（交通运输规划与管理专业论文）城市公共交通线网优化技术研究——以扬州市为例.pdf

论文摘要 城市公按交通规划是城市公共交通建设的基础和依据，公交线路系统的布设 不仅要符合巍前城市释流发生葶鞋分布的客观规律，而且反映朱来发展的交通变 纯。霞梵，大力发展道路乖j 用率缀高的城市公交，提离公交出纾沈例，适强减少道 路使用率低的自行车出行及非公交机动车，使城市公按交通布设更趋合理、科学， 是今螽一段辩麓内缓懿交遵供求矛詹静禳本密路。寂艨稀学方法瑟城审公交线黯 进行系统规划，使在客流调查基础上布设的公交线路系统最能有效地满熙城市居 爨瓣窭孬要袋，势使爨褥嚣阕聂缀，嚣辩能袋各转交遥骞瓿袋运，达娶整令系统熬 高效率、低成本的最健效果，意义十分重大。 本文逶避硬究城蠢公交网终戆优纯鼓零，对城零公共交遴题络优佬模型磋 究。以公交乘客分布壁( o - d 矩陴) 为依攒，以方便厢民出行为目的，并兼顾公 交公司的利靛，对公交线网进行优化，研炎城市公共交通嬲络优化系统灏关联鲍 主要指标，建立城市公变线网优化的数学模型，同时结合该模墅以扬闸市为实例， 对现有公交线网进行分析，并戍用建立的模型进行优化，进而对结果进聋亍评价。 a b s t 从c t a st h eb a s i so ft h eu r b a nt r a n s p o r t a t i o n p l a n n i n g ，t h ep u b l i ct r a n s p o r t a t i o n n e t w o r k p l a n n i n gi sn o to n l yg i v ee x p r e s s i o nt ot h er e g u l a t i o no ft h eu r b a n p a s s e n g e r p r o d u c t i o na n dd i s t r i b u t i o n , b u ta l s or e f l e c tt h et r a n s p o r t a t i o nc h a n g et e n d e n c yi n f u t u r e d e v e l o p i n gt h eu r b a nt r a n s p o r t a t i o n , r a i s i n gt h er a t eo ft h eb u s , r e d u c i n gt h e r a t eo f b i k e , m a k i n gt h et r a n s p o r t a t i o nn e t w o r km o r er e a s o n a b l ea n ds c i e n c e , i sv e r y i m p o r t a n t b e i n gp l a n n e ds c i e n t i f i c a l l y , u r b a nt r a n s p o r t a t i o nn e t w o r ks y s t e mw h i c hi s b a s e do nt h ep a s s e n g e r i n v e s t i g a t i o n , c a ns a t i s f yt h ep a s s e n g e re f f e c t i v e l ya n ds h o r t e n t h et r a v e lt i m e ，s ot h ew h o l et r a n s i ts y s t e mc a nu n i t ef l u e n t l y , r u ni nh i g h e s te f f i c i e n t a n dl o w e s tc o s t b yr e s e a r c h i n gt h eo p t i m i z a t i o nt e c h n i q u eo fp u b l i ct r a n s p o r t a t i o nn e t w o 叱 n e t w o r k o p t i m i z a t i o nm o d e l i sp u tf o r t hr e g a r d i n gt h el e a s tt r a v e lt i m e b yb u sa n dt h e l o w e s tc o s t 觞o b j e c t i o nf u n c t i o n ，f u r t h e r m o r e , t h er e l a t e di n d i c a t o rs y s t e mi sa l s o a n a l y z e d a sae x a m p l e ，t h ei m p r o v e dm o d e li s p u tf o r w a r df o ry a n g z h o uc i t y sp u b l i c t r a n s p o r t a t i o n n e t w o r k p l a n n i n g , a n du s i n gm a n y i n d i c a t o rt oe s t i m a t et h er e s u l t 绪论 第一节研究的意义 近年来，随着改革开放的深入和社会主义市场经济体制逐步确立，我国城市 的经济建设迅猛发展，基本建设规模不断扩大，这给城市建设带来了无限生机。 