公共交通系统的规划与设计课件

1、北京理工大学交通工程系赵亚男公共交通系统的规划与设计14.1 城市公共交通系统规划基本框架设计4.2 城市公共交通客流4.3 城市常规公共交通网络布局规划方法4.4 城市大中运量轨道交通系统规划方法4.5 城市公共交通客运场站规划方法研究4.6 南京市公共客运交通规划简介4.7 苏州市公共客运交通规划简介4.8 无锡市公共交通系统规划简介24.1 城市公共交通系统规划基本框架设计一、城市公共交通系统规划的层次与框架1. 城市公共交通规划的概念 （1）规划系指在一个确定的目标下选择的解决手段，广义的规划还包括目标的选定，即政策的拟定（Hutchinson，1974）。 3 （2）城市公共客运交通

2、规划是指根据城市发展规模、用地布局和道路网规划，在客流预测 的基础 上 ，确定公共交通车辆数 、线路、网络 、换乘枢纽和场站设施用地等，使公共交通客运能力满足客流高峰的需求（国家技术监督局、中华人民共和国建设部，1995）。 广义的公共交通规划包括确定公交系统目标与设计达到该目标的策略，并考虑公交系统与城市交通土地利用及与整个城市发展的关系。4三层规划模式 5 目前我国正处于城市城市交通城市公共交通系统的迅速发展时期，城市公共交通规划中或多或少包括了一些目标分析的内容。 城市公共交通系统做为三层规划系统中的底层系统，受到两个上层系统的制约，增加了目标分析的范围和难度。 我国过去的城市总体规划城

3、市交通规划城市公共交通规划自上而下的规划模式已难以适应日益活跃的各系统和不同地域、不同发展阶段的要求，因而提出了总体规划与交通规划相互协调的规划模式（刘冰等，1995；徐慰慈，1996），并推广到与城市公共交通规划的协调 。 62. 城市公共交通规划的目标、层次及期限（1）规划的目标 规划的内涵和外延都是广泛和灵活的，规划的目标也是多样的。在国外，涉及交通规划的有关条文一般以指南（guidline）或手册（handbook）的形式提出，而很少有规范（standard）。 城市公共交通规划一般为： 1）城市（道路）交通规划中的公共交通规划，作为上层系统规划的一部分内容 ，一般属于狭义规划概念的范

4、畴。7 2） 针对公共交通系统中的一部分或一个问题进行的公共交通专项规划。 如：轨道交通系统规划 ； 轨道交通系统接运公交 （feed bus）线网规划 ； 公共交通换乘枢纽规划 ； 常规公共交通线网规划 ； 常规公共交通场站规划 。 一个专项规划又可能着重于需求预测 、线 网、场站布局设计 、线 网客流分配及方案技术与经济评价等一个或几个方面的内容。 8 3）独立的城市公共客运交通系统规划（或城市交通规划的核心）。 一般属于广义规划概念的范畴，目标分析是规划中的重要内容。 特定城市的公共交通系统规划，需要根据城市的特点和性质，确定规划的目标。 整个城市公共交通系统规划可能由若干个专项规划组成

5、。 城市公共交通系统规划的目标一般为 ： 建立公共交通系统 ； 解决城市公交系统中存在的问题； 作为解决城市交通问题的关键途径。9（2）规划的期限 规划的目标与规划的期限是紧密相联的。 城市公共交通规划按规划期不同可分为：近期规划、远期规划和战略规划。 不同的规划期限要求有不同的研究范围规划内容 、规划方法和规划程式 。 1）战略规划 城市公共交通战略规划的主要目的是足够详细地检验各种不同的城市交通发展概念，分析每一比较方案的交通和运输含义，并推荐最好的发展模式（方案）。 10 战略规划中需要考虑较多的土地使用与交通的关系，考虑未来 20年或更远时期的方案的广泛效应而不是细节 ，对最有前途或可

6、行的比较方案进行更为详尽的交通系统规划（约翰布拉克，1987） 。 2）远期规划 城市公共交通远期规划研究 1015年内的公共交通系统是采用新系统还是改进现有系统，确定系统内部结构，进行较完整的方案（包括线网和场站枢纽）设计 。 远期规划方案可能需要较多的投资和较长的规划设计 、筹资及实施时间。 11 3）近期规划 城市公共交通近期 规划研究 310年内对现有系统的调整和优化，找出问题，分析原因并提 出相应的措施 ，还涉及交通工程设计和交通系统管理方面的内容。 近期规划方案一般对现状系统改动不是很大，在适当的资金范 围内，可以较快地付诸实施。 12规划期限与研究范围研究的范围还受到系统发展速度

7、的影响，如图所示。13 规划考虑的期限越长，研究涉及的范围越广，相应采用的模型和得到的结果也更为宏观，因而有所谓“近期宜细，远期可粗”的规划原则（交通部，1990）。 需要说明的是，三个规划期限的界定是人为的，反映了人类认识客观世界的三个层次。 人是规划的主体，这不仅体现了雅典宪章中指出的规划方案是为人类的活动而设计的 ，还体现在规划的过程是人完成的，是为人的决策服务的。 规划是人的认识和意识 的反映 ，是人对未来预测的基础上进行的决策。 14二、城市公共交通规划的框架设计 系统理论与方法是现代城市交通规划理论的基础（约翰布拉克，1987）。系统分析是一种态度和思想 ，是一种可以合理运用主观判

8、断对弱结构化问题进行决策的方法。因此希望依赖系统分析方法寻求一个简捷 固定的规划模式是不现实的。 规范化方法只能在特定的环境中，在实践经验的基础上暂时地获得。就具体的问题而言，可能给出规划的框架或流程，并可以随着问题外延的缩小而更加具体。 城市公共交通规划属于多目标决策问题，其决策符合多目标决策的一般过程（陈延，1989) 15完整的城市公共交通规划框架包括：从规划目标分析 规划主体流程设计 规划主体内容设计规划检验到规划实施的全过程。 其中规划的主体部分又包括：交通调查综合分析方案设计方案评价四个步骤。完整的城市公共交通规划框架16城市公共交通规划框架17 规划目标分析是价值判断的直接体现，

