基于大数据分析的公交高频骨干线优化研究-以东莞市中心城区为例

客流分析是公交线网优化最重要的基础，依托手机LBS推送大数据及公交基础客流数据分析公交出行特征，并以东莞中心城区为例，对东莞中心城区的全方式客流、公交客流进行全面分析，依托中心城区主要公交客流走廊，提出中心城区高频骨干线网络布设方案，一方面通过现有线路优化或新增布设高频骨干线网络，为轨道网络覆盖不足的客流走廊通道提供“准BRT”高品质骨干服务品质；另一方面优化走廊低效线路，节约运力，缩减无效运营里程。最后对其应用效果进行分析，中心城区首期公交专用道和规划高频骨干线网络基本重合，进一步印证了本次高频骨干线网络的可靠性和实操性。

与信令数据对比，手机推送大数据具有用户覆盖度广和数据精准度高两大优势。

（1）用户覆盖度广

信令数据只覆盖移动、联通或电信3家运营商，终端数量有限，而手机LBS推送大数据跨越三大运营商，包括百度地图、滴滴出行、摩拜、去哪儿网、中国国航、京东等40万+APP，覆盖移动终端10亿+，移动终端覆盖率大于95%。

（2）数据精准度高

信令数据只能通过三个基站进行模糊定位，栅格聚合数据为数学模型分配结果，手机推送大数据可精准获取用户GPS位置信息，数据可无缝衔接交通小区，最小以152米×152米栅格为统计单位。

1、全方式出行特征分析

基于手机LBS数据的居民出行OD获取方法。采用公交分配模型进行分配，中心城区的出行量为402.6万人次/天，其中内部出行率占比较高，莞城、南城和东城内部出行率分别为43.4%、71.7%和65.6%。各街镇与组团间中东城街道与中心组团、莞城街道与东城街道、东城街道与南城街道、万江街道与南城街道、莞城街道与南城街道出行量均大于9万人次/天，其中东城街道与中心组团之间的出行量最大，达25.7万人次/天。

图1 中心城区全方式出行空间分布

2、公交出行特征分析

利用公交IC卡、GPS数据等公交非现金支付数据，综合运用大数据手段从时间和空间多维度分析公交客流指标和出行特征。通过DBSCAN算法对STOP进行聚类分析公交出行OD，提高公交上、下车站点推算精度，并通过实地抽查10条线路一天全天各班次上下客量调查进行模型验证，该模型推导匹配率高达95%，通过该模型可解决以往传统发放表格形式调查公交OD存在的样本量少、覆盖时间短、调查组织难等问题。

图5 IC卡数据处理流程

图6 上车站点匹配原理

图7 下车站点匹配原理

图8 线路OD客流分析结果

客流出行方向上，莞城、东城、南城联系紧密，向心特征明显。莞城、东城、南城内部出行率分别达到44.7%，68.7%，41.1%，莞城、东城、南城发生量占出行总量的85%，吸引量占出行总量的83%。

图9 中心城区公交出行空间分布

客流分布时间上，中心城区高峰时段为7:00-9:00，17:00-19:00，与全方式出行高峰时段一致。高峰期出行占到了全天公交出行的约43%，较全方式出行呈现更明显的高峰集聚现象。乘客公交平均全过程出行时间为52.1min，平均车内时间约25.3分钟，候车时间约21.5分钟。

图10 公交出行时间分布图

客流分布空间上，公交客流集中于主要走廊，出行需求主要集中于中心城区核心区。早晚高峰客流主要集中在中心城区主要客流走廊上。

3、客流走廊分析

采用AON算法对OD需求矩阵进行客流分配并进行走廊客流聚集，精准识别客流走廊需求分布，为后续进一步筛选公交客流走廊提供基础。

通过走廊识别AON算法筛选全方式客流走廊和公交客流走廊，对比分析现状机动化及公交出行通道需求分布，中心城区主要客流分布于莞穗路、东纵路、莞太路、莞樟路等路段，对应路段公交客流总量占比相对较低，后续需加强上述通道骨干公交服务水平。

中心城区公交平均出行距离为6公里，高频骨干线在3-10公里服务能更好的发挥骨干线作用，下面重点分析研究152米×152米栅格全方式客流出行OD。

图14 中心城区公交出行距离分布

以现状莞太路为例进行分析，选取道路附近500米范围的栅格分析走廊客流情况。莞太路长度6.6km，沿线日均全方式出行量为43.2万人次，出行距离大于3公里的OD对占比20%，出行距离3-10公里的出行量占比45%。其中出行起点、终点均在走廊沿线内的24.2万人次，占56%；出行起点在走廊以外，出行终点在走廊内的7.8万人次，占18.1%；出行起点在走廊内，出行终点在走廊外的7.2万人次，占16.7%；出行起点、终点均在走廊以外的4.0万人次，占9.2%。