经济的迅速增长与发展，城市交通量急剧增长，同时也给我国城市带来了一系列 的交通问题，诸如：交通拥挤阻塞、交通噪声和废气污染严重等等。 我国的大部分城市经济发展迅速，而城市公共交通发展的速度却未能赶上城 市发展的水平，所以目前城市交通拥挤，市民“乘车难”的现象，仍然是一个非 常突出的问题。以扬州为例，扬州市的日客运量目前已达到1 7 4 万人次日，预 计2 0 0 5 年日客运量将达到2 0 4 万人次日，但目前扬州市整体公交线路网密度水 平仅为1 8 7 k m k m 2 ，远远低于2 5k i n k i n 2 的城市公共交通平均密度，在规划区存 在不少公交服务薄弱地区；每天上下班途中时间过长，不仅使人身体疲劳，而且 会引起劳动生产率下降，由于乘车难造成的损失是惊人的，所以，研究解决城市 公共交通问题是一项十分有意义的工作。 解决城市乘车难状况的措施和方法是多方面的，首先必须对各城市目前的交 通状况进行全面的调查、分析和研究，寻找出关键的问题，充分利用现有公共交 通设施来提高现有车辆的营运效率。大量资料表明，公交线网布局不合理是目前 我国城市公交的主要问题之一，因此，研究城市公交线路网布局具有普遍的现实 意义。它的主要意义归纳如下： ( 1 ) 城市公共交通营运线网的合理规划，具有提高公交营运效果和改善服 务质量的双重意义，尤其是公交紧张状况普遍存在，现阶段优化线网是缓解公交 紧张的主要措旌之一。 ( 2 ) 公交线路网优化与静、动态公共汽车运行调度优化一起构成公交系统 化的基础，它可以对公交系统的有效性、经济性、安全性和可靠性起到重要的作 用。 ( 3 ) 线路网方案和调度方案确定后，就可直接确定公共汽车的性能和数量， 也就是说，可以基本上确定公交公司的规模。所以，未来线路网规划是其他方面 规划的基础和前提，它可以为其他规划提供科学的基础依据。 ( 4 ) 建设良好的城市交通环境，推动土地开发和城市发展。城市土地利用 决定了城市不同社会经济活动在不同区域的集聚程度和分布特性，也决定了城市 客运交通发身、吸引源的分布特性，对城市客运交通新要求、客运交通网络布局 具有决定性的影响。合理的用地结构有利于客运交通系统的发展，而客运交通系 统的发展将促进用地结构的调接。 ( 5 ) 在认真调查的基础上，用科学的方法进行预测，并应用系统工程、网 络图论优化技术等学科知识，借助计算机这个现代化的计算工具进行优化计算， 更具有科学性和合理性。 第二节国内外研究概况 公交线路网的优化方法的发展，可以认为分为三个阶段：第一阶段，战后至 6 0 年代初，这阶段主要是采取经验定线法，这种方法有两种形式：一、自然沿 变法，主要是随着城市的扩大而使公交线路逐渐增加，增加的主要依据是市民的 反映和公交公司的观察和经验的总结；二、权威定线法：主要是依靠某些权威机 构或个人依据个人的经验或知识确定线路网方案。这种确定线路的主要优点是l 、 速度快，程序简单；2 、费用低；3 、较为符合某局部居民的出行习惯，缺点是l 、 缺乏整体性；2 、随着城市规模的扩大难免带有一定的盲目性。 第二阶段，6 0 年代至8 0 年代初，这阶段随着系统工程这门学科的发展应用， 线路网确定方法也随着进一步的改进，这阶段的主要方法是系统分析法，所谓系 统分析法是指利用系统分析的方法把城市公共交通系统分解成几个子系统，并进 一步分解成影响各种子系统的元素，然后利用往年的统计资料，对各个元素进行 定量计算分折，然后根据计算结果逆行布线，并用一定的指标进行评价，之后确 定优化方案，这个阶段的优点是：l 、布线成本低；2 、如果统计资料准确具有一 定的优化效果，特别是小城市，基本上能够说明问题，缺点是：l 、需要的统计 资料多；2 、过于粗线条和理想化：3 、城市规模太大时人工计算量太大，并且难 以保证准确度。 第三阶段，是上个世纪8 0 年代至今，这阶段是世界研究城市公共交通的高 潮，到现在，大概有十几种方法出现。 l 、国内分为两大类型：一类是单纯的定量模型，由上个世纪8 0 年代中杨兆 升、吴稼豪、熊桂林等设计的多种公交线网优化模型，这些模型基本上是围绕总 的出行时间，或者总的出行距离，或者总的直达客流量最大等为目标，运用数学 规划理论和方法建立的模型，其目标函数较为单一。9 0 年代，由于解决复杂模 型的求解算法不断被提出或完善，如模拟退火法、高级神经网络法、遗传算法。 现在，人们设计的公交网络优化模型也相对复杂一些，考虑问题全面一些，如运用 o l 规划问题模型设计的公交线网的非线性o - 1 规划模型，相应的还有运用双层 规划方法建立的模型等。 另一类是以定性为主的模型在实际中运用最多。这类模型有“逐条布设，优 化成网”，该方法在定线过程中，选取与客流走向一致的线路方向，通过采取线 路长度限制、线路运载能力限制、复线数量约束等措旖，基本上满足乘客量最大 化、线路均匀分布、客流分布均匀等优化目标，比较使用。