9、是规划工作的起点。一般考虑以下几方面的内容 ： （1）规划的项目背景； （2）规划依据，包括国家政策和地方发展战略； （3）规划的宗旨和原则，因规划项目不同，可能包括一般目标和特殊目标，要反映规划的思想方法、技术路线和应达到的要求。 规划目标按规划期可分为近期目标、远期目标和战略目标。典型的目标分析框图如图所示。1. 规划目标分析 18目标分析的过程 国外规划过程中一般非常注重目标分析的工作，目前我国的实践中往往对目标分析认识不足，趋于形式化，深度不够。 19 城市公共交通规划流程设计包括依据规划目标确定规划内容和规划策略。 规划策略是指工作程序的模式，常见的有线性策略、可展策略、循环策略、适

10、应性策略、趋优策略、随机探索等。 城市公共交通规划模型与方法中，公交客流预测中的一次最短路交通分配属于线性策略；分级或迭代交通分配方法属于循环策略；公交线网的调整属于趋优策略；路线搜索法属于随机探索；规划的滚动调整属于适应性策略等。 2. 规划主体流程设计20无锡市公共客运交通规划总体框架 213. 城市公共交通规划主体内容设计 城市公共交通规划的主体一般包括交通调查、综合分析、方案设计和方案评价四个步骤。 不同规划期对应的侧重内容不同。 城市公共交通规划不同规划期的侧重内容22 战略规划、远期规划、近期规划对应的规划分析与方案设计典型框架如下图所示，三者间是衔接的。城市公共交通系统战略规划的

11、典型框架23城市公共交通系统远期规划的典型框架24城市公共交通系统近期规划的典型框架254. 城市公共交通规划的检验 规划过程往往带有局限性，如规划中依据社会经济发展和城市总体规划进行需求预测，并按预测结果规划公共交通系统。 而实际上公交系统本身对客运需求量有着很大的影响。 因此有必要对规划的过程进行检验。 26 规划检验可分为规划实施前的事前检验和实施后的事后检验。 常采用循环规划策略、适应性（滚动调整）规划策略和逆向检验策略，后者是一种相对简单而有效 的规划检验方法。 例如，在方案设计后，由网络流量逆向推算交通分布量和生成量与正向预测过程比较 ，检验规划过程的可靠性。 275. 城市公共交

12、通规划的实施 规划实施是规划方案实现和发生作用的过程，它要求规划中进行实施方案设计，即在方案评价比选的基础上得到推荐方案之后，还要对所推荐的方案计算各种指标和详细说明方案的特点，并制定实施计划。 近期方案实施计划在说明和计划的内容上较具体，以便尽快付诸实施；远期方案实施设计则较粗略。 实施方案应尽可能使得规划方案在节省资金的同时发挥最大效益。 28实施方案设计实施方案设计主要包括 ： （1）实施的内容，如线路实施、场站建设、设备配置、材料购置、技术经济政策、企业机制和技术改革与培训及援助等； （2）实施的资金政策保障情况 ； （3）实施时间计划表。 294.2 城市公共交通线路网和线路规划一、

13、公共交通客流 公共交通客流是指城市居民为实现各类出行活动，借助各种公共交通工具，在城市范围内的有目的流动，包括数量、方向、距离、时间和地点等要素。30二、 城市公共交通客流特征1. 方向上的客流特征 ： 双向型 、单向型 2. 断面上的客流特征 ： 凸型 、平型 、 斜型 、 凹型 、不定型 3. 时间上的客流特征 ： 季节性变化 、节假日变化 、昼夜变化 31三、不同规模城市的主要公共交通方式32四、公共交通线路网和线路规划1. 公共交通线路网的类型设有中央终点设施的放射形网络 常用于小城市，所有的线路均使用同一个位于城市中央的终点站。 优点：乘客只需作不多于一次的换乘即可完成出行，管理调度

14、方便。缺点：对于切线状出行绕路多，出行距离和时间长。33 适合有地铁和轻轨的大城市。 优点：能提高客位利用率，主干线和驳运线路的车间距可以调整到任何选定的运力水平。主干线和驳运线相结合的网络 主干线和驳运线相结合34带有环线或切线状线路的放射形网络 优点：是直达出行率高，出行时间短。 经市中心的出行量可降到最低，能适应出行需求很大的城市。带有环线或切线35按几何形状分：公共交通网类型362. 公共交通线路网和线路规划的原则城市中有多种公交方式时，其线路网必须综合规划，组成一个整体。市区线路、郊区线路和对外交通线路，应紧密衔接，以方便乘客，协调各线路网的集疏能力。公交线网布局，应与城市用地规划范

15、围内主要客流的流向一致，各主要客流集散点之间应有直接的公交线路相连。公交线路的设置应根据城市的规模和客流量的大小而定。37快速有轨电车和地下铁道，应根据城市建成区现状和土地利用规划进行布局。要保证公交车的营运速度和实载率除了交通条件外，还必须有相应的公交车辆配备。某条公交线路的营运车辆数与其平均营运速度和实载率之间的关系为：城市公交的重复系数一般不应大于1.5，线路非直线系数不应大于1.4，乘客平均换乘系数，大城市不应大于1.5，中小城市不应大于1.3。当客流量较大时，可采用大运量的公共交通方式。383. 公共交通线路网的布局优化即在满足规划原则的条件下，寻找使整体效益最优的公交线网规划方案。

