（交通运输规划与管理专业论文）基于蚁群算法的旅游交通线路优化问题研究.pdf

韭塞銮道太堂亟堂焦诠童 空塞撞翟 中文摘要 摘要：目前，我国旅游业的发展还处在初级阶段，旅行社在很大程度是扮演了旅 游交通组织实施者的角色，它的主要任务就是落实旅游交通、食宿和景点。由此 而形成的旅游当然主要是由交通条件和交通路线来决定的。因此旅游交通线路的 优化将直接影响旅游企业的客源、收入和发展m 。 本文立足于旅行社的角度对旅游交通线路优化问题进行集中研究，将旅游交 通线路优化问题分为“一日游”旅游交通线路优化和“多臼游”旅游交通线路优 化，分析了旅游出行与日常出行的不同，并利用主成分分析法对旅游交通线路优 化问题的目标函数进行了改进。 在对比分析了多种启发式算法的基础上，本文选取蚁群算法对旅游交通线路 优化问题进行求解。在算法改进方面：利用伪随机比例规则进行蚂蚁路径选择， 对启发式因子，信息挥发系数等参数采取动态设置的原则，增加了路径选择的多 样性，改善了蚁群算法易陷入局部最优解的缺点。并以t s p u b 标准数据库中e i l 5 1 问题为例，进行对比计算，结果表明，算法改进有效。最后，本文利用改进后的 蚁群算法对“多日游”旅游交通线路优化问题进行算法设计，将每个蚂蚁的所走 的路径都构造成为可行的路径，简化了“多日游”旅游交通线路优化问题的求解 难度。并以北京“三日游”为例，结合m a t l a b 编程，对旅游交通线路优化问题进 行求解例证。 关键词：旅游线路；旅游交通线路；路径优化；蚁群算法； 分类号：u 1 2 l 韭塞銮通太堂亟堂焦监塞垦墨! 曼! a b s t r a c t a b s t r a c t w i mm ci m p r o v e l t l 胁to fp e o p l e s1 i v i n gs t 锄d a r d ，t l l c yb e 咖t os p e i l d m o r c 锄dm o r et i i i l eo nt o u r i n g h o w c v t h ed e v e l o p m 铷to ft o u r i s mi n0 1 1 rc o u m r yi s s t i l li l l p f i m a f ys t a g e t 0al a r g e 似t 吼t ，仃a v e la g c n c i e s s t i l l p l a yar o l eo ft h e o i 馨m i z a 缸o no f 饥m s p o r t a t i o n 粕dt o l l r i s m t h c i rm a i nt a s ki st o 跏g e 仃a n s p o r t a t i 呱 a c c o 咖o d a t i o n sa n d 种眦i c t i o 璐t h eq u a l i t yo ft o u i i s mi sg r c a t l yi n f i u e n c e db y 仃：轴s p o n a t i o nc o n d i t i o n sa 1 1 dt r a n s p o f t a t i o ni t h l a a r yt h e r e f o r e ，仃a i l s p o n 撕o ni 6 n e r a r y 叩t i i 】a i z a t i o ni l l 枷_ l r i s m 谢l lh a v ead h c te f 芏b c to nt h cp f o f i t so f 劬v e la g e n c i e s t 1 l i st l l e s i sf b c 岫瞎0 nt l l er e s e a r c ho f 仃锄印o r t a t i o ni 如e r a 巧o p t i 曲z a t i o ni l l t o 嘣s mo nl l l ep o i mo f 仃a v e la 黜i e s 、，i e w a n dt h ep b l 哪o f 咖l s p 嘣a ：t i o n i 血盱a r yo p t i l l l i z a c i o ni l lt o l l r i 锄i sd i v i d e di i l t o “o n ed a y - v i s i t o p 血n i z a t i o np r o b l e m 锄d m u l t id a y _ v i s i t o p t i m i z a t i o np r o b l 锄mt h i st l l 嚣i s ，m em o d e la n da 1 9 0 d t l l 】皿o f 也e 吮l s p o r t a 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丽l h 也e h e l po f c o m p u t e r y w o r d s ：t o t l 血gr o u t e ；衄l s p 咖t i o ni i nt o 嘶锄；i t 呦o p t i m i z a t i o i l ； a n tc o l o n ya l g 嘶t b l l l ； c i a s s n o ：i n 2 l 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解北京交通大学有关保留、使用学位论文的规定。