基于交通紧凑度的农村公路客运线路优化研究.doc

基于交通紧凑度的农村公路客运线路优化研究张丰焰，合肥市规划设计研究院，高级工程师【摘 要】现状中农村公路客运线路相对分散，线路覆盖面较小，线路运营效率不高。为提高农村客运线路交通紧凑性和降低运营成本，基于紧凑度的测度理论，根据农村地区客运需求对线路方案进行优化研究，分别计算了放射线模式、区域线模式和循环线模式的交通紧凑度；并在满足同样客运需求的条件下，分析了这三种线路模式的运营成本。结果表明：交通紧凑度是循环线模式最高，区域线模式次之，放射线模式最低；而运营成本是循环线模式最低、放射线模式最高。即客运网络越紧凑，其运营成本越低。故建议在对农村公路客运进行线路优化时，线路模式应由放射线向区域线、循环线转变。这样既提高了客运交通网络紧凑度，方便了农民出行，又可以降低运营成本。【关键词】交通工程；线路优化；交通紧凑度；农村客运；运营成本0 引言在我国，很多农村地区的客运服务水平相对较差，提供可持续、可负担、可达的和可靠的农村客运服务已成为了一个重要议题。近年来，农村公路网正逐步得到改善。2008年底，全国农村公路（含县道、乡道、村道）里程达到324.44万公里；全国通公路的乡（镇）占全国乡（镇）总数的99.24%，通公路的建制村占全国建制村总数的92.86%1。同时，各级交通部门按照“路、站、运一体化”的建设思路，也在逐步落实农村客运站点建设和管理，有些地区基本上建立了一个以市为中心辐射到县、以县为中心辐射到乡镇、以乡镇为中心辐射到行政村的三级城乡客运体系。农村公路客运服务主要是在以乡镇为中心的路网上开展的2，这种运营线路模式能够直接沟通中心城镇与周边村庄，但它的线路覆盖性不强，紧凑性相对较差，不能根据需求变化在不同线路间调整车辆，提高车辆使用效率，也很难将村与村之间的客运进行有效的服务。鉴于此，为提高农村公路客运运营效率，充分挖掘农村客运供给潜力，让更多的农民能享受到可持续的、可负担的、可靠的、可达的农村客运服务，本文将基于交通紧凑度的测度理论，根据农村地区客运需求和客流方向对线路方案进行优化研究，以提高客运网络紧凑度，起到既能满足更多农民出行，又能降低客运经营成本的作用。由于乡镇以上级别的客运网络化服务已经比较完善，本文主要是针对乡至村、村至村的农村公路客运线路如何进行优化做一个探讨。1 农村公路客运线路模式现状目前，农村地区乡至村、村至村的公路客运线路设置如图1所示，基本上是以乡镇为中心向周边村庄放射的模式3。由于有的乡镇没有客运站，迫使乡至村客运服务不得不从县客运站出来，直接延伸到村庄，导致县至乡客运线路长、经营成本高、发车间隔大，线路总体运营效率不高。另外有的村庄由于没有县至乡的客运延伸线，或者路况不好，导致了大量的非正规的、低效率的客运经营，影响到客运服务的方方面面。实际上，各个不同村庄的运输需求并不一样，因此应根据实际情况，在线路之间采取不同的连接组合和车型搭配，应用不同的发车频率才最具有效性。重要的是进行线路规划时要考虑到需求特点，以及所服务地区的地理特点，并结合农村客流点比较分散的特点，利用交通紧凑度理论，对不同线路组合进行分析研究、逐步寻优，以提高客运经营效率。图1 乡至村公路客运线路现状模式fig.1 current mode of bus routes from township to village2 紧凑度的理论基础国外提出紧凑度测度模型始于20世纪60年代初。1961年richardson、gibbs，1964年cole分别提出了紧凑度计算公式4。2001年galster 等人提出了用集中度指标来衡量城市建设用地紧凑度5；2005年yu-hsin tsai提出从都市区层面界定紧凑程度的数项指标和相应的定量分析方法，采用空间自相关对紧凑度进行模拟6。国内对紧凑度的研究是从20世纪90年代开始的。1990年武进采用richardson公式和网络拓扑分析法，计算了我国14个城市的紧凑度7；1995年张宇星提出了测定空间紧凑度的两种方法，即面空间的集聚度和点空间的集聚度8； 2006年仇保兴提出紧凑度是我国城市可持续发展的核心理念，是健康城市化的主要表征和优先推荐的城市发展模式9；2008年方创琳、祈巍锋等人认为适度的紧凑度是城市群综合效益最大化的集中体现，并提出城市群紧凑度是通过城市群产业紧凑度、空间紧凑度和交通紧凑度共同作用而进行综合测度10。综观国内外对紧凑度的研究，可知目前大部分研究都聚焦于城市空间结构和形态上，对农村地区紧凑度的研究则很少。