（交通运输规划与管理专业论文）多层次公交线网的规划方法研究.pdf

摘要 摘要 公交网络是公交系统的基础，要优先发展公交，必须建立起一个完善合理 的公交网络。反观我国目前大多数城市的公交系统，没有形成一个有主次之分、 能均衡分配运能的网络结构。各种公交线路职能不清，相互之间都可以直接接 驳，造成大家都成为低速的公交线路。一个合理的城市公交网络需要包含不同 的线路层次，实行不同的运送标准，才能够物尽其用，合理有序的组织公交系 统的运营，公交的服务水平才能得到有效提高。 本文首先将多层次公交与传统单一模式公交进行了对比，阐述了多层次公 交的涵义及其优势。在公交线网布设需要遵循的基本原则下，针对不同层次公 交线路的特点确定了不同的优化目标和路径搜索方法，提出了以“分层研究，逐 层展开，整体优化”为思想的线网规划方法，并着重对布设较为复杂的普线公交 进行了实例分析。 得到初始的公交规划方案后，需要对其进行评价并进行优化调整。由于公 交线网的改变会使交通小区的公交可达性发生变化，从而影响居民出行方式的 选择。所以，本文以i v i a t l a b 软件为工具，以公交可达性等因素为输入因子， 利用b p 神经网络方法对研究区域进行交通方式划分以确定新的公交需求o d 矩阵，并通过c u b e 软件实现公交客流分配，得到各条线路的客流量，利用一系 列的评价指标对线网进行评价，优化调整不满足规划要求的线路。实现了方式 划分客流分配评价优化调整的动态循环。 最后，本文以北京市房山区为例，在总结其公交现状问题的基础上，提出 了规划年的多层次公交线网规划方案，并对其进行了评价。 关键词公交规划；线网优化；多层次公交；b p 神经网络；公交分配； 北京t 业大学t 学硕i j 学位论文 a b s t r a c t r e a s o n a b l ea n de f f e c t i v et r a n s i tn e t w o r ki st h eb a s i co ft h ep r e f e r r e dp u b l i c t r a n s p o r t a t i o n o r i e n t e dd e v e l o p m e n t h o w e v e r ，t h e r ei sl a c ko faw e l l - b e i n gn e t w o r k 谢t hc l e a rr e s p o n s i b i l i t i e si nm o s to fc i t i e si nc h i n ap r e s e n t l y ，w h i c hr e s u l t si n l o w s p e e dt r a n s i to p e r a t i o n t h e r e f o r e ，ar e a s o n a b l ea n dh i g h - q u a l i t yt r a n s i tn e t w o r k s h o u l db ea c h i e v e db yi n c l u d i n gm u l t i h i e r a r c h yl i n e sa n dd i f f e r e n ts t a n d a r d s t h ed e f i n i t i o na n da d v a n t a g e so fm u l t i - h i e r a r c h yt r a n s i ta r ei n t r o d u c e d ，c o m p a r e d 、析mt r a d i t i o n a ls i n g l e - m o d et r a n s i t a c c o r d i n gt ob a s i c p r i n c i p l e sf o rn e t w o r k d i s t r i b u t i o n ，t h i sp a p e ro b t a i n so p t i m i z a t i o no b j e c t sa n dr o u t e s - s e a r c h i n gm e t h o d s 、i t l lc o n s i d e r a t i o no fr e s p e c t i v ec h a r a c t e r i s t i c so fm u l t i h i e r a r c h yt r a n s i tl i n e s m e a n w h i l e ，an e t w o r kp l a n n i n gm e t h o di sp r o p o s e d 嘶t l lt h ei d e ao f “r e s e a r c h i n g r e s p e c t i v e l ya n do p t i m i z i n ga saw h o l e ”t h e nt h i sp a p e rf o c u s e so nac a s es t u d yo n c o m p r e h e n s i v et r a n s i tl i n e sd i