（应用数学专业论文）一种公交线网优化和评价的快速方法.pdf

大连理工大学硕士学位论文 摘癸 本文内容分为两犬部分，嚣一部分详细叙述了星内外公交线嗣优化的研究概况，介 绍了几种常用的优化模型，接着介绍了在公交线网优化过程中应该遵循的原则，希望达 到的优化霞标以及公交线网评价体系，最后分析了城市公交需求预测，重点介绍了传统 的四阶段模式。后一部分是在分析已有模型和方法的基础上，根据丹东、本溪等城市的 公交规划资料，系统的总结和完善了用判定表对公交线网进行优化和评价的方法。利用 这种方法，景体给鞋j 了金州嚣的公交换乘量，评价7 各小区的可选性，置甜原有线网做 出了调整和优化。 关键词：公共交通；线阿优化；判定表；线网评价 一种公交线网优化和评价盼隗速方法 a t y p eo fq u i c km e t h o df o rt h ep u b l i ct r a f f i cl i n en e t w o r k o p t i m i z a t i o na n de v a l u a t i o n a b s tr a c t t h i sp a p e ri n c l u d e st w op a r t s 瓢ef i r s tp a r tg o e si n t op a r t i c u l a r so ft h ep u b l i c 淌el i n e n e t w o r ko p t i m i z a t i o na th o m ea n da b r o a d ，a n di n t r o d u c es e v e r a lc o l n l i l o l lo p t i m i z a t i o nm o d e l s t h e n , i tn o to n l yg i v eu st h ep r i n c i p l e sw h i c hw es h o u l df o l l o wa tt h ep r o c e s so f t h ep u b l i ct r a f f i c l i n en e t w o r ko p t i m i z a t i o n , b u ta l s og i v eu st h eo p t i m i z a t i o no b j e c t i v e sw h i c hw eh o p et or e a c h a n dt h ep u b l i ct r a f f i cl i n en e t w o r ke v a l u a t i o ns y s t e m a tl a s t ，i ta n a l y s i so nt h ep u b l i ct r a n s p o r t d e m a n df o r e c a s ta n dp u tm u c he m p h a s i so nd i s c u s s i n gt h ee l a s s i e a lf o u r - s t a g ep a t t e r n 。i nt h e s e c o n dp a r t ，o nt h eb a s i so fi n t r o d u c t i o no ft h em o d e l sa n dm e t h o d s ，a c c o r d i n g 协t h ed a t eo f t r a n s i t p l a n n i n go fd a n - d o n ga n db e n - x i ，w cs u m m a r i z ea n d c o n s u m m a t et h em e t h o d s y s t e m i c a l l y ，t h a ti st os a y ，w eu s et h ed e c i s i o nt a b l et