基于GIS的芜湖市公交线路优化分析

曾昭毅 李春雪 梁栋栋

摘要：公共交通对于节能减排、环境治理具有重要意义，借助Google平台提供的Selenium自动化测试工具结合python3编写的网络爬虫对高德地图芜湖市内公交数据进行爬取，获得了芜湖市现有的公交站点和公交线路数据，同样通过爬虫获得了芜湖市内百度POI数据点，以及芜湖市民论坛内城市居民近年来对公交线路的满意度数据，通过爬取的芜湖市公共交通大数据，建立芜湖市公共交通的空间数据库，利用GIS空间分析的强大优化算法对不合理公交线路站点实现优化，着重从公交系统整体布局与承载能力来找出芜湖市现存公交系统优化布局不合理区域。分析结果提出了通过增设线路，改进首末站布局等优化方案。

关键词：芜湖市；公交线路优化；大数据；空间分析

中图分类号：TP393文献标志码：A文章编号：1008-1739（2022）09-68-6

中国城镇化与机动化发展已经到了关键时期，当今中国的人口资源基数、制度环境和社会环境下，车多路少，人均土地面积不足，各个城市都出现了不同程度的交通拥堵状况。交通拥堵带来更大程度的资源损耗可能导致严重的能源危机，长时间拥堵造成的燃油不充分燃烧带来的环境影响，甚至拥堵造成严重的公共灾难。实施公共交通优先发展战略，构建完善公交系统，优化现有公交线路势在必行。

同时，中国现处于建设全面小康社会阶段，生活水平大幅度提升，私家车保有量逐年增长，根据我国耕地资源制约，人均城市建设用地仅有100 m2，城市规模道路广场用地占城市建设用地的7%～15%[1]。面對机动车日益增长的需求，用地指标必定无法满足，因此必须大力发展公共交通，提高土地资源的利用率，实现健康可持续发展。

2018年，高德地图和中国社会科学研究院、未来交通与城市计算联合实验室、阿里巴巴等单位联合发布了《2018年度中国主要城市交通分析报告》[2]。报告显示，对基于路网行程延时指数对监测的50个城市进行了对比分析，2018年各大城市的拥堵情况有了显著的改善，比2017年全国90%的城市拥堵下降或持平，61%的城市通勤高峰时处于缓行状态，13%的城市处于拥堵状态，26%的城市则没有拥堵困扰。这可能与政府对交通治理的重视、城市智能交通系统中新技术的不断应用、基础道路网络的建设和改善以及公共交通的不断完善有关。

我国沿海、沿江地带的公共交通覆盖程度要明显优于内陆和西部地区，尤其是长三角地带人口密集度高，公共交通的覆盖程度最为发达。同时，高德大数据还发布了包括上海、北京、深圳、广州和珠海等20个城市的公共汽电站点统计情况，其中主要城市的公共汽电站点覆盖率达到了76%以上，线网覆盖率平均可达72%，但是线路重复系数大于4的主要城市有15个，在统计的20个城市中占比75%，其中，广州线路重复系数达9.42，深圳重复系数高达8.27。由此可见，公共交通系统优化问题亟待解决。

国外公共交通的统计数据来源于基于Moovit Insights公共交通指数所统计的通勤时间、候车时长、出行距离、换乘次数、步行距离等24个国家和地区，近130个城市的具体数据。

根据统计信息可以看出，统计区域内乘客每日搭乘公共交通的时间是69 min，70%以上的乘客花费超过2 h，秘鲁的平均搭乘时间最长，每日在车长等车的时间平均为14.6 min，西班牙的等车时间最短，只有8.7 min，其中发达国家城市平均乘车时间60 min以上，居民乘坐公共交通出行比例要大于发展中国家城市。通过数据分析可以看出，居民的出行方式和出行质量与城市的发展水平密切相关。

公交系统的优劣程度直接反映了一个城市的公共服务水平，公交路线优化不仅可以提高城市居民的生活质量和满意度，而且对于城市长久健康发展、公共安全等方面也有促进作用。

本文通过建立芜湖市公交线路的规范化GIS数据库，可以方便实现公交系统的查询，找出现有公交系统存在的不完善区域，设计更适合当下发展的方案。同时作为基础数据便于后续的分析。

芜湖市位于安徽省东南部，地处长江下游，地理坐标位于东经117°40′～118°44′、北纬30°19′～31°34′，与多个城市接壤。芜湖市地理位置优越，位于经济发达的长江三角洲的上缘，位于长江中下游平原，主要由阶地和河漫滩组成。芜湖大多为平原地区，在广阔的平原区域上散落着些许低丘和残丘。地势南高北低，地表河网密布。在这样的地理环境下形成了较有特色气候条件———亚热带温润季风气候。本文研究区设定在芜湖市，研究范围根据芜湖政区范围以及公交线网服务区范围综合考量确定，主要包括无为县、鸠江区、繁昌县、三山区、弋江区、镜湖区、芜湖县以及南陵县，占地面积约6004km2。