城市公交线网调整p s o 算法，也是一种逐条、预选与搜索、优化成网方法。 2 、国外研究公交网络的配流问题，国外有大量的文献和研究成果。其中最为 典型的是8 0 年代提出的出行策略理论。基于出行策略理论的典型分配模型是 s p i e s s 和f l o r i a n ( 1 9 8 4 、1 9 8 9 ) 提出的适用于非拥挤公交网络的客流分配模型。 针对传统网络表示方法的不足，n g u y e n 和p a l l o t t i n o 在1 9 8 8 年引入了超级路径 的概念。在线路选定方面，比较具有代表性的有：n e w e l l ( 1 9 7 9 ) 和c e d e r ( 1 9 8 6 ) 等， 这些研究只是局限于单一线路的设计和重新设计，没有考虑整个公交网络的设计 或重新设计，也没有考虑公交用户的线路选择行为。 第三节研究内容 本文将对城市公交线路网优化进行研究，研究内容主要有： l 、公交线路网优化的基础研究： ( 1 ) 路网的分析，对于常规公交线网来说，道路网是公共交通网络的基础， 但并非所有的道路都适合公交车辆行驶。要考虑道路集合线形、路面条件弄口容量 限制等因素，并将所有适合公交车辆行驶的道路定为“基础道路网”； 1 2 ) 根据居民出行的o _ d 调查分析以及城市土地利用状况等其他有关数据 的调查分析基础上用“四阶段法”预测交通需求分布量( o - d 矩阵) ，遵循理论 与实践相结合的原则、系统化的原则、宏观与微双扭结合的原则、定量与定性相 结合的原则、发展与控制相结合的原则，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，从而得到规划年的公共交通出行分 布o - d 矩阵。 公共交通需求预测的内容包括社会经济预测和公共交通需求预测两大部分。 其中公共交通需求预测包括城市居民公共交通出行预测、城市流动人口公共交通 出行预测和城市对外公共交通出行预测。 2 、城市公共交通网络优化模型研究。以公交乘客分布量( o - d 矩阵) 为依 据，以方便居民出行为目的，并兼顾公交公司的利益，对公交线网进行优化，遵 循：1 ) 为更多的乘客提供服务；2 ) 使全体乘客的总出行时间，减少换乘次数； 3 ) 线网的效率最大；4 ) 保证适当的公交线网密度，即良好的可达性；5 ) 保证 线网的服务面积率，减少公交盲区。确定本论文对公交线网优化的主要目标集中 在1 ) 乘客直达率尽可能高；2 ) 公交线营运收入尽可能高；3 ) 线路的断面流量 尽可能均匀。并研究路线的约束条件，如停车场容量、道路宽度、公交车保有量 等能力约束。 3 、对城市公共交通网络优化内容进行评价。依据国家规范标准，对现有公交 发展水平以及公交线网优化的一些总体性指标进行评价，选择公交线路总长度、 线路总长度、线路重复系数、线路网密度等指标进行评价。 4 第二章 城市公共交通网络对道路网的基本要求 第一节城市道路网络概述 一、城市道路网络概述 1 9 6 3 年柯林布卡在专著城市汽车交通中明确提出道路网分级组成的 方法，并被英、美等国的道路规划手册采用，然而世界各国道路等级多以“快 速路”，“主干路”、“次干路”等加以称呼，但其内涵却各不相同。 l 、美国方法 美国是汽车交通十分发达的国家，城市道路分类方法极具代表性。表2 一l 是 美国城市道路详细分类及功能要求。从表中可以看出美国城市道路依据道路交通 流特性、道路两侧用地、道路间距、交叉口间距、交通流分担比例、车速限制及 停车限制等特征和条件分为高速路( f r e e w a ya n de x p r e s s w a y ) 、主干路( p r i m a r y a r t e r i a l ) 、次干路( s e c o n d a r ya r t e r i a l ) 、( c o l l e c t o r ) 与地方道路( l o c a l ) 五个等级。具体地，见表2 - 1 美国城市道路分类一览表表2 - 1 蝴连续间距承担最d 呶车速 等级停车各注 的比唰性( 英里)比例口i 葡眶限制 对干道系统通 高速路 5 1 0连续4l 英里4 5 5 5 禁止 行能力的补充 0 5 主干路5 一1 0连续l 一24 0 6 53 5 4 5禁止 英里 0 2 5一般道路系统 次干路 1 0 2 0连续0 5 12 5 4 03 0 - 3 5 英里禁止的骨架 集散可连 3 0 0 不鼓励 5 一l o( 0 55 一1 02 5 - 3 0 限制 道路续英尺通过性交通 地方不连 3 0 0不鼓励 6 0 - 8 0 不限制 1 0 3 02 5允许 道路续英尺通过性交通 2 、我国城市道路分类 国标城市道路交通规划设计规范将城市道路分为快速路、主干路、次 干路、支路四大类。国标指出城市道路分类依据包括道路在道路网中的地位、交 通功能以及对沿线建筑物的服务功能等诸多因素。此外，国标还对各类道路的设 计标准、道路两侧用地、交通管理等提出具体要求。国标城市道路交通规划设 计规范提出的各类道路规划要求： ( 1 ) 快速路 快速路应与其他干路构成系统，与城市对外公路有便捷的联系：快速路上的 机动车道两侧不应设置非机动车道，机动车道应设置中央隔离带：与快速路交汇 的道路数量应严格控制：快速路两侧不应设置公共建筑出入口。 ( 2 ) 主干路 主干路上的机动车与非机动车应分遵行驶：交叉口之问分隔机动车与非机动 车的分割带宣连续：主干路两侧不宜设置公共建筑物出入口。 ( 3 ) 次干路 次干路两侧可设置公共建筑物，并可设置机动车和非机动车的停车场、公共 交通站点和出租汽车服务站等。 ( 4 ) 支路 支路应与次干路和居住区、工业区、市中心区、市政公用设旅用地、交通设 施用地等内部道路相连接；支路可与平行快速路的道路相接，但不得与快速路直 接相接；在快速路两侧的支路需要连接时，应采用分离式立体交叉跨过或穿过快 速路；支路应满足公共交通线路行驶的要求。 二、城市道路网络的作用及形式担1 l 、城市道路网络的作用 城市道路网络是城市交通的主要组成部分，它负担着各种机动车、非机动车、 行人以及地面有轨交通的运行。城市道路既是交通规划的主脉，又是城市规划的 骨架，其网络结构布局是否合理，关系到城市规划和城市交通的大局，因而占有 重要的地位，起着举足轻重的作用： ( 1 ) 满足客货车流、人流的安全畅通，提高经济和社会效益 城市居民去上班、上学、购物、旅游观光、探亲访友以及参加各种经济、社 会、问题活动，都需要城市路网的服务。在社会主义市场经济条件下，“时问就 是金钱，效益就是生命”，人们对交通的快速、安全、舒适的要求也越来越高。 快速便捷的交通客运给居民节约出更多的休息和学习时间，产生社会效益；物质 生产是城市最基本的经济活动，生产所需要的原材料、机器设备、能源等要靠城 市道路运到生产厂家；厂家的产品又要靠道路运送到各销售点去销售，并且城市 的生产活动是由多部门、多层次共同来完成的，需要道路网络从中联络。因此， 城市的路网结构、布局越合理，则城市的生产效益越高，产品和资金的周转期越 短，从而可获得较好的经济效益。 ( 2 ) 促进城市土地的开发以及城市的发展与合理布局 城市道路路网布局形式和城市空间发展形态是相辅相成的关系。城市空间形 态的变化起源于城市她域空问结构的演化和波动，城市地域空闻结构的演变是城 市地域功能结构变化的直接反映和最终结果。城市地域功能结构变化的主要影响 因素是地域的土地价格和利用方式，某一地区的土地价格和利用方式很大程度上 取决于该地区的空间可达性。城市道路网和城市空间可达性是相互依存、彼此依 赖的。在某一特定时间，交通网络的结构和能力影响城区内部交通的便易程度， 即交通系统的特性决定遍及市区的空间可达性。某一城市空间可达性的变化对该 地区的土地利用具有直接影响，反映土地价格的地租曲线是一个所以距离变化的 减函数，随空间可达性变化的增函数，某一特定区位的土地潜在使用功能随空间 可达性的变化而变化。所以，一方面城市道路网络的结构和布局必须以城市现状 土地利用为基本立足点：另一方面，城市道路网规划应有意识地与未来城市规划 土地布局相结合，充分发挥交通的先导作用，诱导城市结构功能和土地利用的发 展。 ( 3 ) 引导城市居民出行方式的改变 在我国许多城市，特别是中小城市，由于居住的高密度与土地利用的集约化， 使得步行和自行仍然成为人民出行的重要方式。这与城市道路网络系统不完善同 拥挤引起的公共交通服务质量低有很大关系。1 9 9 4 年国家确定发展私人小汽车 作为国民经济的支柱产业政策，但城市交通调查表明，自行车与公共交通仍然是 居民的重要出行方式。如2 0 0 1 年扬州市进行的居民出行调查中，居民出行选择 步行和自行车的占6 0 ，选择公共汽车的仅占2 0 口优化城市公交线网，统一 制定运营图，扩大公共汽车的覆盖率、直达率，提高公交的交替系数，形成快速 客运交通走廊，从而诱导非机动车出行向公交转化是十分必要的。 7 ( 4 ) 改善城市环境 由于人口增长、工业生产发展以及交通运输工具的影响，现代城市居民面临 着环境污染的蔓延和生态环境的恶化。早在第二次全国环境保护会议上，明确制 订了经济建设、城乡建设、环境建设同步规划，同步实旖、同步发展，实现经济 效益、社会效益和环境效益同时发展的环境保护战略方针。进行城市交通规划， 也要考虑到提高城市居民生活质量和生活环境的要求。完善的城市道路网络将对 改善居民生活环境有以下几方面的作用： 完善的道路网络提高了公交车的运彳亍速度，减少了私人机动车的出行，减 少起污染物的排放； 层次分明，功能清晰的道路网络中各等级道路衔接良好，车流运行畅通， 减少了由于车辆停止与发动而产生的比其他正常行进时多数倍的污染物； 完善的道路网络减少了交通对居民生活环境的直接干扰，在很大程度上减 少交通产生的噪音、震动及污染，为城市居民创造良好的生活环境。 2 、城市道路网络的形式 城市道路网络形式是多种多样的，归纳和分析世界上现有城市道路网络形式 大致分为八种： ( 1 ) 线性或带形道路网 线性道路网是以一条干道为主轴，沿线两侧布置工业与民用建筑，从干道分 出一些支路联系每侧的建筑群。线形道路网布局又可以分为两种方式，一种方式 是千道一侧为居住区，另一侧是工业企业区，千道的中部中心区，两侧各有一个 副中心。另一个方式为沿干道为五个或多个建设区，中间为居住及行政商业服务 业中心，两侧各为一个工业企业区，最外侧各有居住区及商业服务业副中心和工 业区分开布局。 