邓红星，苑　婷

(东北林业大学 交通学院， 哈尔滨　150040)



引用格式：邓红星，苑婷.基于TransCAD的哈尔滨轨道交通与常规公交换乘优化研究[J].重庆理工大学学报(自然科学版)，2016(1):43-47.

Citation format：DENG Hong-xing, YUAN Ting.Study of Optimization Based on TrancCAD for Transfer Between Rail Transit and Conventional Bus Transit in Harbin [J].Journal of Chongqing University of Technology(Natural Science)，2016(1):43-47.

基于TransCAD的哈尔滨轨道交通与常规公交换乘优化研究

邓红星，苑婷

(东北林业大学 交通学院， 哈尔滨150040)

摘要：提出了地铁与地面交通换乘优化方案，可实现公交与地铁的有效衔接，对合理支配交通资源、建立可持续发展的交通体系有重要意义。在哈尔滨市轨道交通建设和运营的背景下，以地铁1号线及其沿线公交为研究对象，指出二者协调换乘存在的问题；运用TransCAD软件，通过道路网、公交路网的建设，数据的准备，以及断面客流量的分析，给出了地铁1号线沿线公交的优化方案，并检验了方案的可行性。结果表明：通过TransCAD软件对公交线网进行优化，可以使乘客出行时间减少。

关键词：城市交通； TransCAD；哈尔滨地铁1号线；线网优化

一个城市的交通状况是影响地区发展的根本因素,中国的每个城市交通在沉重的压力和约束下,都在孜孜不倦地寻求改善城市交通的途径和方法[1]。哈尔滨市作为黑龙江省的省会，是省内的政治、文化、经济中心。随着哈尔滨市经济的迅猛发展及城市化进程的不断加快，机动车保有量迅速递增，远远超过了交通基础设施的建设速度，城市交通拥堵、交通污染、交通事故等一系列问题日趋严重，并已影响到哈尔滨市的可持续发展。因此，发展中的哈尔滨市比从前更需要一个方便、快捷、舒适、安全、低公害的交通环境。目前，该市正在建设的轨道交通系统正是符合未来发展要求的公共交通方式[2]。

1地铁1号线沿线公交分布概况

哈尔滨地铁的总体规划如图1所示。作为城市轨道交通骨架线的地铁1号线自2013年9月26日载客试运营以来，截至2014年2月17日，载客量已突破2 000万人次，日均客流量约13.8万人次，累计开行列车3.5万次，运营里程共计64.12万km，运行图兑现率99.93%，列车正点率为99.87%[3]。其中哈东站、医大一院站和黑大站客流量最大。

图1　哈尔滨市地铁总体规划

统计结果显示：哈尔滨市公交出行日均客流量约315万人次，全市现有地面公交线路178条，共有106条公交线路与地铁1号线的18个车站相连，占全市公交线路条数的近60%。经实地踏勘与统计，在轨道交通1号线途经走廊上设有公交站点的线路总计106条。其中，以东大直街、西大直街、学府路等道路上的公交线路重复系数最高。现将地铁1号线沿线相关公交线路与地铁1号线的重合情况及客流状况汇总统计如下(见表1)。

表1　公交线路与地铁一号线重复情况

与地铁1号线重合度60%以上线路统计如表2所示。

表2　与地铁一号线重复度60%以上线路统计

与地铁1号线重复度20%～60%线路统计如表3所示。

表3　与地铁一号线重复度20%～60%线路统计

与地铁一号线重复1%～20%的线路共有86条。以重复率较低的线路作为衔接公交可为地铁1号线输送并导出客流，所以不在本文的研究范围。

由以上数据及实际调查发现：哈尔滨地铁1号线沿线公交线路重复率高，且与地铁线路的重复距离长，同一站点出现多条线路车辆同时到达，或同一线路的多辆车同时到达。这不仅导致路面交通混乱无序，更重要的是无法及时、高效地集散站点客流。

