基于换乘方式聚类分析的地铁公交运营优化

孙雨萌,刘明夺,吕思聪

(黑龙江工程学院 汽车与交通工程学院,黑龙江 哈尔滨 150050)

基于换乘方式聚类分析的地铁公交运营优化

孙雨萌,刘明夺,吕思聪

(黑龙江工程学院 汽车与交通工程学院,黑龙江 哈尔滨 150050)

为了减少常规公交与地铁1号线重复率，提高常规公交为地铁1号线服务效率，对哈尔滨地铁1号线服务范围内公交换乘线路、早晚高峰客流量、日客运人数进行调査。并基于换乘方式聚类分析的方法进行研究，细化调整原则，拟定调整方案，根据评价指标的原则建立常规公交换乘协调性评价体系，主要依据线路重复系数、运能协调度、平均换乘时间等常规指标进行评价。评价结果表明,调整后的总线网络有利于地铁1号线的运营，其评价指标均能达到标准参考值,仅平均换乘时间略高于标准参考值，有待进一步改善。

哈尔滨地铁；常规公交；聚类分析；换乘方式；评价

随着交通格局的发展与完善，交通方式孤立存在的模型已经被打破，逐步形成综合交通一体化发展模式，城市轨道交通凭借其方便的线路条件与良好乘车舒适性占据城市客运的主导地位。城市常规公交与轨道交通线路有效接驳是交通一体化的重要环节，常规公交在接驳范围内为轨道站点输散源源不断的客流是轨道交通高效运输的保障，要按照两种交通方式的功能定位，调整布设合理的常规公交站点，使其与轨道交通线路紧密衔接[1]。

1 概 况

哈尔滨地铁(Harbin Metro)是哈尔滨市城市轨道交通主要体系[2]。哈尔滨“十线一环”规划中第一条开通运营的地铁线路为地铁1号线(简称：1号线)，东起哈东站，途经交通学院、和兴路沿线、黑龙江大学，西至哈南站，衔接哈尔滨各大高校与商业区，全长共17.47 km，共计18所车站。哈尔滨地铁1号线站点地理位置及相关换乘公交站点、公交线路，如表1所示。作为城市轨道交通骨架线的地铁1号线自载客以来至2016年10月6日，安全运营1 107 d，客运量为18 398.52万人次，日均客运量16.62万人次，运营里程为486.31万km。统计结果显示:哈尔滨市常规公交线路178条，日均出行客流量约315万人次，其中共有106条公交线路与地铁1号线进行换乘。

表1 哈尔滨地铁1号线相关公交线路

续表1

2 哈尔滨市地铁1号线客流调查

2.1 调查方法

2.1.1 问卷法调查

问卷调查能够直接明确地了解乘客的出行方向、工具等，调查地址为地铁站点出入口、地铁站点候车月台、开动的地铁车厢,调查时期主要为居民出行平峰时段,乘客流量稳定，便于整理统计，调查问题包括：日常出行中是否经常换乘、一次出行中换乘的车次以及换乘的方向等，本次调查人工发放问卷1 000份,获得有效问卷670份，回收率67%。

2.1.2 录像法调查

由于高峰期大客流时，人工计数方法的误差较大，所以采用视频录像法，通过mini监控设备存储影像记录客流。本次调查的主要目的是探讨高峰时段各地铁口乘客流量，调查地址选为哈尔滨地铁1号线18座车站中客流集中的站台出入口,调查时间为工作日乘客出行早晚高峰，调查数据如表2所示。

表2 1号线各站点客流情况

3 接驳方式聚类分析和调整原则

聚类分析是指将具有类似属性的个体聚为一类，基本思想是建立样本之间的相似程度的模型，根据相似度，逐类细化研究样本[3]。

哈尔滨地铁1号线在原有成熟的常规公交线网基础上建设，针对两种交通布局一体化考虑较少，原有部分公交站点选址不合理、覆盖面低、交集度高，且部分与地铁站点重复率高，部分接驳公交与地铁站点衔接较远，有些甚至相距500 m以上，难以达到通过快速换乘来疏散客流[4]。