本文抓住这一薄弱研究环节，试图利用紧凑度理论，为农村公路客运线路优化提供科学基础。交通紧凑度是衡量紧凑度的广义指标之一，是从通达性角度衡量区域内节点交通联系便利程度的指数，通过节点数量、交通距离、区域范围大小体现区域内节点间的交通联系，进而反映区域交通网络的紧凑程度10-16。其测度模型如下： （1）式中：表示交通网络空间紧凑性指数；为节点的对外直接联系线方向数量；为区域内交通节点数；为节点的区域面积；为节点之间直线距离；为节点间联系的直线平均距离。由于交通紧凑度能很好地反映线路的通达程度和可达性，本文将利用它来分析农村公路客运线路网络的紧凑度，并基于此去寻找一种相对优化的农村客运线路组织方案。3 农村公路客运线路模式紧凑度分析3.1 放射线模式的紧凑度分析假设某个乡镇面积为s，有11个村庄（这里指行政村），它们的分布示意如图2所示。为简便起见，除x南面与i与j村之间相邻道路交叉口之间距离为5公里外，假设每两个相邻村庄之间的距离都是10公里3，并假设每个村庄的区域面积均相同。另外，在各村庄与乡镇之间每天乘车人数、每个方向上都符合表1中假定的客流情况。表1 各村与乡镇中心间客流情况tab.1 passenger trips between villages and township center连接路段x-ax-bx-cx-dx-ex-fx-gx-hx-ix-jx-k乘客/天120606012040604040806040图2 以乡镇为中心的放射线公路客运线路模式fig.2 radiation mode of bus routes as center of township图2中的各条线路都是以乡镇为中心向外放射的，可称为“放射型”线路。线路ax、bx、cx、dx、ex、fx、gx、hx、ix、jx、kx均按照乡村之间既有的最短路径进行运营组织，因此这11条线路形成的线网总长为170公里（见表3），其各节点之间的通达情况可用通达矩阵来表示，见表2。根据公式（1）计算可得，其交通紧凑性指数为：。表2 以乡镇为中心的放射线模式的各节点间通达矩阵tab.2 accessibility matrix of radiation mode of bus routes as center of townshipxabcdefghijkx11111111111112a1100000000002b1010000000002c1001000000002d1000100000002e1000010000002f1000001000002g1000000100002h1000000010002i1000000001002j1000000000102k100000000001234注：1表示节点间可通达，0表示节点间不通达。3.2 区域线模式的紧凑度分析在放射线的基础上，根据实际情况和地理特点，在线路之间采取不同的连接组合，使形成的客运线路网络能服务于整个区域，即在有些线路上如x-k-i-j采取让车辆“往返经营”的方式提供运输服务，从而可以减少乡镇范围内的总的运营线路，提高线路的运营效率，同时也能相对提高节点间的通达性，本文称这种线路模式为区域线模式，在整个乡镇范围内让线路尽量带上更多的村庄，并应用不同的发车频率和车型来提高客运效率，这样会使乡村之间、村庄之间的出行变得方便一些。如图3所示，在图2放射线的基础上将11个村庄与乡镇中心之间的线路进行有效组合，形成的线网总长为110公里。其各节点之间的通达情况同图3 以乡镇为中心的区域线公路客运线路模式fig.3 regional route mode of bus routes as center of township理根据通达矩阵可得=58，则其交通紧凑性指数为：。3.3循环线模式的紧凑度分析循环线模式如图4所示。图4中的公路客运线路模式与图3的区别在于，图4在图3的基础上又进行了优化组合，设置了对开的循环线xfdcx，并且在d村设置了de线路快捷换乘接驳点，当然也可把e纳入xfdcx循环里，变成xfdedcx循环，本文称这种线路模式为循环线模式。此模式与区域线模式相比就是它的线路既能带上更多的村庄，同时又能增强村庄之间的联系。图4中所形成的线网总长仍为110公里，但与区域线模式的通达性相比增加了c与f两个节点之间的直接通达联系。其各节点之间的通达情况同理根据通达矩阵可得=60，则其交通紧凑性指数为：。