还有一种和线形道路网布局相似的带形城市道路网，这种布局往往以中间的 干道为主轴，两侧各有条和主轴平行的道路为辅助干道，这样以三条道路为主 要脉络和一些相垂直的支路，组成类似方格形的道路网。我国的兰州、深圳就有 这样的道路网络。 ( 2 ) 环行放射式道路网 这种道路网布局形式，从城市中心起向四周有若干条放射线和以城市中心为 圆心的几条环行线所组成，城市中心即为中心区四周分布几个副中心，比较理想 的布局方式是中心向四周一定范围内为居住区，包括工作、生活、商业服务业、 娱乐等，市区外围为工业区。城市用地由组团式组成，由城市干道和绿化地带分 隔。 ( 3 ) 方格形道路网 由东西向和南北向的平行线和垂直线所组成。我国城市道路网传统的形式多 为方格形，或称棋盘式的，北京、西安老城区道路网是典型代表。成都、桂林、 太原中心区( 老城) 也是方格式的，很多县城的道路网也是如此。 ( 4 ) 交通走廊式道路网 城市中心区道路网成一定割据后，城市沿着放射千道发展成交通走廊式道路 网。 ( 5 ) 方格环形放射式道路网 这种道路网中心区为方格形，向四周呈环形放射式发展，4 0 年来我国城市 道路网多采用这种布局形式。随着城市的发展以及和外地来往的增加，编制总体 规划中的道路网络，自然需要利用改造原有的放射线和发展新的放射线，同时一 方面为了便利各条放射线之间的联系，另一方面为了环节疏散中心区的交通问 题，于是环路应运而生，大城市一般需要几个环路，至于放射线的数量，随着城 市大小、地理位置以及相邻城市的关系而有所不同，大体上内地城市放射线较多， 沿海城市放射线较少，其放射线数量，可以从四五条到八九条。 ( 6 ) 手指式( 巴掌式) 道路网 这种道路网以五条放射呈手指式发展，市区以外沿着手指状的道路规划一些 重点建设区，每个重点建设区规划一个行政办公及商业服务业为主的副中心，手 指式放射线用几条环路联系起来。 ( 7 ) 星状放射式道路网 星状放射式道路网是和子母城市的布局( 即城市由市区和卫星城组成) 相配 套的，道路网从城市中心起呈放射状联系四个或更多个卫星城市，而城市由三个 或几个层次的同心圆所组成。 第二节城市公共交通对道路网络布局的基本要求 城市中各个组成部分，如市中心区、工业区、居住区和交通枢纽，借助于城 f 薷墨石嗣 项目i j快速路 i 主干路 | 次千路1 支路 l与人口( 万人)l ii b 一l 。一 二i 一i 一 i 加曲主 大l 2 0 0 l 8 0 1 6 0 | 4 0 !i 3 0 l 豢i 萼| - 了卜6 0 一8 0 卜4 0 6 0 | - 了h 3 0 | 设计速度；市| 2 0 0 | 4 0 ： i ( 1 皿h ) ；5 1； ； 筒( k i n k i n 撇：) 怿_ _ 一f f _ f ； 市 2 0 0 j 6 1 8 l 6 噌 4 _ 6 l 3 1 淫誓：竺! 引一。 2 0 0 i 4 0 1 4 j | 4 5 1 5 j l 4 0 1 5 0 | 1 5 3 0 c m ，；篓 。 ，。 ，。j1 5，20354 0 ，5 0 3 0 1 甫j 2 0 0 j 1 4 0 2f 1 b ( 1 ) 要求街道位置合理、主次分明、功能明确，使城市各区能有流畅、安 全、迅速和符合运输经济要求的交通系统。同时，合理确定街道性质和路幅布置、 适当放大交叉口间距、妥善组织平交叉口的车流、布置必要的立体交叉、力求快 慢车分流、人车分隔，以实施车流、行人“各从其类、各行其道”。 ( 2 ) 城市各区之间的道路数量和宽度要满足迅速疏散高峰车流薰和客流量 的需要。如果市内某些吸引人流地区的干道数量不够，就会影响全市道路网络的 合理布局。 在研究公交线网中，首先就是调查道路的宽度等因素，如果道路太窄，公共 汽车的运行速度将大大降低或者不能通行，在这种情况下开设线路是不经济不实 际的，因此，除了在一些比较特殊的地区，我们通常只在快速路、主干路和次干 路上布设公交线路，而尽量避免在路宽不到7 米的支路上布线。当宽度小于理想 值( 3 7 5 m ) 时，有可能使通行能力降低，一般是当道路宽度小于3 5 时，就应考虑 采用车辆通行能力折减系数，见表2 - 3 车道宽度对通行能力影响的折减系数表2 3 l车道宽度( m ) 3 5 03 2 53 0 02 7 5 2 5 0 l 通行能力q 的折减系数 1 0 00 9 4 30 8 5 2 0 7 7 40 7 5 0 通行汽车交通的需要。作为城市总平面规划骨架的干道数量及分布，既要满足交 通发展的需要，也要结合城市规模、现状和地形，尽能有利于建筑布置和环境保 护等方面的要求。干道系统密度越大，交通联系也就越方便；但密度过大，则交 叉口增多，影响行车速度和通行能力，同时也造成城市用地不经济，增加道路建 设投资和旧城改造拆迁工作量，并给居民生活环境带来很大干扰。 2 、各类路网承担的机动车交通流比例应恰当。如果道路网各类道路( 快速 路、主干道、次干道、支路) 承担的机动车交通流比例为： d 1 ：幺：0 3 ：q 4 = a 1 ：a ：q ：4 ，则道路网等级结构( 各级道路长度比例) 应为： 3 式中：a ，= 兀r f ( = 1 2 34 ) l 糟糟糟 卜 为城市各级道路有效长度系数 对于我国中等城市，合理的城市道路网比例应趋于快速路：主 干路：次干路：支路= l ：2 ：3 ：6 ，即呈三角形分布。 