（载运工具运用工程专业论文）城市公交线网布局优化方法研究.pdf

摘要 为缓解城市交通问题，优先发展城市公共交通已在我国上下形成共识。对城 市公交线网布局优化是优先发展公交的前提条件。使公交在有限的城市土地资源 限制条件下，最大可能的减轻城市道路系统的交通压力，满足居民出行需求，是 我国公共交通发展的必然趋势，显然对公交线网进行布局优化是十分必要的。 本文按照“四阶段法”的原理，首先对居民出行发生和吸引进行预测分析， 建立了交通分布预测模型；然后提出了公交线网布局优化的目标函数，并对线网 优化的约束条件进行分析，从提高乘客服务水平与公交企业的利益角度，构建了 公交线网优化模型；最后，详细介绍了初始线路的生成方法，深入研究了遗传算 法在公交线网优化中的应用，运用所求的公交线网优化方案结合现有公交线网提 出了调整方法；并将该方法应用于湛江市公交线网布局优化，优化了2 0 1 0 年湛江 市常规公交线网，通过对优化线网进行评价，验证了本文所应用的方法和构建的 各种模型的可行性和实用性。 研究与应用结论表明，本研究成果能够使城市公交线网布局更合理，使公交 运能配置更科学，为改善城市公交的紧张局面提供了有效的解决办法。 关键词：公交线网；交通分布预测；约束条件；目标函数：线网布局优化 a b s t r a ( 了i 骶l eu r b a nt r 8 f f i cp “ b l 鲫h a sb e c o m em o r ea n d 肿r es e r i o us - i t ht h ea c c e l e r a t e d u r b 捌1 i z a t i o i i ，t h es o c i a le c o n o 哪yr a p i dd e v e l o p m e n ta n dt h eg r o - i n gp e o p l e st r i p d a 珏剐堪s 1 no r d e rt os o l 张t h eu 捕a nt r 8 f f i c 辨o b l 鼬，o 廿rc 棚n t r y 虹s $ 黔tc 锄s e 璐u s t h a tt l l ep u b li et 1 鑫n s p o r ts h o h l 畦b eg i v e 拜p r l o | i t yt od e v e l 卵强eo p t i 辩i 勰t i o no f p u b l i ct r a i l s p o r tn e t 粉ka r r a i l g 蝴e n ti st h ep r e c o n d i t i o no fg i v i n gp r i o r i t yt ot h e 1 l r b a np u b l i ct r a n s p o r td e v e l o p m e n t i ti so b y i o u s l yn e c e s s a 埘t oo p t i m i z et h ep u b l i c t r a 珏掰，o 室t 珏e t 帮) r k8 渤霸g e 骓e n t ， i 魏o l 畦e r 专魏8 tt h ep 毛南l i e 专蹴s 弦r 专e 羽l8 圭l e v i 8 t et h e 哪- b a nt r a f f i cp r e s s t l r e 硼t h er o a ds y s t 鲫8 n dm e e tt h et r i pd 伽慨n d - i t ht h e1 i 擅i t e d 1 a n dr e s o u r c e s f i r s to f8 l l ， t h i sp 8 p e r 量1 8 s 豫d e8 辨e d i c t i 鳃鲫a l y s i so fp r e s i d e n tt r 如 辩拜e 勰t i 镰删t r 玲8 t t r 8 c t i 哦o o 翻i | 塔蚀专h e 蠡陇r s t 襄g e t h e o 芏了l ok i l dt h e t r i pd i s t r i b u t i o np r e d i c t i o nm o d e l ， t h e n8 触l y z e dt h eo p t i m i z a t i o no b j e c t 龃d r e s t r i c t e dc o n d i t i o n so ft r a n s i tn e t 聃r ka r r a n g e m e n t ，甜l db u i l tt h et r a n 8 i tn e t 们r k o p t i m i z a t i o nm o d e lf r o mt h ep e r 8 p e c t i v eo fi m p r o v i n gt h el e v e lo fs e r c ea n d t h e e 贰e 栉r i 鼹si n t e r e s 隹。 