oo p t i m i z ea n de v a l u a t et h ep u b h c t r a f j 丘c l i n en e t w o r ks y s t e m i c a l l y u t i l i z et h i sm e t h o d , w eg i v et h et r a n s f e rq u a n t i f i e so fj i n z h o u , e v a l u a t et h er e a c h a b i l i t yo fa l lr e s i d e n c ez o n e s ，a n dm a k ea d j u s t m e n ta n do p t i m i z a t i o nt ot h eo l d l i n en e t w o r k k e yw o r d s ：p u b l i ct r a n s p o r t a t i o n ；l i n en e t w o r ko p t i m i z a t i o n ；d e c i s i o nt a b l e ；l i n e n e t w o r ke v a l u a t i o n i i 独创性说明 作者郑重声明：本硕士学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工 作及取得研究成果。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的研究成果，也不包含为获得大连理 工大学或者其他单位的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的同志 对本研究所做的贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。 作者签名：旌矗臣卑l 一日期：赵显坦 大连理工大学硕士研究生学位论文 大连理工大学学位论文版权使用授权书 本学位论文作者及指导教师完全了解“大连理工大学硕士、博士学位 论文版权使用规定力，同意大连理工大学保留并向国家有关部门或机构送 交学位论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权大连理 工大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，也 可采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编学位论文。 作者签名：盈l 且至丘仁一 新躲喜盘址 大连理z 大学磺主学位论文 1绪论 1 1 磷究背景 改革开放以来，随着我因经济社会水平大幅度提高，城市化进程不断加快，城市范 瘸霭积或话增长，藏市社会经济文化溪动空前繁荣，屠琵出行嚣求增长，导致城常交逶 拥挤、阻塞、事故和环境污染等问题日益严重。究其原因，除城市交通基础设施建设不 熊满足快速增长的交遁需求钤，城市交通结构不舍理，公共交通服务水平低，竞争力不 强，自行车拥有数露持高不下，以及私人小汽车猛增都促使了城市交通问题的日盏严重 【。随着经济的增长，我国的机动车拥有量将避一步增长，在机动化迅速发展的背景下， 城帘交通需求和供给之间的矛盾将更宓曩突出。缓和这一矛詹，改善城市交遥的出熬是【l 】： 在继续加强交通基础设施建设的同时，优先发展城市公共交通，以此作为交通政策的核 ，拈，并采取有力接握鑫珏良实旎。 “公交优先”予二十世纪六十年代起源予巴黎，很快被饱受交通拥挤之苦的欧美等 发达国家所接受，并逐步发展完善，疆翦在我国的许多城市中也已达成基识，并褥到逐 步实施。 深圳市作为我国第一个经济特区，经过二十年的迅速发展，目前已经成为我蹦的高 新技术产业基蜷和隧域性金融中心、商贸中心、物流中心和运输中心。深圳市的公交也 得到迅速发展，已成为全国公共大巴发展最为成功的城市之一，无论是在提供多屡次服 务上还是在采露先避技术方巍帮走在全国前列。