3 、路网连接度指数也从总体上反映了一个网络的成熟度。路网连接度指数 定义为： n j = 罗m ；n 百 式中：j 路网连接度指数； n 路网总的节点数； m 。第i 个节点所邻接的边数； 路网的j 值越高，表明路网断头路越少，成环成阏的程度越好，反之则越差。 根据研究，一般大中城市中路网连接度指数应在3 6 3 9 之间。 4 、机动车高峰小时道路网流量应小于理论路网容量。 理论路网容量：c a p = t r s t r d v = t r s x q l p ，当城市道路单位服务时间为小时 时，容量量纲为p c u h ：当单位服务时间为天时，容量量纲为p c u d 。本文所指容量 为机动车高峰小时道路网容量。 5 、尽量使大量的客货流能沿着最短的路线通行，达到运输工作量最小，交 通运输费用最省，采用非直线系数来衡量。非直线系数为街道起、终点间实际交 通距离与两点间直线距离之比值。一般应使主要干道的非直线系数尽量接近于l ， 而次干道的非直线系数也不能超过1 4 ，即不出现迂回的路线。 6 、充分结合城市自然特性，合理规划千道系统走向 自然地形对城市道路系统有很大影响，按交通运输的要求，城市干道线形宜 平而直。在地形起伏较大的地区或山区城市，就不宜达到平直的线形，这时，干 道的线形应结合地形，地貌与地质水文条件，适当调整干道的走向和位置。 道路的最大纵坡度在海拔2 0 0 0 m 以上或严寒冰冻地区的山岭、重丘四级公路 最大纵坡不应大于8 。当平面睦线地段具有坡度时，尤其是坡度大，曲线半径又 小的情况下，为了保证安全行车，提高通行能力，对纵坡度要进行折减，其折减值 分别为：海拔高度在3 0 0 0 m 4 0 0 0 m ，1 ：大于4 0 0 0 m 5 0 0 0 m ，2 ：5 0 0 0 m 以上，3 ，折 减后之最大坡度如小于4 ，仍采用4 。 第三章交通需求预测 交通需求预测“1 ，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 规律和未来趋势的过程。 一、交通分布的影响因素 公共交通和其他客运的o d 分布量预测是城市客运交通预测的重要部分，也 是公共交通线网规划的基础。城市客流的发展趋势和时空分布规律，与以下几点 主要的影响因素有关： l 、城市土地利用 随着城市化进程的加速，城市人口进一步积聚和城市用地的扩大，城市客流 量会随之增加，其时空分布规律也会随之发生某些大的变化。人们出行时问和出 行距离随着用地的扩大而增加。 2 、城市社会经济的发展 由于社会经济的发展，人民生活水平的提高，人均日出行次数的增加，对城 市交通提出了更高的要求。城市交通要为人民提供准时、安全、舒适等诸方面优 质的服务。 3 、城市家庭特征的变化 由于我国提倡一对夫妇只生一个孩子的政策，今后家庭人口结构及出行特征 将会发生变化，由此引起城市客流的变化。 4 、外向型经济的发展 随着改革开放政策的进一步贯彻执行，各城市外向型经济的发展，城市流动 人口将会有较大的增长，城市客流也会随之增长。目前一般大城市流动人口占城 市人口的2 0 一3 0 ，个别沿海城市高达5 0 ，深圳流动人口为城市人口的l 5 倍。 5 、城市道路基础设施的建设 目前我国大城市道路基础设施建设，按规划的不到5 0 。有的城市不到2 0 。 随着城市路网的进一步的完善，规划概念的进一步贯入，会使城市客流分布更趋 于均匀和合理。 6 、城露大型久淡褰数点戆分套襄建设 为有嗣于疏散城市交通，合理组织城市客流，城市大中型人流集散点的分布 鬟采用大分数小集中的原则。褥现状情况是，大城市| 置枣中心( b ) 圭| 叠区，是 建筑、人1 2 1 、工作岗位高密集地区，同时又是城市交通高密集地区，随着城市综 合开发，1 日市中心区人口、建筑、工作岗位更进一步积聚。j b 京、天津、上海、 大连等城带是典型代寝。这种继续强纯滔市中心静战略，必将导致城市交通工作 解次的困境，尤其是客运交通。 缄审客流羹魏秘程瑷获城帮客运交遴分橱熬墓獭上，技劐含乎我鬻实际渣况 的客运交通需求预测方法，对溅确科学的城市客运规划有着溅关重要的作用。 二、客运交逶霉浓颈溺方法 目前，网内外交邋需求方法多种多样，各具特饿，也存教问题。非聚类模型 就是其中之一。它是以个人毒亍必为基础攒述交逶行淹。# 聚类模型赛菸考虑多秘 因素并能充分利用数掭资料，从而具有较好的可操作性，适用于探讨短期性的交 邋政策，此外还有通过观测实际道路上的交通量来颊测交通量的方法；除上 遴方法外，最近，正立足予交邋行为酶本旗开发模塑。其中主要方法有；着眼予 家庭及工作场所等活动据点，分析交通行为；日常擞活中一日的行为链及分析多 拜孛瘫懿动态交通季亍兔。毽是，这些薪静棱篷在实舔斑瘸中还j 筝在着缀多翡溺题， 肖待于进一步的研究和发展。 嚣嚣除段羲测法“是经过了多年熬浚莛纛发震，瑰在爨愁普遍罴鬻翡方法。 虽然它存在祷工作量大、预测结果的可靠度不一定报高等缺点，但可通过开发简 便瞧预澳模爨、改进数据方法，农预测过程串不叛爱镶售患等来提离耩发。