f i n 8 l i 靠 i 娃如t 8 i li n t 取遽u e e dt h ei 莪i t i 8 ll i n e 辫o 矗王c t i 锄 辩t h 瓣，t h o r o u 曲l ys t u d i e dt h e 重l e r e d i t y8 l 秽o r i t h m t o o p t i 皿i z e i nt h ep u b l i c t r a n 8 舶r t a t i o n- i r et h ea p p l i c a t i o n ， u t i l i z e st h ep u b l i ct r 彻s p o r t a t i o n- i r e o p t i m i z a t i o np l a l lu n i 锄e x i s t i n gp u b l i ct r a n s p 0 肾t a t i - i r e 劬i c ha s k e dt op r o p o s e t h e8 d j n s 栅掰l tm e t h o d a n dt h i s 瓣o d e lh 8 sb e e n 尊摊- l i e dt ot h e 耕出l i ct r 飘辩 o r tn e 如融 8 r r 8 稳g 翱瓣n to p t i 瓣l z 雏i 8 拜鹾z 耘mj i 8 n ge i t y ，稚i c ho p t i 越 z e s 馕e2 0 l y e 8 r so r d i 潞碍 p u b l i ct r 8 n s p o r tn e t 们r k8 r r a i l g e m e n t ，8 n dv e r i f i e st h ef e a s i b i l i t ya n dp r a c t i c a b i l i t y o ft h ev a r i o u sm o d e l sb u i l ti nt h i sp a p e r 1 瓢er e s e 8 r c h8 n da p p l i e a t i 伽lc o n c l u s i o nn d i e a t et h a t 穗i ss t u d yr e s u l tc 8 nm 8 k e t h e 戳毫8 糕p u b l i ct r 耩n s p o r tn e t 獭觥k8 鞠癣g 越e 懿整o r er a t l e 黼l ，8 f 畦t k 纛e l i v e r y c a p a c i t ya l l o c a t i o nm o r es c i e n t i f i c 。_ i _ l i c hp r o v i d e sa ne f f e c t i v es o l u t i o nt oi 硼p r o v e t h et e n s es i t u a t i o no fu r b a np u b l i ct 瑚s p o r t 1 灌yw o r d s ：湘瑚“船押f k ；砸pd i s t m 蛞p r e d i c 虹o m o d e l ；摊s n 妣d 咖d i 抽n ；o b j d 椭c i i o n # n e h 呻r ka i r a n g e m e n lo p t i i n j z a t 硒n 重庆交通大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究 工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人 或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体， 均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名：耀签 日期：秒年年月日 重庆交通大学学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保 留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。 本人授权重庆交通大学可以将本学位论文的全部内容编入有关数据库进行检索， 可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 学位论文作者签名； 指导教师签名： 日期：d7 r 年午月f 石日 吼留年咖妙 第一章绪论 1 1 研究背景 第一章绪论 改革开放以来，随着我国城市社会经济水平大幅度提高，城市化进程不断加快，城 市范围面积成倍增长，城市社会经济文化活动空前繁荣，居民出行需求增长，城市交通 拥挤、堵塞、事故和环境污染等问题日益严重。从国内外发展历史经验证明，优先大力 发展城市公共交通是解决城市交通问题最有效的途径之一。目前我国城市公交需求迅速 增长，公共交通普遍面临着运能紧张、车辆不足、线路设置不合理等问题，居民。乘车 难”“出行难”的局面更加严重。因此，有必要进行公交线网布局优化，充分发挥公共 交通的优势，改善城市公交服务水平、提高公交营运效率、缓解公交紧张状况及方便居 民出行，使公交在有限的城市土地限制条件下，最大可能的减轻城市道路系统的交通压 力，减轻其它方式交通量对道路的占用率。 对公交线网布局进行合理、科学的规划，可以在有限的资源条件下，充分开发公交 自身的潜力，提高公交运营效率，增大载客容量和改善服务水平，实现公交运能科学配 置，其意义不言而喻。 