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1、公共交通多方式协调发展研究综述 以轨道交通与常规交通为例1.1国外研究概况国外发达国家在经历完大规模轨道交通建设实施阶段以后，已经开始普遍重视以轨道交通为基础的公共交通一体化研究，以充分发挥各种交通设施的协作效应，实践上积累了丰富的经验，有许多可借鉴的成功案例。国外大城市内各种交通方式运输设备匹配和布置日益一体化，衔接组织技术日趋成熟，实现了各交通方式技术上合理衔接，淡化了各自为政的行业领域观念，管理上不同交通部门间协调、谈判及共同管理。以政府部门为主，国外在公共交通管理体制方面，提出了一系列实现和推进公共交通多方式协调的宏观政策，如美国俄亥俄州运输局发布“AHandbook for Coor
2、dinating Transportation Services”，规定了多公共交通部门之间实现协调服务的具体步骤和方法；俄勒冈州运输局公共交通分局在报告“The Coordination Challenge”中，系统阐述了公共交通多方式协调的体制、效益、障碍等方面相关的政策。其他城市也很重视轨道交通与常规公交之间的衔接和配合，纽约市公共交通各种方式(地铁、通勤铁路、轻轨、地面公交、轮渡等)均由纽约州交通局统一管理，实现各种交通方式之间统一规划和管理。这种管理体制便于组织各种交通方式之间的配合和衔接；在德国汉堡，各种交通方式的衔接点均由高效换乘设施相连，其中换乘的实现主要在城市轨道交通站点的周
3、围。有150个车站是换乘地面常规公交的，其中22个车站已经形成主要的换乘枢纽，乘客可以方便、安全、快速的换乘，其余的车站为为公交车路边停靠；伦敦主要的车站和地铁都建在同一栋站台内，出站就有公共汽车接运。莫斯科的地铁换乘站则分为地铁与地铁、地铁与地面公交车站等多种类型。全市600多条常规公交线路中，有500多条能与地铁连接，有的地铁站附近甚至集中了20多条公交汽车、电车路线。在对公共交通多方式协调方面的理论研究方面，国外多注重基于概率统计基础的运营调度技术（公共交通多线联合时刻表编制、局部的多方式协调、单方式内的运营协调等）的研究，考虑存在换乘的交通方式和线路间的换乘等待时间，对车辆的到达时间和
4、发车时间进行优化等方面的研究。其中，公共交通多方式协调问题，其研究焦点主要在于多线路协调时刻表的编制，通过确定发车间隔等运营参数来实现包含运营企业以及用户成本的总成本最小化。Hurdle and Wirasinghe1（1980）研究了接运公交线路位置，公交发车间隔以及轨道站点的选址的问题，得到了总成本函数最优化的解。US UMTA(1983)和Vuchicetal(198l)给出了换乘时间系统设计指南；Hall(1985)提出了铁路与公共汽车间换乘的最佳安全极限公式；Ablowitzetal在1987年在一个换乘枢纽内对公交发车到达进行各种调度策略模拟。2Kuah and Pert3（198
5、8）开发了对于接驳线路的优化分析模型，模型同时考虑了线路的线路间距、发车间隔以及站点设置三个决策因素的联合优化。Reynolds和Hixson4（1992），Whitney和Brill（1998）5，通过计算机模拟的方法探讨了换乘站设施、接运线路和主干线路的运营组织来提高乘客换乘的效率。然而在以上研究中到达的同步性（arrival synchronization issues）问题没有被考虑在内。车辆到达时间的不稳定会降低公交线路协调之间的效率，而在许多研究中都被忽略了。Lee and Schonfeld6（1991）对同步换乘区间的安全极限和发车间隔同时进行了优化；对一条轨道交通线路和一条接
