CN112561304A - 城市常规公交线网的评价方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种城市常规公交线网的评价方法，属于公共交通线网评价领域，从城市公交的路网、客运水平、服务水平三个方面，根据全面性、科学性、可行性原则建立城市常规公交线网评价的指标体系，其次构建城市常规公交线网评价模型，将通过跟车调查、交通调查、资料收集等方式获取的数据分析处理后，得到指标实际值，将各指标值进行无量纲化，并根据各指标的无量纲化数据，及隶属度函数确定指标的隶属表得到评判矩阵。然后，运用层次分析法和yaahp软件对模型中影响线网评价的各指标权重进行标定。最后进行两级模糊综合评价及评判结果分析与验证，最终确定城市常规公交线网的水平，为城市常规公交线网的评价提供了依据。

Description

城市常规公交线网的评价方法

技术领域

本发明涉及一种城市常规公交线网的评价方法，属于公共交通线网评价领域。

背景技术

随着我国城镇化进程加快，小汽车保有量及居民的出行次数不断增长，导致城市道路容量不足，供不应求的矛盾日益突出。因此，发展城市公共交通是发挥城市整体功能、有效利用道路资源，缓解城市交通拥挤的重要方法。

世界上很多城市在近几十年来都先后建立了完善的交通运输网络，以满足日益增长的交通需求。城市公共交通在国外的一些大城市已经得到比较充分的利用，例如东京、巴黎、维也纳的铁路、地铁、公共汽电车等城市公共交通占综合交通体系的比例分别为72.5％、60％、70.8％。但是，在更多的城市，交通需求的增长速度与交通基础设施的建设发展极不平衡，带来很多的交通问题。例如由于城市公交系统的发展严重滞后于城市人口的迅速增长，导致更多的出行者选择不同种类的交通工具，从而进一步加深城市的道路堵塞、道路承受力下降、环境污染加重、交通事故率上升等一系列的交通问题，给社会造成了巨大的物质和精神损失。

近年来，我国的城市交通有了较快发展，各大城市正积极的以发展城市公共交通为主，配合快速轨道，形成多种客运交通方式的综合交通体系。城市常规公共交通是我国目前最主要的公共客运交通方式，居民使用公共汽电车出行次数也在逐年地增加。但是，随着城市规模的扩大、人口的增长，一些交通拥堵、出行不便等交通问题日益突出，严重影响了城市的发展和人民生活水平的提高。

因此，在我国未来的15-20年，城市交通结构和模式处于重大的历史性转变的关键时期，从宏观上如何提高城市公共交通的占有率和服务水平，确立城市公共交通的优先地位，从微观上如何改善公交的运行速度慢、舒适度差的形象，提高公交的服务水平，将居民的出行更多的吸引到公共交通上，成为我国现有交通领域探讨的热点。

城市常规公交线网的评价技术是城市公共交通系统规划和管理密切的基本分析技术，是进一步提高公共交通服务水平、满足人们需求的基本前提。因此，正确、合理、可靠的城市常规公交线网的评价技术可为城市公共交通系统的规划、实施、评估、改进提供有效的支持和帮助。对提高城市地面公交系统的安全服务水平，优化公交线网及运营调度具有重要意义。

发明内容

本发明目的在于以城市常规公交线网为研究对象，通过分析城市常规公交系统的概念和特征，以及城市常规公交线网优化的方法和特点，建立城市常规公交线网评价的指标体系和方法体系，并分别从两种体系中选择合理的指标和方法，对研究区域进行综合评价，实现线网良好情况分级。为城市常规公交线网评价及进一步优化、构建一体化的城市公共交通系统打下基础，以提高城市公共交通系统的运行效率和服务水平，更好的为城市居民的出行、生活服务。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

城市常规公交线网评价方法，指标计算与模型构建主要分为五个步骤，首先分析城市常规公共交通系统及公共交通线网优化的基本问题，根据全面性、科学性、可行性原则建立城市常规公交线网评价指标体系。其次构建城市常规公交线网的方法体系，通过收集各指标的指标值数据，将各指标值进行无量纲化，并根据各指标的无量纲化数据，及隶属度函数确定指标的隶属表。然后，运用层次分析法和过yaahp软件计算得到公交线网评价的权重集合。最后进行两级模糊综合评价模型及评判结果分析与验证。

