城市公共交通服务可靠性预测及评价方法研究

【摘要】 当今交通堵塞已经成为世界各大城市的普遍现象,优先发展公共交通是当今世界城市解决交通堵塞、节约能源的主流。然而,目前我国公共交通的发展不尽如人意,公交服务水平偏低,从而影响乘客对公交出行方式的选择,致使公交出行的吸引力偏低。而公交系统服务可靠性差是导致公交服务水平偏低的最主要的原因,评价公交服务可靠性将有助于提高公交系统服务水平。本文选取公交运行准点性作为可靠性评价指标,首先从静态角度出发,基于历史数据对公交站点的静态可靠性进行评价；其次从实时角度出发,分析站点间的相互影响,基于公交运营的实时数据对公交站点的实时可靠性进行评价,该数据具有动态更新性；最后从预测角度出发,对未来时刻的公交运营数据进行预测,评价公交站点的预测可靠性。此外,在公交站点的基础上研究线路和线网的公交服务可靠性评价方法。并以贵阳市的12条公交线路为例,建立贵阳市公交信息数据库,从静态、实时和预测三个角度出发对贵阳市公交线路进行了评价,并结合不同时段的交通特征,分析了贵阳市不同交通时段的公交服务可靠性。研究表明,贵阳市公共交通服务静态可靠性结果偏低,实时可靠性与静态可靠性数值差异较大,根据预测数据得到的可靠性值与实时可靠性数据相比较为准确,可以考虑根据实时可靠性和预测可靠性的计算作为基础采取公交调度的方式改善晚高峰期间的公交服务可靠性,从而提高公共交通系统的服务水平。 

第1章绪论

1.1研究背景与意义

交通堵塞已经成为世界各大城市的普遍现象，加之当今交通、环境与能源的巨大压力，城市公共交通的建设与发展已经被推到一个非常重要的位置。我国政府也从90年代开始就大力提倡优先发展公共交通，公共交通优先发展，是当今世界城市解决交通堵塞、节约能源的主流。然而，当前在具有一定人口规模的大、中型城市中，公共交通的发展不尽如人意，公交服务水平偏低，主要表现在：公交车辆的准点率差、行车间隔不均勾，时常出现“串车”、“大间隔”等现象（如图1.1所示），究其原因主要是公交车辆的运行环境非常复杂，高峰期间交通拥堵等很多随机因素使车辆正常运营受到干扰。

公共交通服务水平的高低将直接影响公交的优先发展，如果公交车辆运营差，那么乘客将逐渐不再选择公交方式出行，从而降低公共交通方式在城市交通系统中的分担率。因此，从根本上提高公共交通服务水平，改善公交运营状况，对城公共交通的建设与发展具有重要的作用。

公共交通服务可靠性是公交服务水平的一种表现形式，它最直接的反映了公交系统的运哲状况，随着生活节奏的加快，交通拥堵状况的逐渐加剧，乘客在出行时为了实现尽快到达的地，对公交服务系统的靠性具存越来越高的要求。评价城市公共交通系统的可靠性将存助于我们根掘可靠性情况采取有效的措施来改善公交系统的运营状况，提高公共交通系统的服务水平。然而，如何评价以及从哪种角度评价公交服务可靠性是采取有效措施改善公交运状况的关键，也是本文研究的重点。

1.2国内外研究综述

可靠性现论在交通领域最早应用于城市道路交通网络，用以评价城市道路交通网络到达一定服务水平的可靠程度。从20世纪80年代开始，可靠性理论在首路交通网络方面的研究迅速发展，主要内容包括连通可靠性、行程时间可靠性、运行准点可靠性以及侯车时间可靠性、换乘可靠性等等，理论成果逐步走向成熟，下面分别综述国内、国外两方面关于公交运行服务可靠性的研究。

（1）国外关于公交服务可靠性的研究

国外关于公交可靠性的研究始于20世纪70年代，最初的研究主要以定性研究为主。随着研究的深入，相关研究开始逐步向定量化发展。最初对公交可靠性的定义是从运营者的角度出发，Tumquist M.A将公交可靠性定义为运营的公交车辆能够按照行车计划运行的能力。后续的研究逐渐将公交可靠性的定义细化，普遍将公交车辆到达站点的准点率作为衡量公交可靠性的指标。Bates对公交系统的可靠性；在可靠性的评价方面，美国公共交通通行能力与服务质量手册TCQSM2004给出了评价公共交通可靠性的方法，并且提出了公交运行准点率的六个评价等级，该评价方法和评价等级被美国各个公交企业广泛用于公交可靠性的评价。另外一些学者指出，系统运营的可靠性并不能反映系统整体的服务水平。因此，这些学者从乘客的等车时间入手，分析了公交系统的可靠性。