16、 整体效益可选用最能反映公交运营和服务的指标作为目标函数。如可采用居民公交出行总耗时最小及公交运营效益最大两个目标函数。满足目标函数的规划方案便可作为优选方案。394.3 城市常规公共交通网络布局规划方法一、城市常规公交线网1. 线网类型 （1）网格型（棋盘型）：西安、北京 （2）放射型（辐射型）（3）环型放射型： 成都、天津、哈尔滨 （4）自由型：重庆、大连、青岛 （5）混合型 4041（1）按线路与城市功能区划的关系分： 直径式线路、 辐射式线路、 绕行式线路 环形式线路、 切线式线路、 联络式线路（2）按线路在线网中的作用分： 客运干线、 客运支线（3）按营运时间分： 全营运线路、 高峰

17、营运线路 （3）按服务区域线路分： 市区线路、郊区线路、城镇线路 2. 线路类型42 （1）线路长度：指公交企业设置的固定营运线路的长度。 （2）非直线系数（1）：指行车路线起迄点间的实际里程与两点间的空间距离之比。 （3）公共交通网密度 ：指每单位城市用地面积中，所拥有的公共交通线路长度。 3. 公共交通线网特征43（1）平均站距的确定 需要综合考虑下列出行因素：1）乘客出行时间的节约；2）车辆营运速度的提高；3）客流的主要集散地点；4）城市街道的实际条件：5）城市交通管制等。实践中，多采用经验公式确定平均站距。4. 公共交通车站44 需要综合考虑下列出行因素：（1）方便乘客乘车、换乘，宜设

18、在乘客较多的地点和交叉路口附近；（2）设在交叉路口附近时，一般不宜过交叉路口，以减少信号灯影响所造成的速度损失；（3）便于车辆起动、加速，不宜设在上坡路段 ；（4）上下行间一道路运行时，在不影响道路畅通的前提下，尽可能使上、下行车站面相相邻；（5）下述地点不宜设站：道路转弯处、涵洞、桥梁、陡坡、消防栓旁、铁路道口、危险地段、路口及大型建筑物门前等。（2）站址的选择45二、城市常规公交线网规划的目的、思路及基本内容1. 城市公交线网规划的目的 城市常规公共交通系统是指在城市道路上运行的公共电车、汽车组成的交通系统，不包括轨道交通、出租车交通等非常规公共交通形式。 在城市公共交通中，常规公共交通是

19、主体，因此，不特别说明时，城市公共交通即指常规公共交通。 46城市常规公共交通线网布局规划的目的 （1）为城市居民提供安全、高效、经济、方便和舒适的服务； （2）提高公交运营效率，促进公共交通的发展； （3）建设良好的城市交通环境，推动土地开发和城市发展。 城市公共客运交通系统的规划方案是在多个备选系统方案的设计、模拟、优化和评价的基础上比较得到的。 备选系统方案来源于专家咨询和交通方式结构设计，每个备选方案可能只是一组交通结构和交通发展政策的约束。 在系统方案确定后，进行进一步的方案设计，其核心内容就是城市公交网络的优化。472. 城市公交线网规划的思路 城市公交线网优化的思路通常有两种模式

20、 ：解优法和证优法。 （1） 解优法（或正推法） 即根据对城市交通需求的预测，通过求特定目标函数的最优解 ，获得优化线网。 公交线网优化的解优法48（2）证优法（或验算法） 即对一个或几个线网备选方案进行评价，证实或选择较优方案。 公交线网优化的正优法 在实践应用中，两种方法常结合使用，如将解析优化线网与经验线网共 同构成备选线网集；对解析优化得到的线网根据实践经验进行调整；对经验线网的解析优化调整等。493. 城市公交线网规划的基本内容 城市公交线网优化的主要内容包括：（1） 交通需求分布预测 获得交通需求分布量（O-D矩阵）一般有两种方法： 1）按传统方法 根据居民出行调查和城市土地利用状

21、况按“四阶段法 ”进行预测 。 2）由于居民出行调查工作量较大，公交系统内部规划和近期规划常常采用基于线路客流量调查的客流估算方法（何显慈，1983）。50（2）线网的优化布设 线网优化布设一般在单条路线优化的基础上，考虑线网的整体优化，常采用以下方法 ： 1）“逐条布线，优化成网”法 按路线直达客流量最大布线，如王炜等（1992）将城市公交线网规划分为起讫站点拟定和线网生成两个部分 ，对所有起讫站点间可能的路线按直达客流量最大“逐条布设”。51 2）经验法 如“台北市大众运输路线研究规划”采用事先设定的公交线网方案，如方格线网、辐射型线网等。 3）拟合客流法 如在系统最优客流分配的基础上，用

22、“取大法”“舍小法”截取网络得到初始网络。 52（3）线网客流预测与评价 城市公交线网客流预测是指将前面预测的城市公共交通需求分布量 （O-D矩阵）分配到拟采用的公共交通网络上，确定公共交通网络中每一条公共交通线路的断面客流量及站点上下客流量。 53线网客流评价 城市公交线网评价是指根据城市的形态及预测的线网客流量，对设计的公共交通网络布局方案进行网络形态及交通质量等多方面的评价。 总之，城市公共交通线网优化目前尚无统一模型，方法较多，灵活性较大，一般采用寻优法 、拟优法或证优法求得较优可行解。54三、公交线网规划的影响因素 影响城市公共交通规划的因素是多方面的，一般情况下，在进行城市公交线网

23、规划时应主要考虑以下几个方面的因素。1. 城市客运交通需求 城市客运交通需求包括数量、分布和出行路径 的选择，是影响公交线网规划的首要因素。 在一定的服务水平要求下，客运需求量大的区域 ，要求布置的公交线网客运能力较大。 理想的公交线网布局应满足大多数交通需求的要求，具有服务范围广、非直线系数小、出行时间短、直达率高（换乘率低）、可达性高（步行距离短）等特点。 552. 道路条件 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，要考虑道路几何线型、路面条件和容量限制因素。若道路条件较差，如转弯半径过小、坡度陡长、路宽不足时，就不适合公交车辆行驶。 可以