特 授权北京交通大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索， 并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国 家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明) 学位论文作者签名： 南 签字日期：w 1 年1 2 月i 9 日 导师签名： 圣谕 签字日期：沙叼年j 2 月，o 日 ， 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研 究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或 撰写过的研究成果，也不包含为获得北京交通大学或其他教育机构的学位或证书 而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作 了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名：高罄 签字日期：年j 王月o 日 致谢 本论文是在导师赵瑜副教授的悉心指导下完成的，在两年半的研究生学习期 间，赵老师不仅在理论学习和科研实践中给予我悉心的指导，而且还在生活上给 予我关怀和启迪。赵老师严谨的治学态度、一丝不苟的工作作风、不懈追求的奋 斗精神都将是我终身学习的榜样。本文的完成倾注了赵老师关爱和心血，在此， 谨向赵瑜老师表示我最衷心的感谢和最诚挚的敬意! 在论文的写作过程中，翻阅、借鉴和引用了许多前人的研究成果，很多学者 们的观点给了我很大的启发和帮助，在此向各位研究者们表示诚挚的感谢。 我还要感谢我的父母和家人，正是他们的支持和理解，我才能够潜心于学术 研究，完成论文的写作。 最后，衷心感谢在百忙之中抽出宝贵时间对本论文进行评审的专家和学者们， 您的批评和指正将成为我进一步研究的动力。 照塞窑亟盍堂亟主堂僮 丝 塞 呈l直 1 引言 1 1 研究背景 近几年来，随着我国改革开放的不断扩大，人民生活水平得到显著的提高， 人们的旅游意识开始逐渐加强，外出旅游已经成为人们生活的时尚。旅游业也成 为我国国民经济的新的增长点。随着旅游基础设施的不断完善，旅游产品开发的 日益成熟，人们对旅游的质量也提出了越来越高的要求。 交通是旅游的主要时间消耗之一，交通质量的好坏直接影响着人们对旅游的 满足程度。而交通基础设施短时间内难以有较大的改善，那么在交通基础设施不 变的情况下，怎样才能提高旅游者的旅游交通质量呢? 这就涉及到旅游交通线路 的优化问题。 1 1 1 交通在旅游中的作用 自从旅游业产生以来，交通就成为其不可或缺的内容。不管旅游业的发展如 何变化，交通始终占有重要的地位。交通作为旅游的重要组成部分，具体可以表 现在三个方面： 第一，交通是旅游的主要时间消耗之一。旅游线路不同、内容不一、交通所 占的时间消耗比例也不尽一致；距离远、景点多、交通条件差、服务水平低，即 典型的“苦行僧”式的行军游，交通耗时可占一大半“1 。 第二，交通是旅游的主要费用消耗之一。旅游中的交通费用视选择的交通方 式不同、服务水平商低、交通路线差异而相差甚远。一般而言，交通水平高低与 其他要素又是互相匹配的，交通费用在整个旅游费用中的比例可能会是所有食、 宿、行、游4 大项支出中最大的一项。从实际情况来看，随着旅游距离的延伸以 及景点的增多，交通所占的时间、精力、费用等也均会增加。 第三，交通是决定旅游效果的主要因素之一。据不完全统计，在影响旅游效果 的要素中，与住宿、饮食、景点相比，6 0 9 6 左右的人将交通列为首位“1 。交通服务 水平差，轻则筋疲力尽、支出增加、情绪低落；重则生命财产受损，造成终生遗 憾，走到旅游效果的反面。因此，旅游过程中交通质量的好坏直接影响着旅游质 量的高低。 e峦銮适太堂亟堂 焦盈塞呈l壹 1 1 2 旅游交通线路优化问题的提出 对于旅行社来说，当前我国旅游业的发展还处在初级阶段，旅行社产品的总 体特征用一句话来概括，可以称之为“标准低、全包价、团体观光旅游为主“”。 旅行社在更大程度是扮演了旅游交通组织实施者的角色，它的主要任务就是落实 旅游交通、食宿和景点，由此而形成的旅游当然主要是由交通条件和交通路线来 决定的。旅游交通线路的优化将直接影响旅游企业的客源、收入和发展。 对于旅游者来说，如今自助游已经成为一种时尚。选择合适的旅游交通线路， 不仅可以节约交通时间，提高交通质量，而且可以节省交通成本。 