评价指标为重复系数、公交站点覆盖率、线路网密度、非直线系数、高峰满载率、客流断面不均衡系数、公交车运营速度、平均换乘系数、换乘点数量、步行距离。

步骤1，评价指标选取；

在对城市常规线网进行评价时，需要考虑模型的复杂度及数据获取的难易程度，因此对需要对评价指标进行筛选。选取路网指标中的重复系数、站点覆盖率、线路网密度、非直线系数指标；客运水平指标中的高峰满载率、客流断面不均匀系数、公交车运营速度指标；以及服务水平指标中的平均换乘系数、换乘点数量、步行距离作为评价指标。因此，研究基于这些指标从三个维度构建评价模型。

步骤2，指标无量纲化；

在常规公交线网评价(多指标综合评价)中，涉及到两个基本变量：一是各评价指标的实际值，另一个是各指标的评价值。设在评价指标中，一共有m个评价指标，前l个评价指标x₁，x₂，x₃，...x_l希望越大越好，为正效益指标，而后(m-l)评价指标x_l+1,，x_l+2，x_l+3，…x_m，则希望越小越好，为负效益指标。由于在处理这些指标的之间的关系时，往往会由于指标的量纲以及变动范围不同带来的一些困难，这种异量纲性是影响对事物整体评价的主要因素，所以在评价之前要将各个指标的评价值统一转化为[0，1]范围内的量化数值。因此，需要功效系数对这些指标x_i进行一种无量纲变换，用d_i表示。d_i＝d_i(x_i)，i＝1,2,3,…m。

根据不同的指标属性情况，给出以下三种线性表达式。

(1)正向指标

(2)负向指标

(3)区间指标

正向区间指标

负向区间指标

以上式中，x_i代表评价指标评价值；x_a代表评价指标的最小值；x_b代表评价指标的最大值；d_i(x_i)代表评价指标x_i对应的无量纲化值。

步骤3，确定隶属度函数及各指标隶属表；

在公交线网评价指标中，虽然有些指标是可以直接用确定的数值进行统计、调查、计算得到，但大多数指标本身就是个模糊的概念。隶属度函数是对一些具体的指标，特别是定性指标和语言类指标进行描述，最终取得良好的评价效果和方法。更好的为城市常规公交线网评价服务。

定义：隶属度的模糊数M可成为三角形模糊数，可用下式表示。

记为M＝(l,m,u)其中u为M的上界限；l为M的下界限；m为中值，即三角函数定点，通常表示某个等级的标准值。

如图1所示，在隶属度三角形模糊数图中，以顶点为中心，左右分别由一些的数对组成，这些数对表示对应指标的隶属程度。通常其值越高表示较高的隶属度，它们通常表示为：好＝A，较好＝B，一般＝C，较差＝D，差＝E。而另外一些指标，则恰好相反，其值越低表示较高的隶属度，比如其表示：低(高隶属度)＝A，较低＝B，一般＝C，较高＝D，高(低隶属度)＝E。故以下表隶属度函数表示等级。

表1各种字母等级对应的模糊集隶属度函数表

当右边每一项被模糊集替代时，对其进行的评价就要用模糊加、模糊乘、模糊除等运算，计算所得的最终结果是一组非模糊值域，这样，就可以构建整个公交系统的模糊集，其特征值的三角形如不同等级权重对应的隶属函数图2所示。

根据隶属度函数，得到各指标隶属表如下表所示：

表2各指标隶属表

步骤4，确定指标权重；

运用层次分析法(AHP)构建层次结构模型，计算每个专家的评判，通过常规数值评价方法综合各位专家的结果，通过yaahp软件计算得到公交线网评价的权重集合，层次结构模型如图3所示。

得到的权重：

W₁₁＝{路网，客运水平，服务水平}

＝{w₂₁，w₂₂，w₂₃}

W₂₁＝{重复系数，站点覆盖率，线路网密度，非直线系数}

＝{w₂₁₁，w₂₁₂，w₂₁₃，w₂₁₄}

W₂₂＝{高峰满载率，客流断面不均衡系数，公交车运营速度}

＝{w₂₂₁，w₂₂₂，w₂₂₃}

W₂₃＝{平均换乘系数，换乘点数量，下车步行距离}

＝{w₂₃₁，w₂₃₂，w₂₃₃}

步骤5，构建多级模糊综合评价模型；

我们对评价指标体系进行了分层，因此需要采用多级模糊评价来对其进行多层次的综合评价，使低层次评价得到的上一层次的综合评价向量可以继续参与上一层次的评价。这样，就可以避免在进行综合评价的时候可以避免由于在一层内的因素过多，每个因素所分得的权重很小。从而造成的权重的“淹没”。对所有因素进行划分：U＝{u₁，u₂，…u_n}，对其中的u_i(i＝1,2,3…,m)再作划分：u_i＝(u₁，u₂，…u_n)，对其中的u_ji{i＝1,2,…,m；j＝1,2,…,n}再作划分：u_ij＝(u_ij1,u_ij2,…,u_ijp)，可以根据需要继续的分下去。