24、将所有适合于公交车辆行驶 的道路定义为公交线网规划的基础道路网”。 当“基础道路网”中有较大空白区时，应对道路网络规划提出反馈意见，以保证“基础道路网”能满足公共交通网络布设的要求 。 563. 场站条件 起（终）点站址可作为公交线网规划的约束条件。 也可在路线优化后，根据路线配置的车辆确定起 （终 ）点站及其规模 ； 一般的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。 574. 车辆条件 影响线网规划的车辆条件包括车辆物理特性（车长、宽、高、重等）、操作性能（车速、加速能力、转弯半径等）、载客指标（坐、站位数 、额定载客量等）和车辆数。 考虑其中物理特性和操作性能与道

25、路条件的协调 ，可以确定公交线 网规划的“基础道路网”。 由车辆总数、车辆的载客能力和路线的配车数可决定路线总数。 车辆总数可作为线网规划的限制条件，也可先规划线网，根据路线配置车辆，得到所需的总车辆数，再考虑数量的限制。 58 车辆总数 、车辆的载客能力 、每条路线的配车数和客运量有如下关系 ：595. 效率因素 效率因素指公共交通线网单位投入（如每公里，每班次等）获得的服务效益。 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、每车公里收入、每车次收入、运营成本效益比等。 它不仅反映路线的运营状况，还反映路线经过地区的客运需求量和路线的服务吸引能力，因而在规划中，应特

26、别考虑路线线网效益因素。 606. 政策因素 城市公共交通系统与交通管理政策（如车辆管制与优先、服务水平管理、票价管理等）、社会公平保障政策（如照顾边远地带居民出行）、土地发展政策（如通过开辟公共交通路线诱导出行，促进沿途地带的发展）有关（Anon，1991）。 61四、城市公共交通线网优化的目标 城市公共交通网络对城市居民的生活有着很大影响，公共交通网络的规划与设计，必须以公交乘客分布量（O-D矩阵）为依据，以方便居民出行为目的，并兼顾公交企业效益。 因此，在规划或设计公共交通网络时，必须考虑以下目标对公共交通网络进行优化 。 621. 城市公共交通线网优化的目标为更多的乘客提供服务；使全体

27、乘客的总出行时间更小，这要求尽可能地缩短出行距离，减少换乘数次等；路线线 网的效率最大；保证适当的公交线网密度，即良好的可达性 ；保证线网的服务面积率，减少公交盲区。632. 处理多目标问题的常用方法 可见，城市公交线网优化是一个多目标规划的问题，但这些目标不是全部独立的，处理这个多目标问题有多种方法，常用的有三种。（1）将多个 目标合并成为一个目标函数 如采用费用最小的目标函数 ，A . N . Bansal （1981）提出的一个典型目标形式是，在已知固定需求条件下所有乘客的乘车和等车时间费用和车辆运营费用之和最小 ，即： 6465（2）先对一个核心目标求最优解 先对一个核心目标求最优解，

28、对其他目标以约束条件形式获得可行解，或保留多个最优解，进行多目标决策分析。 如 Christoph Mandl （1979）介绍的GF算法的第一目标是“路线最短”；王炜等（1992）以“最短路径直达客流量最大”为目标；A.N. Bansal（1981）对目标函数分析得出了“最少路线最短路布设”的等价优化目标。 66（3）对所有目标采用多目标综合决策方法 如胡润洲（1990）对总交通时间、直达率、道路覆盖率、通车密度、O-D客流完成率和公交公司效益最大等六项目标进行规范化，用加权求和的方法评价方案的好坏。 对各种形式的目标函数进行分析，并研究相应的规划实例，可知前述各种优化目标是相关的。 67

29、例如，目标（采用每车公里的运送的人公里形式）意味着： A在需求决定供给的规划模式下（可不考虑目标），总出行需求量是已知的，提高运营效率意味着必须缩短路线长度（目标）。 B在变需求的情况下 ，提高运营效率意味着必须缩短乘客出行时间（即目标），保证一定的线网密度（目标），以增大公交竞争力，吸引更多的乘客（目标）。 目标可做为约束条件 ，加入约束集 。 68或或69 线路最短路布设与各目标都有关 ，Bansal （1981）通过理论分析证明了最短路线接近最优解。也在各种线网优化方法中均有所体现。 此外，一般都只考虑直达客运量，体现了规划阶段系统的最优思想并简化了计算。70五、城市公交线网优化的约束条

30、件 公交线网规划的影响因素及约束条件较多，一般来说，约束条件可分单条路线的约束条件和线网整体的约束条件两类。1. 单条路线的约束条件（1）路线长度 71 线路长度与城市的规模、城市居民的平均乘距大小等有关。 路线过长，会增加系统的运营费用，线路过短不利于运营调度，也增加了乘客的换乘次数。 城市道路交通规划设计规范（国家技术监督局、中华人民共和国建设部，1995）建议线路长度 的限值按如下计算 ：72最大出行时耗、主要公交方式及常规公交线路的长度上限73 对于特定的公交线路，其长度有一个最优值。市区公交路线的平均长度是城市的半径（大城市）或直径（中、小城市），即 ： 按运营要求约为5km（王炜等