但蘧着深圳经济豹抉速发展，城苗建设 舰模的不断扩大，城市人口也高度集中并大规模增长，交通需求迅速扩大，而道路基础 设施的建设则相对落后，使得城市交通需求与供给之间的矛盾越来越突出，交通隰塞也 璺现出由点到线、由线至面的扩展趋势。要改普这一情况，必须提高公共交通的吸弓 力。 城市公共交通主要有常规地面公共交通和城市地铁、轻轨等轨道交通和b r t 。目前 我国城索公共交逶豹主体依然是常规遗面公共汽车交逶( 简称常规公交) 。 目前我国城市公交需求迅速增长，公共交通普遍存在着运能紧张，车辆不足，线路 设塞不合瑷等闯题，居民“乘车难”“出行礁”的局厨更热严重。因此，有必要进行公 交线网布局优化，充分发挥公共交通的优势，改善城市公交服务水平，提高公交运营效 率，缓解公交紧张状况及方便居民出行，使公交在有限的城市土地限制条件下，最大可 能的减轻城市道路系统的交通压力，减轻其俄方式交通童对土地的占用率。对公交线鼹 布局进行合理、科学的规划，可以在有限的资源条件下，充分发挥公交自身的潜力，提 释公交线嘲优化帮评价的快速方法 高公交运营效率，增大载客蒜量和改善服务水平，实瑗公交运营科学配鲎，箕意义不言 而喻。 1 ，2 国内外研究概况 公交线网规划是以现代交通规划理论为基础，依据居民出行调查、公交专项调查的 数据资料和结果，运用数学规划方法、图论方法、人工智能以及模糊数学等方法，依托 城市道路网络系统，进行公交线网布局规划，寻找其最优布局。公交线网规划是一系统 工程，牵涉到社会学、经济学、心理学等诸多戮素。 实现公交线网含理、科学的规划，可以在有限的投资条件下，充分挖掘公交自身的 潜力，实现公交运能的科学配置，具有提高公交营运效率和增大装载容量、改善公交系 统整体服务水平的双层意义。勇一方面，制定未来的公交线网优化可确保公交线网布局 的连续性和可变性，以期适应城市不同时期发展的需要。 国外对公交线刚斡研究起步比较早，蠢前在公交线网的布局及优纯技术领域有较多 的研究。在6 0 年代初，由予科技发展水平和投资条件的限制，公交线网的布局优化采 震专家定线的方式，器口在线嘲布设过程中，采用莱权威机构或专家意见确定线圈布蜀， 这种方法只定义了布设公交线网应当遵循的原则，多数为线网功能特性的叙述，很少使 用量化的分析。从6 0 年代至8 0 年代初，随着工程学和蒹统工程学科的迅速发展，线路 网的确定多是运用系统工程和运筹学的相关原理、方法，在既定的目标醺数下进行线啜 的优化布设。具代表性的有l a m p k i n 等 2 】以乘客的舒适程度和出行时间一起作为公交线 圈的服务指标，建立的网络设计模型。h i r s c h 等【3 】所傲的公交网络优化闻题研究，把公 交线网优化模型设计成一个嗣定需求模型。但这些模型着重于评价模型的建立，缺乏较 明确的设计方法与步骤。与此同时，数学寻忧法开始运用于线网优化中，此法是将公交 线嘲的结构抽象为简单几何形状，在对出行供需关系分析的基础上，建立数学模型来确 定最优的公交线路，一般这种方法适用于简单的路网。8 0 年代薰今，d u b o i s 等人采用 盛发式搜索方法建立了线网生成模型；f e r n a n d e z 等搠采用组合数学方法，模拟决策者的 决策过程建立了大容量公交站点布局和设计专家系统；p a t m a i k 等【5 】将遗传算法庶用到 公交线网设计中，该模型以系统中乘客出行费用和运营费震最小为目标，遴过遗传算法 进行优选；s u l l i v a n 等嘲基于g i s 系统，对生成等时线地图的可行性进行分析，提出了 一种公交最佳路径的选择分析方法。 国内关于公交线网优化的研究始子8 0 年代，目前主要集中于寻优法模型以及已有 模型算法的研究。 大连理工大学硕士学位论文 较早进行这方面研究的有吴稼豪、李硕、夏伟民【7 - 8 】，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算法。