s t r i b u t i o n e s t i m a t i o n sa n da d j u s t m e n ta r en e c e s s a r yf o ri n i t i a l p l a n n i n gs c e n a r i o w 胁 r e s p e c tt ot h ec h a n g eo f t r a n s i ta c c e s s i b i l i t ya n dm o d ec h o i c ed u et ot r a n s i tn e t w o r k s a d j u s t m e n t ，t h i sp a p e rc o n s i d e r st r a n s i ta c c e s s i b i l i t ya l sa ni n p u tf a c t o r , a n da d d r e s s e s m o d a ls p l i ta n do dm a t r i xb a s e do nb pn e u r a ln e t w o r k w i t ht h eh e l po fc u b e ， v o l u m e si ne a c hl i n ea r eo b t a i n e d t h e nas e r i a lo fe s t i m a t i o n sa r ec a r r i e do u ts oa st o a d j u s tu n r e a s o n a b l el i n e s c o n s e q u e n t l y ，t h i sp a p e rr e a l i z e st h ec i r c u l a t i o na m o n g m o d a ls p l i t ，v o l u m ea s s i g n m e n t ，e s t i m a t i o na n da d j u s t m e n t t a k i n gf a n g s h a nd i s t r i c ti nb e i j i n ga sa ne x a m p l e ，t h i sp a p e rp r o p o s e sa m u l t i h i e r a r c h yt r a n s i tp l a n n i n gs c e n a r i o ，b a s e do nc u r r e n tt r a n s i ts i t u a t i o n t h e e s t i m a t i o nr e s u l ts h o w st h ep l a n n i n gs c e n a r i oi sr e a s o n a b l ea n d p r a c t i c a b l e k e y w o r d st r a n s i tp l a n n i n g ，n e t w o r ka d j u s t m e n t ，m u l t i - h i e r a r c h yt r a n s i t ，b pn e u r a l n e t w o r k ，t r a n s i ta s s i g n m e n t i i 独创性声明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研 究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，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工业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 已在论中作了明确的说明并表示了谢意。 签名：基量纽华日期：丛垒墨：# 关于论文使用授权的说明 本人完全了解北京工业大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有 权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部或 部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 签名：基隧聋导师签名：蟹。丝盔么日期： 塑! 竺 第1 章绪论 1 1 研究背景 第1 章绪论 城市交通是城市赖以生存和正常运转的必要基础设施，是城市经济发展的先 决条件，它为城市居民的出行活动提供平台，因丽也是城市居民生活改善的基本 保证。发达的城市交通对予经济发展和社会进步具有积极的促进作用，相反，落 后的交通状况会成为城市发展的障碍。虽然世界各国采取了各种各样的对策来谋 求发展城市交通，提高运输效率，但城市交逶依然是世界性的难题。因此，交通 问题的研究越来越受到各囡政府的煎视与民众的关心。 我国侮为一个经济持续高速增长的发展中国家，城市公共交通的建设和发展 一直滞后于社会经济和居民生活的需要。