若对因素做了K次划分，则第K(k＝1,2,…,k-1)次划分的单因素评价，应该是(k+1)次划分的模糊综合评价，评价时，应该从第K次划分的诸因素开始，一级一级往上评，便构成了多级模糊综合评价的一般模型。

步骤6，评判结果分析校验；

用隶属度函数评价之后，得到一组对整体的评价的隶属度，在此之后需要进行最大隶属度验证。

(1)最大隶属度原则。在评价时，采用最大隶属度的原则，即b_k＝max[b₁，b₂…bn]时则认为该项目的综合评价等级为第k级。

(2)最大隶属度失效时的评价方法。当出现b_i和b_k(k＝i±l)比较接近或

最大隶属度失效(其中b_i和b_k为最接近的值)，此时，在评价时，

当i＝k-l时，被评价的对象为第(i+δ)级；当i＝k+l时，被评价的对象为第(k-δ+1)级。

发明与现有技术相比，具有以下明显的优势和有益效果：

本方法利用路网指标中的重复系数、站点覆盖率、线路网密度、非直线系数指标；客运水平指标中的高峰满载率、客流断面不均匀系数、公交车运营速度指标；以及服务水平指标中的平均换乘系数、换乘点数量、步行距离各指标进行评价，具有全面性、可行性。

本方法在具体方案设计时，将诸多数学理论结合应用到公交线网评价上，使指标的计算更为科学、合理。构建了完整的方法体系，包括从搜集、整理、分析数据到最后综合分析评判方法，本发明对城市公交线网的评价结果更加实用。

附图说明

图1为三角形模糊函数图；

图2为不同等级权重对应的隶属函数图；

图3为指标体系层次分析图；

图4为线路网密度计算方法图；

图5为本城市常规公交线网的评价方法的实施流程图；

图6为本城市常规公交线网的评价方法的评价结果图。

具体实施方案

本实施例通过对某地A处-B处的常规公交线网情况的分析，找出该区域公交线网存在的问题。首先利用TransCAD建立公交线网图、处理数据，计算各指标，然后再利用功效评分法将各指标无量纲化，根据隶属度函数得到隶属表和评判矩阵，再根据层次分析法和yaahp软件计算得到公交线网评价的权重集合，最后建立线网评价模型，对上海五角场-外滩附近的线网根据评判分析方法分析、计算，最终得出结论，并分析其合理性。

如图5所示，本实施例包括以下步骤：

步骤1，评价指标选取及计算；

城市常规公交线网的评价的着眼点主要有三个层次，一是注重公交线路本身的结构特性，以及与公交线网系统各元素之间的协调和衔接性；二是从公交公司运营的角度出发，衡量目前公交线网的运营状况以及是否满足其经济效益；三是从服务对象的角度出发，即沿线居民公交出行需求的满足程度及出行的方便、快捷、舒适程度等。因此评价指标主包含三个方面，路网指标、运营水平指标、服务水平指标，分别计算这些指标的指标值。

首先，我们选择路网指标中的重复系数、站点覆盖率、线路网密度、非直线系数指标(主要是通过公交公司及网络搜集数据、TransCAD处理数据获得)，客运水平指标中的高峰满载率、客流断面不均匀系数、公交车运营速度指标(主要是通过公交公司搜集资料及跟车调查获得)，以及服务水平指标中的平均换乘系数、换乘点数量、步行距离指标(主要是通过交通调查获得)作为研究的对象(其中轨道交通的站点和换乘按常规公交计算)。

(1)重复系数

定义：评价区域内，公交线路总长度与公交线路的道路中心线总长度之比。该指标与公交线网密度结合，可评价区域内公交线网布局的均匀性。

评价标准：《交通工程手册》[]上规定，公交线网重复系数以1.25-2.5为宜。

(2)站点覆盖率

定义：评价区域内，公共交通站点覆盖面积于城市建成区面积之比，其中公共交通覆盖面积为公共交通线路网上，以各车站为圆心，以服务半径画圆所围成的面积之比(重叠面积只能算一次)。