杨兆升等 9 】根据不同的约束提出了不同的公交线网 优化模型。刘清等【l o 】基于人工智能理论，采用启发式算法，从每队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。张国伍等【1 1 】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【12 】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， 优化成网的思想进行线网优化。张志栋【13 】提出了以乘客总出行时间最短、客流直达率 最大、线网覆盖率最高、线路重复系数最低、公交企业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，最终归结为一种单目标优化模型。林柏梁 等【14 】从组合优化的角度，提出了公交网络优化设计的非线性o 一1 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函数目标，在满足车站容量限制的条件 下，获得公交线路的优化决策。单连龙等【1 5 】提出了用双层规划模型来描述连续平衡公交 网络设计问题，其缺点是在公交线网配流方面未考虑公交线路的共线，线路能力限制等 问题，设计出来的公交线网与实际有较大差别。唐利民等【1 6 】提出了f l a p t 模型。孙艳 丰等【17 】和陈洪仁等【1 8 】使用遗传算法，从不同角度，对规划模型进行求解。 一种公交线网优化和评价的快速方法 2 城市公交线网优化与评价概论 2 1城市公交线网优化的基本内容 城市公交线网优化的基本内容包掰1 2 】： ( 1 ) 公交需求分布预测 获得交通需求分布量( o d 矩阵) ，一般有两种方法： 传统方法是根据居民出行调查和城市土地利用状况按照“四阶段法”进行预测，但 由于居民出行调查工作量比较大，公交系统内部规划和近期规划常常采用另一种方法， 即基于线路客流量调查的客流估算方法。 ( 2 ) 线网优化布设 一般在单条路线优化的基础上，考虑线网的整体优化，常采用以下几种方法： “逐条布线，优化成网”法。按线路直达客流量最大布线，如王炜等将城市公交线 网规划分为起讫点拟定和线网生成两个部分，对所有起讫点间可能的路线按直达客流量 最大“逐条布设 。 经验法。如台北市大众运输路线研究规划采用实现设定的公交线网方案，如方格线 网、辐射线网等。 拟合客流法。如在系统最优分配的基础上，用“取大法舍小法”截取网络得到初始 网络。 ( 3 ) 线网客流预测与评价 城市公交线网客流预测是指将前面预测得到的城市公共交通需求量( o - d 矩阵) 分 配到拟采用的公共交通网络上，确定公共交通网络中每一条公共交通线路的断面客流量 及站点上下客流量。城市公交线网评价是指根据城市的形态及预测的线网客流量，对设 计的公共交通网络布局方案进行网络形态及交通质量等多方面的评价。 2 2 城市公交线网优化的原则 城市公交线网优化的目的是为城市居民提供安全、舒适、高效、经济、方便的服务； 提高公交运营效率；促进公共交通的发展；建立良好的城市交通环境；推动城市土地开 发和城市发展。所以，城市线网优化必须以公交乘客分布量( o d 矩阵) 为依据，方便 城市居民出行为准绳，同时还要考虑公交企业的利益以及公交线网的布局对整个城市交 通的影响。因此，在进行公交线网优化时，必须遵守以下原则： ( 1 ) 线路的走向必须与主要客流量一致，以满足乘客乘车需要； 4 一 犬连理王大学硕士学位论文 ( 2 ) 按最短距离布设线路，使全服务区乘客总出行时间最小： ( 3 ) 使规划区域的线网覆盏率最大，线路重复系数最低，没有公交空白区； ( 4 ) 使线路上的客流均匀分布，充分发挥运载工具的运能，使公交企业的经济效益最 佳。 2 3 公交线网优化的目标 2 3 1网络描述 网络是节点的集合和连接节点的弧的集合。它被广泛用于描述各种有形的物理结构 或无形的信息结构。