在进行公交线路分析优化时，对公交基础数据的收集整理是关键的一步。本文将公交数据整理为公交基础数据与非公交调查数据。公交基础数据主要有公交站点、公交路线、公交发车时间、公交首末班数据、公交车一日运行总时长、公交一日班次数量、芜湖政区矢量、芜湖交通数据、芜湖市土地利用等。非公交调查数据主要有居民出行时长、居民每日乘车时间、平均等车间隔和居民满意度等。

2.1公交站点数据

研究区内部，芜湖市共计存在1 162个公交站台，站台与站点一般不存在一一对应，本文将多个公交线路停靠的公交站台划分为单个公交站点，也即重复的公交站点只单次计数。数据来源于高德地图API提供的最新公交信息，每一个公交站点含有站点名称、经过公交数目、公交站点的经纬度、是否为首末站等信息。利用GIS软件将公交站点信息转换为矢量图层，得到图1，可以看出研究区域内大致的站点分布情况。

2.2公交首末站数据

公共交通站点的规划原则是从公交的首末站以及途经站来考虑，公交首末站的选取直接反映城市交通服务水平的好坏，公交首末站有着严格的选取规则，一般需要紧靠在人口集散点，同时需要与客流量方向保持一致。在选取时还应该避免站点位置处于平面交叉口附近来减少干扰元素，类似于火车站、汽车站、公园等。芜湖市公交首末站分布如图2所示。

2.3公交首末站数据

芜湖市的公交线路共有116条，主要分为数字线路和特殊线路。特殊线路包括特1路、特2路、特3路、特4路、特5路、特6路、游1路、游2路、游3路和游5路；数字线路中包含12条环线以及16条晚班线路。芜湖市公交线路分布如图3所示。

2.4交通道路矢量

交通道路矢量作为客流量估计的基础数据，可以作为估计公交客流量的重要依据，根据道路矢量的属性，按照交通承载量的高低依次将道路分为高速、国道、省道、快速路、县道和乡道等层级。芜湖市内各层级道路分布如图4所示。，可以得出芜湖市公交線路大部分位于乡镇村道上，其中39路公交线路部分处于高速道。

2.5土地利用数据

本文研究的土地利用数据使用的是百度POI数据爬取得到的各类POI点状数据，便于研究使用，结合高分辨率遥感影像进行辅助纠正，传统监督分类得到的结果精度不能满足公交线路优化需要。结合公交线路与客流量方向数据，通过POI点可以清晰辨认出芜湖市中心城区位于镜湖区、鸠江区及弋江区。芜湖市PIO分布如图5所示。

2.6非公交调查数据

公交调查数据大部分属于城市居民主观数据，是公交线路测试运行调整阶段必不可少的前期工作，借助调查可以很好地得到居民出行方式、出行时间以及对现有公交系统的满意程度、作为公交线路优化的主要指导依据，本文采用了抽样调查与论坛搜集的方式，通过抽样调查公交系统的市民反馈。抽样调查了大学城区附近公交周末两日内的客流量变化，同时联合安徽师范大学QQ服务号问卷调查所得数据，得到大学城区附近节假日公交线路的拥挤程度与站点人数反馈。本次抽样调查共计抽取了20辆公交车，包括10路、32路、88路、228路公交在内的客流量利用爬虫程序爬取芜湖市民论坛数据，通过搜索公交关键字，自2013年—2019年间芜湖市民不满意公交点以及不满意公交线路，同时对条目进行计数汇总。

3.1公交单条线路指标

（1）单条线路长度

芜湖市共计116条公交线路，通过统计得到各条线路的线路长度绘制图6，可以看出，芜湖市116条公交线路总长度达2 111 km，平均长度为18.12 km，按照我国公交驾驶规定，取公交车平均行驶速度为24 km/h，综合考虑Moovit市民出行与单趟乘坐时间取单趟运行最大时间为50 min，得到公交线路合理最值为20 km，对比芜湖公交线路数据，超过20 km的公交线路有37条，占比31.90%；线路长度在8 km一下的有6条，占比5%，同时特4路公交长度只有3.5 km特5路公交只有4.5 km，线路长度过短，利用率不高。

（2）线路非直线系数

公交线路的非直线系数是分析单条公交线路的重要指标，线路非直线系数综合考虑了公交服务区的利用率过高或者过低都会给居民出行舒适度带来影响，利用GIS软件实现对于公交线路直线距离的计算：

非直线系数=路线长度/直线距离。

芜湖市公交线路直线距离对比如图7所示。芜湖市公交线路非直线系数如图8所示。

可以看出，芜湖市公交平均线路非直线系数1.77，低于1.4的有28条，环线的非直线系数较高，除去环线，整体平均值为1.71，高于常规水平，可能需要改善。

（3）站点平均间隔

站间平均站距采用线路的总长度除以站点数目，不同方向的公交线路站点按照方向计算，站点只考虑一次；环线站点根据弧线长度除以站点总数，不考虑方向进行计算。得到结果如图9所示。，可以看出，芜湖市平均站间距达706.1 m，站间距大于800 m间隔的多为郊区县，景点线和特殊线路站间距超过1 km，54路公交超过2 km以上。

