（交通运输规划与管理专业论文）常规公交停靠站优化设置研究.pdf

摘要 公交停靠站是常规公共交通运输系统的重要基础设施和不可缺 少的重要环节，它是常规公交系统和交通系统的关键节点。合理设置 公交站点即确定合理的公交站间距，选择合理的站址、站型，不仅可 以提高常规公共交通的运行效率，还可以提高交通安全性、减少环境 污染，有利于实现城市交通的可持续发展。 论文从宏观、中观、和微观三个层面对常规公交停靠站点的优化 技术进行了探讨，主要研究宏观层面的公交站间距优化、中观层面的 公交站点选址优化、和微观层面的公交停靠站站型的优化。 在公交停靠站间距方面，论文在综合考虑乘客、公交运营公司、 社会三者利益的情况下以公交系统总成本最小为目标，并基于沿公交 线路乘客需求提出了站间距优化模型和计算方法。在公交停靠站站址 选择方面，论文在分析停靠站位置的影响因素及设置原则基础上考虑 行人过街延误和公交站点离交叉路口的距离限制，提出了基于乘客平 均出行时间最少的公交线路的停靠站位置的优化模型。在公交停靠站 站型方面，从交通效率和经济效益两个角度，探究直线式和港湾式公 交停靠站特性，建立了公交停靠站类型优化模型。 通过上述公交停靠站站间距、公交停靠站站址选择、公交停靠站 站型三方面的研究，以期为常规城市公交停靠站的优化设置，提供理 论依据和技术决策支持。 关键词常规公交停靠站，站间距，设置形式，站点选址，优化设计 a bs t r a c t c o n v e n t i o n a lb u ss t o pl sa n i m p o r t a n t i n f r a s t r u c t u r ea n da n i n d i s p e n s a b l ep a r to fc o n v e n t i o n a lp u b l i ct r a n s p o r ts y s t e m ，i ti sp u b l i c t r a n s p o r t a t i o ns y s t e m sa n dt r a n s p o r t a t i o ns y s t e m s k e yn o d e s s e t t i n g r e a s o n a b l eb u ss t a t i o nt h a ti sd e t e r m i n i n gar e a s o n a b l ed i s t a n c eo fb u s s t a t i o n ，c h o o s i n gt h er e a s o n a b l es i t e sa n ds t a t i o nt y p e ，c a nn o to n l y i m p r o v et h eo p e r a t i o n a le f f i c i e n c yo fp u b l i ct r a n s p o r t ，b u ta l s oc a n e n h a n c es a f e t ya n dr e d u c ee n v i r o n m e n t a lp o l l u t i o n ，w h i c ha r ec o n d u c i v e t ot h es u s t a i n a b l ed e v e l o p m e n to fu r b a nt r a n s p o r t t h ep a p e r sm a i n l yr e s e a r c ht h eo p t i m a ld e s i g no fb u ss t o ps p a c i n g o nm a c r o l e v e l ，b u ss t o ps i t e o p t i m i z a t i o n o nm e s o - l e v e l ，a n dt h e o p t i m i z a t i o ns e t t i n g sf o r mo f t h eb u ss t o po nm i c r o l e v e l f r o mt h em a c r o ， m e s o ，a n dm i c r ol e v e l so fc o n v e n t i o n a lb u ss t o p ss i t eo p t i m i z a t i o n t e c h n i q u e s f o rt h eb u ss t o ps p a c i n gd e t e r m i n a t i o n ，o nt h ec o n s i d e r a t i o no ft h e p a s s e n g e r s ，t h eb u sc o m p a n y a n dt h es o c i e t ys y n t h e t i c a l l y , t h ed i s s e r t a t i o n p r o p o s e sad y n a m i cp r o g r a m m i n ga l g o r i t h mt oo p