城市公交系统中的物理结构如公共汽车站、居民小区、商业中心等 均可用网络的一个基本元素节点表示，而上述物理结构之间的公交线路或公交路段 ( 在后面给出具体定义) 就可以抽象为网络圈上的弧( 有向弧) 。这样，实际的城市公 交网络就可以根据问题的需要描述出来。城市交通网络中的非定线交通流，在受到一定 交通管制下相对可选择行驶路线，而公共交通流按固定的路线行驶，使用的路网是实际 路网的一部分，还要涉及到乘客上网和下网的实际情况。因而，应针对实际研究的问题 描述路网。为方便问题，先提出路嬲中的一些基本要素的概念。 ( 1 ) 起点( o r i g i n ) ： ( 2 ) 终讫点( d e s t i n a t i o n ) ； ( 3 ) o d 对：起始点和终讫点地合称，表示一次出行过程的产生和消失； ( 4 ) 路段( l i n k ) ：连接不同节点_ 乏闻的弧； ( 5 ) 路径( r o u t e ) ：乘客为完成出行，在路嗣上连续移动所经过的一系列路段( 弧) 的集合。 图2 1 是公交网络上( 下) 网的结构图。乘客的起点或终点并不仅仅在抽象的网络上， 往徒需要行驶或行走一段时闻怎才能到达正规的街道和交叉口( 即上网过程) ，同样， 也要经过同样的途径到达目的地( 即下网过程) 。在利用城市公交网络完成出行时，尤其 如此，或许在某个节点( 车站) 换乘另乡 的公交线路。所以，有必要单独对此进行说鳃。 一种公交线网优化和评价的快速方法 王a ，上、三一一r e 犬t 一， 。 占 图2 1 公交网络上( 下) 网络结构图 f i g u r e2 1 t r a n s i tn e t w o r ke n t r y ( q u i t ) i l l u s t r a t i o n 图中，用么，b ，c 和d 表示实际网络中的一个公共汽车站，节点e 表示出行单位的产 生以及消失节点。从四个方向来的乘客分别在么，b ，c 和d 四个点下网或转乘另外公交 线。假设从西面来的某位乘客在该站下车，即在召下车，通过弧( 召，e ) 到达终点e ，( b ，e ) 成为下网弧，若节点e 的出行者需要乘公交车，他将通过弧( 五，b ) 或( e ，c ) 进入网络， 这两个弧称为上网弧，从西或南方来的出行者如果在此车站需要转乘公共汽车则分别使 用弧( b ，彳) 和( c ，d ) ，此两条弧称为转移弧。 2 3 2 基于各种优化目标的数学模型 影响城市公交线网优化的因素是多方面的，但在一般情况下，在进行城市公交线网 优化时该考虑这几个方面的因素：( 1 ) 时间需求。乘客选择公交作为交通工具出行，是基 于时效考虑的，因此应该满足全体乘客总出行时间最小( 2 ) 城市客运交通需求。城市客运 交通需求包含数量、分布和出行路径的选择，是影响公交线网的首要因素。在一定的服 务水平要求下，客运要求量大的区域，要求布置的公交线网客运能力较大。( 3 ) 道路条件 和场站条件。对于公交线网而言，道路网是公共交通网络的基础，但并非所有的道路都 适合公交车辆行驶，所以要考虑道路的几何线形、路面条件和容量限制等因素。公交站 点选址也是公交线网优化的重要条件，在线网规划中不得不考虑。( 4 ) 效率因素。效率因 素指公共交通线网单位投入( 如每公里、每班次等) 获得的服务效益。它不仅反映路线 的运营状况，还反映路线经过区域的客运需求量和路线的服务吸引力，因而在线网优化 中应该特别考虑线网效益因素。所以在规划或者设计公共交通网络时，必须考虑以下目 标对公共交通网络进行优化： ( 1 ) 乘客总的出行时间最小； ( 2 ) 客流直达率最高； 大连理正大学硕士学位论文 ( 3 ) 线网覆盖率篱； h ) 线路重复系数低； ( 5 ) 公交经济效盏最大。 对应于上述目标的函数表达式如下m 2 0 】 ( 1 ) 社会总出行时闻最小的函数表达式 t 2 口盯 ( 2 - 1 ) 式中：口鲈ea ；瓦= 五+ 如五十如五+ t + 如蠢其中，a 为o d 调查表所得 的o d 矩阵；口。