基于时空路径的城市公交时间可靠性研究

       修订日期：2012-01-26

       中图分类号：X491

       文献标识码：A

       文章编号：1000-0690(2012)06-0673-07

       提高公交网络的可靠性，可以提升公交运力和效率，通过更短的出行时间和更少浮动变化来吸引出行人群往公交靠拢，从而提高市民的公交出行效率。公交网络作为一个复杂网络，可靠性是衡量网络建设水平的一个重要指标，是保障网络稳定运营的基础。随着智能交通(ITS)的发展，公交网络可靠性成为评估交通网络性能的一个重要方面，也逐渐成为公交网络研究的新热点。

       在公交可靠性研究上，目前国内外许多学者提出了可靠性的指标和研究方法。由于对于可靠性理解和划分角度不同，可靠性度量有不同的指标和模型。从公交路网结构角度上，主要是从点、线、面3层关系，自微观到宏观分析公交网络所提供服务的可靠性[1]。这种指标体系认为，公交路网中的微观元素如公交车站的可靠性直接影响到了中观层次(线路)甚至宏观层次(路网)的可靠性，可靠性存在着传递关系。另外一种观点认为，公交系统可靠性是与乘客行为相互作用的，乘客的出行随机性与公交到站的不可靠性相互影响。在乘客与公交系统关系上，主要有根据乘客获得信息准确程度进行的客流分配模型[2]，车辆运行时间可靠性和乘客候车时间可靠性计算模型[3，4]等。此外，学者们还对时段因素影响下公交可靠性变化[5]，出行者行为方式不足和出行时间可靠性对动态路径选择的影响[6]等做了相关的研究。

       在时空路径研究上，主要为时间地理学在时空中个体行为分析中的研究与应用。一方面，时空路径作为分析工具应用在时态地理信息系统(TGIS)中，表现和分析个体在时空中的行为、关系[7～9]，并由此扩展时间地理学概念到混合的物理—虚拟空间。同时，个体行为的时空查询借助时空路径得以实现[10]。另一方面，从时间地理学的角度出发对居民日常活动的时空关系进行分析，结合TGIS，研究了居民日常生活具有时空强关联性[11]。

       从以上研究可以看出，时间地理学和公交可靠性的研究成果颇丰，但是从时间地理学的角度对公交可靠性的研究甚少。本文从时间地理学最基本的概念时空路径出发，根据公交车时空路径的特征提出单程准时度、单程准时稳定度、站点准时度、站点准时稳定度4个指标来衡量公交线路和站点两个层次的可靠性。通过广州市公交GPS数据进行实例计算，并分析线路长度、土地利用类型、时段、线路站点数4个因素对公交时间可靠性的影响。

       1 城市公交时间可靠性

      

       图1 公交车时空路径示例

       Fig.1 Example of space-time path of bus

      

       图2 公交车时空路径

       Fig.2 Space-time path of bus

       可靠性是指系统在规定的条件下和规定的时间内达到系统规定的功能的概率[12]。公交网络可靠性可定义为：在一定的营运条件下和时间内，公交系统完成规定任务的能力。时间可靠性是从时间的角度出发评价公交系统运行的稳定情况，包括了候车时间可靠性，换乘可靠性，行程时间可靠性等。目前受关注比较大的是行程时间可靠性，是指在给定的时间内，一次出行到达终点的概率[13]。本文所指的公交时间可靠性是指，公交系统按照时间计划稳定运行的能力。公交车辆时空过程蕴含了丰富的运行特征信息，可以为公交时间可靠性提供数据基础。

       1.1 公交时空过程

       经典时间地理学框架的两个基本概念：时空路径和时空棱锥，在时空棱锥的约束下，可以用时空路径来描述移动物体的时空过程。时空过程是指实体的演变序列，在城市交通运输网络中，公交车是一个时空过程对象(Spatio-temporal Process Objects，STOP)，其时空过程就是在路网中随时间变化的空间位置移动。由于公交车运行有周期性，所以公交车的时空路径是一条螺旋上升的多段线。公交车的时空路径能够体现很丰富的公交车时空信息，如公交运行周期、行驶线路等。从Z轴上向下俯视，则是一条规整的曲线，与道路线重合得到的则是该辆公交车的行驶线路。从个体的角度来说，通过时空路径可以从空间、时间维度观察到单个公交车在时空中的运行规律，比如到站的时间、停靠位置等；从多个对象的角度来说，多条时空路径可以反映多辆公交车之间的时空关系，比如是否同时到站，同时路过某个路段等。

       1.2 时间可靠性指标

       假设一辆公交车只走一条固定的线路，那么其时空路径在地图上的投影是公交车的行驶轨迹，公交车的时空路径是一条半螺旋上升的三维曲线。在出发前或者到达终点站的时候有比较长的靠站等待时间，因此会出现一条直线，表示原地不动，直线的时间距离即为等待时间。图1为广州市大学城一辆公交车一次运行的时空路径。