Ehsan以及Deniel均从不同角度分析指出，以营运企业而非接受服务的乘客为评价主体的可靠性评价，有悼于公交可靠性评价的初衷。随着可靠性研究的逐步发展，对公交可靠性的研究逐渐从运营者的角度转向乘客国外的公交公司的企业性质是商业机构，公司的主要目标是盈利，从乘客的角度出发所研究的公交可靠性偏重于服务而非运营，因此，用服务来描述公交可靠性更能够从量化的角度体现公交运行的准点性和稳定性。Abkowitz定义的公交服务可靠性是指在设备可用的情况下对公交需求者和公交提供者的决策产生影响的公交服务属性的变动性。Levinsion将公交服务可靠性定义为公交服务能够保持公交运行时间与时刻表的匹配性保持统一的车头时间距和最小化最大车辆断面载客量的变动性。

美国《公交运力和服务质量手册》第二版严完全从乘客的免度出发，将公交服务可靠性定义为影响乘客常到站时叫、等车时间、全部行时间以及车舒适度水平的公交线路服务准点率或车头时间距的规则性。

第2章公交服务可靠性理论概述

2.1可靠性理论概述

2.1.1可靠性理论的提出

可靠性是指产品或系统在规定的时间内、规定的条件下以一定的置信水平无故障执行某项规定功能的概率或能力。可靠性属于系统工程学科的范畴，在工程系统里可以用来衡量系统服务水平，以促进系统保持高质量服务的稳定性，一般通过在特定的时间和给定的环境、运行条件下，实现某种预期的功能并达到可接受的服务水平的概率来计算。可靠性工程是一门新兴的工程学科，它的研究内容以实现产品可靠性的保证为中心，其理论与技术已经遍及电子、机械、化工、自动化、航空航天以及网络等领域。在工程应用中，可以通过规定、设计、演示或预测产品和系统可靠性的方式为相关组织或系统提供监测的手段，并通过反馈等措施来提高可靠性。同样，可靠性工程也为企业提供理论和实用工具使企业获得产品系统丨实用性、安全性和质量保障，从而提高企业的市场竞争力。

可靠性诞生于德国，20世纪40年代，为了满足战争的需要德国科技人员通过对（机、火箭及电子设备等组成元件与产品的应用研究提出了可靠性理论。随后前苏联也分别开始对人造地球卫里以及电子元件等设备进行可靠性技术研究。1957年美国发布的《军用电子设备可靠性报告》标志着可靠性学科初步框架的形成为可靠性工程理论的发展奠定了维础。随着计算机技术的进步，对软件可件的研究逐步展开，随后前苏联等各国也逐渐开始了对可靠性工程的研究。20世纪70年代，有关电子设备的可靠性研究广泛应用到科技领域、工业领域以及人们的常生活当中对可靠性研究趋重要。此时，可靠性理论也逐步被引入到道路交通网络领域并取得了定的研究成果，而作为交通系统的：要组成部分。20世纪80年代，随着可靠性研究范围的扩大以及研究内容的进一深入可靠性研究的中心内容己转变为如何实现可靠性的保障。20世纪90年代后可靠性工程在软件工程领域的地位己逐步得到提升，并发展为一个新的分支。而此时，公交网络方的可靠性题已在国外成为研究热点，公交网络运营中公交车辆的可靠性评价在线路规划、制定运时刻表、配置公交卞运转班次等工作屮发挥着越来越要的作用。

可靠性工程随着社会的求而诞随科学技术的发展而不断深入，对靠性工程应用的不断推广为企业和社会带来了人的经济效益，也让人们逐步认识到提高产品或服务的可靠性的主要意义。公共交通可靠性方面的理论研究也随着可靠性工程的研究深入而逐步展开。

2.2公共交通服务可靠性

2.2.1公交服务可靠性定义

可靠性理论交通领域最早应用于城市道路交通网络，用来评价道路网达到某种服务水平的可靠程度。20世纪80年代以来，可靠性理论研究迅速发展，在路网连通可靠性行程时间可靠性、运行准点可靠性等方面均取得了比较成熟的理论成果。

城市公共交通服务可靠性从最初政府、公交企业以及出行者等各个机构关心的一个话题，到应用多种技术和方法来提高公交服务可靠性再逐渐发展成为一门系统的理论大概只经历了几十年的历史。21世纪是服务经济的时代，提升公交服务质量是实现公交优先发展、增强公交竞争力和提高公交出行比例的必然要求。美国《公交运力和服务质量手册》给出公共交通服务可靠性的定义，公共交通服务可靠性是指影响乘客円常到站时间、等车时间和行程时间以及车上舒适度水的公交线路服务准点率或车头时间距的规则性。

公共交通服务的可靠性既是公交企业提高公交运营状况、提高公交服务质量、提高企业服务竞争力的保障，也是增强乘客公交出行便利性的有力保障。因此从实际意义来说，公交服务可靠性可以被定义为：公共交通系统在円常工作中在一定的交通条件和动态因素的影响下能够按计划完成规定任务的同时为乘客提供…定服务的能力。

对于公交管理者来说，公交车辆能否按照时刻表计划运行具有重要的意义。由人气、交通条件、突发事件等因素的影响，会造成定程度的公交延误，容易造成前车辆到达某一站点的时问间隔过长或过短即长时间没有公交车辆到达或串个现象，这将会使得前车严重超载而后车空荡，造成客流不均衡，两辆车行车间距无法保证甚至发生连锁反应影响到后续车辆不能按正常时刻表运行。为了保证公交车辆的准点率，提高公交服务水平，公交管理者会采取调度的方式来减缓因交通的因素造成的公交延误或串车现象。