为a 中的项，表示从i 小区到j 小区的客流量；写为每位乘客从出行点 到耀应车站的步行时闻，且t = ( s ；+ s ) 援芦r ) ，s ，邑分别为第i 小基和第j 小区 的面积，且s ，、s ，跗( s m 为小区面积集) v 为乘客步行的平均速度，为与路网密 度有关的系数，取值范匿为2 , - 4 ；互为车站的候车时间，且写= 剁2 + 舻，占为平均发车闻 隔时间，p 为平均留站率( a 厕取经验常数) ；写为中转换乘时间，且写螂2 + 廊+ 磊，写 ， 为从下车到上车站的中转时闻；互为车辆行驶时闻，且五= 菩，誓为车辆平均行驶速度，弓 吃 为第i 小区形心节点到第j 小区形心节点公交线的长度，厶二6 ( l g 为优化方案中节点 及路段构成的有向弧集，上盘五，且l 为可通过路网中节点与路段构成的有向弧集) ；写为 ， 下车后乘客步行到达量的她的时闯：写= 鼍，厶为乘客从车站下车后步行到目的地的最短。 p 距离，冬五、冬冬砖为相关的修正系数。 2 ) 乘客直达率最高的函数表达式 a = m 殛琦“ ( 2 - 2 ) i - - i j 删 式中：r 乘客直达率； m 直达客流量； 居民出行总量，为一常数。 硝一 问题可转化为式： m 排鼢懈，) _ 一 。o 埘j = j ( 2 - 3 ) 一种公交线网优化和评价的快速方法 x ( i j ) = 1 或0 ( i 与j 配对时取1 ，否则取o ) ( i - 1 ，2 ，3 。n j = l ，2 ，3 n ) ；口线 路起终点数；z d ( i j 卜起点i 与终点j 配对时，该路线所能运送的直达客流量。 ( 3 ) 线网覆盖率最大、线路重复系数最小的函数表达式 l 泸h 口恍万 口= 【乳一阻鸣) 阻 ( 2 - 4 ) h e 嘶l 州呻t e 上h 包g 肛阻 阻一阻鸣一) 】 k 埘k d 店 k “咆_ 酣 式中口为线网覆盖率，等于有公交的道路总长除以可通行道路总长，矽为线路重复系数， 等于公交线路总长除以有公交的道路总长，其中k 为同一线路中公交两相邻终点s 至节 点t 的距离，l i - - 为同一线路中公交两相邻节点j 至节点，的距离，件如为相关的修正系 数。 ( 4 ) 公交企业经济效益最佳的函数表达式 公交系统作为城市的一个组成部分，效益的评价不应该单一从企业盈利的角度来 说，而应从社会总体效益来评价公交系统的经济效益，以每日产出的总人公里和每日投 入的总车公里的比值来衡量其经济效益。其函数关系如下表示 y = b 池 ( 2 - 5 ) k e o c d , g 式中：为公交节点s 至公交节点t 的客流量；岛为公交节点s 至公交节点t 的车流量。 2 4 城市公交线网优化的约束条件 公交线网规划的影响因素较多，一般来说，约束条件可以分为单条线路的约束条件 和线网的整体约束两大类。 2 4 1单条线路的约束条件 ( 1 ) 线路长度 线路长度与城市规模、城市居民的平均乘距有关。路线过长增加运营费用，过短会 增加乘客的换乘次数。城市道路交通规划设计规范建议线路长度的限制公式计算： k = v - t m , 6 0( 2 6 ) 式中：v 一公交车的平均运营车速，设为1 5 k m l h ； 大连理工大学硕士学位论文 乙。厂- 城市9 5 居民的单程出行时间( m i n ) ，可由城市道路交通规划设计规范 查得； k 按运营要求约为5 k m ，对于待定的公交线路，其长度有个最优值。 同心圆发展的城市 7 = 1 仨 ( 大城市)( 2 7 ) l 刀 7 ：水 ( 小城市) ( 2 8 ) y 万 带状城市 亏= 鸠 ( 2 - 9 ) l 式中：，市区公交线路的平均长度( 虹) ； 卜系数，取2 3 ： r 城市面积( 砌) ； 二城市居民的平均乘距。 ( 2 ) 路线非直线系数 路线非直线系数是公交线路长度与起、终站空间直线距离之比。环形线路的非直线 系数是用线路上的主要枢纽点( 或最远的两节点) 问来衡量的。