浅谈城市公交面与公交线

何庆平

（石家庄市新华区后杜北小区，石家庄 050072）

浅谈城市公交面与公交线

何庆平

（石家庄市新华区后杜北小区，石家庄 050072）

本文提出了一个新的公共交通概念——公交面。它是根据几何原理和公交特征用公交线编制设计成的一种具有交通平面性质的公交运营平台，能用简洁少量通用共享的公交线获得按现有体制需要大量公交线才能获得的交通效果。它和智能技术相结合，可以使公交系统成为智能系统，能够向公交平台统筹分配客源，可使每辆车和每一站间路段乃至每位乘客的出行状态都置在智能管控之下，大大提高了公交服务的功能效率和质量。

公交线；公交面；智控公交

1 引言

当前，很多城市的道路拥堵和尾气污染问题越来越严重，亟待解决。城市公交系统（以下所述“公交”特指利用大型交通工具的公共交通）由于节省资源、总体运输效率高，可有效缓解城市道路拥堵和尾气污染，成为解决城市交通问题的有效手段，受到了国家和各城市政府的支持。然而，传统公交只能沿着预设的固定线路运行，难于融入先进技术满足人们更多的乘坐意愿。如何融入现代技术提高公交系统的服务功能效率和质量，将更多非公交出行者吸引到公交出行上来，是当今解决城市交通问题的重要研究课题。

国外对公交线网的研究起步较早。在60年代初，公交线网的布局优化采用专家定线的方式。从60年代至80年代初公交线网的确定多是运用系统工程和运筹学的有关原理、方法，在既定目标函数下进行线网的优化布设。80年代至今，又有很多人提出了不同的线路规划方法和优化算法。国内对公交线网布局优化的研究始于80年代，王志栋[1]、胡启渊[2]针对不同目标提出了多目标规划方法；韩印[3]等提出城市公交线网调整优化的pso算法、遗传算法等用于公交线网设计中；王炜[4]提出一种“逐条布设，优化成网”的思路进行线网优化；杨超[5]等人则利用图论方法，以城市客流OD分布为依据进行公交线网布局优化。

综上，半个世纪以来人们有一个共同思路就是：“模仿城外交通用预设公交线的方法解决城市公交问题”，后来人们为了“用预设公交线更好的方法来更好地解决公交问题”产生了共同目标：“使其预设的公交线网尽量适应城市中潜在的实际需求公交客流状态和乘客意愿”。但预设公交线是固定的交通线，而潜在的实际公交客流需求状态每时每刻都在变化着，如何使公交线适应变化客流状态的需求？如何可以操控这种客流？孕妇需要一条客流最疏的交通线，忙于办事的乘客需要一条最快的交通线，怎样使公交线适合每个人的个性化要求？是本文要解决的问题。

本文认为，公交线网只是公交运营平台的一种，城内公交有别于城外公交，因此提出了一个“公交面”的概念，用一个面性运营平台取代线性运营平台。这种设计思路的开拓性改变可使公交发生连续变化，平台的变化可使公交由用预设公交线的方式变为可以利用临设公交线的公交方式。这种交通方式具有很好的可操控性，而且可以轻松融入智能技术、互联网技术、电子地图技术，公交技术层面的提高将改变传统公交模式，并得到多方面的优异效果。

2 公交面的概念

随着城市的发展，公交需求越来越大，公交客源点的分布变得稠密而广泛，越来越多的公交线路甚至使同一段街道上出现了不少重复公交线路，但还是不能很好地满足越来越多的公交需求，反而使公交资源利用效率开始下降。之所以这样在于用线的思路去解决面的问题上。

（1）公交线是一个线性交通平台，在该平台上运营可以解决这条线上的交通。其交通方向、交通目标、到达同一个目标的不同路径都被限制到该条线上。公交线有两种，一种是临设公交线，它是临时设计，不便于投资建设，但有与时俱变的灵活性，出租车就是利用临设公交线的交通。一种是预设公交线，它是提前设计建设的固定交通线，便于投资建设，但没有交通灵活性，传统公交就是这种形式。

