed to promote the resource allocation and operational efficiency.The branch routes can be interlined with the adjacent trunk route to develop single route zone operation.Several branch routes can be allied to minimize capacity. Multi trunk routes and branch routes of adjacent towns can be allied to develop multi-routes zone operation. The method of capacity allocation based on zone operation is researched as follows.Firstly,the capacity allocation of interlining of trunk and branch routes of single route operation is depended on the trunk route,and the traditional capacity calculate formula is adopted for the trunk route.An estimation method of capacity allocation for alliance of several branch routes is put forward.Secondly,the capacity allocation of multi-routes operation is mainly depended on the interlining of adjacent routes.Aiming to the difference of peak time distribution,and directional distribution of passenger flow between the adjacent routes respectively,the capacity allocation process and models for multi-routes operation are proposed.Finally,the application of method is illustrated by a numerical example,and the capacity saving after interlining is analyzed.The results show that the proposed method can be applied in the capacity allocation of rural transit routes based on zone operation.

rds:traffic engineering;capacity allocation;interline;rural transit;zone operation

1009-6744（2014）04-0126-05

U491

A

2013-11-15

2014-03-10录用日期：2014-03-18

江苏省交通科学研究计划项目（09R02）；建设部软科学研究项目（2008-K5-14）；江苏省2011年度普通高校研究生科研创新计划项目（CXLX_0140）.

姜晓红（1985-），女，江苏常州人，博士生. *

seuguo@163.com