本文以地铁1号线基本走向、服务范围、乘客流量作为依据，常规公交与轨道交通运营方向，常规公交起、末站点的位置，常规公交与轨道交通线网总长度、线路重复系数，轨道公交与常规公交吸引乘客的范围，在轨道交通服务范围内常规交通的接驳班次5个变量作为聚类分析的初始变量，将常规公交与轨道交通间换乘方式进行如下的聚类分析。

3.1 竞争客流接驳

公交线路重叠或平行总里程超过地铁线路70%时称为平行线路。常规公交线路总体与轨道交通近距离平行或重叠，较长路段全位于轨道交通直接服务范围内，轨道交通能够替代常规公交线路的功能，二者属于竞争关系[5]。如图1所示，椭圆代表相邻地铁站点、直线代表与地铁相关的公交线路走向，目前，经过统计：6条线路重合站点数达3个,7条线路重合站点数达4个,7条线路重合站点数达5个,11条线路重合站点数达6个,4条线路重合站点数达7个,3条线路重合站点数达8个,2条线路重合站点数达10个,1条线路重合站点数达15个；并在其重合部分与地铁1号线走向一致,如夜2,夜3,6,11,64,94,104,220路等。

图1 竞争客流接驳方式

根据客流规模进行优化，撤消与1号线走向一致且重合站点数大于8站、重复线路长度大于4 km的常规公交，引导平行方向的客流转入地铁，提高运输效率。在轨道交通负担超饱和客流的局部路段,仍将与常规公交重合线路保留，起到分流作用，但其重叠长度不应超过4 km[6]，如图2所示，将地铁的服务范围分为3个层次,一次吸引范围即通过乘客步行方式可到达的范围,通常不大于0.67 km,二次吸引范围指乘客通过自行车等短途交通工具可到达的范围,通常不大于1.5 km，三次吸引范围指乘客通过公交等交通方式到达需要更换的地铁站点，通常不大于3 km。

图2 地铁站点吸引范围示意图

3.2 交叉线路接驳方式

交叉线路定义为：在轨道交通服务范围之内，常规公交一小部分路线重叠或平行于轨道交通线路。常规公交与轨道交通线路相交，但起、终点均不在轨道交通站点直接吸引乘客能力范围内，以1号线为主体，常规公交呈穿插状分布，如图3所示，此情况常规公交也例属于接运组织的一部分，如：夜1，3，5，7，9，19，63，74，119,105等。交叉线路共分为图3(a)、图3(b)、图3(c)3种情况。

图3(a)型线路常规公交起点在地铁一次吸引范围内，与地铁重合站点大于两站，重合路段长度为A。图3(b)型线路常规公交起终点均不在地铁一次吸引范围内，与地铁重合站点大于两站，重合路段长度为A。图3(a)型的典型代表线路如10路，该线路全长15.2 km，A=6.2 km；图3(b)型的典型代表线路如19路、63路。图3(a)、图3(b)型线路是否调整依据常规公交与地铁重合路段A的大小决定，地铁站点一次吸引范围为0.67 km，若A段长度大于一次吸引范围的4倍，则与地铁形成较短的平行线路，应适度减少平行线路，并加设交叉路线，以发挥常规公交灵活优势，实现互补作用。图3(c)型线路仅与地铁有一个公共站点，重复路段长度为E，以E=3 km为界，根据线路所处的商业位置和客流数量确定是否优化。

图3 交叉线路接驳方式

3.3 放射状接驳方式

常规公交起点或终点有一个在轨道交通的服务范围内，与轨道交通成放射状接驳，如图4所示。此情况下常规公交的主要功能是尽快为轨道交通疏导大客流，以增加乘客的流动速度，缓解路面交通压力。