从旅游本身来看，旅游过程实质上是以景点为节点，以交通路线为连线而形 成的闭合系统。旅游交通线路优化研究的主要内容可以描述为：如何在复杂的交 通网络中快速、科学地寻找合适的游览路线可以最大限度的节省交通时间和交通 费用，使旅游者的满意程度达到最大。 1 2 文献综述 旅游交通是旅游活动中的重要组成部分。随着我国居民收入水平的提高和旅 游业的蓬勃发展，旅游交通越来越受到人们的重视，旅游交通的研究在国内外也 正引起越来越多的学者关注。 国内外学者对旅游交通的研究大体可以分为三个层面： 第一，交通要适应旅游业的发展，即交通基础设施要跟得上旅游业的发展要 求，要保证旅游景点的可进入性。这主要涉及到旅游交通规划的研究。 第二，交通应促进旅游业的发展，主要指的是旅游交通道路两旁的自然景观 规划和旅游交通线路的优化。 第三，交通和旅游业的一体化发展，即旅游交通产品的开发。就现阶段来说， 国内旅游交通产品的主要载体有旅游列车、豪华游轮等。 1 2 1 旅游交通的研究概述 在国外，早在2 0 世纪2 0 年代，美国的交通调查就注意到了旅游交通的要求， 并开始在道路交通规划上融入了旅游交通规划的概念。1 9 2 3 年开通的位于纽约市 外的b r o n xr i v e rp a r k w a y 便是一个典型的例证。该道路一改以往尽量缩短人们旅 行时间的设计思想，将道路置于自然空间( 森林) 当中。此后，美国相继开通了多 条以游客为主要对象的收费道路，为地方及联邦政府的税收做出了贡献。进入2 0 2 世纪8 0 年代，旅游交通规划在美国各级政府的交通规划中均具有重要的地位。 日本于1 9 5 5 年首次在旅游胜地“旧光”建设了长约6 5k m 的旅游公路，并在 1 9 6 2 年制定的“全国综合开发规划”中首次提到了旅游交通的问题。此后，日本 在旅游交通规划理论、旅游道路设计方法等方面的研究均投入了相当大的力量， 建立了较为完善的旅游交通规划理论体系。 1 9 8 8 年，f e s e n i i l a i c r 在“ar e g l 0 n a la n a l y s i so ft h ee f f e c t so fh i g h w a y d e v e l o p m e n to nt o u r i s mi nt e ) 【a sg u l fc o a s t ”一文中介绍了海岸地区的旅游 模式和公路的发展模式，第一次系统的评价了公路网对旅游业发展的满足程度。 1 9 9 2 年，加拿大运输协会在“p r o v i n c i a lt r u n kh i g h w a y7 5r o u t el o c a t l 0 n s t u d y ”一文中讨论了道路交通方面的问题对贸易与旅游的提升，并指出旅游交通 在促进旅游业发展方面有着极为重要的作用。 在国内，我国在1 9 8 7 年对旅游道路及交通规划与设计问题进行过初步探讨。 杭志祥对山区旅游公路的设计，李金铸对我国旅游公路的建设，任福田对旅游区 道路的规划与设计，王玉良对八达岭游览公路的设计，所有的这些研究初步构建 了旅游交通规划的理论体系。 2 0 世纪9 0 年代以来，周公宁对风景区内旅游交通设施的配置布局进行了研究， 并分等级研究了其一般规律。关宏志等人在对国内外旅游交通规划研究现状进行 总结分析的基础上，结合我国的特点，提出了我国旅游交通规划的目标体系，并 对在此目标下旅游交通规划的基本理论及方法进行了探讨。艾贺申在其硕士论文 “旅游公路交通发展规划研究”中通过对旅游公路的交通特点进行分析，提出了 制定适宜于区域旅游公路网规划的方法及步骤，进一步完善了旅游交通规划的理 论体系。 近几年来，以余青、吴必虎为代表的学者开始重视对风景道的研究，实现了 道路从单一的交通功能向交通、生态、游憩和保护等复合功能的转变，这对于生 态环境保护、景观设计、城市建设等具有十分重要的作用和意义。 在旅游交通产品方面，自从1 9 8 3 年法国的一家旅行社组织了一列从法国巴黎 出发，途经布鲁塞尔、波恩、华沙、莫斯科、西伯利亚等城市，从满洲里进入我 国，经北京、广州等地，最后到达香港的旅游专列之后，我国铁路专列旅游开始 逐渐发展起来。陈启跃、王志民在论旅游专列线路的设计一文中，着重对旅 游专列的线路设计进行了相关论述。作者总结了旅游专列线路设计的原则，并提 出了旅游专利线路设计的基本程序，为我国旅游专列的线路设计提供了理论依据。 随着旅游专列开行数量的增多和市场的实际检验，许多学者开始对旅游专列的存 在问题和发展战略进行探讨。其中，以赵瑜等为代表的学者将探讨的重点集中在 旅游列车的服务质量上，他指出列车硬件保障不过硬、服务人员素质不高、旅游 3 韭塞塞适太堂亟堂 焦逾銮曼i壹 特色不浓、卫生条件差是制约现阶段旅游列车发展的重要因素。贾俊芳在“旅游 列车开行方案经济效益评价方法研究”一文中，构建了评价旅游列车开行方案的 指标体系，并且对旅游列车开行方案的成本与收入指标的计算进行了探讨分析， 为旅游列车的开行提供了科学的依据。 