公共交通网络运营优化系统的设计与实现

公共交通网络运营优化系统的设计与实现3王建明,靳文舟,郝小妮(华南理工大学土木与交通学院,广东广州　510640)摘　要:阐述了公共交通网络运营优化系统的功能结构,分析了系统的运行思路;针对公交预测子系统,提出了基于IC卡的基础公交数据的获取及分层配流思想;针对网络运营评价子系统,提出了以政府、企业和乘客三方主体为目标的评价方法;针对网络运营优化子系统,提出了逐层实现公交线网优化的“分层配流优化”思想;基于组件ArcEngine等软件,设计了公共交通网络运营优化系统,实现对优化结果的图形化显示,为规划部门及企业提供决策信息。

关键词:公共交通;系统开发;网络运营优化;网络运营评价中图分类号:U491.1 文献标志码:A 文章编号:1671-2668(2010)02-0033-033基金项目:国家863计划项目(2007AA11Z201);国家自然科学基金项目(50878089) 随着中国城市道路建设步伐的不断加快,城市土地利用日益紧张,道路供给远远低于需求,交通拥堵问题愈演愈烈,于是,优先发展运量大、占地少的城市公共交通成为各大城市解决交通问题的共识。

但公共交通的发展速度远远跟不上城市发展的步伐,主要有以下原因:1)政府、企业在运营模式上缺乏对构建一体化公交体系的深入思考;2)公共交通便捷、经济的优势没有体现出来;3)公共交通网络运营优化技术理论还未形成可操作、成熟、完备的体系;4)国际上流行的软件和模型很难适应中国的实际交通状况。

而公共交通网络运营优化系统的实现是解决线网优化和运营优化的重要手段。

因此,通过深入研究公共交通的网络运营优化技术,运用综合交通网规划思想,建立一套公共交通网络运营优化系统尤为重要。

1　系统架构公共交通网络运营优化系统的功能结构如图1所示,主要由基础数据、公交预测、网络运营优化和网络运营评价等子系统组成。

公共交通网络运营优化系统的运行思路:针对铁路与公路客运站、轨道交通和常规公交的基础数据及社会经济情况、城市规划布局和人口分布情况等建立数据库,通过数据分析和建模计算公交需求预测数据,把得到的预测数据分配到公交线网上,对公交网络运营效果进行评价;在评价的基础上建立优化目标与模型,对公交网络运营进行优化调整;再在调整后的公交线网上进行公交需求预测,通过预测结果进行线网的再次评价。

这样通过根据实际网络营运状况不断进行优化调整,形成客流数据与公交网络的动态调整平衡,最终使公共交通网络运营总体趋向最优化。

图1　公共交通网络运营优化系统功能结构2　系统设计建立公共交通网络运营优化系统的目的是调整网络运营配置、整合各种公交方式以发挥网络运营的最佳总体效率,为动态公交网络调整和运营策略的制定提供科学的决策支持。

其设计目标:1)为公交企业及管理部门提供管理和决策的辅助手段;2)提供便捷的属性和空间数据库建立、维护、分析方法33 公　路　与　汽　运 　总第137期 H i g hw ays&A utomoti ve A p plications 和查询手段;3)提供多样化的输出、分析手段。

2.1　基础数据子系统公共交通网络运营优化基础数据子系统结构如图2所示,系统主要由空间数据库与属性数据库、元数据库组成,采用Oracle 数据库实现对空间数据库和属性数据库的统一储存、提取和管理。

利用Ora 2cle 数据库能使用户快速而准确地进行数据检索,还能最大程度地保证数据的完整性和一致性,维护数据的安全性。

图2　公共交通网络运营优化基础数据子系统结构空间数据库存储的是与公交网络运营优化有关的图形信息及其特征码,它是实现图形与属性相互查询的基础。

空间数据库采用ArcSDE 实现对DBMS 中矢量、栅格、元数据及其他空间数据的高端整合和处理等功能。

属性数据库存储的是与地理实体空间位置没有直接关系的公共交通信息,它采用ADO.N ET 实现对属性数据的访问、编辑。

客户端通过ADO.N ET 和Oracle 数据库进行交流。

2.2　公交预测子系统公交预测子系统利用改进的“四阶段法”对公交客流分布进行预测,再按公共交通方式(常规公交、快速公交、轻轨和地铁)进行居民出行方式划分,最后运用“分层配流”思想对各种公共交通进行客流分配。