城市公共交通主要有常规地面公共汽车交通和城市地铁、轻轨等轨道交通和b r t 。 目前我国城市公共交通的主体依然是常规地面公共汽车交通( 简称常规公交) ，本文将对 常规公交线网布局及优化方法进行研究。 1 2 国内外研究状况 国外对公交线网的研究起步比较早，目前在公交线网的布局及优化技术领域有较多 的研究。在6 0 年代初，由于科技发展水平和投资条件的限制，公交线网的布局优化采 用专家定线的方式，即在线网布设过程中，采用某权威机构或专家意见确定线网布局， 这种方法只定义了布设公交线网应当遵循的原则，多数为线网功能特性的叙述，很少使 用量化的分析。从6 0 年代至8 0 年代初，随着运筹学和系统工程学科的迅速发展，线路 网的确定多是运用系统工程和运筹学的有关原理、方法，在既定的目标函数下进行线网 的优化布设。具代表性的有l a m p k j n 掣1 】以乘客的舒适度和出行时间一起作为公交线网 服务指标，建立的网络设计模型。h i 惜c h 等1 2 】所做的公交网络优化问题研究，把公交线 网优化模型设计成一个固定需求模型。但这些模型着重于评价模型的建立，但缺乏较明 确的设计方法与步骤。与此同时，数学寻优法开始运用于线网优化中，此法是指将公交 线网的结构抽象为简单几何形状，在对出行供需关系分析的基础上，建立数学模型来确 第一章绪论 2 定最优的公交线路，一般这种方法适用于简单的路网。8 0 年代至今，d u b o i s 等人采用 启发式搜索方法建立了线路网生成模型；f e m a n d e z 等p j 采用组合数学方法，模拟决策 者的决策过程建立了大容量公交站点布局和设计专家系统；p a n n a i k 掣4 l 将遗传算法应 用到公交线网设计中，该模型以系统中乘客出行费用和运营费用综合最小为目标，通过 遗传算法进行优选；s u m v 钔等【5 】基于g i s 系统，对生成等时线地图的可行性进行分析， 提出了一种公交最佳路径选择的分析方法。 国内关于公交线网布局优化的研究始于8 0 年代，在公交线网优化模型方面，王志 栋1 6 】提出以乘客总出行时间最小、客流直达率最高、线网覆盖率最高、线路重复系数最 低、公交经济效益最高共五个目标的多目标规划方法；胡启渊i7 】也类似地提出了对乘客 直达率最大、线网的日均满载率最大、乘客的总出行时间最小、路线网络覆盖率最大、 路线重复系数最低和公交企业的经济利益最好这六个目标进行多目标规划；林柏梁等网 从组合优化的角度，提出了公交网络优化设计的非线性o 一1 规划模型，以乘客的出行时 问最短和实现公交网络的资金投入最少为目标函数，在满足车站容量限制的条件下，获 得公交线路的优化决策；单连龙等1 9 l 提出了用双层规划模型来描述连续平衡公交网络设 计问题。在求解公交线网优化模型方法方面，韩印等【1 0 j 提出城市公交线网调整优化的 p s o 算法，遗传算法等进化算法也被广泛地应用到公共交通网络设计中，并获得了很 大地成功；王炜1 1 1 疑出一种相对比较实用的公交网络逐条布设方法，这种方法以直达客 流量最大为目标，采用“逐条布设，优化成网”的思路进行线网优化；孙艳丰等和陈洪 仁等使用遗传算法，从不同的角度，对规划模型进行求解。杨超1 1 2 】等人则用图论方法， 以城市客流o d 分布为基本依据，给出了城市公共交通线网布局优化的图论模型。 综上所述，国内外对公交线网布局优化有一定的研究，但研究不够深入系统，所有 这些公交线网布局优化方法为继续探寻公交线网优化方面最科学实用的方法研究提供 了宝贵的经验借鉴，其中有很多值得研究的问题，本文将对其作深入系统的研究 1 3 本文的研究意义 建国以来，我国城市公共交通的发展经历了一个从繁荣到衰缓的过程。在这几十 年中，城市社会、经济结构发生了巨大变化，社会经济文化活动空前繁荣，居民出行需 求不断增长。但是，公共交通发展却很缓慢，其线网布局几十年不变，或变化不大或没 有遵循城市结构演变、居民出行趋势而变化，缺乏合理规划，造成部分公交线路过分饱 和、部分公交线路客源不足的现象，公交出行时间明显增加，使公交在城市客运中的主 要地位有所动摇1 1 m 。公交的发展已经处在城市交通发展的十字路口。 公交发展的停滞或倒退原因很多，有资金的原因，也有社会发展的原因，这说明我 第一章绪论 国城市公交规划缺乏科学性，尤其公交线网规划是应首先解决的问题。而其核心就是公 交线网布局优化。近年在世界汽车工业的大潮中，我国小汽车的数量急速猛增。尚不完 善的公交事业怎能承受住由于汽车工业发展而增加的私人小汽车浪潮的冲击，如果公交 不科学合理、快速发展，我国又会走西方发达国家的老路，城市交通将出现以私人交通 为主体的局面，这是我国国情不能容许的。因此，通过合理、科学规划公共交通线网， 将广大居民的出行吸引到公交上来，重新振兴公交事业，具有无比的紧迫感。 当然优先发展城市公共交通的内涵非常丰富。这包括公交发展政策、基础条件与公 交运营机制。我国公交运营机制还没有进入良性循环，城市中公交运营主体过多过烂。 公共服务设施、服务水平与居民对公交的需求之间有不小的差距。所有一切都影响着城 市公共交通系统功能的发挥、居民生活质量的改善和城市经济的正常发展但对公交线 网布局优化是优先发展城市公共交通的基础条件。