6、驳公交线路在枢纽站内实现协调换乘的条件和方法进行了研究，研究中将换乘时间和发车间隔共同优化，分别讨论了轨道交通与常规公共交通车辆均不出现延误和二者均可能出现延误时的协调优化模型。Lee7（1994）的进一步研究中，对单站点多条线路的发车间隔和松弛时间（slack time）进行了优化，分别讨论了非协调、发车间隔单一情况下的协调、发车间隔整比例情况下的协调以及部分协调的费用函数组成及其计算方法。Dickins，S.J.Ian通过对欧洲和北美的21个城市进行调查，说明各大城市轻轨运输换乘设施的使用情况和潜在性，并提出了换乘设施的效益和影响现有各大城市换乘设施的诸多因素，对于换乘设施的位置、配置以及
7、规模大小也给出了适当的建议8。Bookbinder and Desilets9（1992）通过一个含有松弛变量的优化模型，给出了车辆到达时间确定和随机两种情况下，确定最优离站时间的步骤。Steven Chien和Paul Schonfeld于1997年建立了轨道交通与其接运公交系统的优化问题进行了研究，假定所有轨道交通线路位置已知，将轨道交通走廊分为长度不同、宽度相同的若干交通小区，并假定每隔交通小区内出行密度相同，且每个轨道站点只有一条接运公交线路，接运公交的发车频率都相同。在上述条件下对接运公交站点间距、发车频率和轨道线路长度、发车频率进行确定10。Chien and Schonfeld1
8、1（1998）进行的相关研究，考虑了更多的决策因子，例如在不同性质的环境下的公交车站间距，他们同时提出了轨道线路服务和接运公交线路服务联合优化的模型，分别对非协调和协调两种情况进行优化。Maged Dessouky在1999给出了在一定条件下通过一般的同步换乘区间模拟实施动态调度控制的方法2。C.H.Chew12 (1999)在“Integrated bus/rail station”中，分析了一体化轨道站点的作用和设计方式；Demetsky13等人提出了分析运输设备的方法，着重研究建立交通枢纽的程序，对公共交通系统的效益以及成本进行了衡量和估算。其采用分析技术的方法来设计交通枢纽，并经由一组
9、预先设定的目标来评估交通枢纽效益。Chowdhury and Chien14（2001）建立了一个基于给定常规公交到达时间分布的联合公交协调模型，并针对非协调和协调两种情况，提出了模型的求解方法。在运营调度协调的研究中，关键内容之一在于降低乘客的候车时间。通常情况下，将乘客的候车时间，认定为车头时距的一半，但是这种假设只有在车辆的车头时距稳定以及乘客随机到达的情况下才能够成立。这种情况，特别是当发车间隔长乘客到达并不是随机的情况，通常是并不成立的。Welding提出了候车时间计算方法为E(w)=E(h)/2+V(h)/E(h)，其中E(h)和V(h)分别表示的是车头时距的期望和方差，这个模型随
10、后被很多人应用于研究614。S.N.Kuan,H.L.Ong*,K.M.Ng(2006)在“Solving the feeder bus network design problem by genetic algorithms and ant colony optimization”15一文中提出了启发式的遗传算法和蚁群优化方法，使用此算法来解决接运公交的网络规划设计问题。通过一些实例对比研究分析得出：启发式的优化算法与传统的模拟退火、贪心算法等数学计算方法在线网优化搜索效果方面具有相同的优势。综上所述，国外在公共交通多方式协调方面的研究，其研究时间较长，研究内容也比较全面。在定量研究方面，其
11、研究的焦点主要在于对成本函数的研究。成本函数的制定主要有从乘客角度、从运营商角度及从两者结合的角度考虑，模型最终优化的变量主要集中在发车间隔、车站停留时间、松弛时间等。但是，国外的轨道与公交衔接接运研究理论都是在轨道交通规模发展到一定程度，形成了一定的线网密度条件下研究的，这对于我国低密度轨道交通线网条件下的公共交通状况不太适用。因此，有必要针对我国公共交通的特点研究适合的轨道与常规公交衔接协调的方法和理论。1.2国内研究概况自20世纪80年代以来，随着我国国内许多大城市陆续开始轨道交通的规划、建设和运营，大城市的交通换乘与衔接日益引起了国内学者的重视；与此同时，城市轨道交通与常规公交的协调研