31、，1992）。 式（41）或式（42）74（2）路线非直线系数 公共交通线路长度与起、终点站间空间直线距离之比，称为路线的非直线系数，环形线路的非直线系数是对线路上的主要枢纽点（或最远的两节点）间来衡量的。 对于同心圆式发展的城市可采用公式（41），对于带状城市宜采用公式（42）。 75 城市道路交通规划设计规范规定：（3）起终点条件 线路优化中考虑的场站限制条件主要是首末站位置与用地。 路线的起终点可以先确定；也可以选出终点的可行集，而将其确定纳入路线搜索的过程中。76（4）路线客运能力 公交路线的单向客运能力与车辆的载客能力、发车频率、站点的型式和通过能力、道路的几何、交通条件以及公交客流

32、分布等诸多因素有关。 各因素的影响是复杂的，如车辆载客能力因素应根据实际的载客情况和公众的承认程度而定，建议在线网规划中采用经验值，按下表取值。 77公共交通的路线单向客运能力（国家技术监督局、中华人民共和国建设部，1995）78（5）站点中转量约束 轻轨站点中的设计能力（何宗华，1993）79（6）道路通行能力80（7）线路的断面流量均衡性约束81（8）复线条数822. 线网整体的约束条件 线网整体的约束条件除对上面介绍的单条路线约束的综合约束（如线 网平均路线长度、平均路线非直线系数、线网重复性指标、场站布置的协调等）外，还应考虑线网密度、乘客换乘系数、线网的车站服务面积率、居民出行时耗、

33、车辆保有量等指标。 （1）线网密度 公交线网的密度是指城市有公交线路服务的每平方公里用地面积上，有公交线路经过的道路中心线的长度，它反 映了居民接近线路的程度。83 公交车保有量一定时，公交线网密度过高或过低，都会造成非车内出行时间（候车时间与步行时间）的增加，公交线网密度在2.5km/km2左右时，非车内时间最短。 如下图所示：当线路发车间隔固定时，候车时间接近常数，线网密度可增至4km/km2，但增加线网密度必须增加公交车保有量，否则候车时间增大。公交线网密度与非车内出行时间84 线网密度受道路网络密度的影响，通常用公交线网的道路网覆盖率来衡量线网在道路网上的密度。 规划区的公交线网的道路

34、网覆盖率为：85 线网密集度反映公交线网分布的均衡性：86（2）乘客换乘系数 一般情况下，城市居民单程出行的换乘次数不超过3次。城市道路交通规划设计规范给出的整个网络平均换乘系数为：87（3）线网的车站服务面积率88（4）居民出行时耗最大出行时耗、主要公交方式及常规公交线路的长度上限89（5）公交车辆保有量 总之，线网优化中需考虑的约束条件很多，可分为对单条路线的约束和线网整体的约束两类 ，前者在逐条布线 的过程中对每一路线考虑 ，后者一般需在线网整体形成或线网客流预测后 （即在评价过程中）考虑。 90六、城市公交线网优化算法 1. 单条路线优化算法 组成线网的公交路线常有现状路线、经验布设路

35、线、各种最短路线、实际或最优分配客流拟合路线、搜索优化路线以及它们的合并、组合和延长路线等。 其中，搜索优化路线是对所有可能路线进行优选获得的，从理论上说是最好的，且便于计算机实现；而最短路线大大简化了布设算法，且符合路线布设的要求。 本课程主要介绍在小区邻接网络上的路线搜索法，与在道路网络中的搜索类同。91（1）路线搜索法的基本原理 路线搜索法的基本原理是：从起点（交通区）出发，向其所有邻接交通区扩展，再以各邻接交通区为新起点，继续向所有邻接交通区作连续的扩展，直至到达路线长度限制。 对到达的每一节点，考虑约束条件和目标函数，从而求得满足约束条件的所有可能路线中，效率最大的一条或几条路线。这

36、实际上是一个以起点为根点，在交通区邻接网络中进行树状搜索的过程。92路线搜索法示意图93 该方法是典型的人工智能搜索方法，搜索法属于NP算法（Nonpolynomially -Bounded Algorithms)。在具体操作时，可以建立启发函数，加快搜索（刘清等，1992），对起终点均已确定的情况，还可以进行双向搜索。 一种减少计算复杂度的简化算法是 ：每搜索一步即以当前最优路线为最后结果，而不进行搜索的递归，称之为“简化搜索法”属于P算法（Polymomiallly Bounded Algorithm)。94（2）路线效率递推公式 路线搜索的过程中，到达某一节点时，当前路线效率的递推计算公

37、式为（设目标函数采用公式 43和公式 44）。式（43）95式（44）96 线网整体优化是从整体最优出发对线网进行优化。对于整个公交线网所有可能布线形式的搜索，计算量太大，难以实现。 一般是通过逐条布线法、路线优选/淘汰法以及路线组合优选法组成线网，通过路线的合并、组合和延长等方法进一步优化，并考虑实际条件进行调整。逐条布线法、路线优选/淘汰法都不能同时考虑全部路线。97逐条布线法98路线优选/淘汰法99七、公交线网优化调整 1. 公交线网优化调整的意义 （1）对于近期规划 ，一般只能部分地改变现状线网，即需对线网的优化方案根据现状网络进行调整。 （2）线网生成中，顺序地每次考虑一条或几条路线

38、的优化，因此得到的结果并不是线网整体最优，如逐条布线法对后布设的路线是不利的，可能是不良路线。 100 （3）优化过程中难以考虑全部约束条件，如对整个线网的约束及与客流量有关的约束需在线网客流分配后考虑 ，由此可能会要求进行线网优化调整。 （4）在交通需求分布基础上进行的网络优化引入了大量的假设条件，得到的是所采用模型的最优解，而非实际最优解。 且交通需求受供应 （线网布设）的影响，考虑这些因素也要对线网进行调整。1012. 线网调整法 根据优化调整的目标，可按最差线路调整法和最大改进调整法进行调整，每次可以调整一条线路，也可以调整多条线路。 线网调整法流程102 线路优化即将要调整的线路从线