8 0 年代以来我国政府制定了一系列的 产业政策和技术政策，确定了以公共交通为主的城市交通发展方针，城市公共交 通事业取得了长足的发展，从公交车辆的增加到客运量的增长及运营服务水平的 提高，城市公共交通在城市经济与社会发展中发挥了主要的作用。但是由于财政 体制、经营体制、管理水平、道路条件及历史嚣素麓制约，城市公共交通的发展 现状并不尽如人意。公共交通在城市客运出行中的分担率一直偏低。 根据世赛银行的预计报告，我囡大部分城市的公交出行分撵率在6 - 2 5 之 间，而其它国家大城市的公交分担率一般在4 0 一8 0 之间。( 2 0 0 5 年北京市交通 发展年度报告公布了2 0 0 4 年北京市全市全日全方式交通结构中，公共交通比 重为2 1 ，个体交通比重为2 4 ，慢性交通为5 5 。 北京市近三十年交通需求总量不断增长，出行距离也不断增加。北京市出行 率欲1 9 8 6 年的1 6 1 次从西增加到2 6 4 次，入霹，出行活动的豳益活跃和人墨的 增长使得出行总量迅速增长。根据北京市第三次交通综合调查报告，2 0 0 5 年， = l 艺京市的常佳人口出行率为2 6 4 ，出行总量为2 9 2 0 万入次日，公交客运量1 6 1 6 万乘斑日。随着北京市城市空间布局调整以及小汽车使用强度的增加，2 0 0 5 年 居民出行距离达到9 3 公里次。 表1 - 1j 艺索市屠民出行需求规模 t a b l e l 一1r e s i d e n tt r i pd e m a n d si nb e i j i n g 年份入口( 万)出行率( 姒日)出行距离( 公里)出行量( 万乘次) 1 9 8 6 5 8 21 6 l 9 3 9 2 0 0 0 8 3 l2 。7 78 。o 2 3 0 1 2 0 0 5 1 1 0 72 6 4 9 3 2 9 0 2 北京t q k 人学t 学硕 j 学位论文 一般说来，全国大多数城市的公交网络都属于自然形成的，这些公交网络都 是随着所在城市城区规模的扩大而在原有基础上不断补充添加而形成。实际上， 公交客流分布是不断变化的，利用原有公交设施不断扩大公交规模是一种方法， 但是如此形成的公交网络就很难保证它是完善合理的了。目前公交网络存在的主 要缺陷有： ( 1 ) 公交线网布局结构不合理、密度低、重复率高、甚至存在公交服务盲 区。公交线路分布不能反映客流分布的需要，公交线路过多的集中在少数干道上， 导致公交运力分配不均，部分道路公交线路十分拥挤。 ( 2 ) 公交线路迂回大，造成乘客的总公交出行距离过长，公交公司的运营 成本也因此增加。 ( 3 ) 枢纽站设置不合理，使乘客换乘次数增加，乘行距离长。 ( 4 ) 道路交通环境不良，公交车辆的优先通行权不能得到保证，造成公交 行程延误大、准时性差，运行时间得不到保证。 ( 5 ) 部分线路公交车辆少，不仅车况差、车内拥挤、线路平均发车频率低， 而且正点率低，没有充分发挥公交运营车辆的动态运能。 ( 6 ) 公交停车场规模偏小、首末站用地没有保障，公交车进场率低，部分 线路只能在路边掉头，影响道路交通。 公交网络是公交系统的基础，要优先发展公交，必须建立起一个完善合理的 公交网络。在2 0 0 4 年出台的北京交通发展纲要中明确提出：“完善功能层次 结构，优化快速干线网、普通干线网及支线网的级配比例与衔接关系。”2 0 0 6 年 公布的北京市“十一五”交通发展规划中同样明确指出：“完善中心城线网结 构，优化调整线路，扩大中心城边缘地区公交线网覆盖率，提高中心地区支线网 密度；建成以快速大容量客运交通为骨干、多种方式协调运输的城市公共客运系 统，初步建成现代化物流运输系统，城市交通运输结构得到改善。” 1 2 研究意义 ( 1 ) 优先发展公共交通战略的需要 随着经济的发展，城市交通供求关系的矛盾己成为几乎所有大中城市交通的 首要问题。解决城市交通问题的根本途径在于大力发展公共交通，合理的公交线 网是公共交通系统发挥高效作用的基础，只有对线网进行科学的客流预测，并在 此基础上进行线网的优化调整，才能保证公共交通在各种交通方式中的主导地 位。 ( 2 ) 发展交通一体化的需要 交通一体化是城市客运交通的发展趋势。一体化的客运系统是一种多模式、 多层次、线站结合、综合性强的城市客运交通体系，主要由大运量交通、中运量 2 第l 章绪论 交通、小运量交通组成。体化的客运系统要在运能上适应不同层次客运的需要， 必须以各交通方式之间的协调衔接为前提。构建多层次的公交线网是实现交通一 体化的重要组成部分。 ( 3 ) 实现城市交通可持续发展的需要 目前各大城市的交通问题越来越引起人们的注意，交通拥堵一直得不到很好 的解决。而大力发展公交是解决这一问题的根本途径，多层次公交线网中各种不 属于同一等级的线路各司其职，互相补充，使得整个公交系统的运作过程协调合 理，井然有序，从而保证城市交通实现真正的可持续发展。 1 3 课题来源 本课题来自“十一五”国家科技支撑计划重点项目城市综合交通系统功能提 升与设施建设关键技术研究之子课题二分层次公交线网规划理论与技术； 霍英东教育基金资助项目快速公共交通系统规划及其关键技术研究( 10 4 0 0 8 ) 。 1 4 国内外研究现状 公交线网规划主要包括公交客流需求预测和公交线网优化理论两大部分的 内容。 