1 2 2 旅游交通线路的研究概述 随着旅游业的快速发展，国内对旅游交通线路的研究逐渐升温。楚义芳认为， 无论是周游型旅游者还是逗留型旅游者，其具体的行为不外乎是成本( 费用、时间、 距离) 最小化行为或非成本最小化行为( 即单纯的满足个人最大化行为) 。他还进一 步指出，在世界旅游发展史上，偏向于满足最大化的旅游市场案例极其有限而且 持续时间很短，旅游市场偏向于成本最小化是国际旅游业发展所必然导致的结果。 旅游线路作为旅游企业的产品，市场经济的法则肯定激励企业追求利润最大化， 企业肯定要努力降低成本。即使企业采取差异化策略，努力在形象、服务、品牌 等方面制造与竞争者的差异( 与竞争者相比可能提高产品的成本) ，并以此来避免 价格战，但企业仍然还会在现有的基础上努力降低自身成本。因此，在绝大部分 的旅游交通线路优化问题中，目标函数都被简单描述成为交通费用最低。 本文在检索大量资料的基础上，将国内外对旅游交通线路优化的研究总结为 两个方面：旅游交通线路优化的模型研究和旅游交通线路优化的算法研究。 1 ) 旅游交通线路优化的模型研究 李锋，秦政在其“桂林市旅游交通最优规划的数学模型”一文中指出“一日 游”旅游交通线路优化是一个最终要回到出发原点的数学模型，实际上是关系到 图面上的点的行遍问题的模型。旅游者在对多个旅游景点进行旅游时，希望在遍 历每个景点的同时走最短的路程，即在众多备选路径中找出一条最短的路径。文 章以桂林市为例，在选择了合适景点的前提下，利用最小权匹配算法和k r u s k a 算 法，求解出在桂林旅游三天最为合适，同时给出了具体的旅游交通线路。 吴凯在“旅游线路设计与优化中的运筹学问题”一文中将旅游交通线路的优 化问题分为两类景点内部的旅游交通线路优化和面对旅行社的旅游交通线路 优化。文章指出景点内部的旅游交通线路优化，实质上是保证旅游景点内部各个 小景点的连通性问题，可以利用最小生成树进行初步求解。 刘倩在“旅行社旅游线路节点设计分析”一文中指出“一日游”的旅游交通 线路优化问题实际上就是运筹学中的货郎担问题。文章从定性和定量两方面进行 阐述，并对旅游者的心理因素进行了详细的分析，指出旅游景点的顺序组合应该 要考虑到让旅游者的兴奋度逐渐提高。 4 韭塞銮亟盔堂亟堂焦趁塞i l直 孙燕红在“旅行社旅游线路定制问题的理论分析及模型研究”一文中不再局 限于对传统的旅游交通线路优化问题的研究，她提出了旅游交通线路优化的新的 切入点，把视角从研究旅游交通线路优化的最短路径问题转向了研究旅行社如何 选择住宿地址方面的问题。论文把旅行社游憩中心的选择问题转化成一个选址问 题，即求出图的中心的问题，并以洛阳为例进行计算求解。 2 ) 旅游交通线路优化的算法研究 在旅游交通线路优化问题的求解方面，吴凯在其“旅游线路优化中的运筹学 问题”的硕士论文中，提出了用e x c e l 表格计算法来求解“一日游”旅游交通线路 优化问题，实践表明该方法只能适应少数景点的情况。 对于两景点间的旅游交通线路优化，绝大多数学者都采用传统的d i j k s t r a 算 法。戴文舟在“交通网络中最短路径算法的研究”的硕士论文中提出了一种改进 的d i j k s t r a 算法，文章从减少算法遍历的临时结点来对算法进行优化，采用椭圆 限制搜索区域，减少遍历的临时结点数；利用两点间直线最短的原理，以当前节 点的邻接点与当前点和终点连线夹角最大作为贪婪搜索策略。这样一来，在算法 中每经过一个节点，只需选取该节点和起始点的关联边与该节点和终止节点连线 夹角最大的一条边，不仅考虑了路段具有方向性特征，也在一定程度上考虑了全 局的最优性。 尹莹莹，孙亮在“一种进化型蚁群算法及其在t s p 问题中的检验”一文中，选 取蚁群算法对“一日游”旅游交通线路优化进行求解，并利用最小生成树与最优 路径之间的关系限制蚂蚁在每一个景点的搜寻范围，进化了寻优策略，节省了在 不可能构成最优路径的路段上的计算时间，改进了标准蚁群算法的效率和计算结 果的质量。 孟爱国，刘国彦，李峰在“基于改进遗传算法的旅游线路选择问题”一文中 在对“一日游”旅游交通线路优化进行研究时，选取了遗传算法对旅游交通线路 优化问题进行算法设计，并用m a t l a b 编程实现了对问题的求解。文章结论表明基 于节点坐标编程的改进的遗传算法，是求解旅游交通线路优化问题的一种比较理 想方法，其程序具有一定的通用性。 综上所述，旅游交通线路的研究虽然已经取得了一些成果，但由于学者的专 业背景不同，对问题的研究深度还存在着较大的差异。目前对旅游交通线路的优 化研究还存在着一些不足： 第一“一日游”问题研究较多，而对于“多日游”问题涉及的很少。 第二在模型构建上，旅游交通线路优化问题的目标函数形式过于单一。 第三在算法求解上，学者们只是将“一日游”的求解算法简单的应用到“多 臼游”问题当中，求解计算结果较差。 1 3 研究意义 近几年来，我国旅游业保持了良好的发展势头。据统计，2 0 0 6 年我国的旅游 总收入达到8 9 3 5 5 亿元人民币，旅游业已经成为我国国民经济的新的增长点。