t i m i z eb u ss t o ps p a c i n g i no r d e rt om i n i m i z et h et o t a lc o s to fb u ss y s t e m ，b a s e do nt h ed e m a n do f p a s s e n g e r sa l o n gb u sr o u t e f o rt h es t u d yo fl o c a t i o nc h o i c eo fb u ss t o p ， b a s e do na n a l y z i n gt h ei m p a c tf a c t o r sa n dt h ep r o g r a m m e rp r i n c i p l e so f b u ss t o pl o c a t i o n ，t h ed i s s e r t a t i o ns e t su pt h em o d e lo fl o c a t i o nc h o i c eo f b u ss t o pb a s i n gm i n i m a lt i m et a k i n go fp a s s e n g e r st r i p s ，c o n s i d e r i n gt h e d e l a yo fp e d e s t r i a nc r o s s i n ga n dt h ed i s t a n c er e s t r i c t i o nb e t w e e nb u ss t o p a n di n t e r s e c t i o n o nt h er e s e a r c ho ft h eb u ss t o p sf o r m s ，p a p e r sf o c u s e d o nt r a n s p o r te f f i c i e n c ya n de c o n o m i cb e n e f i t st oe x p l o r et h ef e a t u r e so f t h el i n e a rb u ss t o pa n dt h e b a y t y p eb u ss t o p ，a n de s t a b l i s ht h e o p t i m i z a t i o nm o d e lo fb u ss t o pt y p e w h i tt h er e s e a r c ho nb u ss t o ps p a c i n g ，b u ss t o ps i t ea n dt h ef o r mo f t h eb u ss t o p ，i ti se x p e c tt op r o v i d et h e o r e t i c a lb a s i sa n dt e c h n i c a ls u p p o r t f o re s t a b l i s h m e n to p t i m i z a t i o no fc o n v e n t i o n a lb u ss t o p i i k e yw o r d sc o n v e n t i o n a lb u ss t o p ，b u ss t o ps p a c i n g ，t h es e t t i n gf o r m ， l o c a t i o ns e l e c t i n g ，p r o m o t i n gd e s i g n 1 1 1 硕士学位论文第一章绪论 i i 研究背景 第一章绪论 随着我国城市经济的迅速发展及城市化进程的加快，城市人口高度集中并大 幅增长，由此导致城市交通需求量急剧上升。与此同时，随着经济的增长和人们 生活水平的提高，我国汽车的保有量也在进一步快速增长。这些都使得道路等基 础设施的建设压力越来越大，而城市道路的建设明显滞后于机动车的发展，因此， 造成了大、中城市目前所普遍存在的交通拥挤、事故频发和环境污染等问题。这 些问题己经严重影响了我国城市居民的生活，制约了城市经济的发展。所以在我 国许多大、中城市都限制私人交通，大力发展公共交通。 从城市的整体利益看，公共交通是城市发展的必然产物，也是城市赖以生存 的重要基础设施之一。而作为城市公共交通最主要的方式一城市常规公共交通是 一种耗费少、效能高的交通方式，具有私人交通和城市轨道交通无法比拟的优势， 与其他机动化交通方式相比，公交单车运量大、运输效率高，人均消耗的能源和 人均排放的污染量都较低，具有私人交通方式不可替代的长处；与轻轨和地铁等 轨道交通相比，道路公共交通具有投资小、见效快、线路易调整等优点；因此， 大力发展城市常规公共交通，有利于减少城市交通量、缓解交通拥堵、减少交通 事故、降低环境污染，有利于实现有限的土地等资源的有效利用率。另外，优先 发展城市常规公共交通也是解决城市低收入群体出行难的基本保障，是实现城市 交通可持续发展的必然选择。 