图4 放射状接驳方式

在进行公交线路优化时，将常规公交线路的起、终点选址尽量聚集在轨道交通吸引范围内,增设接运线路,构成始末站换乘,以达到快速疏解客流的目的,形成以轨道交通线路为“骨干”，常规公交穿插周边的“鱼骨型”城市交通网络格局[7]，如图5所示，以便常规公交更好地为轨道交通服务。

图5 鱼骨形接驳方式

3.4 大距离间隔

常规公交起、终点均不在轨道交通直接服务区域内，与轨道交通线路有大距离间隔，如图6所示。常规公交与轨道交通无明显的竞争与互助关系，此种情况下常规公交为地面交通系统的核心，有条件时可对其进行合理的优化[8]。

图6 大距离间隔

4 调整方案及评价

4.1 线路调整方案

4.1.1 竞争客流模型调整方案

减少长距离与轨道交通线路重合或近距离平行，避免无效竞争，对与1号线完全平行的线路进行撤销裁剪:11路线路与地铁重叠高达9 站之多，故调至哈南站-南城首府站，形成以哈南站为核心的外向辐射网[9]；55路与地铁1号线重叠高达10站,故调裁剪西大桥至靖宇街路段；104路整条线路与地铁1号线几乎重合，重复率高达90%，故将其撤销，调至哈南站-南城。

4.1.2 交叉线路模型调整方案

对线路与1号线重复站点较多、走向相近,且重合部分长度大于4 km的常规公交线路，在保留原有线路走向基础上，采取裁剪线路方式:4路调整为承德广场至道外公安分局；63，64路撤消哈铁路局、通达街、骨伤科站,其余站点均不变，保留线路走向；81路调整为西大桥至前进村；94路其整条线路与地铁1号线的重复长度为8.7 km，建议以哈站为起点像周边市县发展。

4.1.3 放射状模型调整方案

对1号线服务范围内的换乘公交线路,改变线路的首末站选址, 将其调整为以1号线站点为起点的鱼骨式接驳公交线路，将以太平桥为起点改签至以哈东站附近为起点，如：104路、331支线、338路、355路、355支路、380路、398路等,缓解中心城区的交通压力。

4.1.4 大距离间隔模型调整方案

与轨道交通相离或者大间隔平行的常规公交，均不作调整，具体线路为1路、9路、65路、68路、73路、78路、79路、84路、86路、89路、106路、115路、116路、205路、208路、209路等，从整体考虑其辅助集散客流的作用大于同等情况争抢客流的作用，所以不作调整。

4.2 线路调整评价

4.2.1 评价原则

评价指标的选择和应用将直接反应评价结果的可靠性,是进行评价时的一个关键环节。常规公交和城市轨道交通换乘评价的指标选取主要遵循以下4项原则[10]:

1)评价指标需客观准确地反映被评价对象的自身性能、改良的周边环境、创造的社会经济效益。

2)评价需要对各城市之间进行横向比较,相同的指标也可用于不同方案的比较。

3)目前，城市轨道交通综合评价指标和常规公交调度协调综合评价指标较为全面，各指标之间需相互兼容。

4)评价指标要从各个方面反映城市轨道交通和常规公交的换乘协调程度，并确定调整方案的可行性。

4.2.2 评价指标

4.2.2.1 平均换乘时间

乘客在搭乘换乘设施所占用的时间为平均换乘时间，它是衡量乘客直达程度和换乘站效益的一个重要指标,平均换乘时间越小,两种交通模式间衔接越紧密,当乘客从轨道交通到常规公交平均换乘时间≥3 min时，常规公交资源浪费，应将常规公交站点进行合理范围内的调整平均换乘时间

其中：N代表轨道交通换乘枢纽个数;Ti为第i个轨道交通枢纽内乘客换乘需要的时间[11]。

4.2.2.2 乘客换乘系数

依据调查结果，确定城市内地铁和公交线路的总条数N，乘客换乘系数为

式中：Pi为第i条公交线路的客运量；Pr为城市公交总客运量。我国明确规定大城市乘客换乘系数不应大于1.5，中小城市不应大于1.3,乘客换乘系数越小，常规公交的服务能力越好。