交通 是旅游的主要费用消耗之一，交通成本的高低直接决定着旅游成本的高低。而旅 游交通线路的优化，可以在总交通成本中获得5 一2 0 “1 的节省。因此，旅游交通 线路优化问题的研究，对旅游企业的运营、旅游者的出行及国家的发展均具有重 要的意义。 第一，目前我国旅游产品的质量在很大程度上是由交通条件和交通路线决定 的，旅游交通线路的优化将直接影响旅游企业的客源、收入和发展。随着我国旅 游业市场竞争日趋激烈，旅游企业开始以各种方式争夺国内外市场。对于旅游企 业来说，在概念性旅游线路己确定的情况下，选择合适的交通路线不仅可以节省 企业自身成本，而且可以提高服务质量，让游客更加舒适快捷的到达旅游目的地， 提高游客的满意度，进而提高旅游企业的竞争力。 第二，对于旅游者自身来说，在游览内容不变的情况下，选择一条合适的交 通路线不仅可以节省旅途中的交通时闻和交通成本，而且可以提高旅游者的交通 质量，更好的做到“旅短游长”，“旅速游缓”。 第三，对国家来说，旅游者在旅行途中选择了合适的交通线路，尽量减少了 不必要的行驶，这样不仅可以减少能源消耗，而且可以缓解交通拥挤、减少空气 以及噪音等污染，有利于国家的可持续发展。 1 4 本文的主要内容、研究思路及创新点 1 4 1 本文的主要内容 针对旅游交通线路优化研究的不足之处，本文将研究的内容设计如下： 第一，两景点之间的旅游交通线路优化问题的研究。两景点间的旅游交通线 路优化是“一日游”和“多日游”旅游交通线路优化的前提和基础，而现有的两 景点间旅游交通线路优化的研究中，目标函数的“最优”标准单一，仅仅局限于 考虑出行距离最短或出行费用最小，本文以两景点间最优路径的目标函数为切入 点，提出了一种适合旅游交通线路优化的最优标准。 第二，“一日游”旅游交通线路优化问题( 单条周游型旅游交通线路优化问题) 。 本文主要从该问题的求解算法入手。在对蚁群算法进行了必要改进的基础上，将 其应用于“一日游”旅游交通线路优化问题求解，结合计算机编程，利用实例进 6 韭瘟銮遁鑫堂亟堂焦盈銮 呈i言 行验证，改善了一些算法只能适应少数景点的现状。 第三，“多日游”旅游交通线路优化问题。( 多条周游型旅游交通线路优化问 题) 。虽然“多日游”这种旅游方式多年前就已经出现，但是现在还没有学者对其 进行旅游交通线路优化的研究。本文利用运筹学中的图论对“多目游”旅游交通 线路优化问题进行了模型构建，并利用改进后的蚁群算法对其进行算法设计，结 合计算机编程，以北京“三日游”为例，对旅游交通线路优化问题进行求解例证。 为了研究和求解方便，本文对旅游交通线路优化问题进行了一些必要的假设， 具体假设条件如下： 1 ) 本文的研究对象是面向旅行社的旅游交通线路优化。对于旅行社设计人员 来说，旅行社的线路设计至少要考虑以下几点( 因为目前旅行社所推行的旅游线路 基本上以观光旅游为主) ：尽可能安排知名的、精彩的景点，以增加旅游线路的吸 引力；尽可能的用最少的时间走完最多的行程，以保证有限的价格包含尽可能多 的内容；在条件允许的情况下，尽可能在同一地点安排多一些的景点。这样既可 让旅游者感到游程中内容丰富，又可以赚取更多的利润( 旅行社可以通过门票的 折扣获取利润) 。 2 ) 旅游者的游览行为局限于一个城市区域 3 ) 旅游者出行的交通方式均为旅游大巴 4 ) 旅游大巴的行驶速度总是保持不变 1 4 2 研究思路 本文通过对旅游交通线路优化问题进行集中研究，将旅游交通线路优化问题 分为“一日游”旅游交通线路优化和“多日游”旅游交通线路优化，并分别针对 每一类问题建立了数学模型，讨论了每类问题的求解算法。最后本文选定利用 蚁群算法，借助计算机编程，获得求解“多日游”旅游交通线路优化问题的方案， 并在论文的最后以“三日游”为例，进行了旅游交通线路优化的计算。 一般来说，论文的研究思路决定着论文的结构。本文的研究结构如图卜1 所 示： 提出问题 引言 j 问题分类 理论概述 i “一日游”线路优化h 两景点间的路径选择h “多日游”线路优化 il j r 模型构建 i 目标函数优化 l- l 模型构建 j1 l 算法改进算法设计 lj 编写程序编写程序 1 li 算法实现算法实现 j0 实例验证实例验证 i 结论与展望 1 4 3 主要创新点 图卜1 本文的研究结构 f i g l l & m c h l o f t h et l i e s i s 在总结前人研究成果的基础上，本文提出了一些新的观点，具体如下； 第一，首次提出“多日游”旅游交通线路优化问题，完善了旅游交通线路优 化的理论体系。 第二，对两景点间旅游交通线路优化问题的目标函数进行了重新定义。综合 考虑了出行时间、出行费用和道路拥挤度等因素，提出利用主成分分析法确定各 项影响因素的权重，弥补了两景点问旅游交通线路优化目标函数形式单一的不足。 第三，本文对蚁群算法进行了有效的改进：利用伪随机比例规则进行蚂蚁路 韭夏銮适鑫堂亟堂焦监塞ij直 径选择，对启发式因子，信息挥发系数等参数采取动态设置的原则，增加了路径 选择的多样性，大大改善了蚁群算法易陷入局部最优解的缺点。