1 4 1 国外的相关研究 公交客流需求预测本质上是交通需求预测的一部分：1 9 5 3 年，美国大都市 圈底特律首先开始了交通调查，于1 9 6 2 年发表了高速公路规划报告书“t r a f f i c s t u d y ”，其核心是高速公路道路规划。而继此之后的“c h i c a g oa r e at r a n s p o r t a t i o n s t u d y 包括了交通方式划分的需求预测的四个阶段，形成了“四阶段法”的雏形。 后经各国交通专家学者对各阶段方法的研究和探索，使得“四阶段法”发展为一种 成熟的需求预测方法。目前国内外的交通需求预测方法还是以“四阶段法”为主。 随着对“四阶段法”研究的深入，其不足之处也日益突显，如各阶段的方法中 大量的假设，数据集计造成一些信息的丢失等。因此，人们开始对新方法的研究， 非集计方法便是其中之一。非集计方法的研究最初始于6 0 年代，进入7 0 年代后， 美国麻省理工学院的m c f a d d e n 等人在理论上取得很大的进展，继而m a n h e i m 、 b e n a k i v a 、l w e m a n 等人的研究小组将非集计方法研究推向实用化阶段，形成 了最初的l o g i tm o d e l 和p r o b i tm o d e l 。非集计模型的理论基础是出行者在选择 时追求“效用( u t i l i t y ) ”最大化这一假说。该模型从出行者的交通行为出发分析研究 交通需求。 同时在实践中，人们发现交通需求预测的四个阶段是密切相关，而分阶段进 北京t 业大学t 学硕l j 学位论文 行会造成模型参数的不一致，为此，人们进行了对联合模型的研究。1 9 5 6 年 b e c k m a n n 首先提出了弹性需求下的均衡交通分配问题数学模型，a b d u l a a l & l e b l a i l c 【1 】针对弹性需求下的均衡问题，建立联合交通方式划分交通分配模型。 此后e v a n s l 2 1 、f l o r i a n & n g u y e n l 3 1 、s a f w a t & m a g n a n t i 4 】根据一般熵原理， 将此问题扩展，提出联合交通分布方式划分分配模型、联合四阶段的模型。目 前联合模型的研究还是多为理论研究阶段，在实际应用中较少。d a g a n z o 5 j 和 s h e f f i t 6 j 分别提出了概率分配模型，但该方法不适合大尺度的网络。2 0 世纪8 0 年 代公交客流分配技术的最大进展是出现了出行策略理论【7 】。 出行策略不仅抓住了乘客出行的特点，而且使得已有的使用于机动车的平 衡分配模型通过改进而适于公交网络。d ec e a l 8 1 9 9 3 年定义了吸引线路集，提出 了基于有效频率的分配算法，进一步细化了公交分配中的公交出行特征。w u j i a h a o 9 1 1 9 9 4 年结合超级路径设计了平衡分配方法，为公交分配算法提供了新的 理论支持。基于有效超级路径和策略优化理论的基础研究成果是n g u y e n t l 0 】1 9 9 8 年提出的l o g i t 分配模型。 在公交线网优化方面，国外目前有广泛而深入的研究。基于公交线网规划的 一般过程，形成了多种线网规划方法。 l a m p k i n 等1 9 6 7 年【l l 】首先对公交线网进行了规划，将乘客的舒适度同出行 时间一起作为公交线网服务指标之一，建立了一个网络设计模型，并研究对未来 公交网络规划的t r a n s e p t 软件包。 1 9 8 4 年c h u ab 2 j 曾将公交线网规划方法归纳为规划手册法( m a n u a l a p p r o a c h ) 、系统分析法( s y s t e ma n a l y s i s ) 、市场分析计划法( m a r k e ta n a l y s i s a r o j e c t ) 、交互式图形系统分析法( s y s t e ma n a l y s i sw i t hi n t e r a c t i v eg r a p h i c s ) 及 数学寻优法( m a t h e m a t i c a la p p r o a c h ) 等五类。 b 捌和m a h m a s s a n i t 乃1 1 9 9 5 年提出了人工智能和运筹学混合算法，该方法将 人工智能中车辆路径搜索启发式算法和运筹学中的公交系统分析的方法结合起 来。随着搜索算法和计算机技术的发展，很多专家都开始运用启发式算法对公交 线网进行规划。 v a nn e s 1 4 】在分级网络概念的基础上提出了多模式网络设计的方法。在路网 和公交网中，不同层次功能的网络水平很容易区分，如轨道网、干线、快速线， 每种网络水平都适于特定的功能。在多模式的交通网络中，不同的交通方式：地 面公交、地铁、轻轨、b r t 等在换乘点的衔接是一个非常重要的问题。因此在 建模时，首先要抓住所有可能的交通方式和相互之间的联系。 美国弗罗里达国际大学l e h m a n 交通研究中心【1 5 l 在2 0 0 3 年指出对于大城市 公交系统而言，公交线路有上百条，公交车站有上千个，涵盖很多复杂的因素， 即靠人的直觉、经验和简单的指导不足以规划出近于最优的公交线路网，需要用 4 第1 章绪论 系统的方法对公交线网进行优化，并提出了以减少换乘为目标的公交线网优化方 法。