39、网中去掉，重新搜索优化线路；线路更换即在备选线路集中，选出最适合的线路，代替要调整的线路；线路调整即将几条线路组合生成新的线路以改进原有较差的线路。 综合采用以上方法 ，用重复线 、穿城线（增加直捷性 ）、绕行线（避开不利道路）、改变走 向、联接和分割等方法进行现状线网的调整及对未来公交网络的优化。1034.4 城市大中运量轨道交通系统规划方法一、轨道交通系统概述1. 轨道交通系统类型及特点 采用不同导向设备 、按照一定方向在轨道上行驶的列车或车辆 ，统称为轨道交通 。 目前正在研究发展中的城市轨道交通类型很多，但经验 比较成熟 、应用比较普遍 、适合加以推广的主要有地铁 、轻轨和市郊铁路 ，

40、这三种轨道交通通常被统称为城市快速轨道交通或大中运量轨道交通。104 与常规地面公共交通系统相比，轨道交通系统具有运能大、速度快、单位耗能低、使用寿命长 、运营费用省等优势，是解决大城市交通拥挤 的有效交通方式。 但轨道交通系统初期基建投 资大 、工程复杂 、施工期长、灵活性差 ，一旦建成，要改造非常困难，且代价很高。 下表对地铁、轻轨和市郊铁路这三种轨道交通 系统的运营特性 、车辆特性、固定设备及系统总体性能指标进行了简单的比较 ，可作为选择轨道交通系统的参考。105城市轨道交通系统的特点1062. 轨道交通发展现状 （1）20世纪70年代以来，道路交通污染的加剧和人类环境危机感的加强； （

41、2）技术的进步和经济实力的增长促使轨道交通系统在全世界范围内得到了迅速发展。 1071081093. 轨道交通系统规划决策特点 城市轨道交通系统规划是一个综合性决策问题，涉及从交通政策到技术设施水平等一系列因素。 （1）发展中国家建设地铁面临很多问题 ，最大的问题就是资金缺乏。 （2）从技术及评价角度来看，轨道交通系统要求大量的投资和庞大的运行费用支出，因此通常经过复杂的、多方面的和长期的规划过程，规划内容包括多方面：线路、网络规划、车站用地控制规划、与城市规划的配合、供电、设备选型与融资等。 110 决策包括：轨道交通系统的类型选择、线网布局、车站数量与选址、施工技术、与现有建筑物的连通 、

42、系统的外部设备等 。 决策交叉在一起，不可能根据单一的准则来评判，准确估计系统的投资费用和效益是非常复杂困难的，存在大量难以量化的因素，而且需要多方面人员的参与，如工程技术 、城市规划、政策机构 、市民利益 、环境问题 ，还要考虑平等决策的原则 。 要实现和协调全部目标 ，需要多功能的和多用户的决策支持系统。 111二、轨道交通线网规划1. 轨道交通线网结构分析 城市空间结构和土地利用与轨道交通线网结构之间存在着相辅相成的互动关系。 一方面轨道交通线网的布局结构必须以城市土地利用的空间结构为基本立足点，另一方面轨道交通线网规划应与城市规划的空间结构相结合，充分发挥交通的先导作用。 城市大中运量

43、轨道交通系统的线网结构形式有以下几种典型图式。 112（1）放射状结构 放射状结构的路网由若干直径线组成 ，所有的线路都经过市中心向外呈放射状。一种是单中心向外放射，另一种是放射网状。 前者由于所有的线路都交于一点，给换乘枢纽的设计和交通组织带来很大困难，目前采用较多的是后面一种形式，其优点是郊区乘客可以直达市中心，从一条线路至另一条线路只需进行一次换乘，缺点是增加了市中心的过境客流量和市中心的线路负荷，另外相邻郊区之间的乘客出行需绕行，增加了出行时耗。 113（2）放射环形结构 当放射状路网规模较大时，往往在放射状路网的基础上增加一至两条环线，环线的基本作用是弥补放射形路网结构的不足，起到疏

44、解市中心客流的作用，减轻市中心区线路的负荷，并提高环线方向乘客的直达性 。 莫斯科的轨道交通线网就是这种典型图式，环线一般应放在客流密度较大的区域，并要尽可能多贯穿大的客流集散点。 114（3）棋盘形结构 这种形式的轨道交通线网多是由于城市的道路网为棋盘形结构，如日本大阪和墨西哥城就是采用典型的棋盘形路网。 由若于纵横线路构成的网络，布局均匀、换乘方便、连通性好，从而引导客流均衡分布、使换乘客流分散。不足的是对角线 、平行线间乘客换乘次数较多。 115（4）棋盘环线结构 在棋盘形路网的基础上增加一条环线，北京市的地铁网就是这种型式。 除具有棋盘形线网的优点之外，提高了环线上乘客的直达性、减少了

45、换乘次数，并改善了环外平行线间乘客的换乘条件，缩短了其出行时间，同时也减轻了市中心区的线路负荷，起到疏解客流的作用。但非环线上 、对角线、平行线间的出行仍不方便。 116 西欧一些大城市在 20世纪初期城市表现为单中心圈层式向外扩展，经过多年发展最终选择沿交通发展轴轴向发展的城市空间布局模式 ，形成一种形如掌状的轴向结构的城市。 轴向结构的城市采用按放射线网状结构的轨道线网既能满足人多地少的客观需求，又能适城市可持续 发展的要求。 117 放 射 环 形 结 构 的城 市 快 速 轨 道 交 通 线 网通常与采用组团式结构的特大城市相匹配。 组团式结构的城市一般规模很大，并具有一个 强大的市中

46、心，建成区半径可达 1015km，规划区半径达5060km，围绕市中心区范围内分散分为内部着城市边缘集团，离中心更远的区域是城市的卫星城镇。1182. 轨道交通线网规划的基本原则 规划城市轨道交通线网时，应综合考虑城市的社会经济发展水平、人口和用地规模的现状及发展、城市形态以及地形、地质条件等，客流量的调查和需求分析预测是重要的因素，通常客流量越大，轨道交通的社会效益和经济效益越好。 （1）轨道交通线网规划应与城市总体规划配合协 同发展 （2）轨道交通线网规模应与城市的经济承受能力相适应 （3）轨道交通线路走向应与城市客运交通走廊相一致 （4）轨道交通线网规划应充分考虑运行上的配合1193.