进行公交线网布局优化，充分发挥公 共交通的优势，可以改善服务水平、提高道路利用率和营运效率、缓解公交紧张状况及 方便居民出行，进而缓解城市交通紧张状况。 1 4 本文主要研究内容、研究方法及技术路线 1 4 1 主要研究内容 以“四阶段法”为基础，建立公交生成、分布预测模型； 针对目前我国城市公交线网优化问题，从提高结合乘客服务水平与公交企业的 利益角度，建立了公共交通线网优化模型； 应用遗传算法，给出了求解线网优化模型的具体运算过程，介绍了对既有线网 调整的实施方法； 最后应用前面介绍的线网布设方法，针对实例加以验证评价 1 4 2 研究方法 论文以理论研究和实证分析相结合的方式构建研究框架，以定性和定量分析相结合 的方式对每一专题展开讨论。理论研究以引介观点为主，问以评述和创新，主要应用引 力模型法对出行分布进行预测分析，应用最短路径法进行交通分配，应用遗传算法进行 公交线网布局优化，并对线网布局优化进行评价，实证分析以具体项目研究为主。 1 4 3 技术路线 本文的技术路线如下图1 1 所示 第一章绪论 【确定研究范围】 i 线网优化研究内容i l ll l 资料收集与分析ii 相关文献回顾 i 【公交需求预测l i 交通需求预测模式i i 交通生成预测分析i 交通分布预测分析f u 【公交线网优化目标与约束】 影响线网优化目标的因素 线网优化原财 公交线网设计的目标确定 公交线网优化目标函数 线网整体约束条件 【公交线网布局优化方法】 i 公交线网优化模式l i 产生可选线路集 ll 基于遗传算法的公交线网优化l i 结合既有线网的调整i l 【龇罴优化】l 图1 1 公交线网布局优化研究的技术路线 4 第二章公交客流需求发展预测分析 第二章公交客流需求发展预测分析 交通需求预测，就是根据交通系统及其外部系统的过去和现状交通信息预测未来的 交通信息，根据历史经验、客观资料和逻辑判断，寻求交通系统的发展规律和未来趋势 过程。因此，公共交通需求预测是进行城市公共交通规划、建设、管理与控制的基础， 也是交通规划的关键，可为宏观上指导城市公共交通的发展提供决策依据。 2 1 公交客流需求预测原则与模式 2 1 1 交通需求预测原则 科学的预测原则，在很大程度上保障了预测方法的科学性、实用性和可操作性，以 及预测结果的客观和准确1 1 1 】。 1 1 理论与实践相结合 公共交通需求预测是一项实际操作性很强的工作，将预测理论和实践工作进行有机 结合，灵活运用预测理论，是得出科学的预测结果的基本保障。 2 1 系统化的思想 城市公共交通系统作为城市客运交通系统的一个子系统，既有其内在的运行机制又 受外部环境条件的制约。因此，研究时要将其包含在城市客运交通系统的客观环境中， 寻求与城市总体规划的平衡，以及整个城市交通系统与外部系统的协调。 3 该；观与微观相结合 在社会经济预测和交通方式划分预测中，坚持宏观与微观相结合的预测原则，显得 尤为重要。 舢定性与定量相结合 定性分析预测着眼于对事物质的判断，其正确与否主要依靠预测者的洞察能力并借 助经验和逻辑推断完成；而定量分析预测是在前者的基础上采用数学方法完成，重在 “量”上。二者的有机结合才能对城市公共交通的发展有客观的、科学的预测。 5 1 发展与控制相结合 近年来，交通研究领域对交通需求管理的日益重视已经充分说明该原则的重要性。 一方面，大力发展城市公共交通是解决目前国内外城市交通拥堵问题的有效途径；另一方 面，在拟定城市综合交通体系的发展方向，协调发展城市各种交通方式的基础上，针对 城市实际情况( 如对城市公共交通内部的各种具体的公共交通工具的发展规模) 进行必 要的、合理的控制和管理。 第二章公交客流需求发展预测分析 6 在实际规划过程中如果坚持贯彻以上预测原则，将对城市交通需求预测工作大有裨 益。 2 1 2 城市公共交通需求预测模式 目前我国广泛采用的城市交通规划交通需求预测方法仍然是“四阶段”预测分析的 模式。所谓“四阶段”预测实质上是将城市交通规划中需要完成的交通需求预测任务分 成四个子任务来依次完成。即依次进行交通生成量预测、出行分布预测、交通方式分担 率预测以及交通量分配预测。这种预测方法的特点是通用性强、精确度高，尤其是对发 展己趋于稳定的城市比较有效。 本文以四阶段法为基础，以上述预测原则为前提，考虑从全方式居民出行生成预测 着手，至居民出行分布预测，再至居民的交通方式划分，得出规划年的公交出行分布o d 矩阵。预测流程如图2 1 ： 社会经济发展 土地利用 区位 出行目的 交通设施 交通工具 社会经济发展 交通政策 交通出行 产生预测 交通出行 吸引预测 交通出行 分布预测 交通出行 方式划分 规划年。一d 交通量 享苎! 、曼 一交通出行调查 出行总量l 小区特点 土地利用 出行目的 交通区间关系特性 出行目的 出行时间 图2 1 公交的o - d 交通量预测总体思路 2 2 交通生成预测分析 交通生成预测是“四阶段”交通需求预测模型的第一阶段，它通过数学方法来建立 第二章公交客流需求发展预测分析 7 人口、社会经济、土地使用和交通实施对研究区域的各个交通小区的交通需求造成的变 化。它往往采用统计学的思想来处理数据，并试图找出它们之间的逻辑关系，得到研究 小区的交通生成规律。