2基于TransCAD的公交分配

2.1公交网络图层的创建

在TransCAD软件中，城市的交通网络可以简单地划分为4层(如图2所示)[4]，每层都有自己的属性特性和空间位置特性。将空间元素与属性特征关联之后即生成空间数据库。空间数据库提供各层之间的空间关系，并能对各层进行信息的查询和分析。城市道路网作为基础底层可以将公交线网和公交站点绘制其上。

图2　不同图层叠置

根据上述图层顺序运用TransCAD软件作出哈尔滨市地铁1号线周边的交通小区、路网及公交线路。图3是地铁1号线周边交通小区划分情况；图4是地铁1号线周边道路网；在此基础上画出前面提到的与地铁1号线重复率大于20%的公交线路，即图5。

2.2数据准备

基础图层创建完毕即可进行基础数据的准备。本文中各交通小区的OD量是用调查得到的现状线路客流量进行估算的，利用路段交通量推算OD分布量是交通分配的逆过程[5-7]。

图3　交通小区划分

图4　地铁1号线周边道路网 图5　公交线路　　

(1)

式中:M表示调查交通量的路段条数；N表示OD量的交通分区数目。

将由此推算出的基础OD矩阵输入TransCAD中，经过计算得出图6的结果。

图6　现年OD矩阵

2.3选定分配模型

交通分配模型是用来估计交通路网上交通流量的。将现年的OD量分配在现在的交通网络上，求出线网上各路段的交通流量,然后分析目前交通网络的运行状况，进而提出对公交网络的改进办法。在此之前，应该选定一个适合的分配方法。在TransCAD软件中有用户平衡 (UserEquilibrium) 法、最短路 (ShortestPath) 法、路径搜索法 (PathFinder)、最优策略(MethodofOptimalStrategies)法和随机用户平衡分配法(StochasticUserEquilibrium)[8]。在实际的应用中，SUE法可以在每个OD对之间找到合理的路径，因而更加合理。

在SUE模型中，出行者在起点s选择公交路径l到终点t的概率为：

(2)

这时满足：

(3)

式中：a为参数且大于0。

随机平衡条件下，路径上的流量与OD对间流量的关系为：

(4)

在SUE模型中，TransCAD软件定义的费用函数为：

(5)

式中：Ci为i路段服务的公交车的单位小时的容量；xi表示在与i路段相连接的站点处的滞留时间；i为l路径经过的路段标号；I表示l路径使用的路段集；j表示l路径上通过的公交线路标号；J表示l路径上通过的公交线路集；uj为j路段的收费；ti为i路段上的公交行驶时间；yi表示i路段的容量；VOT为时间性价比；mj公交线路j的等待时间；nj为公交线路j的换乘惩罚时间；α，β均表示拥挤参数；ux表示滞留时间权重；uy表示公交行驶时间权重；um表示等待时间权重；un表示换乘惩罚时间权重。

其中滞留时间:

(6)

式中：C0为常数；C1表示上车乘客量权值；C2表示下车乘客量权值；Von表示上车乘客量；Voff表示下车乘客量。

2.4交通分配

在TransCAD软件中公交客流分配流程如图7所示。

图7　TransCAD公交客流分配流程

在完成上述基础工作的前提下，有了公交路网和现年的OD矩阵，在所有参数都设定好的情况下，就可以通过TransCAD软件对哈尔滨地铁1号线周边公交线路进行分配。分配得到的结果如图8所示。

图8　公交客流量分配结果

3哈尔滨地铁1号线沿线公交优化方案

上文中列出与哈尔滨地铁1号线重复率大于20%的线路，挑选出一条比较有代表性的线路——369线，并对其进行路线优化，通过对公交分配的数据结论进行分析，检验优化效果。