预测子系统中需解决两个关键技术问题:(1)基础公交OD 矩阵的获得。

公交OD 分布矩阵是通过对公交IC 卡数据的挖掘,结合一定的调查数据拟合得到的。

通过对公交IC 卡数据的挖掘,可以得到线路客流量、线路直达乘客OD 矩阵、公交换乘乘客出行OD 矩阵、公交乘客出行OD 矩阵、线路满载率等相关数据。

公交IC 卡采集到的数据真实可靠,可以比较准确地反映城市公交出行的时空分布特征。

(2)“分层配流”模型的实现。

“分层配流”思想基于常规和快速公交是为地铁或轻轨服务的原则,把城市公交网划分为轨道交通线网、接运公交线网、其他常规公交线网三部分,然后把公交客流按三种公交线网进行逐层分配。

2.3　网络运营评价子系统网络运营评价以线网参数和运营参数的优化为核心,优化结果的服务对象主要有三个:1)政府,政府关注的是公共交通的社会环境效益;2)企业,企业关注的是公共交通的财务效益;3)乘客,乘客关注的是公共交通的时间、费用效益。

网络运营评价方法:采用模糊综合评价法与A HP 法相结合,将评价指标体系按照评价主体为政府、企业和乘客分为递阶层次结构的三类指标;对定量指标先进行标准化再进行无量纲化处理,对定性指标采用模糊数学语言进行标准化处理;然后确定综合模糊评价决策的评语级;利用A HP 方法确定各个因素的权重,确定模糊判断矩阵;最后按评价主体的不同分层次进行模糊综合评判,并根据实际需求综合出评价结果或就单主体评价结果对网络运营优化前后的方案进行对比。

2.4　网络运营优化子系统网络运营优化子系统作为公共交通网络运营优化系统的重要组成部分,是以乘客出行费用最少、企业经营投入最少和客流运送量最大为目标,以车辆容量、换乘时间、发车频率、车辆运行速度和客流的时空分布特征为约束条件,实现最大的社会效益和经济效益。

运用“分层配流”优化思想,把公共交通网络分为四个层次进行网络运营优化(如图3所示):第一层次,考虑研究区域内的长途汽车站、火车站、机场等重要网络节点,研究其客流进出规律。

第二层次,考虑轨道交通的接运公交专线线网的网络运营优化,接运公交专线的排班只服从于客流分布和枢纽站点的客流规律,其调整优化幅度一般都比较小。

第三层次,考虑具有接运功能的常规公交线网的优化接驳问题,优化的关键在于把握高频率-低频率线路的有效接驳以及低频率-低频率线路的有效接驳。

43　 公　路　与　汽　运 H i g hw ays &A utomoti ve A p plications第2期2010年3月图3　公共交通网络运营优化流程第四层次,考虑其他常规公交的优化接驳问题,在前述三个层次线网基本不变的情况下,对这部分线路的定位是“分区配流优化”。

通过“分层配流优化”,把一个复杂的网络划分为若干较简单的子网络,对不同网络采取不同的优化目标和优化方法,实现逐层优化。

这在现实网络中具有一定的可行性。

3　系统实现以二次开发组件ArcEngine 作为基础地理信息平台、C #.N ET 作为软件开发语言平台、Oracle 作为数据库支持平台、ADO.N ET 作为属性数据访问引擎、ArcSDE 作为空间数据访问引擎,利用各种软件工具的优势实现公共交通网络运营优化系统的开发。

系统的主程序界面如图4所示。

4　结　语公共交通网络运营优化系统不仅可以为公共交通经营者提供网络运营优化依据,还能为公共交通管理者提供决策依据。

该文探讨了公共交通网络运营优化系统的总体框架,对公共交通网络运营优化系统的各个子系统的运行思路进行了分析;基于二图4　公共交通网络运营优化系统主界面次开发组件ArcEngine 、开发语言C #.N ET 和数据库语言Oracle 实现了软件的设计及开发。

该软件能够较好地实现各个子系统的功能,对线网优化系统开发具有一定的借鉴意义。

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