该大学的f a n gz h a o 1 6 】在2 0 0 4 年运用系统工程的方法以换乘系数最少、线 路非直线系数最优、线网覆盖率最高为目标建立公交线网优化模型。 美国摩根马州大学的y o u n g - j a e 在2 0 0 6 年考虑到了交通需求、公交车辆运 行速度以及由于换乘产生的负效用，对公交网络进行灵敏度分析，建立了三类公 交网络：换乘导向网、避免换乘网和直接连接网。这三种概念上的网络可以为变 化的公交网提供比较全面的思想方法。 1 4 2 国内的相关研究 国内的交通需求预测研究起步较晚，8 0 年代初才从国外引进交通需求预测 的理论和技术；8 0 年代中期到9 0 年代初，随着改革开放步伐的加快，现有的交 通矛盾尚未解决，又迎来了新的规划建设高潮，此时国内的规划者将交通需求预 测的技术应用到了实际的道路运输规划中；9 0 年代初到现在，由于国内大城市 交通拥堵问题的日益严重，国内的专家学者也加强了交通需求预测理论的研究。 过秀成，吕慎【l8 】在2 0 0 0 年提出了基于合作竞争类o d 的联合方式划分交通 分配模型，并对分层次策略性交通方式划分和联合方式划分交通分配作了详细的 阐述。牛学勤、王炜l l9 j 于2 0 0 2 年提出了一种首先采用最短路算法搜索有效路径 集，再根据有效路径的广义费用，由改进的l o g i t 模型确定每条有效路径的选择 概率，进而计算每条线路客流量的公交客流分配模型。 冯树民，陈洪仁，邹成伟【z o j 于2 0 0 2 年通过对公交线网和公交乘客出行心理 特性的分析，及对公交乘客出行路径选择影响因素的研究，选择不同的阻抗函数 应用多路径分配法、容量限制分配法，通过对各种方法的优缺点分析，给出各自 的适用范围。 陈义华，吴红兵【2 lj 于2 0 0 5 年基于广义旅行费用在广义公交路网上提出了满 足用户平衡m ) 的方式划分与交通分配的联合模型和多路径增量分配法来近似 模拟用户平衡状态的分配算法，提高了分配算法的效率。钱臻，陆化普1 2 2 j 于2 0 0 5 年根据公交线路特性，分析了换乘、发车频率、票价对客流分配的影响，将其考 虑到公交网络的属性中，给出了网络中各种阻抗的计算方法。然后根据l o g i t 模 型提出公交网络客流分配方法和指标计算方法。 国内关于公交线网优化的研究同样始于8 0 年代，目前主要集中于数学寻优 法的模型及己有模型算法的研究。较早进行这方面研究的吴稼豪、李硕、夏伟民 等比较系统的叙述了有关城市公共交通网络优化问题的模型和方法。刘清】等 基于人工智能理论，采用启发式算法，从每对端点搜索出满足有关约束条件的备 选线路，按二进制理论将备选线路组合成若干优化网络，然后评价比较确定最优。 张国伍 2 4 1 等1 9 9 2 年在扩展福劳德算法的基础上，提出了公交线网的多条最短路 5 北京t q k 大学t 学硕 j 学位论文 径算法。 近几年来，针对公交网络优化提出了不少新的模型和算法。王炜【2 5 】于1 9 9 0 年提出一种相对比较实用的公交网络逐条布设方法，这种方法以直达客流量最大 为目标，采用“逐条布设，优化成网”的思路进行线网优化。王志栋【2 6 】于1 9 9 7 年 提出了以乘客总出行时间最小、客流直达率最高、线网覆盖率最高、线路重复系 数最低、公交经济效益最高为目标的多目标公交网络优化模型，但这种模型是无 法求解的，最终仍归结为一种单目标的优化模型。林柏梁【27 j 等于1 9 9 年从组合 优化的角度，提出了公交网络优化设计的非线性o 1 规划模型，以乘客的出行时 间最短和实现公交网络的资金投入最少为目标函数，在满足车站容量限制的条件 下，获得公交线路的优化决策。 肖滨等【2 8 j 于2 0 0 5 年针对公交线网规划中的思路方法问题进行了深入研究。 对传统的公交线网规划方法进行分析评价，提出了一种考虑城市空间形态、分层 次进行公交线网规划的思路，即“因地制宜、分层布设、先主后次、先粗后细”。 瞿何舟、杨京g r i t 2 9 】于2 0 0 6 年提出公交线网分级规划的思考。采用城市公交 线网三级划分方法，并提出了骨干公交线路的走向搜索法和分级线网规划方法； 最后根据公交线网分级规划的特点，提出一组评价公交线网分级规划的指标体系 和模糊评价方法。 1 4 3 以往研究中存在的问题 国内外城市公交线网规划方法有着各自不同的优点，但都存在不足之处：即 对于各条公交线路均采取同一种分析方法。随着城市的快速发展，城市规模越来 越大，城市公交线网的布局受城市客运交通需求、城市用地布局等影响。由于城 市发展形态、城镇发展水平的不同，带来居民出行不同层次的交通需求，由此提 出公交线网分级规划的方法。对城市公交线网进行合理分级，设置不同等级的线 路，有利于针对不同等级线路采取不同的运营标准，科学合理的配置有限的资源， 提高公交运营效率，为居民出行提供不同层次的服务以满足居民的出行需求。 此外，公交线网优化规划实质上是一个多目标优化问题，目前常用的方法是 将其归结成为一个非线性规划或凸规划问题来求解。但这样建立起来的目标函数 很复杂，约束条件很多，不易求解。因此，这些方法还是主要集中在理论研究方 面，可操作性不强。