图4 以乡镇为中心的循环线公路客运线路模式fig.4 circular mode of bus routes as center of township4 不同农村公路客运线路模式的运营成本分析从上述的交通紧凑度分析可知，在假定的以乡镇为中心的农村公路客运线网中，由于它们三种模式的紧凑性指数的分母均相同，则可根据分子大小判定，故循环线模式交通紧凑度最高，区域线模式交通紧凑度次之，放射线模式最低。这是从客运线路通达性角度分析了在农村客运线路经营组织中，采用循环线模式在线网通达率上是最好的，但能否实现在整个客运经营中成本最低、效率最高，还要看看整个线路网络上的配车是怎么优化的，因为不同的车辆会产生不同的运营成本，也会有不同的运营效率。线路上采用哪种车辆类型主要决定于单位时间的客运量或者客运量生成率和车辆运营的经济性3。根据农村客运特征，不同类型线路可以采用不同类型的车辆，并且在多条线路上也可以合理地调配车辆，这样就能有效地提高车辆的使用效率，降低经营成本。本次所谈的总体运营成本主要是在满足基本客流需求情况下根据车辆类型的搭配来进行分析和测算的，下面就上述三种线路模式中的不同车辆搭配，来分析客运线路网络的总体成本影响。在分析过程中，首先车辆运行时间的计算是假设以每小时20公里的平均行驶速度为基础的，并且在线路的每一端还要预留15分钟的上下车时间。比如说在20公里长的线路上，进行一次往返运客需要花费两个小时再加30分钟的上下车时间，每天两次往返总共需要五个小时的车时；然后可以根据每条线路的总体运行时间和中途下车时间来计算所需的车辆数目。假定每辆车每天运行八个小时，可以通过用八除总的线路网络车时计算所需的总车辆数，并预留总车辆数的10%左右的车辆用作车辆维护和其他紧急情况。4.1 放射线模式的配车及运营参数分析在放射线模式中，每个村庄都设有连通乡镇的单独线路（如图2所示），根据表1的客流情况，一共需要配备由30辆7座车进行经营，每辆车都长期在一条线路上运行。每天班线的车辆要求和日常经营参数如表3所示3。表3 放射线模式的配车情况及日常经营参数tab.3 deploying vehicle and daily operating parameters of radiation mode班线座位数班线长公里（单程）往返运行时间（分钟）每天往返次数每天总体耗时（分钟）每天运行总公里数需要的车辆x-a71090181,6203604x-b7109098101802x-c7109098101802x-d720150182,7007206x-e73021061,2603603x-f7109098101802x-g72015069002402x-h7109065401201x-i715120121,4403603x-j72015091,3503603x-k71512067201802总计：10812,9603,240304.2 区域线模式的配车及运营参数分析在区域线模式中，一些线路已经从区域角度进行了组合（如图3所示），可根据客流情况搭配使用11座和22座车，并在各条线路之间互相合作提高车辆使用率。每天班线的车辆要求和日常经营参数如表4所示。通过班线之间车辆的互相合作，前4条班线需要10辆11座车，剩下的4条班线需要5辆22座车。表4 区域线模式的配车情况及日常经营参数tab.4 deploying vehicle and operating parameters of regional route mode daily班线座位数班线长公里（单程）往返运行时间（分钟）每天往返次数每天总体耗时（分钟）每天运行总公里数需要的车辆h-x-f-d-e114027041,0803203j-i-x-b113021061,2603603k-x-f-g113524049602802a-x-c-d113021036301802a-x-f-d223021024201201i-x-a222518047202002x-c2210903270601x-c-d22201502300801总计：285,6401,600154.3 循环线模式的配车及运营参数分析在循环线模式中，客车循环运行，沿途上下客，在不同路段客流会时高时低，因此将根据农村地区客流情况搭配使用11座、22座和30座车，并在各条线路之间、车辆之间加强合作（比如配合循环线还构建了往返线和接驳线，如图4所示），通过提高车辆运能来优化线网和提高车辆使用率。每天班线的车辆要求和日常经营参数如表5所示。通过班线之间车辆的互相合作，其中3条班线需要6辆11座车，2条班线需要4辆22座车，1条班线需要2辆30座车。