评价标准：参考《上海市公共汽车和电车客运服务规范》及《城市公共交通工程术语标准》，外环线以内区域(中心城、新城)300米覆盖半径的覆盖率为100％，郊区化城镇区(中心镇、集镇)500米半径覆盖率为100％。

(3)线路网密度

如图4所示，定义：评价区域内，有公交线路覆盖的道路中心长度与可通行的公交道路中心线路长度的比值。如图线路网密度计算方法，通过叠合可以判断出L1、L2、L3三段路上有公交线路经过，而L4上没有线路所以把L1、L2、L3的长度之和除以相应面积就得到线路网密度。

评价标准：根据《城市道路交通规划设计规范》及目前上海市公交网络现状，中心城区公交网络标准密度为4-5km/km²，新城和中心镇城公交网络密度标准为3-4km/km²，集镇公交网络密度标准为2-3km/km²。

(4)非直线系数

定义：线路长度与线路始末站之间的直线距离之比。对于环形线路，为线路所经过的客流集散点之间，里程与直线距离之比。

评价标准：参考《城市公共交通工程术语标准》^[33]，线路非直线系数一般不1.4。

(5)高峰满载率

定义：指区域内实际载客量与额定载客量的比值，反映高峰时段公交车辆上乘客的拥挤状况。

评价标准：据目前经验，该值取0.3-1.1为合理值，高峰时间内，不应超过0.95-1.20.

(6)客流断面不均衡系数

定义：指区域内线路客流断面的最大值与线路客流断面平均值的比值，用以评价线网承担客流的均衡程度。

评价标准：根据经验，指标值小于1.2，客流均衡程度优；指标值在1.2-1.5间，客流均衡程度良；指标值大于1.5时，客流均衡程度差。一般情况取指标值1.0-2.0。