它包括出行发生预测和出行吸引预测。 2 2 1 居民出行0 d 推算 为了全面把握居民出行规律，特别是居民利用公交方式的出行情况，用o d 量来推 算城区居民全方式出行情况以及公交客流情况。具体推算如下： 2 2 1 1 推算方法 1 ) 现状公交客流0 d 矩阵的生成方法与建榭3 l l 现状公交客流0 d 矩阵是通过调查或分析计算获得的规划城市境内各个交通小区之 间公交客流现状相互交换量形成的矩阵，是进行未来公交客流0 0 分布预测的基础。本 文提出基于公交线路日均客运量q 来推算公交现状o d 量，其基本原理和推算简介如下： 如图2 2 ，设规划的城市境分为弗个交通小区，分别编号为1 、2 、3 、4 刀，则公 交客流o d 分布矩阵r 为： r - 【瓦】( f ；1 、2 玎；，= l 、2 一) ( 2 1 ) 式中：瓦一为交通小区f 到小区，的公交客流量。 图2 2 公交客流分布与规划区关系示意图 从图2 2 中可以看出，每个交通小区的公交客流是以公交主要站点( 包括首末站、 枢纽站、换乘站) $ 进行聚散，沿公交线路f 。进行流动的。当交通小区划分合适时，一 条公交线路一般要穿过几个交通小区，公交线路在空间上是具有一定方向性的。根据人 们选择公交出行的心理与行为，公交线路的方向基本能反映公交客流的流向。基于公交 线路与公交客流这种固有特性与关系，本文提出了对公交线路进行客流统计，分析建模 推算公交客流现状0 d 的思路与方法。 每条公交线路的客运量一般为公交出行o d 量的线性组合。引入一个分配函数( 系 第二章公交客流需求发展预测分析 8 数) ，把每条公交线路的客流量按合理比例( 权重) 直接分配到其经过的相关交通小区 之间的现状公交o d 表中进行累加修正，最后得到交通小区之间现状客流0 d 分布。小区 f 到，之间的客流量巧可以表达为： 巧。善轰瓯 ( 2 2 ) 式中： q 艉一通过交通小区f 到交通小区j 的第研路公交线路的单位总客运量； ，枷一第肼路公交线路在交通小区f 到交通小区，的客流量分配函数( 系数) ； 芝，枷一第肼路公交线路穿过七个交通小区的分配函数( 系数) 之和； 毒t 一第m 路公交线路的单位总客运量在交通小区f 到交通小区，的分配权 重。 从公式( 2 2 ) 看出，要形成公交客流现状o d ，重要是获取客流量分配函数( 系数) ，咖 2 ) 分配函数( 系数) 允。的确定 根据有关调查统计资料表明，大多数城市居民出行中基于家的出行占了出行很大比 例，出行产生与交通小区住户人口特性、收入水平、人口数量以及交通工具的拥有情况 直接相关，出行吸引则主要与建筑面积及用地性质直接相关。由交通分布重力模型可知， 交通小区f 到交通小区j 的交通分布量应与交通小区i 的交通产生量、交通小区j 的交 通吸引量成正比，与交通小区i 和交通小区j 之间的交通阻抗函数，( l 。) 成反比。因此， 公交分配函数( 系数) 。主要与交通小区珀g 人口数量、与交通小区，的用地性质有关， 可定义为： 丘。轰轰等删 ( 2 3 ， 式中： 爿。一第m 条公交线路经过的交通小区f 的入口数量； t 厶一第肼条公交线路经过的所有( 七个) 交通小区人口数量之和； s ，一第m 条公交线路经过的交通小区j 的第p 类用地性质面积； 第二章公交客流需求发展预测分析 9 器，枷一筹热蠢公交线路经过交逶夺区j 懿麓尹类毪获薅愁辩公交承啜零 投 重； s 枷一第m 条公交线鼹经过豹交遥夺嚣，魏各耱掰建瞧覆按举瓣 税黧簿戮静啜琴l 面积乏秘； 茏羚，枷+ s 枷一第掰条公交缎路经过熬辑蠢交遴夸区按誉翳纹重得瓣懿 吸号| 甄积之和； ，魄 一公茭交逶黻抗穗羧，簿为公共汽车线路簸交遴夺区i 戮交逶夺嚣歹鲢 主要袋交站点长度( 单位：公里) 的函数。 珂燕在获彀突逶套嚣天弱数爨与缝利爝蛙震下，遴过建立公熬交逶夔魏爨簸 ，( ，按照隧上模型可戳获取客流量分配黼数( 系数) 。鞭诧分析计算中，逮宜 公菸交遴疆撬霸数，( 幺跫关德。 2 | 2 。2 窭行发擞预测分糈 出稽发玺颧测瓣主要强务怒势摄影夔凄静发生熬毽索岛出蠢发生爨之麓豹关系、建 立出行发生量预测模墅，为下一疹线跨筑佬凇备基礁数掇。 2 2 2 1 出行发嫩的影响因素 在交透露求颈溯孛，影魏交遴产生熬毽索缀多。邋进瓣犬塞资料数攫秘统谤分裁剪 帮，霹能影确瓣涎逝行绽整翁奎簧蹰素蘩下： 1 ) 家庭收入 2 ) 家蹇残受懿耩 3 ) 寡庭成受数慧 4 ) 轿车拥裔鬣 5 ) 缝偷毯 8 ) 羼民密发 7 胃速瞧 黼四种因豢缀常研究家庭的魁行发生，黼土地价值和属民密殿一般用予小区出杼发 生的磺究。可逖性会提供灏交通系统发生变化时的出行发嫩模型的弹饿，使模型更舆适 应馥。 2 2 2 ，2 出行发= 敷模型 艨民出行产擞预测鲍方法较多，经常使煺躲套；豳烟模型法、家纛类别分析法、邀 第二章公交客流需求发展预测分析 1 0 长率法、时间序列法等f 1 麓i 1 4 1 。 1 ) 回归模型法 淫妇模鍪 法主要楚建立出行鬃窝耀关爨素懿丞数荚系，获藏类攫鬏溅。在矮凳爨行 发擞预测中一般以土地利用强度指标为自变嫩，如小聪人口数、劳动力资源数、就妣岗 位数、各类土地利用面积等，然詹依据居民出行o _ 曲调查数攒建立模型。 