经过梳理莞太路途经公交线路36条，公交日均客流量约8.6万人次/日，占全方式的19%，公交客流量仍有很大发展潜力。

图16 莞太路公交OD分布

通过进一步研究全方式客流大或公交客流量大的客流走廊且走廊内3-10公里客流出行量占比高的通道，作为下一步公交客流走廊分析对象，再结合通道内公交线路规模和公交站点上下客量，同时剔除轨道等大中运量公交走廊，综合确定本次研究的公交客流走廊。明确中心城区可划分为“五横四纵”的公交客流走廊。

 图17 中心城区“五横四纵”公交客流走廊分布图

1、优化目标

依托公交客流走廊，构建以“1+N”鱼骨式高频骨干公交网络，为轨道网络覆盖不足的客流走廊通道提供“准BRT”高品质骨干服务品质。

针对现状公交服务因离散需求形成的发散型公交网路，结合客流时间分布特征，采用截断、新增、取消或分区段等方式对现有公交线网进行优化，增大存量线路发班频次，适当增大换乘系数，整合形成高频、高可达性网络、减少主要通道线网重复度、缓解拥堵，缩减乘客等候滞站时间；同时，对高频骨干线线路名称重新编号和涂装，通过特殊编号和高辨识度车身涂装以提高市民对骨干公交辨识程度，让更多的市民愿意选择公交出行。

图18 “1+N”鱼骨式公交网络形态图

2、技术手段

采用启发式算法沿大客流通道拓展骨干线，通过对公交客流走廊分布的公交站点客流量进行分析，逐一判断各个走廊最大客流站点，以走廊内经停站点客流量最大为目标进行布设理想骨干网络。

3、优化思路

结合“1”和“N”的服务特性，公交客流走廊“1+N”鱼骨式高频骨干公交网络构建重点围绕以下2个方面展开：

一是结合四个基本原则对现有线路进行梳理（①与主要客流走廊重叠重复50%或者经停主要客流走廊公交站点50%；②线路联系枢纽节点；③线路客流量相对较大；④非直线系数小于1.4），优先选择走廊内现有线路优化调整为走廊“准BRT”高频骨干线路，对于走廊内没有合适公交线路则考虑新增线路。

二是梳理走廊低效线路，综合考虑线路客流OD、竞争客流、道路条件、场站分布等因素，通过采取截短、取消、拆分等方式将其优化为高频骨干线的喂给线路，化“竞争”为“接驳”，引导部分区段竞争客流向走廊高频骨干线路转移，同时将低效线路冗余运力调配至高频骨干线路或新增线路上，增大存量线路发班频次，适当增大换乘系数，整合形成高频、高可达性网络。

4、优化方案

以莞太路为例，通道长度约6.6km，通道通过线路条数36条，区段共设立停靠站12对。其中：通道经停≤2站的线路有13条（36.1%），经停3~5站的线路有12条（33.3%），经停≥6站的线路有11条（30.6%）。平均站间距为556.1米，站点平均停靠线路14条，停靠线路较多的站点有：智通人才市场（19条）、东莞山庄（18条）、南城医院（17条）。

图20 莞太路沿途线路站点情况

根据通道出行特征，起讫点均在通道内的24.2万出行中，最高断面为鸿福路口断面（7.6万人次）。梳理经停通道6站以上的线路共计11条。首先结合①与主要客流走廊重叠重复50%或者经停主要客流走廊公交站点50%；②线路联系枢纽节点；③线路客流量相对较大；④非直线系数小于1.4四个基本原则进行分析，X21、20、C1路几乎完全贯穿通道莞太路通道，且客流效益较好，规划选取X21、20、C1路作为高频骨干线，保持3条线路既有走向不变，缩短高、平峰发车间隔至5-7分钟、8-10分钟，将以上3条线路改造为高频骨干线。

其次从公交运量、公交车次、公交运能、运能利用率等指标，筛选通道内运能过剩、利用率不高的通道线路，实现精简运力，优化整体线路结构，提升通道整体效能。212路单车日均客流量仅56人次/日•车，莞太路通道内共站站点数12对，基本覆盖整个通道，本次方案提出对212路进行截短，取消可园到南城汽车客运站莞太路段，运力配置由24台减少到19台。

表1  莞太路通道部分途经公交线路基本信息

图21 莞太路高频骨干线优化方案分布图

综上，最终确定“1”走廊“准BRT”高频骨干线方案10条，“N”走廊低效线路优化方案15条。其中高频骨干线规划要素为：高峰发班间隔不高于5-8分钟，平峰不高于8-12分钟；非直线系数小于1.4，道路条件受限可适当提升；线路长度15-25公里，沿线具备或要求设置公交专用道给予路权保障，并对线路统一编号，车辆更新时统一着色，提升服务识别度。