（4）线路重复程度

通过导出公交线路站点数据库，利用宏统计重复站点数目得到所有重复站点数目达1 667，占总站点数目3 192的52%。

（5）单条线路站点总数

公交线路经过站点总数指的是同一方向上的公交站点数目，站点数目的合理设置可以有效提高乘客出行满意度，节约出行时间。按照统计数据，平均站点间隔706 m，公交车行驶速度取24 km/h，居民平均出行时间1 h，得到期望站点数目为28，芜湖市公交线路站点总数如图10所示。芜湖市极端公交站点如表1所示。可以看出，芜湖市公交线路站点数目不超过28个的线路数目为30，其中204号线路站点最多，达到59个，特4路与特5路公交站点数目过少，只有3～4个。整体平均站点数目为28，刚好到达期望水平，但极值差异过大，存在优化的需要。

3.2整个公交线网评价指标

（1）线网密度

根据公交路线长度除以区县面积得到芜湖市各区县的线网密度，如表2所示。从线网密度可以明显看出，芜湖市中心城区位于鸠江区、镜湖区、弋江区，三区平均线网密度可达10.12 km/km2，镜湖区公交线路最为发达，平均线网密度达到了21.24；但无为县、南陵县公交线路较为稀疏，其中无为县线网密度最低，只有0.05。

（2）站点覆盖率

站点覆盖率是按照公交站点设置原则，要求站点服务半径300～500 m来设置缓冲区进行分析，根据之前统计得到站点平均距离706.1 m，每个站点服务距离总体符合标准，利用GIS软件统计缓冲区面积分别为376.340 5 km2、661.636 7 km2，500 m覆盖在中心城区覆盖率可达90%以上，但在中心城区外公交站点覆盖度不高。为便于展示截取了中心城区的站点覆盖图，如图11所示。

（3）公交站点线路承载

每个公交站点通过线路的总数可以作为衡量该站点的容纳情况，利用GIS软件Spatial Join工具提取出每个站点经过的公交线路，利用Dissolve工具进行计数，最后使用反距离权重插值得到公交站点的聚集分布状况，芜湖市公交线路站点承载如图12所示。可以看出，在中心城区的公交站点具有明显聚集态势，平均在12条以上，而非中心城区，公交站点的线路平均在4条以下，普遍较少。

（4）公交首末站区位评价

根据百度地图POI数据使用欧氏距离插值方法对距离栅格按照1～6级对距离栅格进行重分类得到如图13所示的芜湖市公交选址区位优势图。

通過叠加权重因子，按照客流量方向计算区位优势较高地点，叠加公交首末站矢量可以发现，大部分公交首末站都处于区位优势最高区域，但仍有部分站点存在优化的必要。

4.1城乡线路

芜湖市除中心城区外，无为县、南陵县、繁昌县都存在孤岛效应，芜湖市公交线路分布不均，如图14所示。

从图14可以看出，无为县公交线路最为稀疏，同时与周边区县联系不紧密，居民很难从无为县乘坐公共交通前往邻县，公交线路围绕无为高铁站进行辐射；南陵县公交线路集中分布于中心，同样也缺少与临近区县的联系。

本文针对无为县、南陵县进行新的公交线路增改实现两地与芜湖市整体的公交线路优化，利用得到的芜湖市首末站区位优势评价栅格、已有交通道路矢量进行叠加，提取出符合公交线路的待选公交新线路。

4.2公交快线

根据上文研究得到的芜湖市公交线路承载高低来设置公交快线，缓解公交承载过高站点压力。快速公交是一种介于轨道交通和普通公交之间的公共交通出行方式，具有节能高效、运载量大的特点，在高负载区域使用公交快线进行人流量疏通，公交线路高承载地区如图15所示。

4.3公交首末站

叠加区位评价栅格分析可以筛选得出公交站点设置不合理如图16所示，芜湖市公交站点设置不合理统计如表5所示。可以看出，芜湖市仍有部分公交首末站点位置处于区位得分不理想区域。

通过本文分析不难发现，芜湖市中心城区公交的各项指标现状，利用空间分析得到了公交站点路线选址的区位优势栅格图，总结了目前公交现状存在的各种问题。

在研究时通过爬取高德地图数据、百度POI热力图等动态数据，结合城市居民满意度针对现有公交系统进行了合理优化，比较贴近现实。

芜湖市处于高速发展和变化更新的状态中，目前已知的2条轻轨线路在建设完成后将会极大地方便居民出行，芜湖市的公交线路此时需要更加灵活的变化，需要结合新兴技术进行管理与监测，提高城市的科技化水平，提供更好的公共服务。

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