（2） 交通面是一个面性交通平台，在该平台上运营可以解决这个面上的交通。最简单的交通面是徒步交通者在广场上交通时的广场。其特征是：“在交通面上不受交通线的限制，可以由任何点、向任何方向、用任何相对不同要求的最优路径、到达交通面上任何目标点。在交通面上不用预设一条交通线却有用不完的交通线。”城市交通也是一个面，城市中的道路四通八达，特别是北方城市，大多数道路都是呈棋盘样式，是一个整齐的面。乘坐出租车、自驾车、自行车等非公交车在城市中交通同样可以达到交通面的效果，但是乘坐公交车就不会有交通面的效果。

（3） 公交面是一个可以用在公交上的面性公交平台。传统的城市公交运营平台之所以不是公交面，城市交通面也不能用于公交，这是传统公交的特征所决定。传统公交的特征有：

1）线性限制特征。传统的公交运营平台是一条条的预设公交线，如一路公交线二路公交线，一号地铁线二号地铁线。这种从设计思路就有的先天特征将公交限制到一条条的公交线上，使公交失去了交通灵活性，也限制了公交的可操控性。

2）同车约束特征。自行车、出租车、自驾车都是小型运输工具的单体客运，交通者具有各自的交通灵活性。公交是大型交通工具的群体客运，它提高了公交功能功效，但众人同坐一辆车相互约束不能实现各自意向，只能任凭车辆运行一条线。它约束了各位乘客的各自最佳路径，约束了公交的个性化服务功能，更约束了乘客分散交通所造成的公交面性。

3）同向换乘特征。传统的公交换乘站大多建在重复公交线上，重复公交线不仅浪费交通资源还增加了拥堵因素。该换乘站只能进行同向换乘，所以也就没有多向换乘所造成的公交面性。

本文所述公交面既不是广场那样的天然交通面，又不是现实中线体性的公交线网，而是根据几何原理和公交特征用公交线编制设计成的一种具有交通平面性质的公交运营平台，能用简洁少量通用共享的公交线获得按现有体制需要大量公交线才能获得的交通效果。

3 公交面的设计

（1）极坐标式公交面。在极坐标系内，任何点的任何移动都可以通过改变θ角度和ρ距离来实现。那就在城市内设计几条环状交通线（沿其运行可以改变θ角度）和一条直交通线（沿其运行可以改变ρ距离），再在这两条线的相交处设计一个换乘枢纽（该换乘枢纽之特征是：建在路口处且能完成多条公交线的相互多向换乘），如图1所示。图1中，2是环线，它们连通了所有公交站；3是直线，它沟通了所有环线；4是外延线；5是换乘枢纽；1是公交站，这就构成了一个公交面。它用简洁的公交线沟通了全部公交站点的相互交通，使各公交线构成了一个交通面体。图2是改进后的极坐标式公交面。

图1 环状交通线及换乘枢纽

（2）平面直角坐标式公交面。在平面直角坐标系中任何点的任何移动都可以用X和Y两种方向的移动来完成。那我们在城市内只设计X和Y两个方向的交通线，再在两种公交线相交处设计换乘枢纽（该换乘枢纽之特征是：建在路口处且能完成多条公交线的相互多向换乘），就可以实现城市内的任何站点到任何站点的交通，构成了一个平面直角坐标式公交面，如图3所示。以上两种公交面统称坐标式公交面。图2和图3中，5是换乘枢纽，6是公交站。

图2 极坐标式公交面

（3）其他形式的公交面。各城市地理状况不同，街道结构不同，可以根据实际情况和设计原理设计出不同的公交面。也可以将以上两种公交面相结合设计出不同的公交面。

4 构成公交面的公交线结构特征

（1）简洁性。在现实的公交站牌上会看到标有多路公交车，这说明在这段路上有多路重复公交线。而构成公交面的公交线任何一段路上只有一路公交线，从数量上该公交线也远远少于传统公交的公交线。以石家庄为例，它现实有120路公交车，如果编制一个公交面最多需要20条左右公交线即可，在上述构成公交面的公交线只有两种公交线，而现实公交线有多种多样，因此说它有简洁性。