4.2.2.3 运能匹配度

运能匹配度ρ是指城市交通之间客运设施的适应性情况，是反映轨道交通与常规公共交通运输能力的体现，N为换乘枢纽总数，ρ按下式计算：

式中：PiH为第i个轨道交通枢纽内高峰小时换乘客运量；Pib为常规公交为轨道交通服务客运能力[12]。ρ≈1，换乘资源利用良好，ρ越小换乘资源越浪费，ρ越大常规公交为轨道交通服务能力越差。

4.2.2.4 线路重复系数

通过调查与轨道交通平行的常规公交条数N，及平行线路内第i条常规线路的长度Li，轨道交通线网的总长度G，计算常规公交与轨道交通线路重复系数α。国际线路重复系数基本指标为1.25～2.5，但综合我国实际地形地势与交通发展规模，我国的城市线路重复系数基本为3～4。

4.2.3 评价结果

选取本文规定的参考值，将与哈尔滨市同等规模二线城市的以往统计数据作为参考依据,并假设,调整公交线路后原与1号线平行的常规公交出行乘客全部转移乘坐地铁1号线出行，与1号线相接运的常规公交及时为1号线疏散客流。依据客流调查数据结合以上各评价指标进行计算，计算值与参考值进行相应对比,如表3所示。

表3 各评价指标计算结果

由比较可知,地铁1号线服务范围内常规公交在进行调整后，其平均换乘时间和换乘系数分别略高于参考值,主要是城市现有格局对常规公交线路的走向有较大的局限性[13]；运能协调程度接近参考值,且线路调整后的线路重复系数与参考值近似相同，说明调整后的公交线网在线路接运、客流分配上与1号线逐步形成综合交通一体化发展模式。综合上诉评价结果表明：优化地铁和公交接驳换乘时应用聚类分析法优化效果显著。

5 结束语

本文依据哈尔滨地铁1号线服务范围内的常规公交运营方向、线路重复系数等为研究对象,分析该范围内客流分布及接驳方式，依据聚类分析的原则，选取地铁与常规公交换乘方式指标作为聚类量进行分类，对该范围内的常规公交线路站点及走向提出优化方案,并建立评价指标进行综合评定，为轨道交通吸引范围的公交布局研究提供分析依据。由于轨道交通与常规公交接驳换乘协调研究属于复杂系统协调发展的问题，本文在布设轨道交通接驳公交线路时没有考虑接驳常规公交自身的运营效率、土地利用等因素[14]，因此本文提出的理论、方案等有待进一步修改和完善。

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Operation optimization of subway bus operation based on interchange clustering analysis

SUN Yumeng, LIU Mingduo, LU Sicong

(College of Mechanical and Electrical Engineering,Heilongjiang Institute of Technology,Harbin 150050,China)

In order to reduce the repetition rate of the conventional public transit and improve the efficiency of the conventional public transit of metro line one,this paper makes a survey about the transit transfer line in the metro line service and the peak passenger flow each day.Meanwhile,based on transfer mode cluster analysis，it refines the adjustment principle，and proposes the adjustment advice，according to the principle of evaluation index. The evaluation system of conventional public transits coordination is established which depends on average transfer time,capacity coordination degree,line repetition factor to estimate. The result shows that the conventional public transit net work can be literally supportive for metro line one after the adjustment, those indexes can approach the standard reference values; the average transfertime is slightly higher than the reference values, so it requires further improvement.

Harbin metro;conventional public transit;clustering analysis; transfer mode；evalvation

[责任编辑：刘文霞]

U121

A

1671-4679(2017)05-0010-07

2017-04-05

黑龙江工程学院校级大学生创新基金资助项目(201611802086)

孙雨萌(1996-)，女，大学本科，研究方向：交通规划.

10.19352/j.cnki.issn1671-4679.2017.05.003