(7)公交车运营速度

定义：指区域内，某条公交车的运行总长度与运营时间的比值，其中运营时间包括运行时间和停靠时间。

评价标准：根据《城市道路交通规划设计规范》^[34]规定，公共汽车运营速度标准为16-25km/h。

(8)平均换乘系数

定义：是衡量乘客直达程度的指标之一，其值为乘车出行人次与换乘人次之和除以乘车出行人次。

评价标准：根据《城市道路交通规划设计规范》^[34]规定，大城市乘客平均换乘系数不应大于1.5。

(9)换乘点数量

定义：被评价公交线路与其他公交线路可进行换乘的站点数量。

评价标准：该指标基于线路等级的区别，评价标准也有所不同。每条地面公交线路至少有1-3个站点可与其他线路进行换乘。

(10)下车后步行距离

定义：下车后步行可达到目的地距离。

评价标准：我国政府规定，市中心的停车站点半径不应大于500m，实际服务半径较这一数字有所扩大。

经过搜集、整理、分析和初步的数据处理后，我们获得的数据下表所示。

表3城市常规公交线网评价指标

步骤2，各指标值无量纲化；

根据需要，利用步骤1获取的10项的指标值进行无量纲化，即将其转换为[0，1]区间的数值，最终计算出它们的无量纲化后的指标为表4所示。

表4城市常规公交线网评价指标无纲量化结果

步骤3，确定隶属度函数及各指标隶属表；

以各评价指标的无量纲化值为基础，根据隶属函数确定指标隶属表。

表5隶属度函数表

得出指标隶属表如表6所示：

表6指标隶属表

步骤4，确定指标权重；

运用层次分析法(AHP)计算每个专家的评判，通过常规数值评价方法综合各位专家的结果(具体专家问卷见附录D)，通过yaahp软件计算得到公交线网评价的权重集合。

其中：

W₁₁＝{路网，客运水平，服务水平}

＝{0.63，0.17，0.2}

W₂₁＝{重复系数，站点覆盖率，线路网密度，非直线系数}

＝{0.23，0.27，0.32，0.18}

W₂₂＝{高峰满载率，客流断面不均衡系数，公交车运营速度}

＝{0.41，0.27，0.32}

W₂₃＝{平均换乘系数，换乘点数量，下车步行距离}

＝{0.35，0.31，0.34}

步骤5，构建模糊综合评价模型；

(1)二级评判结果

根据指标隶属表的结果，我们需要评判矩阵为：

通过计算可得，二级评判结果为

(2)一级评判结果

从上面计算得出，一级评判矩阵为：

通过计算可得，一级评判结果：

步骤6，评判结果分析校验；

由最大隶属度验证方法，可以看出，b₂和b₃比较接近且

因此，最大隶属度原则失效。计算

因为i＝k-1，因此被评价对象为第(i+δ≈3)级，表明结果介于较好和一般之间，但更接近于一般。具体结果参见图6所示。

通过城市常规公交线网评价指标的选取和计算得出的结果是评价区域的线网性能整体评价为一般。从指标分析可以发现，公交线网有重复系数偏大、客流断面不均衡系数偏大、公交车运营速度偏低等问题，公交线网还有很大的改进和提升空间。而通过查阅搜集的数据可以从地理角度来看看出，该区偏A处方向线网指标较好，偏B处方向线网指标较差。这一结果是基本符合客观实际的。

因此合理建设公交线网，加大对公共交通的扶持力度，并在规划设计选中多考虑公交线网的科学性是十分有必要的。所有我们要采取进一步的措施，提高公交线网各个方面的性能，使其能够更加好的达到决策者的目标。

Claims (7)

1.一种城市常规公交线网的评价方法，其特征在于，包括：

步骤1，评价指标选取；

步骤2，指标无量纲化；

步骤3，确定隶属度函数；

步骤4，确定指标权重；

步骤5，构建多级模糊综合评价模型；

步骤6，评判结果分析校验。

2.根据权利要求1所述的城市常规公交线网评价方法，其特征在于，所述步骤1具体如下：

选取路网指标中的重复系数、站点覆盖率、线路网密度、非直线系数指标；客运水平指标中的高峰满载率、客流断面不均匀系数、公交车运营速度指标；以及服务水平指标中的平均换乘系数、换乘点数量、步行距离作为评价指标；共有m个评价指标，前l个评价指标x₁，x₂，x₃，...x_l为正效益指标，后(m-l)评价指标x_l+1,，x_l+2，x_l+3，…x_m，为负效益指标。

3.根据权利要求2所述的城市常规公交线网评价方法，其特征在于，所述步骤2具体如下：

对指标x_i进行无量纲变换，将各个指标的评价值统一转化为[0，1]范围内的量化数值，用d_i表示，d_i＝d_i(x_i)，i＝1,2,3,…m；根据不同的指标属性情况，给出以下三种线性表达式：

(1)正向指标

(2)负向指标

(3)区间指标

正向区间指标

负向区间指标

以上式中，x_i代表评价指标评价值；x_a代表评价指标的最小值；x_b代表评价指标的最大值；d_i(x_i)代表评价指标x_i对应的无量纲化值。

4.根据权利要求3所述的城市常规公交线网评价方法，其特征在于，所述步骤3具体如下：

隶属度的模糊数M为三角形模糊数，用下式表示：

记为M＝(l,m,u)，其中u为M的上界限；l为M的下界限；m为中值，即三角函数定点，表示某个等级的标准值；根据隶属度函数，得到各指标隶属R。

5.根据权利要求4所述的城市常规公交线网评价方法，其特征在于，所述步骤4具体如下：

运用层次分析法计算得到公交线网评价的权重集合：

W₁₁＝{路网，客运水平，服务水平}

＝{w₂₁，w₂₂，w₂₃}

W₂₁＝{重复系数，站点覆盖率，线路网密度，非直线系数}

＝{w₂₁₁，w₂₁₂，w₂₁₃，w₂₁₄}

W₂₂＝{高峰满载率，客流断面不均衡系数，公交车运营速度}

＝{w₂₂₁，w₂₂₂，w₂₂₃}

W₂₃＝{平均换乘系数，换乘点数量，下车步行距离}

＝{w₂₃₁，w₂₃₂，w₂₃₃}。

6.根据权利要求5所述的城市常规公交线网评价方法，其特征在于，所述步骤5具体如下：

将各指标隶属和公交线网评价的权重集合代入到公式(6)中确定该城市的常规公交线网评判结果：

7.根据权利要求6所述的城市常规公交线网评价方法，其特征在于，所述步骤6具体如下：

(1)在评价时，采用最大隶属度的原则，即b_k＝max[b₁，b₂…bn]时则认为该项目的综合评价等级为第k级；

(2)当出现b_i和b_k(k＝i±l)比较接近或

λ＝maxb_i/∑b_i≤0.7 (7)

最大隶属度失效，此时，在评价时，

令δ＝b_k/b_i+b_k (8)

当i＝k-l时，被评价的对象为第(i+δ)级；当i＝k+l时，被评价的对象为第(k-δ+1)级。

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