第电3章公交服务静态可靠性评价方法研究.......17

3.1问题描述.......17

3.2基于公交站点的静态可靠性评价方法.....18

第4章公交服务实时可靠性评价方法研究.....25

4.1问题描述......26

4.2基于公交站点的实时可靠性评价方法.....26

第5章公交服务预测可靠性评价方法研究.....33

5.1问题描述.......33

第6章贵阳市公交服务可靠性评价

6.1贵阳市公交服务可靠性数据采集

6.1.1公交服务可靠性评价数据需求分析

根据前面三章给出的可靠性评价方法要进行城市公共交通服务可靠性的评价，所需数据主要包括如下三类：

（1）公交运营基础数据

常规公交运营基础数据是公交服务可靠性评价的基础和重要参照由线路基础数据和运营基础数据两部分组成。其中，线路基础数据包括线路名称、线路长度、站点名称、站点位置、站间距等；运营基础数据主要包括车辆发车间隔、单程运行时间等。

（2）车辆实际运行数据

车辆实际运行数据足城市公交服务可靠性评价的核心数掘其实质是公交车辆运行过程中到达各个公交站点的吋刻，根掘车辆到站时间可以计算得到可靠性评价中所需耍的前后年辆到达架一站点的吋间叫隔，公交车辆在路段的实际运行时叫以及在路段运行速度等数据。

（3）客流数据

上文的分析可知在计算线路以及线网的公交服务可靠性时需要以客流数据作为权重。因此，实际客流發数据在城市公交服务可靠性评价中起着重要作用。主要括在不同时段下各个线路在每个站点上、下车的人数。

第7章结论

7.1论文的主要工作

公共交通运输的让设发展将会随廣城市的发展和时代的进步逐渐走向史加重要的位置。公共交通优先发展将作为当今界城解决交通堵塞、节约能源、发展环保的主流。城市公共交通服务可靠性的提高，公交出行方式分担率的保障，有助于提高城市公共交通服务水平。本文基于当前对城市公共交通服务可靠性的研究现状进一步运用可靠性理论，对城市公共交通服务可靠性的评价方法进行研究，所做的主要工作和取得的成果如下：

（1）在全面分析公交服务可靠性理论研究历程和可靠性评价指标的基础上，结合本文研究背景提出公交服务静态、实时以及预测可靠性的概念，分析其含义以及三者之间的内在联系，从公交运营的角度出发，选取公交运行准点性作为评价指标，历史数据、实时数掘以及预测数裾给出基于站点公交服务可靠性评价方法。分析公交站点、公交线路以及整个公交网络的相互系，公交站点的基础上，给出公交线路的静态、实时和预测性评价方法以基于公交网络的可靠性评价方法。

（2）结合算例，在分析公交服务可靠性评价数据需求的基础上，设计了12条公交线路作为调研方案，建立贵阳市公交服务可靠性信息数据库，运用本文提出的静态、实时以及预测公交服务可靠性评价方法，从公交线路、公交站点和公交网络三个层次对贵阳市公交服务可靠性进行分析，结果表明贵阳市公共交通服务静态评价结果偏低，实时可靠性与静态可靠性差异较大，根据预测数据得到的可靠性值与实时可靠性数据相比较为准确，可以作为公交实时调度的依据。
 

参考文献:

• [1] 安健,杨晓光,刘好德,滕靖,张栋.  基于乘客感知的公交服务可靠性测度模型[J]. 系统仿真学报. 2012(05)
• [2] 张凡,上官晨博,邹吉聪,沈佳麟.  公共汽车交通服务水平评价系统[J]. 山西大学学报(自然科学版). 2010(02)
• [3] 宋晓梅,于雷.  基于到达间隔可靠性的公交运输系统可靠性研究[J]. 物流技术. 2009(06)
• [4] 慈立坤,胡蒙达.  上海城市轨道交通网络运营可靠性研究[J]. 城市轨道交通研究. 2009(05)
• [5] 于滨,蒋永雷,于博,杨忠振.  支持向量机在公交车辆运行时间预测中的应用[J]. 大连海事大学学报. 2008(04)
• [6] 刘锐,严宝杰,黄志鹏,刘芸欣.  可靠性理论在公交网络分析中的应用[J]. 公路交通科技. 2008(04)
• [7] 戴帅,姜华平,陈海泳,陈艳艳.  公共交通换乘时间可靠度研究[J]. 公路交通科技. 2007(09)
• [8] 戴帅,陈艳艳,魏中华.  复杂公交网络的系统可靠性分析[J]. 武汉理工大学学报(交通科学与工程版). 2007(03)
• [9] 高洁,施其洲.  城市轨道网络抗毁可靠性定义及评价指标模型研究[J]. 铁道学报. 2007(03)
• [10] 于滨,杨忠振,林剑艺.  应用支持向量机预测公交车运行时间[J]. 系统工程理论与实践. 2007(04)