（2）多相通性。我们细看一下公交面结构会发现，在构成公交面的两种公交线中，其中一种公交线中的任何一条都和另一种公交线中的任何一条相交着。而相交处又设有换乘枢纽，所以一种公交线中的任何一条都和另一种公交线中的任何一条相通着。传统公交线网无论如何都不会有这种特征。

（3）整体性。公交面是将线体性的公交线编制成了一个面体性的公交面，具备了整体性，乘客不必考虑是那一路车可以就近上站，有利于公交系统进行全面统一管理统筹管控，有利于先进技术的融入。

5 公交面的应用效果预测

图3 平面直角坐标式公交面

（1）通达效果。在图4中我们用虚线表示从A站点到B站点的可规划路径，或者说可以临时设计的交通线，结果还没有表示全就有这么多了。这才仅仅是一个站点到一个站点的临设交通线，那么任何站点和任何站点之间该有多少这样的交通线呢？另外这才是近路，如果靠近A点的两段交通线出现故障时，还会有更大量的绕行路线。那一共该有多少这样的交通线呢？曾经有人用一个城市公交线的总长度来表示该城市的公交发达程度，那么在交通面中有如此大量的交通线，它的发达程度该是多么大呢？可见公交面的通达功能是十分强大的。同时也说明只要用简洁少量的公交线编制成公交面，就可以有用不完的临设公交线。

图4 公交面的通达性

（2）公交资源利用效率。在当前城市交通资源紧张情况下很需要提高公交资源利用率。而公交面的应用可以大大提高公交资源利用率。在传统公交线网中有好多重复公交线，而在构成公交面的公交线中不仅避免了重复公交线，而且还可以用简洁少量公交线的通用共享换来用不完的临设公交线，进而又提高了道路资源的利用效率。在出租车运营时，当乘客告诉司机交通目标后他就会在运营平台上临时设计一条交通线将乘客送到目的地。在图4中的虚线就是临设交通线。但是出租车临设线后需要一辆专车将乘客送到目的地，而用公交面却不用增设车辆就可以做到。这说明在公交面上，可规划出极大量临设公交线且其线上不用设专车，临设交通线是用则有不用则无，而传统公交线是实车实线，不论有无乘客车都要在线上跑。因为临设线是将构成交通面的交通线分成了大量的站间路段，再用这些站间路段灵活组合成临设交通线。每一站间路段和每一辆车在到不同的目标时都是通用共享的。用通俗的话说就是，这种临设公交线是不花钱的公交线。所以公交面的公交资源无论是路还是车其利用效率都是极高的。

（3）公交面的不足。公交面是在城市发展到客源分布稠密且广泛时，并且街道结构便于编制公交面的城市可以应用，在公交发展初期和客源分布集中的城市不宜用。在城市地理复杂和街道不规范的城市有待研究。

6 公交面的实施方案

公交面“在交通面上不用预设一条交通线却有用不完的交通线”的理念为公交创造了利用临设交通线的条件。公交面“在交通面上不受交通线的限制可以由任何点、向任何方向、用任何相对不同要求的最优路径、到达交通面上任何目标点”的特点为公交用智能技术作统筹指挥创造了条件。

在公交面的支持下，利用互联网的信息瞬间互通、智能技术的高速运算功能实现了为太多乘客分别临时规划交通路径，进而设计了一个“城市公交智能系统”[6]。它是根据各公交车的实时载客数量、各站间路段的实时拥堵状况、路网结构、每位乘客的交通始终站点和其个性化要求等公交信息，向公交平台上统筹分配乘客交通路径的公交技术方案。它利用与时俱变的公交信息通过统筹分配乘客各自交通路径，将每辆车和每一站间路段乃至每位乘客的出行状态都置于智能管控之下。它构成的公交模式是：在平面性运营平台上，以临设公交线的公交方式，用大型交通工具进行个性化服务的，动态智能管控公交运营状态的一种智控公交。