表5 循环线模式的配车情况及日常经营参数tab.5 deploying vehicle and operating parameters of circular mode daily班线座位数班线长千米（单程）往返运行时间（分钟）每天往返次数每天总体耗时（分钟）每天运行总公里数需要的车辆d-e1110904360801x-c-d-f-xx-c-d-f222015057502002x-f-d-c222015057502002a-x-h-i303524049602802j-i-x-b1130210612603603k-x-f-g113524049602802总计：2850401400124.4 三种模式的综合运营成本分析为简便起见，本文直接引用世界银行道路经济决策red模型计算的单位车辆运营成本，见表63 17。表6 车辆可变与固定经营成本tab.6 variable and fixed operating costs of vehicles7座汽油车11座柴油车22座柴油车33座柴油车每车公里可变成本（元）0.750.750.910.92每车每天的固定成本（元）90.55120.85179.86211.95根据表6中的成本估测，在满足客运需求目标的前提下，三种线路模式配车后的综合经营成本对比情况如表7所示。表7 三种线路模式的综合经营成本对比tab.7 comparison of comprehensive operating costs among three kinds of circuit mode模式车辆类型车辆数目每天运行公里数每车固定成本（元）可变成本/公里总的固定成本（元）总的可变成本（元）综合经营成本（元）放射线模式7座303,24090.550.752,716.524305,146.5区域线模式11座101140120.850.751208.58552,063.522座5460179.861.06899.3487.61,386.9小计16003,450.4循环线模式11座6720120.850.75725.15401,265.122座4400179.861.06719.444241,143.4430座2280211.950.92423.9257.6681.5小计14003,090.06从表7可知，放射线模式每日的综合经营成本是5146.5元，区域线模式每日的综合经营成本是 3450.4元，而循环线模式每日的综合经营成本为3090.06元。由此可见，循环线模式的每日综合经营成本最低，而放射线模式最高。这就与前面所论述的交通紧凑度构成了一种联系，即交通紧凑度高的客运模式其每天的综合经营成本低，而交通紧凑度低的客运模式其每天的综合经营成本则高。也就是说客运线路越紧凑，客运经营成本就越低。因此，在对农村公路客运线路进行优化时，应尽量组织循环线，这样既提高了交通的紧凑度，方便了农村居民出行，又可以降低客运经营成本，从而也可以减少农村居民出行费用。由此，通过多组织循环线，可以达到提高农村居民出行的可达性、可承担性的目的。5 结论（1）通过对放射线模式、区域线模式和循环线模式的农村客运线路网络的交通紧凑度计算得出，循环线模式的紧凑度最高，而放射线模式的紧凑度则最低。（2）在满足同样客流需求情况下，分析放射线模式、区域线模式和循环线模式的农村客运的运营成本可知，循环线模式的运营成本最低，而放射线模式的运营成本则最高。（3）分析各线路模式的紧凑度和运营成本之间的关系发现，紧凑度高的客运模式其每天的运营成本低，而紧凑度低的客运模式其每天的运营成本则高。即客运交通网络越紧凑，客运运营成本就越低。（4）建议在对农村公路客运线路进行优化时，线路模式应由放射线向区域线、循环线转变。这样既提高了交通紧凑度，方便了农民出行，又可以降低客运经营成本。参考文献1 中华人民共和国交通运输部，2008年公路水路交通运输行业发展统计公报z.2009，4.ministry of transport of the peoples republic of china. the statistics bulletin of highway and waterway transportation industry in 2008z. 2009，4.2 亚洲开发银行技术援助项目报告，“农村公路客运示范项目”最终报告草稿r. 2009，6：11-12.asian development bank. technical assistance project report, the final report draft of the rural bus demonstration project r. 2009，6：11-12. 