369线与哈尔滨地铁1号线的重复率为25%,在建国站往服装城站方向有8站重复，故优化方案集中在二者重复的部分，应对其线路进行局部调整。图9为369线的优化方案。将与地铁1号线重复的8个站点从哈南站处作调整，使得369线绕行地铁1号线周边的小区最后汇流到地铁1号线处。这样既避免了与地铁线路的重复，又可以吸引周边小区的人流到地铁1号线，很好地为地铁1号线引流。

调整线路之后对新的公交路网进行交通分配，然后对调整前后的分配结果做对比，说明调整方案是否合理，优化后的分配结果如图10所示。

图9　369线区间线路优化前后情况

图10　优化后公交客流量分配结果

将公交线路调整前后的分配结果进行对比，可以得出高峰小时公交站点的断面客流量。比较结果如表4所示。

表4　线路优化前后分配结果比较

从表1可以看出：369线公交优化后，高峰小时哈南站往不同方向、不同站点的客流量都有所增加，说明线路经过调整之后可以使369线向外输出地铁1号线的客流，并且可向地铁1号线输入客流。这说明通过改变公交线路的走向来吸引轨道交通的客流量的优化方法是可行的，且可以通过TransCAD软件达到检验的效果。

4结束语

一个现代化的城市，交通网络的设计应满足乘客出行时间少的原则，轨道交通和常规公交的协调优化即可达到这一目标，故显得尤为重要。TransCAD软件在以轨道交通为基础的前提下可为公交线网优化方面提供依据，使优化过程更便捷。但由于协调换乘问题涉及的因素过多，只考虑一部分因素给出的优化方法很有限，所以应结合实际情况做进一步的研究。

参考文献：

[1]潘海啸,杜雷.城市交通方式和多模式间的转换[M].上海:同济大学出版社,2003.

[2]张磊,陆德滨.发展绿色交通建设可持续发展现代化都市[J].中国科技纵横,2012(12):39-39.

[3]哈尔滨城市快速轨道交通建设规划获国家批准[EB/OL].[2005-07-08].http://chinaneast.xinhuanet.com/2005-07/08/content_4601026.htm.

[4]潘艳荣.轨道交通客流量预测研究及TransCAD实现技术[D].重庆:重庆交通学院，2005.

[5]李琼星.城市公交线网规划研究[D].长沙：湖南大学,2002.

[6]王炜,徐吉谦.城市交通规划理论与方法[M].北京:人民交通出版社,1992.

[7]王秀良.基于属性数学模型的 城市交通系统综合评价方法[J].重庆理工大学学报(自然科学版),2010 (7):120-126.

[8]王远回.城市轨道交通终端站接运组织研究[D].北京:北京交通大学,2008.

(责任编辑陈艳)

Study of Optimization Based on TrancCAD for Transfer

Between Rail Transit and Conventional Bus Transit in Harbin

DENG Hong-xing, YUAN Ting

(Traffic College, Northeast Forestry University, Harbin 150040, China)

Abstract:Subway and ground traffic transfer optimization scheme can realize the effective connection of the bus and subway, which is of great signification to control traffic resources rationally and establish the sustainable development of transportation system. Based on Harbin’s rail transportation construction and operation, taking metro No.1 in Harbin and its bus transit as the study object, we pointed out problems of the coordinate transfer. Using TransCAD, we discussed the methods for optimizing the transfer situation between rail transit and bus transit by building road network and bus network, preparing datum and analyzing passenger distribution. Finally, we tested the feasibility of the program. It is found that the optimizing of the bus line network can achieve the purpose of reducing passenger travel time, and TransCAD can provide the basis for this.

Key words:urban traffic; TransCAD; metro NO.1 in Harbin; line network optimization

文章编号：1674-8425(2016)01-0043-05

中图分类号：U412.6

文献标识码：A

doi:10.3969/j.issn.1674-8425(z).2016.01.008

作者简介：邓红星(1969—)，男，哈尔滨人，教授，主要从事交通运输系统管理研究。

基金项目：黑龙江省交通运输厅科技项目“哈尔滨市城市轨道交通与地面公共交通过有效衔接的研究”

收稿日期：2015-09-06