所以， 本文在选择城市交通浠求预测方法时，述是考虑了“四阶段法”。从全方式居民 出行产生着手，至居民出行分稚预测，秀瓤居民的交通方式划分，从面褥出规戈 华的出荦亍分布o d 矩簿。 图3 - 1 给出了用则阶段法预测城市客运交通需求的框架。 1 4 图3 - 1城市客运交通需求预测“四阶段法”框架 三、客运交通需求预测基本步骤1 基本步骤大致可分为： 1 、交通小区划分 以城市用地为特征的交通小区划分：是研究城市客运交通的基本单元，交通 小区的划分，( 1 ) 要考虑和现有行政晃限相结合；( 2 ) 考虑自然河流山脉的分割 及铁路等屏障；( 3 ) 考虑与路网布局相一致。一般同一用地类型的土地应尽量划 分成一个或若个交通小区，人口规模不致于相差太大，一般为2 4 万人口一一个 交通小区。 2 、交通调查 城市公共交通交通调查的内容包括城市社会经济及土地利用基础资料调查、 城市居民出行o _ d 调查、城市流动人口出行o _ d 调查、机动车出行o - d 调查、城 市公共交通现状调查、城市道路流量调查、城市道路设旌调查等方面。流量预测 时可充分应用交通调查所用的参数，建立起各类预测模型。没有交通调查资料的 城市，可采用时间序列趋势外推的预测方法。一般应采用十年以上的统计资料， 应用此方法预测近期客流量是可行的。但用于预测远期客流量时，采用趋势外推， 其预测精度就难以保证。 3 、城市居民出行生成预测 ( 1 ) 城市居民出行发生预测 城市居民出行发生预测按出行目的，如上班、上学、弹性、回程等分类进行， 预测的模型有家庭类别生成模型法、回归模型法、增长率法、发生率法、时间序 一分一一划一 一式r产 降 室 薰 列法等。 j 、客运吸引量预测 与居民出行发生预测类似，城市居民出行吸引预测也是按照上班、上学、弹 性、回程等类型分别建模，也有如回归法、吸引率法、时问序列法等。 但一般来说，对于一个城市，吸引总量与发生总量是平衡的，也就是说对于 一个城市产生与吸引在总量上是相等的。因此，客运吸引量通常根据交通区的商 业、文体、医疗、旅游等用地面积，采用土地利用类别吸引率法确定。 6 、居民出行分布预测 出彳亍分布是“四阶段法”的一个重要组成部分，居民出行分布是将预测的各 小区客运产生量、吸引量转化为未来各交通小区之间的出行交换量的过程，即要 得出由出行生成模型所预测的各出行端交通量与区间出行交换量的关系问题。预 测的方法有很多，大体上分为三类：( 1 ) 增长率法，是早期开发的交通分布预测 模型，它在考虑各小区发生量、吸引量的增长率的基础上，用现状0 - d 表来直接 推算未来的o _ d 表，在发展和演变的过程中产生了均匀增长率模型、平均增长率 模型、d e t r o i t 模型、f r a t a r 模型、f u r n e s s 模型等；( 2 ) 重力模型法，是国内 交通规划中使用最广泛的模型，是一种借鉴万有引力定律的空间互动关系模拟分 析的方法。它综合考虑了影响出行分布的区域社会经济增长因素和出行空间、时 间阻碍因素，该模型结构简单，适用范围较广，即使没有完整的现状o d 表也熊 进行推算预。根据约束情况的不同，有无约束、单约束和双约束重力模型等三种； ( 3 ) 概率模型法，它将小区的发生量以一定的概率分布到吸引小区的方法，但模 型结构复杂，需要的样本量较大，难于求解和标定，实际预测中很少应用。 对于我国中等城市，应用最广泛、精度最好的是双约束重力模型，对单约束 的重力加上约束条件，保证出行分布后的o _ d 矩阵中，满足以下条件： 巧= q 3 = 1 巧= 4 f = l 双约束重力模型的基本形式为： 乃= k ，k ，只a ji f ( t f ) 式中：k ，= z k ，a j f ( t 口) 】_ i ，k ，= z k 。，( 0 ) 】_ l 1 6 其中：五从交通小区j 到j 的出行量i 只交通小区j 的出行发生总量； 4 ，交通小区瑚出行吸引总量； a ，交通小区瑚出行吸引总量； 足，、k ，平衡系数； f ( t 。) 阻抗函数 目前，眺行程时间函数为交通阻抗最为常见。以行程时间函数为交通阻抗的 形式有多种，常用阻抗函数有如下三种形式： ( 1 ) 幂函数： f ( t 。) = f ； ( 2 ) 指数函数： f ( t o ) = e x p ( p t o ) ( 3 ) g a m a 函数：f ( t # ) = f ；e x p ( 肛g ) 7 、居民出行方式分担预测 城市交通系统中，居民在交通小区之间的出行是通过采用不同的交通方式实 现的。交通方式分担预测即指在进行了出行分布预测得到全方式o d 矩阵之后， 确定不同交通方式在小区间o _ d 量中所承担的比例。 交通方式划分预测现行的常用方法有转移曲线法、回归模型法和概率模型法 等几种。 从目前国内城市交通预测的实践看，在进行居行方式划分预测时，一个普遍 的趋势是定性与定量相结合，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结构作出估计，然后在此基础上进行微观观测。因为影 响居民出行防止结构的影响因素比较多，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、地理环境及经常民出行行为心理、生 活水平等均从不同侧面影响居民出行方式结构，其演变规律很难用单一的数学模 型或表达式来描述。