常规公交停靠站是城市道路公共交通运输系统的重要基础设施和不可缺少 的重要环节，它是公交系统和交通系统的关键节点，合理设置公交站点即确定合 理的公交站间距，选择合理的站址、站型，不仅可以提高公共交通的运行效率， 还可以提高交通安全性、减少环境污染，有利于实现城市交通的可持续发展。因 此，有必要对公交站点进行优化设置研究。 1 2 国内外研究现状 对于常规公交停靠站的优化设置研究，目前，国内外有关专家、学者，将目 光主要集中在有关公交停靠站站间距、公交停靠站的设置形式、公交停靠站的选 址、停靠站规模( 如站台尺寸大小) 、公交停靠站的交通影响评价( 公交停靠站 自身通行能力的确定、公交停靠站对道路通行能力的影响、公交车在停靠站处延 硕十学位论文第一章绪论 误分析) 等方面的研究。 1 2 1 国外研究现状 国外发达国家的公共交通起步很早，因此对于常规公共交通的理论研究也比 较多，已经形成了比较系统的公交线网规划、站点布局、公交优先、智能公交等 方面的理论。在公交站点的研究方面，由于英美等发达国家主要以大容量轨道交 通和私人小汽车作为最主要的交通出行方式，道路常规公交车流量较少，发车间 隔较大，公交在站点的停靠对道路交通流的影响相对不明显。因此，其研究内容 主要集中在公交站点的间距优化和基于安全和环境为主要目的的公交站点设计 上，关于公交站点对道路交通运行影响方面的研究相对较少。 在公交站点站距优化研究方面，国外早在2 0 世纪5 0 到6 0 年代就开始了研 究工作，但早期主要以经验和定性分析为主，8 0 年代以后的研究开始理论和系 统化，提出了多种不同的优化模型加拿大的s c w i r a s i n g h e ( 1 9 8 1 年) 在文献f i j 中 非常系统地讨论了公交停靠站平均站间距的优化确定问题，研究在考虑公交运营 成本及乘客出行费用的基础上，以时间为衡量单位建立了优化模型，但是由于模 型的许多参数难以确定，其实用性并不强。g e o k k k u a b ( 1 9 8 8 年) 在文献 2 1 中提 出了大体平行的几条公交线路之间的距离及公交线路本身站点之间距离的研究 模型，对于城市道路呈比较整齐的方格网状布局的城市公交线路布设有一定的参 考意义。a n t b o n ya s a k a ( 2 0 0 1 年) 在文献【3 】中提出了基于有公交运营成本限制的 平均站间距优化模型，重点研究公交车的运行时间，将公交车的运行时间分为加 减速时间、停靠时间、在信号交叉口的停车等候时间、平稳运行时间及其他延误 时间等，但没有将公交车在无信号交叉口的可能延误计算进去。 s t e v e n i c h i e n 等( 2 0 0 2 年1 在文献【4 】中，基于公交乘客到达站点时间最短和最便捷为目标，研究 给出了城市某一路段的平均站间距优化模型。a n t b o n ya s a k a ( 2 0 0 3 年) 在文献【5 】 中，建立了一系列的分析模型评价公交车站距对乘客旅行时间及污染物排放的影 响，并通过不同站距站点的高峰小时机动车污染物排放的调查分析，得出了一些 站距对污染物排放的影响等方面的有益结论。 在公交停靠站的站点选址方面，k o l l a r o s a g e o r g e 于1 9 9 8 年在文献1 6 j 中定性 讨论了不同情况下公交停靠站选址与土地合理利用之间的关系，但是在文中并没 有进行定量分析。r e d r i g of e m a n d e z 于2 0 0 1 年在文献【1 7 】中通过对公交的运行特 性、上下游交叉口的交通状况等诸多因素的分析，进一步改进了计算公交停靠站 通行能力的方法。 在公交停靠站的设置方面，法国的m a r y v o l m ed e j e a m m e s 等在文献【8 】中分析 了直线式公交停靠站和港湾式公交停靠站这两种站点形式对公交车停靠站的影 2 硕士学位论文 第一章绪论 响，他还通过调查公交车在港湾式停靠站的停靠能力和停靠特征对公交停靠站和 公交停靠导向系统提出了改良设计方案。 1 2 2 国内研究现状 国内有关研究比国外要晚许多，研究范围也比国外狭窄些，虽然在公交线网 优化等方面取得了一定成果，但总起来说，国内有公共交通的有关研究还是比较 少，尤其对公共交通停靠站的优化设置研究更加鲜有涉及。 对于公交停靠站站间距的有关研究国内比较少，并且多集中在轨道公共交通 方面。比较突出的是东南大学的王炜、杨新苗等人在其著作【9 】中专门研究了城市 公共交通场站的规划方法，分别讨论了公交起终点和中途停靠站的规划，并提出 了一种基于所有乘客出行时问最小的站间距优化模型。同时还对设置多个同名站 点时公交停靠站的通行能力计算方法。但其站间距优化模型在应用时同样有一些 参数目前难以确定。东南大学的陆春其在其硕士论文【l o 】中以城市公共交通为对 象，着重研究城市公交的站距和站点布局方法。 在停靠站选址方面，国内学者根据不同的思路，分别提出了一些选址模型。 同济大学的刘安在文献【l l 】中首先给出公交车停靠时间的分布，然后利用交通流返 回波理论，计算出公交车停靠时对道路交通流的影响范围，进而讨论了公交停靠 站的位置分布问题。同济大学的彭国雄与莫汉康【1 2 】从工程运用角度出发，说明 了交叉口附近公交停靠站选址的一般原则。