并以t s p l 标准 数据库中e i l 5 l 问题为例，进行对比计算，结果表明，算法改进有效。 第四，首次建立了“多日游”旅游交通线路优化闯题的数学模型。利用改进 后的蚁群算法对“多日游”旅游交通线路优化进行算法设计，将每个蚂蚁的所走 的路径都构造成为可行的路径。结合舱t l a b 编写程序，并给出计算实例。 1 5 本章小结 本章分析了旅游交通线路优化的选题背景，国内外研究现状和本文的研究意 义，并对整个论文的研究思路、结构和创新点进行了说明。 9 j e 塞奎通左堂硒堂焦i 盆塞筮盘銮垣缮整馑丝回题鲍担苤援盒 2 旅游交通线路优化问题的相关概念 2 1 旅游线路 2 1 1 旅游线路的定义 从学术角度上看，目前旅游线路还没有统一的规范性定义。由于各个学者的 专业背景不同，所以在旅游线路的定义上仍然还存在着一定的差异。 本文中谈到的旅游线路是从旅行社产品设计的角度出发定义的。即旅游线路 是旅行社或其他旅游经营部门以旅游景点或旅游城市为节点，以交通路线为连线， 为旅游者设计、串联或组合而成的旅游过程的具体走向啪。显然，这里谈到的旅游 线路实际上就是具有某种组合弹性的商品形式。 2 1 2 旅游线路的分类 旅游线路按空间尺度的大小可以分为旅游景点线路和旅行社线路两种类型： 旅游景点线路是指景点内连接各个小景点的小尺度游览线路，其范围局限于一个 景点的内部；而旅行社线路不仅包括联系旅游客源地和一系列旅游地的大尺度旅 游路径，而且还包括在同一个旅游目的地不同旅游景点之间的游览路径，所以旅 行社线路通常包含多个景点。空间范围甚至可以大到国际、洲际，是一种大尺度 的旅游线路。 旅游线路按时间尺度可以分为“一日游”线路( 一天内游览多个景点) 和“多 日游”线路( 几天内游览多个景点) ，也可以称之为单条周游型旅游线路和多条 周游型旅游线路。 2 1 3 旅游线路的设计 旅游线路的设计一般要经过以下四道程序： 一，概念性线路设计。即研究旅游者的需求，结合企业的实际，通盘考虑， 构思可行的方案( 选择游览景点) 。这个环节主要是提出一些原则上可行的方案， 在各方案中选择权衡确定最理想的一个或一组方案。创意的来源一般有三个方面： 企业内部、旅游者和竞争者。旅游企业内部人员了解的信息很多，发现的问题也 多，大部分创意都源自于他们；除此之外，旅游者也经常会对线路提出批评或改 1 0 韭虚窑重盘堂亟堂焦迨塞速迸客适缮堕锰丝四堑敛翅羞搔盔 迸的建议，而内部人员会充分利用旅游者的反馈，更好的满足旅游者的需要；由 于各个旅行社的旅游线路是透明的，各个旅行社都会及时理智的对竞争对手的动 作做出反应，很多情况下，旅行社会以对手的创意为基础，仿制竞争对手的线路， 并开发出更有针对性和更具竞争力的线路。 二，操作性线路设计。操作性线路设计就是对概念性线路设计方案的具体化 过程。相同的景点可有不同的交通线路组合、不同的游览时间和游览顺序组合， 如何在具体的众多可能组合间进行选择，这就是操作性线路设计。它是概念性线 路设计的具体化过程，其实质是进行旅游交通线路的优化。 三，线路检验。试行操作性线路设计方案，从实施的效果和对效果的预测两 方面对方案进行评价。线路检验是线路试行和试验的过程，是一个实际检验的过 程。线路检验的结果将作为线路是否推行的依据。 四，线路修订。通常是依据线路检验的结果，对线路进行修改、完善，正式 推向市场。 旅游线路设计的主要流程图如图2 一l 所示： i 旅游地调查分析 卜_ l 概 旅 念 游 l 旅游市场调查分析l一选择旅游景点卜 性 交 通 路 线 路 l 计 优 l 旅游交通调查分析卜 化 图2 1 旅游线路设计流程图 f i 9 2 一lt h ep r o c e s so f t o u r ! i n gi _ o u t ed e s i 肛 通过上面的分析可知，操作性线路设计作为旅游线路设计的一个重要环节， 在降低旅游企业成本和提高旅游者旅游的满意度上具有不可忽视的作用。而旅游 交通线路优化作为操作性线路的重要组成部分，自然会引起很多学者的重视。 2 2 旅游交通线路 2 2 1 旅游交通线路的定义 旅游交通线路优化作为操作性线路设计的一个重要环节。对增强旅游企业竞 韭塞銮适厶堂亟堂僮硷塞逮避窑堑缮堕焦丝回题的担羞攮玺 争力和降低旅游成本有着积极的作用。 从学术上来说，旅游交通线路就是以旅游为出行目的而选择的交通线路。旅 游交通线路作为旅游线路的重要组成部分，广义上来说，它不仅包括旅游者由客 源地到旅游目的地往返的交通线路，而且还包括在旅游目的地进行旅游活动时的 交通线路。 在本文的讨论中，旅游交通线路就是指旅游者在旅游目的地( 某个城市内部) 进行旅游活动时可供选择的狭义的旅游交通线路。 2 2 2 旅游交通线路的分类 和旅游线路一样，旅游交通线路按照空间尺度的大小可以分为两类：景点内 部的旅游交通线路和景点外( 连接景点之间) 旅游交通线路。