尤其是在我国经济水平，居民的物质生活水平还相对落后， 居民出行以非弹性出行绝大部分，居民出行方式可选择余地不大的情况下，传统 的转移曲线法或概率选择法等难以使用。所以在居民出行方式划分的预测中，一 般采用这样的思路：宏观与微观相结合，宏观指导微观。 首先在宏观上考虑该城市现状居民出行方式结构其内在原因，定性分析城市 1 7 未来布局、规模变化趋势，交通系统建设发展趋势，解民出行方式选择决策趋势， 并与可比的窍关城市进行比较，结合城市交通发展政策的掣定，初步估计娥划年 城市交通结构可能的取值。 其次在镞溪上，援据城枣屡晁虫行谖娄瓷糙绫嚣诗算窭不冠距离下冬羚方式 分掇率，然后，考虑各交通方式特点、优点、缺点、最佳服务距离，不同交通方 式之阕翦竞争转移豹胃麓搜戮及屠鬣塞行邃择露为，沦瑾等戮素，藤现状分撵率连 行修雁，以瓣干次试算，使城市总体交通结构分布假落在第一步所估计的可能取 篷范滏之肉。该方法以转移穗线为蘩磕，键在应用上徽了修改。 实用的计算公式如下； ；巧鼻似) 式中，甄蛮遴，l 、区i 粥j 筻k 耱窭霉方式翡滋簿囊； 瓦交通小区i 到j 的全方式出行量； 置( 吒) 在出行距离( 或出行时间) 为墙时，屠民采用第k 种出行方式 懿爨行魄爨( 从距离鳇线上褥到) 。 第四章城市公共交通网络优化模型 第一节城市公共交通线网优化模型综述 改善公交营运系统，提高运输效率十分重要。如何改进公交线网，优化整个 交通网络，在这以前很多人对此都进行过有益的探讨。至今为止，对公交网络优 化的研究分成两大类型：一类是单纯的理论研究，既试图以单纯的定量模型解决 公交网络优化问题；另一类是以定性为主兼顾定量，在网络优化过程中一部分由 定景模型解决。 单纯的定量模型有8 0 年代中杨兆升“1 、吴稼豪“1 、熊桂林“1 等设计的多种公 交线网优化模型，这些模型基本上是围绕总的出行时间，或者总的出行距离，或者 总的直达客流量最大等为耳标，运用数学规划理论和方法建立的模型，其目标函 数较为单一，这对于复杂的公交线网系统过于简单，且未考虑线路的发车频率问 题、路段的共线问题。9 0 年代，由于解决复杂模型的求解算法不断被提出或完善， 如模拟退火法、高级神经网络法、遗传算法。但这些模型设计出的公交线网与实 际有很大的出入。 实际中以定性为主的模型在运用最多。这类模型有“逐步设计、优化成网” 方法h ，该方法在定线过程中，选取与客流走向一致的线路方向，通过采取线路长 度限制、线路运载能力限制、复线数量约束等措旖，基本上满足乘客量最大化、 线路均匀分布、客流均匀分布等优化目标，比较实用。城市公交线网调整优化p s0 算法“1 ，也是一种逐条预选与搜索、优化成网方法，该方法通过人工选取线路 选取的线路满足客流量的均匀分配、乘客的换乘次数、公交线路的长度等约束， 考虑了平均乘距最短、直达率最高、线网日均满载率最高的目标。但由于是人工 预选，无法确定是否达到或者局部达到目标。这二种方法均未考虑公交线路的共 线、线路的发车频率等问题。“在评价基础上的线网优化调整”，是一种典型的运 用专家经验法调整线网的方法，通过设立评价指标对现行公交网络的评价，在征 求专家建议的基础上调整公交网络，改善网络性能，达到优化目的，这种方法虽然 提出优化的目标，但由于是人工调整，无法进行整体优化，也无法考虑资金的最佳 利用。 1 9 第二节公交线网优化的原则、目标及约束 一、公交线网优化的原则“ 由于城市公交网络对城市居民生活有很大影响，所以城市公交网络的优化方 案必须以方便城市居民出行为目的，同时还要考虑公交线网的布局对整个城市交 通系统的影响及公交企业的效益。因此，在优化过程中应遵循以下原则： ( 1 ) 线路的走向必须与主要客流流向一致，以满足居民出行的需要； ( 2 ) 尽可能组织直达运输，使全服务区乘客总换乘次数最少； ( 3 ) 尽可能按最短距离布设线路，使全服务区乘客总出行时间最小； ( 4 ) 使规划区的线路分布均匀，尽量消除公交空白区； ( 5 ) 使线路上的客流分布均匀，以充分发挥运载工具的运能。 二、公交线网优化的目标 公交线网优化模型是一个典型的非线性。一l 规划问题，其目标和约束函数都 很复杂，考虑城市公交线网优化是一个多目标规划问题，结合中小城市的公交现 状，确定公共交通线网优化的目标为： ( 1 ) 为更多的乘客提供服务； ( 2 ) 使全体乘客的总出行时间更小，这要求尽可能地缩短出行距离，减少 换乘次数等； ( 3 ) 路线、线网的效率最大： ( 4 ) 保证适当的公交线网密度，即良好的可达性； ( 5 ) 保证线网的服务面积率，减少公交盲区。 三、公交优化的约束条件 公交线网的影响因素和约束条件较多，由影响因素( 1 ) 城市客运交通需求 ( 2 ) 道路条件( 3 ) 场站条件( 4 ) 车辆条件( 5 ) 效率因素( 6 ) 政策因素的限 制，约束条件分为单条路线的约束条件和线网整体的约束条件。单条路线的约束 条件在布线的每一条路线时考虑，线网整体的约束条件在线网整体形成后考虑。 单条路线的约束条件和线网整体的约束条件分述如下： l 、单条路线的约