线牲回麓赣铡模鹫豹基本形式为： y 口+ y 岛置 ( 2 4 ) 掣。 式审，y 交遴小区凄符产生塞 置一第1 种土地利用强度指标 露，巍一回爨系数 回归预测模型的主臻优点是函数关系明确，可用统计检验方法模型精度。其缺点表 现程常用的l ，一口+ 厶z 方程具体威用时，有时出现相关系数较高但其4 较大的情况，造 残滋行率崮瑰寝羧上舞、下降静瑗象。 2 ) 家庭类别分析法 家庭类别嫩成模型怒根据交遴调查数据鲮参考楣美城市资料，按土蟪零l 用性威、社 会经济特性等，将出行象体分类，确定各类蹴行率。一般来说，国外在该方法中采用的 出行主体的基本单位是家庭。该模型方法基本描述为；把家庭按家庭结构、家庭收入或 者汽车翔骞率鹣不溺翔淤分类，菇袄据居民掇行。- 嘈调查统谤瓣务癸类甏瓣家庭擎蚜 的出行率和家庭的总数来计算出行量。其基本形式如下： g - 窆i 磊 一e x p ( 一筘晦) 式中，芦为待标定的阻抗参数。 蒺特煮慧l 、夷骚了当冬趋遥予。孵，会使毛趋邋予无穷大鹣缺点；2 、当冬充分大 时，指数函数变化趋于平缓，阻抗对出行分布的影响越来越小。这恰与实际不相符。 3 ) g a 蕊a 涵数：，锈) - 酽哪( 一筘) 式中，多为待标定的阻抗参数。 其特点是l 、综合了幂函数和指数函数的特性；2 、参数标寇起来比较复杂，计算量 较犬，窦嚣瘦矮较多。 踅力模型中最重要的一环是对重力模型进行标定，目的是求得在现状年的交通状态 下空间距离的隰抗函数，纯 与出行距离( 或时间、费朋) 之间的函数关系式的各项参数。 踅力模型的特点式缡构简单，适用范围较广，没裔完整的现状o _ 固袭也可以进行 推算。较好的解决了增长系数法存在的问题。它的缺点是对短距离出行的分布预测擞偏 太，特巍是区内出行。 2 3 2 3 本文采用的出 予分布预测模型 以往的资孝毒统计显承，居民豹区内出符葶珏区闻出褥特性有缀大的不霞，医内良步行 为主，区间戳公交和自静车等交通菸聚为主。根据这一特点，本预测拟采糟出行分布和 出彳亍方式选择相结合的模型来预测公交出行分布矩阵。在预测公交出行分布时，将交通 窭符分毒矩簿分隽区内公交出孬秘嚣阗公交爨孽亍嚣郝分， 第二章公交客流需求发展预测分析 1 6 1 ) 区内公交出行 在预测区内公交出行量时，将其占公交出行总量的比例视为常数，也就是说，在预 测年的区内公交出行比例与基年保持不变。 2 ) 区间公交出行 - 影响区间公交出行的因素众多，如全部客运出生量、全部客运吸引量、公交行程时 问、自行车行程时间、小汽车行程时间、小区面积、公交线网密度、站点密度、公共交 通费用、自行车交通费用、小汽车交通费用、居民人均收入等。在这些影响因素中，有 些因素收集比较困难、不容易量化；有些因素对公交出行影响较小，因此要对上面提到 的因素进行舍取。利用历史数据，经过逐步回归，得到对公交出行有显著影响的六个因 素：全部客运出生量、全部客运吸引量、公交行程时闯、自行车行程时间、小区面积、 站点密度。参照重力分布模型，将上面得到的六个因素作为因变量建立出行分布预测模 型如下： 一岛印矽瑶啦矽跆 ( 2 1 6 ) 式中：一f 区到，区的公交出行量( 人次) g f 区客运出行产生量( 人次) 彳，一，区客运出行吸引量( 人次) 一f 区到，区的最短公交出行时间( 分钟) 一f 区到，区的最短自行车出行时间( 分钟) b f 区和j 区的面积之和( 公顷) & 一f 区到，区的运营公交站点数( 个) 风、届，岛、岛、反、尼，见一待定系数，可利用现状数据进行回归分析而得 到。 2 4 居民出行方式分担预测 从目前国内城市交通预测的实践看，在进行居民出行方式划分预测时，一个普遍的 趋势是定性和定量分析相结合，在宏观上依据未来国家经济政策、交通政策及相关城市 的比较来对未来城市交通结构做出估计，然后在此基础上进行微观预测。因为影响居 民出行方式结构的因素很多，社会、经济、政策( 尤其是城市交通发展政策) 、城市布 局、交通基础设施水平、地理环境及居民出行行为心理、生活水平等均从不同侧面影响 第二章公交客流需求发展预测分析 1 7 屠氐出行方式结构，箕演变规律缎难雳单一豹数学模溅或表运式来播述。尤其是在我国 经济水平，居民的物质嫩活水平述相对落后，居民出杼以非弹性出行占绝大部分，腮民 出移方式可选择余建不大豹馕况，传统熬转移夔线法袋壤率选器法等黢学逶震。掰戳 在麟民出行方试划分的预测中，一般采用这样的思路：宏观与微观相结合，宏观指鼯微 观预测【l l l 。 酋先在宏观上考虑该城市瑗狡藩民密纷方式结稳及冀内在淼因，定性分析辘带来来 布局、规模变化趋势，交通系统建设发展趋势，居民出行方式选择决策趋姆，并与可比 的鸯关城市邀褥眈较，绫会城市交逶发展政策缒铡定，兹步德谤艇划年城枣交逶结槐可 能的取值。 其次在微观上，根据城市居怒出行调查资料统计计算出不同距离下备种方式分担 攀，然惹，考纛各交逶穷式特点、傀熹、姣熹、最佳服务距离，不圈交逶方式之瓣豹 竞争转移的可能性以及腰民出行选择行为心理等因素，对现状分担率进行修正，以若干 次试簿，使城枣总体交遴结构分布傻落在第一步魇估计的可能取健范围内。该方法以转 移魏线为基础，但在应瑙上作了修改。 计算公式如下： 纛一磊最姣) ( 2 。