城市公交線網(wǎng)站距及設(shè)施配置優(yōu)化研究與應(yīng)用.pdf

1、隨著城鎮(zhèn)化進(jìn)程的快速發(fā)展，現(xiàn)有的道路資源和交通設(shè)施條件難以適應(yīng)人口規(guī)模高速集聚帶來的機(jī)動化出行需求。公共交通在人均道路交通資源的利用效率、節(jié)約能源減少尾氣排放等多個方面具有其他機(jī)動化出行方式不可比擬的優(yōu)勢。優(yōu)先發(fā)展公共交通，構(gòu)建以公交為主要出行方式的城市高效交通系統(tǒng)是緩解交通擁堵的可持續(xù)發(fā)展措施。公交線網(wǎng)站距配置是影響城市公交系統(tǒng)運(yùn)行效率的關(guān)鍵因素，其設(shè)置的合理性很大程度上決定著公交線網(wǎng)的運(yùn)輸能力、運(yùn)行效率和服務(wù)水平。因此，研究城市公交

2、線網(wǎng)站距的優(yōu)化配置和公交線網(wǎng)供給與出行需求分布的耦合匹配，對城市公交系統(tǒng)運(yùn)行效率和效能提升具有重要的意義。
　　本文依托國家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目《現(xiàn)代城市多模式公共交通系統(tǒng)基礎(chǔ)理論與效能提升關(guān)鍵技術(shù)》(51338003)，對城市公交線網(wǎng)站距優(yōu)化配置展開研究，建立基于用地功能地位的雙層規(guī)劃模型分析公交線路物理站距優(yōu)化設(shè)置方法，以及考慮居民出行時空分布差異下的公交線路跨站運(yùn)營策略和運(yùn)營站距的優(yōu)化設(shè)計，從公交網(wǎng)絡(luò)層面使用連續(xù)近似模型探究

3、公交乘客出行時空分布與公交網(wǎng)絡(luò)站距的耦合匹配，構(gòu)建公交網(wǎng)絡(luò)站距離散優(yōu)化模型獲取公交站距和站點(diǎn)位置的最優(yōu)化設(shè)計方案，加強(qiáng)公交服務(wù)薄弱區(qū)域的基礎(chǔ)配套設(shè)施和接駁換乘服務(wù)，進(jìn)而為公交線網(wǎng)的規(guī)劃和設(shè)計提供理論依據(jù)。論文的主要研究內(nèi)容可以分成如下幾個方面:
　　首先，公交出行需求分布特征與公交線路沿線的土地利用狀況密切相關(guān)，公交線路的物理站距設(shè)置應(yīng)滿足公交沿線乘客的基本出行需求。提出基于用地功能定位的公交線路物理站距優(yōu)化設(shè)置方法。使用層次聚類

4、法從定量的角度對公交站點(diǎn)進(jìn)行功能定位并對公交線路的服務(wù)范圍進(jìn)行服務(wù)區(qū)的劃分。建立公交線路物理站距雙層規(guī)劃模型，上層模型考慮了政府、乘客和公交運(yùn)營企業(yè)三方的利益，下層模型考慮了公交客流的分配。模型最優(yōu)解確定了公交服務(wù)區(qū)的站點(diǎn)個數(shù)，近似最優(yōu)解用來指導(dǎo)實(shí)際站點(diǎn)位置和物理站距設(shè)置的優(yōu)化與調(diào)整。
　　其次，公交線路物理站距經(jīng)優(yōu)化設(shè)置后，公交運(yùn)營?？坎呗阅軌蚋玫剡m應(yīng)公交沿線乘客的出行時空分布差異特性。本文分析兩種典型的公交線路運(yùn)營?？坎呗院?/p>

5、運(yùn)營站距優(yōu)化設(shè)計方法。第一個是單條線路上的跨站運(yùn)營策略和運(yùn)營站距的最優(yōu)化設(shè)計。建立單條公交線路的運(yùn)營站距優(yōu)化模型，模型考慮路段行駛時間的隨機(jī)性、公交車最大載客量以及公交車內(nèi)的擁擠效應(yīng)，提出基于嵌入蒙特卡洛仿真的混合人工蜂群算法的模型求解方法。第二個是兩條并行公交線路的跨站運(yùn)營策略和運(yùn)營站距的最優(yōu)化設(shè)計，其中一條公交線路提供常規(guī)運(yùn)營服務(wù)，另一條在每個時間段提供一種特定的跨站運(yùn)營服務(wù)。構(gòu)建并行公交線路運(yùn)營站距的優(yōu)化模型，模型中考慮公交車容量

6、約束、服務(wù)頻率約束和跨站運(yùn)營約束，提出多鄰域迭代局部搜索算法的模型求解方法。
　　第三，以城市公交出行時空分布為基礎(chǔ)，揭示公交網(wǎng)絡(luò)供給與出行需求的互動關(guān)系，分析城市都市區(qū)的公交網(wǎng)絡(luò)站距與出行時空分布的系統(tǒng)耦合特性。本文從公交網(wǎng)絡(luò)層面提出兩個公交網(wǎng)絡(luò)站距與出行時空分布耦合模型。第一個是連續(xù)近似優(yōu)化模型，分別建立基于公交物理站距的靜態(tài)耦合連續(xù)近似模型和基于公交運(yùn)營站距的動態(tài)耦合連續(xù)近似模型，使用解析法求解和比較兩個連續(xù)近似模型中公交網(wǎng)

7、絡(luò)供給配置，并分析公交車容量、車隊(duì)規(guī)模、車頭時距等約束對公交站距設(shè)置的影響。第二個是離散優(yōu)化模型。建立公交網(wǎng)絡(luò)站距的離散優(yōu)化模型，在城市的都市區(qū)內(nèi)備選站點(diǎn)集合中選取適宜的公交站點(diǎn)，模型的約束條件考慮基于用地類型的公交站點(diǎn)覆蓋率和公交車輛在站點(diǎn)的進(jìn)出擁擠對所在路段交通流運(yùn)行的影響，并使用CPLEX軟件對模型進(jìn)行求解。
　　最后，公交線網(wǎng)站距優(yōu)化的范圍主要是城市的都市區(qū)，而遠(yuǎn)郊區(qū)域是公交服務(wù)的薄弱環(huán)節(jié)。在優(yōu)化都市區(qū)公交線網(wǎng)站距配置的基

8、礎(chǔ)上，本文分析兩種重要的都市區(qū)公交樞紐站點(diǎn)基礎(chǔ)接駁設(shè)施的優(yōu)化問題。第一個是郊區(qū)公交接駁線路的設(shè)計優(yōu)化問題。構(gòu)建郊區(qū)公交接駁線路設(shè)計的特殊模型和一般化模型，分別提出動態(tài)規(guī)劃算法和人工蜂群算法對兩個模型進(jìn)行求解。第二個是公交樞紐站點(diǎn)輻射范圍內(nèi)的公共自行車租賃點(diǎn)規(guī)模確定和布局優(yōu)化。提出分層分級的公共自行車租賃點(diǎn)布局優(yōu)化方法，并采用免疫優(yōu)化算法選取最優(yōu)的公共自行車管理維護(hù)點(diǎn)。
　　本文的研究成果可以為城市公交線網(wǎng)站距及設(shè)施配置的規(guī)劃和設(shè)計