47、轨道交通线网规划的方法 轨道交通线网规划涉及面广，工程约束因素多 ，因此对轨道线网结构型式以及每一条规划线路的走向从宏观上把握尤为重要。 一般来说，应在分析掌握了规划年份城市布局结构 、土地 利用及交通流的发生吸引及分布状况之后 ，确定城市客运交通流主流向 ，作为轨道交通线路布网的基础 ，在此基础上再对每条轨道交通线路的走向及其所经过的主要交通小区（或节点）进行优化确定。 常用的轨道交通线网规划的方法有：轨道交通路线的搜索法和二阶段规划法。 120（1） 轨道交通路线搜索法 路线搜索法的基本原理是：从起点（交通区）出发，向其所有邻接交通区扩展，再以各邻接交通区为新起点，向所有邻接交通区作连续的

48、扩展，对到达的每一节点，考虑约束条件和目标函数，从而求得满足约束条件的所有可能路线中路线效率最大的路线，这实际上是一个以起点为根点，在交通区邻接网络中进行树状的搜索的过程。 该方法是典型的人工智能搜索方法，在具体操作时，可以建立启发函数，加快搜索；对起终点均已确定的情况，还可以进行双向搜索。 121（2） 轨道交通路线的二阶段规划法 轨道交通系统涉及面广，影响因素多，在城市客运交通系统中具有骨架的地位和功能，并常常与多种交通方式接合，其影响区半径一般约为2.5km，因而对轨道交通路线首先应进行较为宏观的规划。 同时，轨道交通路线附近 ，尤其是合理步行区（半径约为600m）内的交通需求分布对路线

49、效率有着非常大的影响，因此又必须在与常规公交类似的范围内进行优化。据此，提出了两阶段的轨道交通路线规划方法 ：首先在交通中区中进行路线影响区优化 ，然后在交通小区中进行路线合理步行区优化。 122（3）应用实例 鞍山市轻轨路线规划的范围为 314.53km2，分为 121个交通小区（对应 30个交通中区）。轻轨路线规划中，首先在中区邻接网络中进行交通影响区优化，得到轻轨可能影响的15个中区（对应 68个交通小区）；然后在影响区内的小区邻接网络中进行路线优化 ，得到轻轨路线经过的 18个小区；最后综合考虑各方面因素，确定鞍山市的规划轻轨路线从长甸到太平村，全长12.85km，其中地上2.2km，

50、地面7.25km，地下 3.4km，设 17个站点 。123鞍山市轻轨路线规划124广州市地铁规划图示125列宁格勒地铁线路126香港地铁线路（摘自香港地下铁路公司1986年年报)127华盛顿地铁路网128巴黎地铁线路网129伦敦的九条地铁线路及正在施工中的轻轨线路130莫斯科地铁线路网131北京地下铁道规划示意图132北京市轨道交通线网规划图（2020年）133京津交通走廊示意图134三、轨道交通系统接运公交线网规划1. 接运公交 轨道交通与地面道路交通系统特别是公交系统的协调对扩大其客流吸引范围有很大作用；进入轨道交通线网的客流可分为直接吸引客流和间接吸引客流。 直接吸引客流是指通过步行方

51、式直接到达轨道交通线路的客流，间接吸引客流是指通过其他非步行交通方式与轨道交通系统换乘的客流，在我国以常规公交换乘轨 道交通系统为主。 135 接运公交（feeder bus）是指以为轨道交通接运乘客为主要功能的公共汽车等公共交通方式，是常规地面公交系统的一部分，与轨道交通线网共同组成轨道交通接运公交系统 。2. 接运线网优化模式 接运公交线网规划的关键环节是接运站点的选取和接运路线的优化。 接运站点以它可能为轨道交通系统接运的最大客运周转量来选取，接运路线以接运效率最大为目标搜索优化。136（1）接运公交线网规划方法基于以下假设 ：1） 轨道交通线路确定并已知 ； 2） 客运需求 O-D量已

52、知 ； 3）轨道交通直接吸引客流量和路线客流限制条件已知。（2）接运公交线网规划通常采用逐条选线法和路线推荐法。路线推荐法： 在各个可行接运站点上分别搜索一条或几条最优接运路线作为推荐接运路线，由决策者根据实际情况酌情进行选取，组成接运公交线网。 137逐条选线法： 每次在备选接运站点集N中选出一个最优接运站点，在该站点上搜索出一条最优（接运效率最大）的接运公交路线；然后调整轨道交通线路和接运线路上的客流量以及交通需求分布量，进行下一条接运路线的选取；直至没有可行的接运站点或没有可行的接运公交路线 。 每次所选中的路线构成接运公交线网。 1383. 接运路线优化数学模型 接运公交路线优化以路线

53、的接运效率最大为目标。 接运效率是指接运路线所接运的乘客人数与其在轨道交通路线上所乘行距离之积（即客运周转量）与接运公交线路长度的比值。 考虑轨道交通系统与接运公交换乘出行的二种主要方式是 ： 起点（O点 ） 接运公交 轨道交通 终点 （D点） 起点（O点 ） 轨道交通 接运公交 终点（D点） 139 目标函数 140 在优化的过程中要考虑的约束条件 主要是 ： （1）轨道交通路线、站点和接运路线、站点的客流能力限制 ； （2）接运路线的长度限制。一般来说，接运公交线路长约6km，不宜超过8km，路线过长可能使路线的功能复杂化。 此外还应考虑两个重要方面 ： （1）接运路线自身的效益（路线效率