华南理工大学的谭满春、徐建闽等人 在文献【l3 】对垂直交叉路段和直线型路段提出了城市公交停靠站的选址离散型模 型和连续型模型，阐述了模型解存在性理论依据，并对模型的解进行了相应讨论， 最后将研究所取得的成果应用于实用软件的开发。同济大学的杨晓光、阴炳成在 其论文【1 4 】中针对国内外常用的路侧型和路中型公交专用道布置模式，对比不同 条件下公交车的车均延误差异，论证了公交专用道的最佳位置；通过建立公交车 车均延误模型及交通仿真分析，确定了停靠站的最佳布置位置。 对于公交停靠站的设置形式研究方面，国内大多是针对性的定性研究。葛宏 伟、王炜、陈学武、梅振宇等人在其论文【l5 j 中对公交停靠站的设置方法进行了 研究，并根据不同的道路条件和相应的交通状况，对其类型、尺寸和设置位置做 了详细的分析说明。东南大学的蒋文涛在其论文【1 6 】中研究和探讨了公交站点的 平面布置的基本原则。石家庄铁道学院的王扬、赵慧丽、王丽娟在他们的论文m 中指出公交站形式的选择时，需要考虑包括专用道在道路横断面上的位置、道路 断面形式及交通量等因素，并对主要形式的适应性进行了较为详细的对比分析。 总的说来，对于公交停靠站的优化设置研究，有关专家、学者越来越多地注 重从定性分析转向定量分析，考虑的相关因素越来越具体和全面，所建立的模型 3 硕士学位论文第一章绪论 从单一模型转向复合模型，并且模型的实用性大为增强，模型标定和使用也较为 快捷和方便，同时，注意计算机仿真技术的应用。 1 3 论文研究内容及研究方法 1 3 1 研究目标 本文通过查阅国内外公家停靠站相关研究和大量细致的调研，针对公交停靠 站设置中存在的问题，着重从公交停靠站站间距、站址、站型等方面展开相关研 究，为城市常规公交停靠站的优化设置提供科学合理的决策方法和技术支持。论 文预期成果是：建立站间距优化模型并确定算法、建立公交停靠站的选址优化模 型和公交停靠站类型优化模型。在研究公交停靠站的形式基础上，提出公交站点 设计的实用技术方法。 1 3 2 主要研究内容 本文研究包括以下几个方面内容。 ( 1 ) 公交停靠站站间距分析研究 针对公交停靠站的站间距进行相应研究。首先分析了公交站点间距对公交乘 客的时间价值、公交运营成本及社会效益的影响，并通过对公交使用者、公交运 营者和社会环境，三者利益的综合考虑，建立了城市公交停靠站站间距优化模型。 ( 2 ) 公交停靠站站址的优化研究 在分析停靠站位置的影响因素的基础上，首先对公交停靠站设置在交叉口上 游、下游以及路段中的适用条件进行了定性分析。然后在此基础上，提出了基于 公交停靠站乘客平均步行时间最小的公交停靠站站址的优化选择模型。 ( 3 ) 公交停靠站站型优化研究 。 探究直线式公交停靠站和港湾式公交停靠站的特性及公交车辆行驶规律，并 在此基础上，着重从交通效率和经济效益角度，对直线式公交停靠站和港湾式公 交停靠站的适用条件进行量化依据的研究，建立公交停靠站类型优化模型。进而， 从经济效益、交通安全、公交服务效率等角度，对不同类型的公交停靠站设计形 式的适应性进行定性分析。 1 3 3 主要研究方法 本文在研究过程中，采用了宏观、中观、微观相结合，定性解析与定量建模 4 硕士学位论文 第一章绪论 相结合以及对比分析等研究方法。 公交停靠站站间距优化研究，定性分析公交停靠站站间距概念及其影响因 素，然后从定量角度，建立优化模型，并借助于动态规划顺序算法求解。 公交停靠站站址优化研究，定性分析公交停靠站站址的影响因素和站址选择 的一般原则，对比分析路段停靠站和交叉口停靠站选址，并分别从路段、交叉口 两个角度，建立路段、公交停靠站选址优化模型，并利用黄金分割法求解。 公交停靠站站型优化研究，着重从交通效率和经济效益角度，对直线式公交 停靠站和港湾式公交停靠站的适用条件进行量化依据的研究，建立公交停靠站类 型优化模型，对不同类型的公交停靠站设计形式的适应性进行定性分析。 5 硕十学位论文 第二章公交停靠站站间距优化研究 第二章公交停靠站站间距优化研究 公交站点的间距优化是从宏观层面对公交站点设置进行优化，它是公交系统 一项十分重要的评价指标。明显的影响着公交车辆的运营速度、线路的发车间隔、 配车数和线路运载能力，是影响乘客乘车便利程度、车辆运营速度和公交运营调 度计划的重要因素【4 3 】【4 4 1 。优化公交站点的站间距能有效提高公交系统的性能。 2 1 公交站间距的概念 公交站间距指一条公交线路上相邻两个公交站点之间的距离。在城市中心， 商业区等客流量比较大的区域，公交站点设置密度比较大，公交站间距比较短； 而在市郊区或卫星城镇，乘客出行比较分散，相应地公交站间距比较长。 2 2 影响壶占间足巨的因素 公交站间距的大小时刻影响着公交乘客乘车的方便性和公交运营公司的运 营成本、运营收入。同时它也受到许多因素的影响，如政府对公交站间距的投资， 公交线路周边的土地利用性质和利用强度以及车道的形式等，这些因素对公交站 间距的影响具体分析如下。 ( 1 ) 建设投资 政府对公交建设的投资决定了公交线路的覆盖率，其最明显的表现为站问 距，投资越大，就可以建更多的站点，购买更多的车辆。但并不是投资越多越好， 还需要进行成本效用分析，以确定最优站间距。 ( 2 ) 用地性质 公交线路周边的土地利用性质直接确定公交站间距的长度，土地利用性质多 种多样，可以分为居住用地、商业金融用地、工业用地，工建用地等。其中，居 住用地和商业金融用地多的区域，建筑密度和容积率都很高，居民活动频繁，出 行次数多，则公交站点设置密，公交站间距短；反之，公交站间距长。 ( 3 ) 土地利用强度 公交线路周边的土地开发强度影响到公交站间距的确定。土地开发强度大， 则出行源点多且密集，客流量也随之增加，为了满足乘客的交通需求，公交站点 设置比较密集，即公交站间距比较短；反之，土地开发强度小，则出行源点分散， 客流量小，公交站点设置松散，即公交站间距比较长。 6 硕士学位论文第二章公交停靠站站间距优化研究 ( 4 ) 车道形式 公交车辆行驶的车道形式根据道路条件和投资条件不同而不同，为此站间距 针对具体情况具体确定。一般沿公交专用道设置站问距为6 0 0 2 2 0 0 m ，以保证车 辆高速行驶；而沿混行车道设置的公交站间距为3 0 0 1 2 0 0 1 8 】。 ( 5 ) 服务水平 服务水平是公交系统向乘客提供服务的综合评判，包括速度、舒适度、可达 性等等指标。从乘客对速度和舒适度的要求来看，期望设置较长的站距。从可达 性的层面来说，乘客期望较短的站间距。由此可见，公交站间距的设置需要在这 些因素之间寻求平衡，使乘客满意度最大。 2 3 公交停靠站站间距分析 对于一条固定公交线路来说，站间距的大小直接影响乘客出行的方便性、舒 适度和公交公司的服务水平。如果公交停靠站之间的站距过小，虽然能让乘客在 较短的步行距离后就坐上公交车，但却使得公交车辆频繁地加减速与停靠，增加 了公交车的运行时间也就是增加了乘客的车内出行时间，使得车内乘客的舒适感 下降，对周围交通及环境会造成一定的负面影响，也增加了公交公司的运营成本： 如果公交停靠站之间的站距过大，则会使乘客在乘车前及下车后所必须行走的距 离增加，影响乘客出行的方便性，在一定程度上也会影响到公共交通作为一种交 通方式的吸引力。由此可见公交站间距是影响乘客乘车便利程度、车辆运营速度 和公交运营调度计划的重要因素，优化公交站点的站间距能有效提高公交系统的 性能。 因此，如何确定合理的公交站间距对公交系统的规划及调整现有线路的站点 设置等都具有实际意义。 在实际的公交站点设置时，在以下地方一般都会考虑：居民聚集点、繁华商 业区、火车站及码头等，因为这些地方客流量大，在这些地方设置公交站点既能 增加公交车的客流量，同时也能方便乘客的乘坐。 但是否在所有该类地方都设置公交站点及在其它地方是否设置公交站点，大 多由公交车的运营公司决定。因此，公交线路站点的设置在很大程度上是定性的， 缺少量化依据。根据国家标准，公交停靠站的服务面积，以3 0 0 m 半径计算，不得 大于城市用地面积的5 0 ；以5 0 0 m 半径计算，不得小于9 0 ，且公交停靠站的站 距应符合表2 1 的规定。 在国家有关规澍2 0 】中，规定了城市不同区域在确定公交停靠站平均站间距 时的不同范围。表2 1 是城市道路交通规划设计规范规定的公交线路站距的 范围。 7 硕士学位论文第二章公交停靠站站间距优化研究 表2 - 1 国内各种公共交通系统的平均站距 公共交通系统名称市区线郊区线 公共汽车与电车 5 0 m 一8 0 08 0 m 一10 0 0 公共汽车大站快车1 5 0 眦0 0 0 l5 0 0 - 2 5 0 0 快速i v i r t 交通8 0 m 一1 0 0 0 1 0 0 m 1 5 0 0 注：表中的m r t 表示大容量捷运交通。 2 4 基于需求离散分布的城市公交停靠站动态站间距优化模型 城市道路交通规划设计规范规定的公交站间距只是一个笼统的范围，选 择下限与选择上限会产生很大的不同。在不同城市，其交通有着不同的特点：在 同一个城市，不同公交线路由于走向的不同，导致其周围的交通状况、客流分布 各不相同。因此，当某一条线路的走向确定之后，就应该通过一定的方法确定其 停靠站站间距，作为公交规划及线路调整的依据。现在，对公交停靠站间距的研 究绝大多数都是基于公交需求沿线路均一连续分布，建立优化模型对公交线路的 平均站距进行优化。 s c w i r a s i n g h e 的研究【l 】也是基于需求连续分布的站点间距优化理论。其论 文中假设的公交需求沿线路连续分布，任一点离线路的起始站为x ，该点的上下 客需求量均为x 的连续函数。但是在实际情况中，由于公交线路经过不同的区域， 各区域的用地性质不同，客流分布也不同，并且沿途的交通状况各不相同，乘客 需求也有相当大的差别。因此s c w i r a s i n g h e 论文中提到的公交需求沿线路连续 分布太过理想化，本文根据实际情况中公交需求沿线离散分布，建立基于需求离 散分布的城市公交停靠站动态站间距优化模型。 2 4 1 模型假设 为反映数学模型的准确性和实用性，现假设如下： ( 1 ) 公交车辆出站时，由静止匀加速至正常运营速度；公交车辆靠站时，由 正常运营速度匀减速至静止。 ( 2 ) 为了简化分析普遍的公交接驳交通方式，作者仅考虑步行接驳交通方式， 其他的如非机动车、公交、出租等方式的接驳暂不考虑。 ( 3 ) 乘客陆续到达公交站点的状态服从平均分布，则平均候车时间为行车间 隔时间的一半。 ( 4 ) 乘客达到公交站点后遇到所乘线路的第一辆公交车仍然有乘车空间。 3 硕士学位论文第二章公交停靠站站间距优化研究 2 4 2 模型目标 在城市道路公交系统中，公交乘客、公交运营公司及社会环境作为三方主体 都希望自己获利最大。因此，从不同主体的角度分析，设置公交站间距的目标也 不同【19 1 。 ( 1 ) 从乘客的角度来看，他们希望所设置的站间距能使出行成本最小，即乘 客出行车内时间成本、乘客出行车外时间成本和乘客出行票价费用所形成的 总成本最低。 ( 2 ) 从公交运营者的角度来看，他们希望所设置的站间距能够使线路服务更 多的区域并吸引更多的乘客，即站点的覆盖面积最大。同时，在满足服务水 平的基础上，运营者希望公交建设成本和运营成本最低。 ( 3 ) 从环境方面看，他们希望所设置的站间距能够尽量减少公交运营对环境 的污染。 基于以上三个目标，在综合考虑乘客出行成本、公交运营成本以及环境影响 成本的基础上，以公交系统总出行成本最小为目标，建立相应的模型以确定最优 站间距。 2 4 3 模型建立 2 4 3 1 备选站点的设置 模型研究的对象是新规划的或已有公交线路，研究目标是具体确定该公交线 路的合理公交停靠站站间距。合理站间距首先要确定备选站点，对备选站点的设 置如下t ( 1 ) 公交线路走向：共经过，个不同路段，依次经过路段为墨，r ，r h ，马； ( 2 ) 公交线路拟设站点：公交线路首末站已定，根据公交线路中途站点的 一般布设原则，站点应该设置在公交线路沿途所经过的主要客流集散点附近和交 叉口附近，拟设站点共有n 个，沿线路走向依次为s l ，s 2 ，s 川，s 。；d k 表示站点 s k 1 与相邻下游站点s k 之间的距离。 ( 3 ) 公交线路沿线小区：借鉴交通小区划分原则，根据公交线路沿线直接 影响区域的用地性质、区位、人口密度、开发强度等基础数据，将该公交线路的 沿线用地划分为m 个不同的公交出行小区p 。，p ：，巴小匕，小区公交出行需求 ( 公交出行产生公交出行吸引) 均发生于对应的小区形心。 9 硕士学位论文 第二章公交停靠站站间距优化研究 图2 - 1 公交线路示意图 ( 4 ) 公交o d ： 当不考虑换乘时，公交出行均为境内出行，即出行起讫点均在公交线路直接 影响区域内，小区的公交出行产生总量和公交吸引总量必然相等； 当考虑换乘时，公交出行存在境外出行，即出行起点在公交线路直接影响区 域内，而出行讫点在公交线路直接影响区域外，为了便于操作，可将换乘需求合 并到换乘站点处小区的公交吸引量，从而小区的公交出行产生总量和公交吸引总 量相等。 公交o d 是通过从公交线网规划客流数据中提取待优化线路相关o d 数据获 得，即可以得到i 小区乘客公交出行产生量为o i ，公交出行吸引量为d i ，小区i 到小区j 的公交出行需求量为e ( i j ) 。 2 4 3 2 乘客公交出行成本c p 解析 乘客公交出行成本是公交系统总出行成本的重要组成部分。它包括乘客出行 时间成本和乘客出行费用成本。 乘客出行时间成本是根据乘客出行的全过程确定，而乘客出行全过程就是： 乘客由居住小区步行至公交站点，然后等候需要乘坐的公交车，车辆到站后乘客 上车并随公交车一起运行，至目的站点乘客下车，最后步行到达目的地。相应地 乘客出行时间成本包括：乘客到站时间成本c d 、离站时间成本c l 、车站候车时 间成本c h 、上下车时间成本c 。、车内时间成本c n 。 乘客出行费用成本即票价成本，表示为c t ( 1 ) 乘客到离站时间成本 乘客到达车站的时间与周围道路状况和采用的交通方式有关，为研究问题的 方便，假设都采用步行方式并忽略道路状况的差异。这样乘客步行到车站过程可 以简化为两大步骤：步行向线和步行向站。 1 0 硕士学位论文第二章公交停靠站站间距优化研究 建立空间直角坐标系如图2 2 所示，小区形心p i 坐标用( x p i , y p i ) 表示；公 交站点s i 坐标用( x s i , y s i ) 表示；公交线路所经路段r i 由两端点的坐标可得出： 其直线方程为：a j x + b i y + c j - 0 对于小区p i 一定处于某己知路段的某侧，故小区p i 所在路段用r i 表示，其 直线方程为：a i x + b i y + c i = 0 ； 根据乘客最大可接受出行距离，确定各小区p i 对应的备选起讫站点，并统 一用 s d i ( x s d i ，y s d i ) 和 s u ( x 。l i ，y s n ) ) 表示。 通过p i 向r i 直线作垂线，垂足为h ( x 砸，) ，利用平面解析几何知识可 以得到直线p i p n 的方程为b i x a i y - b i x p i + a i y p i - - - - 0 ； 联立两直线方程可以得到， = 塑半= 垒等等塑 ( 2 - 1 ) 图2 - 2 公交线路平面直角坐标系示意图 到站距离h 分为向线距离厶和向站距离，：，而离距离l i j 分为背站距离，和 背线距离j i t 。其中，向线距离就是形心p i 和垂足凡之间的距离，向站距离是垂 足p 一与站点s d i 之间的距离；背站距离是垂足与站点s l i 之间的距离，背线距 离为形心p i 和垂足n 之间的距离。 