l ? ) 式中，磁一交通小区j 剿j 第七种出行方式的出行量； 毛一览通小区f 列，的全方式出行量； 置峨 一在出符距离( 或蹴行时阕) 隽如时，居民采耀籀| | 静出褥方式的磁行 比例。 第纛章公交线网布局优化的目标与约束条件 第三章公交线网布局优化的图标与约束条件 3 1 公交线网优化原羽 在公交网终优化系绕中，公交线孵优化是进行车辘配置优傀、车辆调发优亿帮入员 调魔优化的基础和前提，也是决寇公交两络是否最优或较优的擞要因素，因此，公交线 网优化在公交网络优化中的地位熄最重要，也是最关键的，需要对其进行燕点和深入的 蓊究。 公交线潮优化虽然复杂，但仍有其必须遵守的原则1 1 7 l ： 1 ) 以满足城市居民鼹零上班、上学出行活动的爨求为主，兼顾文化、生活出行活 动韵需求； 2 ) 线路龙向尽量满足与主要客流方向一致，方便城市居民的乘车出杼； 3 ) 在主要客滚集黢点之阂，搽霹戆秀鼹壹迭公交线路，霞黎骞慧换象次数最少； 4 ) 在主要客流集散点之间，爆可能按最短距离布设线路，使乘客总出行时间最小： 5 ) 使规划区的线路分布均匀，尽量消除公交空自区； 6 ) 镬线路主垂搴客藏分意均匀，戳充分发挥车辆静运戆； 7 ) 使公交线网密度、线路非嫩线系数达到合理的范围，并符合国家标准的规定： 8 ) 尽量缳持瑗有公交线路的悫淘，萼鬟器民历年来形成毂黎车出行澎 曩。 3 。2 影响公交线网优化目栋的直接因素 公交线网规划是一个复杂的过程，它受到多方面闳索的影响【1 6 1 ，其中斑要包括： 交通嚣求：城市客运交通需求包括出移数量、如行分布和敷行路径匏选择，怒影 晌公交线网规翎的首要戮素。在一定的服务水平要求节，客运需求量大的嚣域要求布置 的公交线网客运能力较大；客运需求量过小的区域，由予路线客逡能力太低是不经济的， 因瑟不宣秀浚。爱鞋，璎怨戆公交线羁毒弱蔽瀵是大多数交逶鬟求懿要求，其骞服务范 围广、非直线系数小、出行时间短、直达率商( 换乘率低) 、可达性高( 步行距离短) 等特 点。 道路条彳串：城市道貉是公交绫随布置酌物质基戳和前提。对于常瓣公交线掰，翔 果没有道路网，公交线路就没有存在的依托。同时，即便道路网存在，也并非所有的道 路都逶合公交率辆行驶，还要考虑逡路足露线型、鼹瑟条俸彝容繁隈裁等瓣素。若遂路 条件蒺，如转弯半径过小、坡度陡长、路面负荷有限、路宽不慰时就不适合公交车辆行 驶。网此，在进行公交线网规划以前。可以将所有适合于公交车辆行驶的道路定义为公 第三章公交线网布局优化的目标与约束条件 1 9 交线网规捌静“基础道路网”，然瓣，将公交线圈布鬻在“基础道路弼”之上。 场站条件：起、终点站址可作为公交线网规划的约束条件，根据拟定的起终点生 成线秘，也霹在路线优像痿。投撵鼹线及车辆配置确定起终点站及其趣援。一般茨公交 车站可以在路线确定后，根据最优站距和车站长度的限制等情况确定。 车辆条件：影响线网规划的率辆条件包括车辆物理特性( 率长、宽、高、重等) 、 操俸蘸能( 车逡、加速撬力、转弯薯童径等) ，载客捂标( 艇、站霞数、额定载客量等) 秘车 队拥有车辆数簿。考虑其中物理特性和操作性能与道路条件的协调，可以确定公交线网 规划瓣“基破遂路鼹”。凑车辆总数、车辆戆载客能力翔路线的怒车数可决定鼹线总数、 车辆总数可以作为线弼规划的限制条件；也阿先规划线网根据路线配置车辆所需的总车 辆数，再考虑数量的限制。 效率嚣索：效率嚣素是捂公藏交逶线瓣单位投入( 懿每公鬃、每班次等) 获褥豹鞭 务效益，反映路线效益的指标有：每月行驶次数、每车次载客人数、每车公里载客人数、 每率公里收入、每车次收入和营运成本效益魄等。它誉仅反映爨线的运营状掘，还凝映 路线经过逾嚣的客运需求量和路线的服务瑕弓| 能力，鞠丽在规划中应特捌考虑效菔因 素。 羧篆嚣素：致策粪索蔻摇交逶警理竣蒙( 蘩车辆耱制纛钱毙缮麓) 、被会公乎绦障 政策( 如照顾边远地带屠民出行) 和土地发展政策( 如通过开辟公抉交通路线诱导出杼， 促进沿途地带的发展等) 。 诧努，还霸经济因素、文纯戮素和入髓匆年龄维成因素。 3 公交线网设计弱标的确定 出于燃料不足、交遴拥挤、遂路建设费用的快速域长等河题，设计和改善城市公共 交遗系统将是今后数十年豹主要社会责任。如果通过会理的设计公交弼络，实现恰巍的 公交服务水平，以激励出行者从依赖小汽车转移到使用公交出彳子上来，这熄问题将会得 蔓l 缓艇。然薅，要实瑷久靛在交逶王其主戆转换是一璜艰基嚣笺杂煞任务，一些专家甚 至认为：只要汽油仍然可以获得，小汽车出彳子者是否会转移到使用公交上求仍然是假得 怀疑的。因此，耍实现交通方式偏好上的转换，就必须进行有效的设计，褥有效的设计 必须楚戳霹一定静社函墩立一个含逶豹瑶标麓超点。 在指导公必交通线网规划的过程中，目标可以是定性的或定摄的。其中定量目标如 表3 。l 瘊列： 第三章公交线网布局优化的目标岛约束条件 公交车辆拥材率( 标台万人)全天线路满载率( ) 率菇辍务设蕤琵备骞全搴妨车溪觳务会格事辫 年度标台车慕建投资额( 万元标台车)月票交通赞率( ) 行车责任事故闻隔里程( 万k 皿次)零票交通费搴( ) 行车责任事赦死亡频率( 人万k m )居民年乘公交车次率( 次入) 线网密度( i u n k m 2 )上、下班出行时间占制度工作时间比率( ) 逡送车速k 努平均运距 莱客平均出行时间( m i n )完好车率( ) 行车准点率( 王作车率( 锥) 换乘距离( 曲率日幸亍程( k 田车丑) 乘客换车时间( m i n )里程利用率( ) 瘫峰满载攀( 嘧 孬车公里成本( 元吾车公里) 平均站距( m )百车公里利润率( 元西车公里) 换乘率( )露车公里收入( 元百率公里) 2 0 定量目标怒定性目标的数量化和模型化，定量目标和定性目标一起指导公交规划， 确定其发曩方羯秘发展黧点。