城市軌道交通接運公交線網(wǎng)規(guī)劃與運營方案優(yōu)化方法研究.pdf

1、公共交通系統(tǒng)是解決城市交通擁堵和降低環(huán)境污染的重要手段，發(fā)展換乘便捷、到發(fā)準時、服務全面、環(huán)境友好的公共交通一體化系統(tǒng)是推進城市交通運營組織現(xiàn)代化發(fā)展的重要內(nèi)容。然而，從公共交通現(xiàn)實發(fā)展歷程來看，基于大運量的城市軌道交通為骨干、小運量的地面公交為補充的城市公共交通規(guī)劃策略，雖解決了一部分城市交通問題，但總體而言，公交車輛延誤、候車時間較長、客流上車困難、運行效率低下、車內(nèi)過度擁擠等公共交通服務水平不足的現(xiàn)象時有發(fā)生，尚未從根本上緩解客流

2、高峰時交通服務單位各自為政、換乘同步協(xié)調(diào)效率低下、污染物排放量較大、車型單一、車輛資源浪費等公共交通運營管理方面的關(guān)鍵性問題。綜合原因，目前我國的公共交通系統(tǒng)中多種交通方式依然整合不足、甚至孤立運行，無論在運營管理的實踐上還是理論指導方面都與先進的公共交通系統(tǒng)存在較大差距。解決上述問題將為新建、整合和優(yōu)化公共交通設施提供技術(shù)指導和評價手段，是實現(xiàn)乘客與交通和諧發(fā)展的重要途徑。本論文對國內(nèi)外研究現(xiàn)狀和成果進行總結(jié)，分析公共交通規(guī)劃與運營管

3、理理論框架及具有代表性的研究方法，闡述既有研究中的薄弱環(huán)節(jié)，確定本論文圍繞城市軌道交通接運公交線網(wǎng)規(guī)劃與運營方案優(yōu)化的理論方向和研究內(nèi)容。主要研究工作如下:
　　(1)分析出行者路徑選擇行為和客流分布狀況，構(gòu)建考慮多交通方式下彈性需求的接運公交線網(wǎng)規(guī)劃的雙層規(guī)劃模型。在上層規(guī)劃中，提出以系統(tǒng)內(nèi)出行成本、公交企業(yè)運營成本和私家車出行者數(shù)量最小為目標的混合整數(shù)規(guī)劃模型，基于候選線路集合的方法，引入0-1變量以優(yōu)化接運公交線路的組合方案

4、，生成接運公交線網(wǎng)，同時以車隊規(guī)模為約束優(yōu)化線路發(fā)車頻率和配置車型方案;在下層規(guī)劃中，考慮不同交通方式對接運公交客流的彈性影響，采用Logit模型進行客流分配，并返回上層模型得目標函數(shù)值。基于模型特點，設計雙層遺傳算法進行求解，基于案例驗證模型和算法的可行性，通過敏感性分析理清車輛結(jié)構(gòu)和線路規(guī)模對線網(wǎng)規(guī)劃和運營方案的影響機理。
　　(2)基于對既有接運公交線網(wǎng)運營污染狀況的認識，為實現(xiàn)政府節(jié)能減排的規(guī)劃目標，提出車輛配置和發(fā)車頻率

5、同步優(yōu)化方法。在分析乘客出行行為、整合企業(yè)運營成本支出和量化污染氣體排放量的基礎(chǔ)上，綜合考慮線路特征和客流分布特點，以公交乘客的出行成本、公交企業(yè)的運營成本和政府的碳排成本最小為目標，在既定車隊規(guī)模的約束下，優(yōu)化調(diào)整車輛配置和發(fā)車頻率。以北京市某接運公交線網(wǎng)的運營實際為例，證明所提模型和算法具有較好的優(yōu)化效果和較高的運算效率。研究結(jié)果表明:優(yōu)化后的接運公交線網(wǎng)在保障公交服務水平的同時，可減少車隊配置車輛數(shù)，降低接運公交線網(wǎng)總污染物排放量

6、，利于實現(xiàn)公共交通綠色環(huán)保的運營效果。
　　(3)在公交企業(yè)面臨車輛結(jié)構(gòu)調(diào)整，購置新能源和清潔能源車輛的實際需求背景下，提出購車計劃與時刻表同步優(yōu)化的方法?？紤]不同車型的車容量、能耗、碳排放量等運營特征的差異性，以購置預算、客流需求和車容量等為約束，以乘客出行成本、企業(yè)運營成本和政府碳排成本最小為目標，提出混和車型模式下的購車計劃和時刻表優(yōu)化模型。首先，以企業(yè)的購置預算為約束優(yōu)化不同車型的購置數(shù)量;其次，基于有限的車輛資源，分別采

7、用枚舉法和改進遺傳算法生成均勻發(fā)車間隔時刻表和非均勻發(fā)車間隔時刻表2種方案，上述方案涵蓋各班次車輛的首站發(fā)車時刻和車輛配置計劃;最后，以北京市某快速直達專線為案例驗證模型算法的實用性，綜合對比單一車型模式下的均勻發(fā)車間隔時刻表方案、混和車型模式下的均勻發(fā)車間隔時刻表方案、單一車型模式下的非均勻發(fā)車間隔時刻表方案和混和車型模式下的非均勻發(fā)車間隔時刻表方案的運營效果，分析結(jié)果發(fā)現(xiàn)，混和車型模式下的購車計劃和時刻表優(yōu)化方案可更好地滿足公交客流