而在目前常见的实用优化方法中，大多是进行完线网调整后 直接重新进行公交客流的分配，往往忽略了当公交线网方案发生变化时，人们的 交通出行方式也将会随之发生变化。 因此，本文将针对多层次公交线网规划的特点，提出套较为系统的规划方 法，并应用到实例中。 6 第1 市绪论 曼鼍曼! 曼曼曼曼曼曼曼曼曼舅! 皇皇曼皇曼罡i !i 曼曼曼皇曼! 曼曼曼曼曼曼曼蔓曼曼曼曼量曼曼舅曼曼曼曼曼曼曼曼曼寰曼鼍曼曼皇曼曼曼曼 1 5 论文内容与安排 本文将主要总结国内外相关的研究概况，研究多层次公交线网与传统公交线 网的区别，以“分层研究，逐层展开，整体优化”为线网规划的主要指导思想，确 定不同等级线网规划时的优化目标、优化原则和优化方法：利用神经网络进行交 通方式的划分，得到初始线网方案下的规划年公交o d 矩阵，运用c u b e 软件 进行流量分配；研究建立多层次公交网络的评价指标体系，并给出合理建议值； 研究多层次公交线网的优化调整方法，最终得到合理的多层次公交线网，将提出 的规划理论应用于实际。 本文的章节安排如下： 第一章，绪论； 第二章，多层次公交线网规划； 第三章，初始公交线网的布设； 第四章，客流预测技术； 第五章，线网评价及优化调整； 第六章，房山公交线网规划实例。 北京t 业大学t 学硕f 学位论文 第2 章多层次公交线网规划 2 1 多层次公交线网概述 2 1 1 多层次公交线网的内涵 城市的公共交通系统负责把客流从城市的一个地点运送到另一个地点，每名 乘客的乘车距离远近各不相同，每名乘客的一次出行也是单向的。这个运送方式 同人体的血液循环系统的运送方式有许多相似之处。 在人体的循环系统中，毛细血管遍布全身，数量最多，承担了直接收集系统 运送物资的任务，次动脉和次静脉数量相对较少，既有收集系统运送物资的任务， 又承担了毛细血管收集来的物资的转运任务。这些动脉和静脉有些相互接驳联 通，可以直接转运物资，但是主要是分别连接、汇总到主动脉和主静脉上，再由 主动脉和主静脉通过心脏这个人体最大的“枢纽”连接在一起，完成系统物质的转 运任务。各种不属于同一等级的血管各司其职，互相补充，使得机体的循环过程 协调合理，井然有序。 反观我国目前大多数城市的公交系统，没有形成一个有主次之分、能均衡分 配运能的网络结构。各种公交线路职能不清，相互之间都可以直接接驳，造成大 家都成为低速的公交线路，如此无异于人体循环系统中只有“毛细血管”。虽然我 国传统的公交网络中的公交线路也有主干线和驳运线、主线和辅线之分，事实上 两者的服务标准相差不大，仅仅是因为其行驶在城市最主要的道路上，发车频率 相对比较高，路况好一些而已，并不具备人体循环系统中主动脉、次动脉和毛细 血管的功能。因此公交系统总是低速的、间断的和缺乏准时可靠性。 一个合理的城市公交网络需要包含不同的线路层次，实行不同的运送标准， 才能够物尽其用，合理有序的组织公交系统的运营，公交的服务水平也将提高一 个等级，公交网络与人体网络的比较如表2 1 所示： 表2 - 1 公交网络与人体网络对比 t a b l e 2 1c o m p a r a t i o nb e t w e e nt r a n s i tn e t w o r ka n dv e i nm e s h w o r k 人体网络公交网络 主动脉、主静脉主干线公交线路 线路 一般动脉、静脉次干线公交线路 毛细血管支线公交线路 连接点心脏 公交主枢纽 8 第2 章多层次公交线网规划 2 1 2 多层次公交线网的划分 北京市未来交通需求表现出以下几个特点【3 0 1 。首先是出行需求总量大，密 度高，全市2 3 0 0 万人次的出行中在中心城区内部将有1 3 2 2 万人次出行，形成3 7 8 万人次平方千米的发生吸引密度，同时中心城区和外围区域之间还有5 4 8 万人次 日以上的放射性出行，此种高密度的出行强度为公共交通的发展创造了良好的 基础条件。其次是出行距离多样化，其中有2 0 以上的出行距离在1 5 千米以上。 服务客源的市场巨大以及服务需求的多样化成为北京市公共交通系统服务所面 临的重要问题。 从城市内部功能空间布局看，北京城市总体规划中提出了8 个市级商业中心、 4 8 个地区级商业中心，这些商业中心吸引的客流呈现不同的特征。城市不同功能 分区的布局造成了不同分区之间客流的集聚效应，出现了出行服务需求具有不同 分区的特性。 公共交通作为一种大众交通工具，其出现的根本原因是由于大量的客流需求 产生相同流向的走廊客流。公交服务客流的特点本身就表现为站点集散乘客的功 能，每一站点都有其合理的服务范围和对象，乘客从各自的出发地达到方便的站 点，出现乘客汇集的现象，然后乘坐公交车辆，形成走廊交通客流，达到站点后， 乘客从站点分别达到各自的目的地。公共交通方式的本质反映出分区集散的服务 模式。 本文针对以上城市居民交通出行特点提出分区分级的公交服务网络模式，以 交通区为分析的基础，分别从中区、小区两种“面”的层次上考虑服务人口、客流 需求和服务标准的确定；以不同服务等级的客流集散中心为核心“点”，在不同分 区之间的交通联系形成的交通客流需求走廊上，构造不同等级的线路轨道、快 线、普线、支线，形成城市公共交通网络。 ( 1 ) 轨道交通 轨道交通具有快速、准点、大容量、舒适等特点，因此轨道交通将成为城市 公交系统的骨干，布设在客流密集的客运走廊上，满足居民中长距离的出行需求。 