54、）和它对轨道交通路线 的作用（接运效 率）都应足够大 ； （2）一般接运路线应避免与轨道交通路线竞争客流。路线优化搜索应在与轨道交通路线有竞争的区域之外进行。 1414.5 城市公共交通客运场站规划方法研究一、城市公共交通客运场站规划的内容 对城市公共交通场站的规划主要包括公共汽车起（终）点站、中途站点、换乘枢纽站和保养修理场等四种 。 其规划应结合城市规划的合理布局，计划用地进行，做到保障城市公共交通畅通安全、使用方便、经济合理的要求。142 1. 公共汽车的起、终点站选址是公交线网规划的重要约束条件，可在公交路线优化后，根据路线及车辆配置情况确定位置及其规模； 2. 公交中途站点的规划可以

55、在公交起、终点位置和路线走向确定以后 ，根据最优站距和车站长度限制等情况确定 ； 3. 换乘枢纽站点一般是在公交路线作为对外交通或大运量交通系统的集散系统时考虑规划设置； 4. 车辆保养场一般在所辖线网的重心处。 143 二、公共汽车起、终点和中途站点规划 公交汽车的起、终点及中途站点 的位置、间距、设计和管理对公交系统作用的发挥有着很大影响。尤其车站间距是影响车辆运营速度和调度计划的重要因素。 1. 公交车站起、终点规划原则 公交车辆起 、终站点的主要功能是为线路上的公交车辆在开始和结束营运、等候调度以及下班后提供合理的停放场地的必要场所。 它既是公交站点的一部分，也可以兼具车辆停放和小规模

56、保养的用途。144公共汽车车站起、终点规划原则 对起 、终站点的规划主要包括起 、终点的位置选择 、规模的确定以及出入口道路 的设置等几方面内容 ，规划时应遵循 以下原则 ： （1） 公交起、终点站的设置应与城市道路网的建设 及发展相协调，宜选择在紧靠客流集散点和道路客流主要方向的同侧。 （2）公交起、终点站的选址宜靠近人口比较集中、客流集散量较大而且周围留有一定空地的位置，如居住区、火车站、码头、公园、文化体育中心等等，使大部分乘客处在以该站点为中心的服务半径范围内（通常为 350m），最大距离不超过700800m。145 （4）与公交起、终点站相连的出入口道应设置在道路使用面积较为富余、服

57、务水平良好的道路上，尽量避免接近平面交叉口，必要时出入口可设置信号控制，以减少对周边道路交通的干扰。 （3） 起 、终点站的规模应按所服务的公交线路所配运营车辆的总数来确定。一般配车总数（折算为标准车）大于 50辆的为大型站点；2650辆的为中型站点；小于 26辆的为小型站点。 146（1）公交车中途站点规划原则 公交车辆的中途站点规划在公交车辆的起、终点及线路走向确定以后进行，规划的原则为 ： 1）中途站点应设置在公共交通线路沿途所经过的各主要客流集散点上 ； 2）中途站点应沿街布置 ，站址宜选择在能按要求完成车辆的停和行的两项任务的地方 ； 3）交叉口附近设置中途站点时，一般设在过交叉口5

58、0m以外处，在大城市车辆较多的主干道上，宜设在 l00m以外处； 2. 公交车中途站点规划147 4）中途站点的站距受到乘客出行需求、公交车辆的运营管理、道路系统、交叉口间距和安全等多种因素的影响。平均站距在 500600m之间，市中心区站距宜选择下限值，城市边缘地区和郊区的站距宜选择上限值；百万人口以上的特大城市，站距可大于上限值。 不同的车辆类型和区域条件下站间距范围如下表所示。 148149国内公交线路站距的范围 150（2）中途站点布局规划方法 对公共交通中途站点的规划主要是对中途站点间距的研究。 一般而言 ，较长的车站间距可提高公交车的平均运营速率 ，并减少乘客因停车造成的不适 ，但

59、乘客从出行起点（终点）到上（下）车站的步行距离增大，并给换乘出行带来不便；站间距缩短则反之。 最优站间距规划的目标是使所有乘客的“门到门”出行时间最小 。151152（2）中途站点布局规划方法 对公共交通中途站点的规划主要是对中途站点间距的研究。 一般而言 ，较长的车站间距可提高公交车的平均运营速率 ，并减少乘客因停车造成的不适 ，但乘客从出行起点（终点）到上（下）车站的步行距离增大，并给换乘出行带来不便；站间距缩短则反之。 最优站间距规划的目标是使所有乘客的“门到门”出行时间最小 。153公交路线站间距的优化考虑的因素 1）公交路线站间距的优化主要考虑乘客总出行时间的影响，并与车辆性能和运营

60、要求有关。对于大容量捷运交通（MRT）系统 ，车站的造价也是一个重要的影响因素。 2）进行车站间距优化还应考虑站间距对需求的影响和各种客运交通方式之间的协调。从长期的影响来看，站间距的增大会使乘客短途出行量减少，吸引长距离的乘行。 例如在进行城市地铁系统站距的规划中，应考虑到城市引入地铁系统的目的是对现有地面交通方式的补充 ，而非与其竞争。 因此在车站选址规划中，要求线路的站距比地面系统的站距大，以鼓励短途乘客使用地面系统。 154 车辆速度越快，站间距越大；停车干扰较多时，站间距也将增大。 若考虑停车成本（如轮胎磨损，耗油等）与空气污染等因素，站距还会增大。 此外，具体规划时还需根据道路条件