景点内部的旅游交 通线路主要涉及小尺度的空间范围，是旅游景点内部游览路线的布设，在相当程 度上是景点规划所要关注的内容嘲；连接景点之间的旅游交通线路，通常是指旅行 社所设计的旅游交通线路，相对景点内部的旅游交通线路来说是大尺度空间范围 内的交通线路，这是本文的研究重点。 按旅游时间的长短，旅游交通线路又可以分为“一日游”旅游交通线路( 单 条周游型旅游交通线路) 和“多日游”旅游交通线路( 多条周游型旅游交通线路) 。 “一日游”旅游交通线路是指在一天内，从出发点出发游览所有的景点又回到出 发点的旅游交通线路；“多日游”旅游交通线路是指在旅游者住宿地址不变( 旅游 活动局限于一个城市内部) 的情况下，在n 天内游览全部选定景点的旅游交通线 路，其中，每天的旅游交通线路都是由旅馆出发，遍历当天所要游览的全部景点， 最后又回到旅馆的旅游交通线路。 2 2 3 旅游交通线路的优化 旅游交通线路优化实际上是一种路径选择问题。在游览景点一定的情况下， 会有不同的交通线路组合、不同的游览时间和游览顺序组合，如何在众多的可能 组合问选择一条合适的旅游交通线路使得旅游者对旅游交通的满意度达到最大? 这就是旅游交通线路优化主要研究的问题。 1 2 e 塞銮道厶堂退堂焦趁塞筮遵銮煎缝路丛丝间壁的担羞援金 2 3 旅游交通线路优化问题简述 2 3 1 旅游交通线路优化问题分类 根据旅游交通线路的分类，本文结合旅行社线路设计的实际情况，将旅游交 通线路的优化问题划分为三个方面： 第一，两景点之间的旅游交通线路优化。该问题是对两景点之间的交通路径 的研究，其本质就是在多个线路的组合中选出一条最短路径，使得旅游者出行的 总路程最短或总费用最小。因为路线组合涉及到多个道路节点，所以两景点间的 线路优化问题也变得较为复杂。 第二，“一日游”旅游交通线路优化。即寻找遍历所有景点的闭合最短环路的 问题，也就是运筹学中经典的旅行商问题。它和最短路径有所不同，它是讨论由 出发地出发，途中刚好不重复的遍游所有的景点，最后又回到出发地，形成一个 闭合型路线的问题。该问题的特殊之处在于起点与终点的重合，中间各景点不能 重复游览，各条道路也不能重复行走。 第三，“多日游”旅游交通线路优化。在一些大型的旅游城市，由于旅游景点 的数量增多，旅游者往往会花费几天的时间进行景点游览，在游览景点数量相同 的情况下，怎样安排行程和交通路径最为合适? 在这个问题中，每天景点游览的 交通路径都是一个旅行商问题，大大增加了问题的复杂程度。 2 3 2 旅游交通线路优化问题描述 第一，两景点之间的旅游交通线路优化问题。这在旅行社线路设计中经常遇 到。旅行社设计旅游线路时，在构思创意完成之后，需要把概念性线路转换成具 体的可操作的线路。两景点间的旅游交通线路优化作为其中的一个重要环节，是 “一日游”旅游交通线路优化和“多日游”旅游交通线路优化的前提和基础。实 际上，现在很多地理信息系统也都有这样一个最短路模块，只要输入出发地、目 的地，就可以快速计算出一条路程最短或成本最小或时间最短的路线，这对于旅 行社的线路设计工作无疑具有很大的实际意义。 第二，“一日游”旅游交通线路优化问题。该问题既是针对楚义芳1 9 9 2 年指 出的周游型旅游者的情况，也适合于空间拓扑结构呈环形的旅游交通线路。在对 该类问题的研究中，我们需要讨论的就是如何形成一个闭合的最优环路的问题。 下面通过一个例子简单说明一下。假设大连市a 旅行社计划安排一个旅行团一 天的游览路线，准备游览大连市主要景点一金石滩公园、老虎滩公园的极地馆、 1 3 匙塞銮堑厶堂亟圭堂僮途塞毖蕴塞埋缮整馑丝间瑟鳇担羞攫金 付家庄海滨浴场、星海广场的奥利安娜号游轮和星海公园的圣亚海洋世界。大连 市的交通十分便利，各景点之间都有多条道路连通，如图2 2 所示。由于安排游客 住在b 饭店，所以旅客希望从b 饭店出发游览全部景点后最后回到b 饭店，同时又不 走冤枉路、回头路。所谓的冤枉路是指舍近求远，无谓地多走路浪费时间；回头 路就是重复的走相同的路线，一个景点游了不止一遍，这都是游客所不愿见到的。 石 番 图2 2 “一日游”线路优化问题 f i 9 2 - 2 o 粥d a y - v j s 扩n i n 啪r yo p t i i i i i z a t i o n 这类问题在旅游交通线路的优化中经常遇到，我们可以应用图论中的旅行商 问题( t r a v e l i n gs a l e s m a np r o b l e m ，简称t s p 问题) 求解。这是一个看似简单，其 实却很复杂的问题，如果n 个景点两两相连，那么就有( n 1 ) ! 2 条路线需要考虑， 5 个点时有1 2 种可能；6 个点有6 0 种可能；而1 4 个点就有3 1 1 3 5 1 0 4 0 0 种可能，这是 一个至今还没有被完美解决的非线性规划问题。 第三，“多日游”旅游交通线路优化问题。它主要讨论的是，在游览景点一定 的情况下，每天旅游者都要从住所出发，游览部分景点后再回到住所，游览n 天， 在这n 天中，游览了全部景点，而旅游者出行的总的交通路径最优。 