轨道交通线路是城市交通的骨干线路，采用车辆编组列车化，达到大运量、高速 度的目标，平均运营速度一般为3 0 - 4 0 k m h 左右。 ( 2 ) 公交快线 主要服务于城市地区问的交通，承担大型集散点之间、各功能区之间的联系； 线路沿大中型集散点、大中型居民区设置；速度快、发车频率高、服务水平好。 ( 3 ) 公交普线 采用中等站距提供方便的服务，对公交快线网络起补充作用，与快线线路要 有较好的换乘，起到接驳快线线路客流的作用；线路深入各居住区及各功能区， 9 北京t 业大学下掌硕i j 学位论文 服务水平较快线线路次之。 ( 4 ) 公交支线 支线系统以服务于地区内交通出行、连接客流集散点与枢纽之间、连接客流 集散点与轨道站点之间交通，辅助干线或轨道共同提供服务。这种线路主要目的 是减少使用者步行距离，实现真正意义上的零换乘；可以降低发车间隔、填补中 小街道的公交空白，提高公交吸引力。 轨道交通的形式与常规公交有所区别，研究时间和深度所限，本文研究仅针 对于常规公共交通。以北京市为例，常规公交中不同等级的线路特征情况见下表。 表2 - 2 不同等级公交线路的特征 t a b l e 2 2c h a r a c t e r i s t i c so f t r a n s i tl i n e si ne a c hl e v e l 项目公交快线公交普线公交支线 运营道路快速干道、主干道快速干道、主干道、次干道、支路 次干道 线路形状转弯少、迂回少允许适量的转弯和迂允许转弯和迂回 回 线路长度( k m ) 1 58 1 5 8 0 05 0 0 - 8 0 03 0 0 5 0 0 运营车辆性能好、车速高、车可以多种车型混合车型小 型大 平均运营速度 2 5 ， 2 0 2 5 1 5 2 0一 ( k m h ) 配车调度情况配车数多、发车频率配车数较多、发车频根据线路客流和车 高率较高型确定 高峰小时发车间 5 5 根据线路客流和车 隔( m i n )型确定 首末站大型的公交枢纽站无要求 无要求 公交优先政策提供公交优先措施可提供公交优先措施一般无要求 线路性质长距离的片区间出相邻组团之间，与市填补线路空白、加 行、公交客流主流向中心和片区中心的中密线网，与公交主 距离出行干线、次干线换乘 2 1 3 公交快线系统模式 公交快线系统可以依托高速公路、快速路、主干路，公交快线的服务标准可 以分为多种类型。结合北京的实际情况，本文按照服务对象和服务标准的不同， 第2 章多层次公交线网规划 分为以下三种模式。 第一种：具有封闭路权的快速公交系统 服务标准：大容量、速度快。 布设的道路：高速路、快速路、主干道。 设施要求：完全封闭的专用路权。 适用性：适用于周围高密度开发地区集中，客流来源大部分在周围地区。 公交专用道的设置形式： ( 1 ) 中央公交专用车道，公交车站设在中央分隔带上 该形式适用于中央分隔带的宽度大于等于5 米的两块板和四块板的道路上。 可以分为三类，其一为南中轴模式，需要选择左侧开门的公交车辆，这一类 型的缺点是快速公交系统与常规公交系统的衔接不方便，投资较大；其二是选择 公交车逆向行驶，该类型不要特殊公交车辆，适用性较好，对交叉口的信号控制 要进行特殊处理，需要合理衔接公交专用车道和普通车道的公交车行驶；其三是 在公交车站进行工程改造，把中央分隔带改为两个车站，公交车可以正向行驶， 通过人行横道实现客流集散。 ( 2 ) 中央公交专用车道，没有中央分隔带，公交车站布设在两侧分隔带上 这种形式主要适用于三块板道路和一块板道路，可以有限实施于机非分隔带 不宽、绿化效果不明显的三块板道路。 根据公交车站的布设以及公交车与其他机动车之间的隔离带的宽度，可以分 为两类：其一是中关村北大街模式，公交车站设在两米宽的公交车与其他机动车 之间的隔离带上，需要建设人行天桥或者地道联系人行道和公交站台，公交车行 驶于双向两车道，有超车条件；其二是公交车和其他机动车之间没有隔离带，公 交车站主要设在交叉口进出口道的公交岛上，行人可以通过交叉口人行横道与人 行道联系。 ( 3 ) 路侧公交专用车道，公交车站设在机非分隔带或人行道上 这种形式主要适用于机非分隔带宽、绿化景观好的三块板道路以及非机动车 较少的一块板道路上。路侧公交专用道要处理好公交车与单位进出车辆、交叉口 右转车的关系，禁止出租车随意停车。对于单位进出口，主干路和支路的交叉口， 专门处理。对于路侧公交专用车道的布设，建议采用在交叉口设公交专用进口车 道，同时在时间上给予优先的信号相位，减少公交车在交叉口的延误，形成公交 优先通行的系统，保障公交车可以在全线快速行驶。 第二种：利用高速路和快速路行驶，灵活设站布设模式 高速公路实行出入口控制，采用全封闭的型式，在高速公路上开辟b r t 系统 的线路是改善交通走廊上公交客运服务的一种简单经济的方法；为了提供快速交 通服务，应当给公共汽车运行特权和专门的运行设施。北京以环线和放射线构成 北京t 业大学t 学硕t 学位论文 的快速路网络自身已经成为一个系统，为城市交通提供快速联系。适用于长距离 的集散中心之间的联络快线，站距相当大和灵活，客流的集散主要通过大型的枢 纽和客流集教中心吸引，中间吸引的乘客量较小。 