12、究也已经成为一个现实热点问题。轨道交通在我国城市的规划建设起步较晚。从1965年首次修建了北京地铁，当时修建地铁的目的是为了战备考虑的，并非完全处于考虑交通问题。所以对于地铁与地面常规公交的配合、换乘没有进行深入研究。造成目前地铁线路走向不合理、车站的选址不合适，交通换乘不方便等问题16。顺应国际可持续交通的潮流，国内中等以上城市都提出以轨道交通为骨干，常规公交为主导的新型公交体系发展战略，并开始着手研究。如19961998年上海市隧道工程轨道交通设计研究院结合上海市轨道交通一号线的设计以及上海市轨道交通线网的规划，开展了轨道交通换乘枢纽的研究，提出了平行换乘、垂直换乘、岛式换乘、通道换乘、广
13、场换乘等不同型式、规模、标准及适应性方案16。上海建设技术发展基金会通过“轨道与公交换乘技术研究”项目，对上海市地铁1号线、2号线和明珠线客流的换乘特征作详细的调查分析，建立了轨道交通与其他交通方式组合客流预测模型，研究网络逐步形成过程中轨道交通与其他交通方式的站点换乘需求，预测换乘客流量、换乘客流方式、服务线路容量和用地需求等内容，以求建立更好的轨道衔接系统17。广州市城市快速轨道交通线网规划(1997年)报告中指出了轨道交通与地面交通衔接的原则、目标及措施。1999-2000年同济大学道路与交通工程系结合“广州市交通衔接实施方案”项目，进行了广州轨道交通与其它客运方式衔接、市内与市际交通衔
14、接的研究，提出了枢纽集散客流预测的“叠加法”模型，建立了客运枢纽布局和单体枢纽方案评价的指标体系和方法18。同济大学晏克非博士等通过研究广州市交通衔接状况及存在的问题，提出了广州市交通衔接改善方案，探讨了轨道交通与常规公交的衔接关系，编制了改善广州市轨道交通衔接改善的近期方案、中远期方案19。2004年，北京市地铁研究所组织了北京城市轨道交通接驳方式抽样调查，采集了上万个数据样本。在这些数据的基础上，分析以城市轨道交通为主的出行中与之衔接的各种交通方式的接驳特征，阐述各种方式接驳的时间及距离分布规律。最后对北京市各轨道车站以一定的参数设置作聚类分析，以指导未来的城市轨道交通的规划、建设和使用2
15、0。（1）在我国，交通界学者也对公共交通不同方式协调理论开始了广泛的关注和探讨。主要探讨了轨道枢纽布局规划设计和常规公交接运的换乘站点选址、布局方式、接运线路的设计方法以及不同交通方式换乘的优化和评价方法；同时，对实际案例方面也进行了研究分析。叶霞飞、谭复兴在论文“城市公交的换乘与接驳”(1998)中介绍了国外公交换乘与接驳的形式，同时提出了轨道交通之间换乘的主要方式；覃煌、晏克非在“轨道交通与常规公交衔接系统分析(2000)中，探讨了轨道交通与常规公交的衔接关系，并提出其衔接规划布局的模式及给出运能匹配度、平均换乘时间和人均换乘设施面积三个衡量衔接状态的定量指标；蒋永康在论文“城市轨道交通换
16、乘方式探讨”(2000)中，介绍了城市轨道交通线路之间的各种换乘方式;覃煌、晏克非、赵童在“城市综合客运交通体系换乘研究”(2000)中，建立了换乘系统的评价指标体系和评价指标的量化方法；姜帆在其发表的论文“城市轨道交通与其它交通方式衔接的研究”(2001)中，从线路和车站相互关系的角度，分析和论述了在城市轨道交通规划中，该系统与其它交通衔接的方式及技术问题，并给出了国外在这方面比较好的做法；袁振洲17在“城市轨道交通规划与其它交通衔接问题的分析”(2001)中，分析了国外典型城市的轨道交通换乘系统，并进行了轨道交通衔接换乘问题的研究；覃煌、晏克非在论文“轨道交通枢纽换乘效率DEA非均一评价模型”(2002)中，通过对多指标综合评价问题均一评价方法的局限性分析，提出了用数据包络分析方法进行轨道枢纽换乘效率评价的新思路，给出
