COVID爆發時,密西根大學的校園公車系統面臨一個矛盾:州政府的社交距離規定將公車載客上限壓到約一半座位,但校園仍必須用同一批車隊運送同樣的學生。顯而易見的因應方式是削減班次,任由候車時間暴增。

密西根大學工業與作業工程系的團隊改為重新架構路網。他們建立混合整數規劃模型,將路線與班表的重設計轉化為軸輻式問題,並利用學生活動的真實資料來決定軸心站應設於何處,以及新路線要服務哪些站點。

設計規則直接納入安全限制:每條新路線的端到端行駛時間必須低於15分鐘,公車載客不得超過50%座位容量,公車總數則維持與疫情前相同。團隊以蒙地卡羅模擬抽樣尖峰需求變異、社交距離要求變動及公車故障等情境,在計畫上路前進行壓力測試。

校方在2020-21學年度實施新的軸輻式路線與班表,以更短的路線行駛半空的公車,同時維持車隊數量不變——用重新設計的路網,換取原本可能發生的服務崩潰。

重新設計路網拓撲,而非削減服務

軸輻式設計將流量集中到有運能的地方:在50%座位的硬性上限下,讓乘客經由軸心站轉乘,可使每輛公車裝滿其受限的載客量,而非在直達路線上只載半滿。

真實的學生活動資料為模型提供依據:軸心站位置來自學生實際的移動模式,而非行政單位對校園需求的憑空猜測。

部署前先模擬:針對需求尖峰、社交距離規則與故障等情境進行抽樣,使計畫在任何一條路線變動之前就具備韌性,這正是校方敢於採行的原因。

車隊維持不變:由於公車數量未變,這項設計只付出重新調配的工夫——在疫情期間採購與人力凍結時,這一點至關重要。

當某項限制使舊路網不可行時,解方可以是新的拓撲,而非減少服務:最佳化哪些軸心站能集中流量,班次密度就能在路線無法維持之處存續。

新路線在密西根大學整個2020-21學年度運行。由Siqian Shen教授帶領、成員包括Gongyu Chen、Xinyu Fei、Huiwen Jia與Xian Yu的團隊,將模型與模擬結果發表於《INFORMS Journal on Applied Analytics》探討分析學因應COVID-19的專刊(2022年11月),並獲美國國家科學基金會支持;他們將軸輻式做法定位為任何被迫在社交距離限制下營運的運輸系統可套用的範本。

追溯依據

參考來源

  1. The University of Michigan Implements a Hub-and-Spoke Design to Accommodate Social Distancing in the Campus Bus System Under COVID-19 Restrictions (RePEc record) INFORMS Journal on Applied Analytics 52(6), via RePEc · ideas.repec.org
  2. The University of Michigan Implements a Hub-and-Spoke Design to Accommodate Social Distancing in the Campus Bus System Under COVID-19 Restrictions (DOI landing page) INFORMS Journal on Applied Analytics · pubsonline.informs.org