根据两点之间距离公式，可以得到向线距离厶、向站距离。背站距离厶和 背线距离厶。 ，h xp f + b f 匕f + c i l 、彳，2 + br 2 ( 2 2 ) 乞= c 塑斧一蹦+ ( 垒斧2 硕士学位论文 第二章公交停靠站站间距优化研究 厶= 所以， 厶= b 帮、4 。+ 岜。 c 塾卷华一 厶= 聃c 嘴甜+ 紫 对+ 盘蔫攀一搿 ( 2 3 ) ( 2 - 4 ) ( 2 5 ) ( 2 6 ) ( 2 - 7 ) i 小区乘客到站时问成本c d i 、 眠乙c 盟瓣丝酬2 + ( ：产训、帮 g 鼎钐嘲x ! 堕二竺= 笪二兰二二耍芷 ( 2 8 ) 以小区i 产生乘客到站单位时间成本 r 乘客正常步行速度取5 k m h i 小区乘客离站时间成本c l i 一九乙一俨警+ c 掣产吲i 紫 q ：q 无形：q 厶x j 兰二! 二丑二二! 蓝 ( 2 - 9 ) 旯。小区i 吸引乘客离站单位时间成本 ( 2 ) i 小区乘客车站候车时间成本c k 乘客到站候车时间与发车间隔h 和乘客数量相关，由于假设乘客陆续到达车 站的状态服从平均分布，则乘客平均候车时间约为发车间隔的一半左右。由此， 乘客候车时间成本为 ：九q ( 2 1 0 ) 小区i 对应站点乘客候车单位时间成本 l r 公交车的发车间隔 ( 3 ) i 小区乘客上下车时间成本c s i 1 2 硕+ 学位论文第二章公交停靠站站间距优化研究 包括乘客上车时间成本、下车时间成本以及开关门时间成本 g = 九宰l ( q + d d z ) + t o i + 乞j f 2 1 1 ) 以，小区i 对应站点乘客上下车单位时间成本 。撕小区i 对应站点乘客上车时间 出小区i 对应站点乘客下车时间 。，小区i 对应站点公交汽车开门时间 d 小区i 对应站点公交汽车关门时问 ( 4 ) 车内时间成本c n i 乘客与站距有关的车内总出行时间包括乘客车内运行时间及乘客因公交车 辆站点停靠而损失的时间。c n i 指的是从上游临近站点到小区p i 备选站点的车内 时间成本。 乘客车内运行时间t y l 包括两部分：乘客车内车辆正常运行时间乙和乘 客车内车辆加减速运行时间乃，即： 乙= 乞+ 死= 胆一知扑( 矧心 以b ( 2 1 2 ) d “i 1 小区所选站点到i 小区所选站点间的距离 u 公交车辆正常运行时的速度 i - i ( o ，一d ，) 一小区以前的所有小区经过如段到i 小区的乘客数 i = l 乘客车内因公交车辆停靠而损失的时间分为上下乘客、开关车门，则有： 瓦= o i t , + d i t d i ) + t o i + t c , 木( 善i - ! - d f ) ) ) ( 2 - 1 3 ) 以小区i 对应站点乘客上下车单位时间成本 0 小区i 对应站点乘客上车时间 乞小区i 对应站点乘客下车时间 k 小区i 对应站点公交汽车开门时间 乞小区i 对应站点公交汽车关门时间 因此，从上游临近站点到小区p i 备选站点的车内时间成本为 1 3 硕士学位论文第二章公交停靠站站间距优化研究 印鲁一兰( 丢+ 讣乃宰( 三+ 守枷h 一乞】) 牛c 善( q 枷幸万 ( 2 1 4 ) 五车辆正常运行时乘客车内单位时间成本 五；车辆加减速时乘客车内单位时间成本 五。车辆停靠时乘客车内单位时间成本 万小区p i 对应站点是否与上游最临近小区p i - l 对应站点相同，若相同则 取值为0 ，否则取值为1 。 ( 5 ) i 小区乘客票价成本c t i 公交乘客在付出时间成本的同时，还需要向公交运营企业支付一定的车票费 用，票价成本与乘客搭乘距离正相关，并且为了吸引乘客常有递远递减的趋势。 c t i 指的是从上游临近站点到小区p i 备选站点的票价成本。 g = ( 一口) ) 宰d 蔚p 。 ( 2 - 1 5 ) p t 单个乘客、单位距离的票价成本 ( 6 ) 乘客公交出行成本c p 综合以上模型，可得 c p - - ( 巳+ g + c ，+ g + q ；+ g ) ( 2 - 1 6 ) 2 4 3 3 公交运营成本c o 公交的运营成本主要分为两部分，即经常性的经营管理费用和设备折l e l 费 用。经营管理费用可以划分为固定性支出的经营管理费用和变动性支出的经营管 理费用。前者取决公交公司线路的规模和人员、设备配备情况，后者决定于车辆 的行驶里程，并与其成正比。设备折旧费指公交运营者的各种设备在反复使用过 程中不断处于损耗状态，不得不定期的修理、维护和更换新的设备，以保证各种 设备得以正常运转的费用。 与站点间距设置优化有关的经营管理和设备折旧费用士要包括公交站点的 维护管理和折旧费用、车辆运营产生的油耗和折旧费用。 ( 1 ) 公交站点的维护管理和折旧费用c l ； 设平均每个公交站点每天的维护管理和折旧费用为丑( 元天) ，则每天线路公 1 4 硕士学位论文第二章公交停靠站站间距优化研究 交小区p i 备选站点的维护管理和折旧费用为： 【一2 ( 2 1 7 ) ( 2 ) 车辆运营产生的油耗和损耗费用c 2 ， 由于公交在路段正常运营状态下与公交加减速状态和停站状态下的油耗和 损耗是不同的，因此我们把公交运营产生的成本分为三部分：公交车辆正常行驶 时的营运成本、公交加减速时的营运成本及公交停站时的营运成本。 