由予瑗奏戆公交震户帮漤在戆公交震户翦霰器不霹、霹珙 不同的用户团体选择的燮通服务方式不同、不同城市的社会成员结构不同、以及环境约 束和资源限制等原因，确定一个城市的公交目标是一项复杂的任务。然而，要实现商效 熬交邋筑麓，妊须确立霹操终靛翳标丞数，确立交逶後先行为。 由于不同城市之间公交影响因素互不相同，对某一特定的城市来说，公交发展目标 应该是特定的、具体的。露时，政瓣匏公交政策对地方的公交艇划也有一定静影响，这 一煮，在目标确定过程巾也要予以考虑。 3 。3 。1 暑标设定的阶段 目标设定只是总体规划过程中的一部分，对城市公交系统的规划、实施、控制包括 六今童要的阶段： 1 ) 列出社区目录：必须详细表明可能影响公共交通的社区特征，包括出行起终点分 析、地理结构、土地使用情况、居住人口或可提供职能数及其分布，以及其它因素。 2 ) 确定秘区嚣稼：章嚣嚣标为公交发震懿重点窝职责捂羁方淘，也是蕤令撬翻j 曩程 要实现的目的所在。 3 ) 确定可行的交邋系统：这一除段的爨豹是确定不同的社会圈体可以选择的公交系 第三章公交线网布局优化的目标与约束条件 统( 如老年人、学生、上班族) 。 4 ) 选择运行目标：在这一阶段，运行目标的设定应根据具体的公交需求确定，目标 可以是针对某一社区居民团体的，也可以由整个社会的目标组合而成。 5 ) 设计并检验系统：对新设计和改造的公交系统、起终点设计、其它管理和运营决 策进行详细说明并检验其目标是否实现。 6 ) 实施、评价、及控制系统：在这一阶段，设计得以实施，对设计结果进行评价， 然后对设计作必要的修改，重复此过程以使实际结果尽可能的接近理想的结果。 3 3 2 影响目标确立的综合因素 前面分析了影响公交线网优化目标的直接因素。但是由十公交系统是一个复杂的系 统，它的影响范围和受影响范围都很广泛，因此，在确立公交发展目标的过程中还应综 合考虑其它影响因素。 影响公交发展目标的综合因素很多，一方面，不同的公交经营者所注重和关心的方 面不同：另一方面，由于不同的公共交通的使用者的社会经济地位、居住区域和出行需 求以及自身条件不同，对公交的使用要求不同，对公交线网优化的目标要求也不同。同 时，不同城市的自然条件和地理环境条件不同，对公交线网优化目标也会造成影响。因 此，应充分考虑影响公交线网优化目标函数确立的各种因素。 首先，影响公交线网优化目标的因素主要包括三个方面1 1 明： 1 ) 客观原因即社会问题：如道路费用建设、能量储备、环境污染、以及交通拥堵等： 2 ) 主观原因：不同市民团体的交通需求包括老年人、上班族、学生以及上街购物出 行者等； 3 ) 系统的影响和效率。 图3 1 表明了这三个方面以及其中的具体因素。可见，这三个方面是紧密相关的。 例如：一个社区以为老年人提供交通服务作为公交发展目标，这一目标应该在考虑到公 交效益和运营费用来源的基础上来决定其满足老年人出行需求目标的程度。 第三章公交线网布局优化的目标岛约束条件 图3 1 影响公交规划目标确定的因素 3 。3 3 确定弱标设是参与者 踟于社会成员结构复杂多样，弗且不嗣的社会成璺之闻存在不弼的麟点、偏爱、秘 动机，因此，鞭确定参与公交目标设定的入员很困难。不同的个体所反映的目标不嗣， 如上班族、出租车司机、商人、地产开发商对公交要求发展的目标显然就怒互不相同的。 这些令钵夔鼹焱专静爱袄蠢毯稍舞震夔社会群钵豹袋赢，寿黪囊予自身豹影羲力秘素 质，其观点并不能代表他( 她) 所属的群体的观点。因此，确定雕标必须收集和分析来自 社会的不同个人、群体、和机构的信息。 在很多情况下，获不溺社会群体中选出一些专驳豹目标确盛研究人员来确定公交发 展目标，他们代表市民利溢并在不同程度上受到个人和机构的影响。此外，开发正式的 或嚣蓬式敖售感渠道以倭解羁扶憨体上把掇柱会熬鬟要、翘憨， 孛突等。然嚣，凑予 信息系统尚不够完善，要考虑如何使社会上所有关心公交发展目标并将受到其影响的不 同个人和团体的信息到达这些专职的目标确嶷研究人员的手中。 鬻3 。2 表骥了选爰专职久受翡公交麓剡懿嚣标设定遗程。较会上个入辩群 搴熬麓患 和影响力传达绘专职人员，专职人员可以通过这一渠邋获取信息和建议。 专职人员黪责任是搬据这些傧爨得出耳撂。 第三章公交线网布局优化的目标与约束条件 重3 。2 公共交滋目标设定进程 选择合适的目标确恣酌信息来源应该考虑： 1 ) 市民关心的程度以及与公欺交通利益相符合的程度； 2 ) 来自不围群体帮缀织豹代袭表唆鳃豢疆交逶麓赵涉及戮豹方瑟豹蘩塞； 3 ) 有影晌力的入员在公共交邋项目和问题方面的经验； 4 ) 关于公挟交通规划的职责和范围方谳的信息在社会中引起争议的弼能程度。 4 公交线网优化的目标溺数 根据公交线网设计的原则与影响因素分析，以及公交经营者和使用者对公交要求目 的的分析研究，确定公交线网优化的各项耳标为： 1 )