该技术方案的有益效果如下：

（1）可以提高和扩大公交服务功能。本技术方案在保留了传统公交的根本优势——大型交通工具的基础上，增加了公交面的强大通达功能，又增加了个性化和智能化服务功能。

（2）可以提高公交资源利用效率。本技术方案用定性、智能定量两种方法分别提高交通资源的利用效率。在设计公交面时避免了重复公交线的设置；将公交线路和车辆设置成通用共享的资源;事实上有些资源利用效率是不可以无限提高的，比如不可以用无限增加车辆的载客量和道路的客流量来提高它们的效率，本系统将这些因素都置于智能管控之下，可以对其效率进行人性化管控，而这种人性化管控就可以达到该效率的相对最高。

（3）可以提高公众乘坐公交的方便程度。经调查总结公众所说的乘公交不方便可以分成两个方面，即智力方面和体力方面。当来到一个新城市要乘坐公交，去查找交通目标的周围有那一路公交车站，如果不能直达还要换乘，如何换乘，下车后向什么方向走等为智力方面的不便；体力方面是寻找上车车站和换乘的路途远所花费体力和时间带来的不便。 本技术方案的智能系统在电子地图系统支持下承揽了乘客的全部智力活动，包括下车后向什么方向走多少米。在体力方面，公交面的路和车都是通用共享的乘客可以不必判断和寻找车站，可以见站就上。换乘时，乘客可以在本方案的换乘枢纽不下站台进行多向换乘。

（4）可以提高乘客乘坐公交的快捷程度。智能系统在公交面的支持下能为每位乘客分别规划出最近和最快的路径，提高了快捷度；本技术方案中换乘枢纽的设计，其中一个附加效果是将路口设计成了一个避开红绿灯的公交专用路口，这又提高了快捷程度；只要再做点微小投资，用黄线隔成公交专用道就和路口形成了公交快速路网，可以再次提高快捷程度。

（5）可以缩短候车时间。公交面的应用说明将原来繁多的公交线上的公交运力压在一组简洁的公交线上，这势必要提高发车频率，那就会缩短候车时间。但不可以无限提高发车频率，以避免出现连体车或连体车组。这样一来候车时间会被调整到一个相对最短状态。

（6）便于投资建设。 公交面的应用可将原来繁多的公交线设计为一组简洁的公交线，这就大大减少了架桥、入地、铺轨等建设成本，便于投资建设。本技术方案对其他方面的设计尽量做到简便易行、实用可靠、易于建设。比如对于如何获得车载人数的设计，是借用了计站收费的两个刷卡机，通过乘客上车和下车两次刷卡的次数差获得车载人数。再比如，用半张车票的投资就实现了将一个智能信息系统变成一个智能管控系统。对于获得各路段的拥堵状况信息是用该路段的行车速度值间接获得。另外还用较巧妙的手法解决了临设交通线不便于投资建设的问题。

[1] 王志栋．公交线网优化模型的建立[J],大连铁道学院学报，1997（12）：31-34．

[2] 胡启渊，常玉林．城市公共交通线网多目标优化的建模与求解[J]．江苏大学学报，2003．

[3] 韩印，李维斌，李晓峰等．城市公交线网调整优化pso算法[J]．中国公路学报1999（3）：100-104．

[4] 王炜，杨新苗，陈学斌等．城市公共交通系统规划方法与管理技术[M]．北京：科学出版社，2002．

[5] 杨超，李彬．城市公共交通线网优化的图论模型与算法[J]，同济大学学报，1998（6）：294-298．

[6] 何庆平．城市公交智能系统（专利文献），专利号：ZL 2016 2 0022072．0 ，授权公告日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