举个例子说明一下，前几年暑假，各大旅行社推行了“我到北京上大学”等 一系列旅游产品，其主要目的就是让孩子亲身感受大学生的校园生活，使孩子产 生强烈的学习兴趣，树立远大的理想。其中该项旅游产品的主要内容就是带领孩 子们参观北京的名胜古迹和各个大学校园，包括图书馆、教室和礼堂等，让参加 的孩子们体验一下大学生活。假设，旅游社事先安排带领孩子参观1 4 个景点( 包 括大学在内) ，打算在三天内要把这1 4 个景点全部游览完，景点的具体分布如下 图2 3 所示。实际情况下，两两景点之间有多条旅游交通线路，而图中各边的权 重代表两两景点间的最短旅游交通路径的长度。每天孩子们从旅馆a 出发，游 览一天后，最后回到a 点休息。游览三天，1 4 个景点全部游览完。问怎样的旅游 1 4 毡塞至重厶堂殛堂僮迨塞蓬疆窑煎缮整馑丝龃壁丝担苤攫金 交通线路的组合才能保证这三天在道路上行驶的总路程最短。 图2 3 “多日游”旅游交通线路优化 f i 9 2 3 “m u l 6d a y v i s 妒衄唧o n a _ 吐o ni 血锄r yi nt 0 而蛳 这类问题虽然很常见，但在以往的旅游交通线路优化的文章中还没有被系统 的提出来过。一般情况下，学者们主要是把眼光放在两个景点之间的旅游交通线 路优化上或者是进一步研究“一日游”的旅游交通线路优化问题，而本文提出的 “多日游”问题，至今来说还没有学者进行专门的研究。因为旅行商问题是n p 难 题，所以多条旅行商问题也是n p 难题，对于它的求解基本上采用启发式算法，逐 步逼入最优解。随着景点数目的增多，我们必须借助计算机编程对其进行计算和 求解。 2 4 本章小结 本章对旅游交通线路的相关概念的进行了简单的介绍，并在前人的基础上加 以总结，对旅游交通线路优化闯题进行归纳和分类，提出了研究旅游交通线路优 化的新的切入点“多日游”旅游交通线路优化问题，完善了旅游交通线路优 化的理论体系。 韭廛蛮适厶堂亟圭堂垂鲶塞：= 旦缢：遣迸窑适缝墅馑丝 3 “一日游”旅游交通线路优化 “一日游”旅游交通线路优化包括两个阶段：两景点闻的旅游交通线路优化 和单条周游型旅游交通线路优化。其中，两景点间的旅游交通线路优化是研究从 一个景点到达另一个景点的路径选择问题；而单条周游型旅游交通线路优化实际 上研究的是景点游览的先后顺序问题。 3 1 旅游出行与日常出行的区别 3 1 1 日常出行的影响因素 人们日常出行时对道路进行选择和使用，实质上是道路为出行者提供了服务， 这种服务是无形的，它满足了人们从出发点到目的地的一种需要。这种服务同时 也是由很多的客观因素决定的，包括路线长度、使用费用、道路等级、道路线型 和交叉口数量和类型等等。 从人的角度来看，在整个出行过程中，人、车和道路环境构成了整个的出行 系统。出行者出行时在很大程度上会受到出行目的，驾驶经验，沿途景观感受等 主观因素的影响。一般来说，出行者从起点到目的地有多条可供选择的道路，选 择不同的道路，对出行者出行需求的满足程度自然也就不同。 本文将影响用户日常出行的因素分为人的因素和道路环境因素。在面对多条 可供选择的道路时，由于出行者受到自己出行目的等其他主观因素的影响，会根 据不同的道路状况进行路径选择。因为，出行者的出行目的不同，对道路条件的 要求就不同，在出行时会根据自己对出行过程中的期望，对道路的行驶时间、费 用、舒适度等各方面因素进行综合衡量，考虑最适合的可行路线。 综上所述，影响出行者路径选择的因素很多，主要包括时间因素，心理因素， 经济因素和道路因素等，通常情况下这些因素都是综合起来影响出行者的路径选 择行为。目前，根据我国交通基础设施的实际情况，对居民日常出行进行研究时， 大都选取出行时间，道路拥挤程度及出行费用“”3 个影响因素。 3 1 2 旅游出行的特点及其与日常出行的不同 旅游出行，即以旅游为目的的出行。作为出行的一种形式，旅游者进行路径 选择的影响因素也可以分为人的因素与道路环境因素两个方面。 与一般意义上的出行不同，旅游出行由于它出行目的的特殊性，首先它是属 于不可代替的出行。购物或其他一些简单出行是可以由其他人代劳的，而旅游出 行必须是旅游者自身的出行；其次，因为旅游出行的目的是旅游，是一种休闲享 受过程，出行者在出行过程中会更多的注重休闲享受的乐趣，当然对经济因素的 考虑会少一些，出行者会更加看重心理因素，包括行驶的安全性，道路两旁的景 观，道路的舒适程度和拥挤程度等。这就决定了在研究旅游出行时，不能简单把 它作为日常出行的一种，应该要更多的考虑其特殊性。 3 2 两景点间旅游交通线路优化目标函数的改进 3 2 1 两景点间的旅游交通路径选择 两景点间的旅游交通路径选择问题，简单的说就是研究从一个景点出发，如 何选择一条合适交通路径到达另一个景点，使得旅游者的满意度最高的问题。 影响两景点间的路径选择因素很多，通常情况下搜集的信息又是不完全的， 而且出行者选择路径的最优标准是难于用言语或是具体的数值来表达，是“定性 的”。因此路径选择问题是主观的，定性的，我们可以把他看作是对多条路径的 多指标综合评价问题。 3 2