设公交车辆正常行驶时单位时间的平均油耗和损耗费用为如。( 元s ) ，加减速 行驶时单位时间的平均油耗和损耗费用为如：( x s ) ，每次停站时的平均油耗和损 耗费用为如，( 元次) ，c 2 ，指的是从上游临近站点到小区p i 备选站点的车辆运营产 生的油耗和损耗费用，则有： g ，= i t 木 如。术 鲁一兰( 吉+ 昙) + 五：木c 詈+ i u ，+ 五，) ，c 2 - ，8 ， t _ 一公交服务运营时间 b 公交车的发车间隔 ( 3 ) 公交运营成本e 综合以上模型，可得 c 。= ( c 。，+ c ：，) 木万 ( 2 1 9 ) 式中，万表示的是小区p i 对应站点是否与上游最临近小区p i - l 对应站点相同， 若相同则取值为0 ，否则取值为1 。 2 4 3 4 环境影响成本c h 解析 环境影响成本主要指的是公交运营中对城市环境和生态环境的影响成本，具 体指的是公交汽车在运营中所产生的噪声、振动和废气所产生的影响费用。由于 环境影响成本具有影响因素多、作用机理复杂、影响的长期性，以致难于定量化， 通常对其进行简化处理，粗略估计其大小。 机动车尾气污染物排放已成为大气环境的主要污染源，虽然汽油车和柴油车 有所不同，但尾气通常均包括c o 、c 0 2 、c h 、n o x 等气体，本部分着重研究系 统中公交车产生的废气的影响成本。 环境影响成本与废气排放量和废气治理成本或产生的损失有关。从从上游临 近站点n d , 区p i 备选站点的环境影响成本c h i ，可依据以下模型计算： = n 枣岛乙 ( 2 2 0 ) 1 5 硕士学位论文 第二章公交停靠站站间距优化研究 式中：t p 为环境影响成本；n 为公交车运营次数；q i 公交车从上游临近站点 到小区p i 备选站点的运营过程中废气j 排放量；z j 为废气j 治理或损失单位成本。 ( 1 ) 公交汽车车辆运营次数n 公交汽车车辆运营次数与发车间隔h 负相关。当发车间隔较小时，公交服务 水平较高，公交汽车车辆运营次数较多，反之，当发车间隔较大时，所需公交汽 车车辆运营次数较少。 = ( 2 - 2 1 ) 式中：t 为公交服务营运时间； ( 2 ) 单辆公交车单趟运营废气j 排放量q i i 单辆公交车单趟运营废气j 排放量除与公交汽车的自身基本参数，如发动机 动力源、发动机排量、发动机功率、车体最大总质量、额定载客人数、所达到的 排放标准等有关外，还与公交汽车行驶工况有关。 j 有关研究成果【2 1 】表明，对于发动机参数确定的机动车，其行驶参数中对排 放影响最大的是怠速比例、平均速度、平均运行速度，其次是加速度比例、平均 加速度、平均减速度，然后才是其它一些参数。根据试验【2 2 】，行驶工况与排放 的关系可以表述为：怠速及减速工况下，车辆的污染排放均较低匀速工况下，各 排放物都较怠速和减速工况下有所上升，匀速行驶时，车速越高，排放值越高加 速工况下，c o ，c 0 2 ，h c 和n o x 的排放达到最高。 由此，可得计算模型如下： 岛= 掌鳓+ 。宰鲰+ 乞宰鲰= 石u 木纵+ l 鲁一兰( 丢+ 丢小绋+ ：u 宰纵 ( 2 - 2 2 ) 式中，t i d 为公交车从上游临近站点到小区p i 备选站点的运营过程中的怠速 或减速时间，q j d 是对应的单位时间的废气j 的排放量；t i r 为公交车从上游临近 站点到小区p i 备选站点的运营过程中的匀速时间，q i ，是对应的单位时间的废气 j 的排放量；t i a 为公交车从上游临近站点到小区p i 备选站点的运营过程中的加速 时间，q j i a 是对应的单位时间的废气j 的排放量。 ( 3 ) 废气j 治理或损失单位成本乙 公交汽车产生的废气，加剧了城市大气污染，恶化了大气环境，严重影响人 民的生活质量与健康水平，造成巨大经济损失，为了减轻废气所造成的损失，需 要进行相应的治理。由此，需要考虑废气j 治理或损失单位成本z i ，该成本与废 气的种类和所采取的治理技术有关。 ( 4 ) 环境影响成本c h 综合以上模型，可以得到环境影响成本c h 计算模型为 1 6 硕士学位论文第二章公交停靠站站间距优化研究 c h = 芝c ，= 芝1 半g 木z 盯l ( 2 - 2 3 ) i = 1 f = l 、 式中，各参数意义同前。 2 4 3 5 态站间距优化模型建立及求解 研究优化的目标就是从所有的公交线路拟设站点中，根据乘客最大可接受出 行距离，确定各小区p i 对应的备选起讫站点集，从备选起讫站点集中综合选取 合理站点，从而使与站间距相关的公交系统总出行成本最小，进而确定该公交线 路的合理公交停靠站站间距。 动态站间距优化模型 m i n c = ( c p ，+ c o f + ) ( 2 - 2 4 ) i = 1 上述模型同时兼顾了乘客出行总成本、公交运营总成本、和环境影响成本三 方面，保证了公交线路的系统总成本最小，但是并不能使公交乘客的利益得到很 好的保障，若按照系统总成本最小模型求得的最佳站距较大，使得乘客到站步行 距离过长，或求得的站距过小会导致乘客车内运行时间过长，