对于北京市的环线快速路，由于没有合适的中央分隔带，道路上存在立交桥 等物理瓶颈，因此，选择设置路侧公交专用道是可行的。快速路的路侧公交专用 道设置的关键问题是进出口处如何解决公交车与社会车的冲突问题。快速路上布 设车站需要一定的工程措施和物理设施，要建设人行天桥或地道的以联系公交车 站和路外行人系统。 第三种：普通的公交专用道或大站快车模式 特点：没有形成快速公交系统的整体功能，受条件限制，只能部分采取措施， 提高公交的服务水平。 适用于：受道路条件限制较大、周围地区的客流强度中等的地区。 同样，此种形式采用的公交专用道的形式可以分为中央专用道、两侧专用道、 公交优先道等多种形式。 2 2 多层次公交线网的规划方法 2 2 1 公交线网规划的原则 在公交网络优化系统中，公交线网优化是进行车辆配置优化、车辆调度优化 和人员调度优化的基础和前提，也是决定公交网络是否最优或较优的主要因素， 因此，公交线网优化在公交网络优化中的地位是最重要，也是最关键的，需要对 其进行重点和深入的研究。 公交线网优化虽然复杂，但仍有其必须遵守的原则。 ( 1 ) 对于大城市，可在社会经济条件许可的情况下，建设轨道交通，使之成 为公共客运的骨架，并逐步成网；充分重视轨道交通接运公交线路规划， 扩大轨道交通方式的吸引范围； ( 2 ) 在轨道交通尚未具备成网规模的时候，常规公交仍将是城市公共客运交 通的主体。换乘问题成为一个至关重要的问题，应设一定规模的客运换 乘枢纽，从换乘枢纽入手，进行常规公交线网规划； ( 3 ) 线路走向尽量满足与主要客流方向一致，方便城市居民的乘车出行；在 主要客流集散点之间，尽可能开辟直达公交线路，使乘客总换乘次数最 少；并尽可能按最短距离布设线路，使乘客总出行时间最小； ( 4 ) 使规划区的线路分布均匀，尽量消除公交空白区；使线路上的客流分布 均匀，以充分发挥车辆的运能；使公交线网密度、线路非直线系数达到 合理的范围，并符合国家标准的规定。 第2 市多层次公交线网规划 2 2 2 多层次公交线网的规划思路 公交线网规划的前期工作一般包括确定主要公交换乘枢纽的位置和选取常 规公交线路起讫站点【3 l 】。其规划方法一般有两种：逐条布线的线网规划方法和 全网最优的线网规划方法。 这两种方法的目标都是使公交线网运载的客流量最大，乘客总的出行时间最 小，其主要表现方法就是要使公交线网上运载的直达乘客量最大。全网最优的线 网规划方法的目标是公交网络客流效益最优，其函数复杂，影响因素和约束条件 众多，求解方法繁琐，使该方法在实践中应用较为困难。尤其是在网络较为庞大 时，该方法的求解甚至变得不可能。逐条布线法是根据某一个或几个指标，在可 行路线集中，逐条找出最优的公交线路，叠加成完整的公交线网，思路简单、直 观、方法上切实可行，是目前使用较多的一种方法。但由于它逐条布线，成网后 缺乏合理反馈，生成的线网往往从整体上讲并不是最优的，且线网比较分散，不 会形成“以点带面”的服务格局。 结合大城市常规公交线网规划的特点，本文旨在逐条布设方法的基础上探讨 一种定性与定量相结合，理论与实践相结合，方便适用的多层次公交线网的规划 方法。基本的规划思想是“分层研究，逐层展开，整体优化”。多层次公交线网与 现有的公交线网模式相比，有以下转变： ( 1 ) 换乘模式的变化，将由目前的线线之间的换乘向以客流集散中心为主 换乘的转变。 ( 2 ) 线路由单一功能向线路的多层次转变。 ( 3 ) 线网的服务将由分散服务向分区服务的模式转变。 ( 4 ) 站点将由单一规模向功能分级转变。 理想的多层次公交线网布局如图2 1 所示： 公文直线 图2 - 1 多层次公交线网布局示意 f i g u r e 2 - 1m u l t i h i e r a r c h yt r a n s i tn e t w o r kd i s t r i b u t i o n 麝 北京t 业大学t 学硕t 学位论文 规划背景研究 l 上工上 城市总体规划城市综合交通规划规划年宏观交通分析各项社会经济发展预测 ijjl 多层次公交线网分析交通特征、交通生成及分布 l 公交线路功能定位 拥枷x 涌士寸圳a ，从赤n n 、 。f j l 凡旭jj r 、脚j、，x v ， 客流集散点及公交场站分析 j， 多层次公交线网布设 1 森让丽i ? 由 公, 父线网力粟 | r 公 交通方式划分( 神经网络) 交 上 线 公交矩阵 网 上 的 优 交通分配化 | r 调 公交线网评价 翦 一叫亍 确定多层次公交线网方案 图- 多层次公交线网规划流程图 - 由图2 2 可知多层次公交线网规划的思路如下： 首先，宏观分析城市的功能布局和用地结构，将城市的研究区域划分成交通 中区和交通小区，同时依据节点重要度分析法，从网络拓扑结构的角度出发，确 定城市的枢纽中心，根据其地理位置和客流量的不同，对各枢纽自身的功能作用 进行科学定位，合理划分等级； 其次，分别推算出交通中、小区的规划年公交矩阵，依据客流量进行公 交线路的布设，不同等级的公交线路采取不同的布设方法，得到初始的多层次公 交线网方案； 再次，在初始公交方案的基础上，利用神经网络进行交通方式的再次划分， 将公交量在软件中进行分配；建立多层次公交线网的评价指标，进行 第2 章多层次公交线网规划 评价； 最后，对评价后的公交线网进行优化调整，重新进行方式划分和流量