3 亚洲开发银行技术援助项目报告，“农村运输服务可持续发展项目”最终报告草稿r. 2007，5：67-68. asian development bank. technical assistance project report, the final report draft of the sustainable rural transport studyr. 2007，5：67-68. 4 程建权. 城市系统工程m. 武汉大学出版社, 2001，5：58.cheng jianquan. city system engineeringm. wuhan ：wuhan university press, 2001，5：58.5 galster g, hanson r, ratcliffe m r et al. wrestling sprawl to the ground: defining and measuring an elusive conceptm. housing policy debate, 2001, 12(4): 681-717.6 yu-hsin tsai. quantifying urban form：compactness versus “sprawl” j. urban studies，2005，42（1）：141-161.7 武进. 中国城市形态: 结构、特征及其演变m. 南京: 江苏科学技术出版社, 1990. 197-202.wu jin. urban morphology in china：structure，characteristic and evolutionm. nanjing：phoenix science press，1990：197-202.8 张宇星.城市生态空间理论d.南京：东南大学博士学位论文，1995: 38-47.zhang yuxing. urban ecologic spatial theoryd. nanjing：ph.d. dissertation of southeast university, 1995:38-47.9 仇保兴. 紧凑度和多样性：我国城市可持续发展的核心理念j. 城市规划，2006，30（11）：18-21.qiu baoxing. compactness and diversity: core of sustainable development of chinaj. city planning review, 2006，30（11）：18-21.10 方创琳，祁巍锋，宋吉涛. 中国城市群紧凑度的综合测度分析j. 地理学报，2008，63（10）：1011-1021.fang chuanglin,qi weifeng, song jitao. researches on comprehensive measurement of compactness of urban agglomerations in chinaj. acta geographica sinica，2008，63（10）：1011-1021.11 刘锐，严宝杰，黄志鹏等.可靠性理论在公交网络分析中的应用j. 公路交通科技，2008，25（4）：122-126. liu rui, yan baojie, huang zhipeng et al. application of the reliability theory in the analysis of the transit networkj. journal of highway and transportation research and development, 2008，25（4）：122-126.12 易富君，邓卫，成曦等.经济圈公路网络适应性评价分析研究j. 公路交通科技，2010，27（1）：145-148. yi fujun, deng wei, cheng xi et al. research on adaptability evaluation for road network in economic circlej. journal of highway and transportation research and development, 2010，27（1）：145-148.13 李平，曹小曙，徐旭. 穗港走廊通达性及其空间格局分析j. 中山大