城市道路交通规划设 计规范规定式： ， c-；214(2-1o )l v j 式中：卜_ 公交线路的实际长度( 虹) ； 卜线路起终点间的空间直线距离( 虹) 。 ( 3 ) 起终点条件 线路优化中考虑的场站限制条件主要是首末站位置用地。 ( 4 ) 线路客运能力 g u( 2 1 1 ) q 、q ，线路i 的客运能力及最大流量断面的客运量( 人) ； y _ 运输能力储备和服务水平影响系数，可取0 8 5 公交路线的单向客运能力与车辆的载客能力、发车频率、站点的类型和线路的通过 能力、道路的几何、交通条件等诸多因素有关，在线网规划中采用经验值，可根据实际 情况，从城市道路交通规划设计规范中查得。 一种公交线网优化和评价的快速方法 ( 5 ) 站点中转量约束如下 不团。期 ( 2 - 1 2 ) 式中：霸叼、砌线网r 上第i 节点的中转乘量和最大中转乘客能力( 人) ， 公共汽车线路主要是上客量限制，王炜等建议中间站的上客量在1 8 0 , - 4 5 0 ( 高峰小时) 之间，起点上客量在5 0 0 2 0 0 0 人( 高峰小时) 之间，与车型和发车间隔等有关。 ( 6 ) 道路通行能力 暑j 7 ，属4 g ( 2 - 1 3 ) = l 嚣删路段口) 式中：q 线路i 的客运量及客运能力； 线路i 上公交车的车型换算系数( 当量小汽车单位) ； 屁路段a 的公交车辆占用系数，取1 时为公交专用道； e 路段a 的道路通行能力( 当量小汽车单位) ； c 车辆的平均载客能力( 人) 。 ( 7 ) 线路的断面流量约束 设岛为断面客流不均衡系数，则朋为最大断面客流流量与平均断面客流流量之比， 其取值一般不宜超过1 5 ( 8 ) 复线系数 复线系数是对公交线路的分布均匀性、站点停靠能力的综合考虑。一条道路上通过 某一路段的线路条数不应超过3 , - - 5 条。亦可采用线网重复性指标刀来反映线网整体的线 路重复情况，若7 7 较小，则线路分布均匀，刁的计算见下式： 叩：逛型( 2 - 1 4 ) 力：丛墨一型 ，气1 u l 磷- 鬻鼢踟 式中：厶线路i 的长度( 虹) ； z 线路a 的长度( 蛔) 。 大连理工大学硕士学位论文 2 4 2 线网整体的约束条件 线网整体的约束条件除了上述单条线路约束的综合约束外，还应考虑线网密度、乘 客换乘系数、线网的车站服务面积率、居民出行耗时、车辆保有量等指标【2 1 】 ( 1 ) 线网密度 公交线网密度是指城市有公交线路服务的每平方公里用地面积上有公交线路经过 的道路中心长度，它反应了居民接近线路的程度。城市道路交通规划设计规范给出 的线网密度的下限值为】 市中心地区= 3 _ 4 驯臃) 市边远地区_ 2 2 5 驯腑) 由于路网密度受道路网密度的影响，通常用公交线网的道路网覆盖率来衡量线网在 道路网上的密度。规划区的公交线网的道路覆盖式为： 珐= 孕 ( 2 1 5 ) 翩 式中：岛第m 区公交线网的道路网覆盖率； k 第m 区公交线路长度( k i n ) ； 第m 区道路网长度( 蛔) 。 ( 2 ) 乘客换乘系数 一般情况下，城市居民单程出行的换成次数不超过3 次。城市道路交通规划设计 规范给出的整个网络平均换乘系数为： j 嚣主吴轰票于 c 2 - 1 6 ， ( 3 ) 线网的车站服务面积率见下式 弥= 睾之 ( 2 _ 1 7 ) 式中：孙线网r 的车站服务面积率和最小允许服务面积率； 品线网r 的公交车站的服务面积； s 城市用地面积。 城市道路交通规划设计规范规定当服务半径( 以车站为圆心) r = 3 0 0 m 时， = o 5 ，当r = 5 0 0 m 时，= 0 9 。 ( 4 ) 居民出行耗时： 丁k( 2 - 1 8 ) 一种公交线网优化和评价的快遂方法 式中：t 、。f _ 城市中9 5 居民出行单程最大时耗和最大时耗上限。 ( 5 ) 公交车保有量 按城市道路交通交通裁划设计规范的要求，公交车辆僳有量满足下式： 上丝三大城市 l 0 0 0 ，8 0 0 上墨皇上中小城市 1 5 0 0 ，1 2 0 。 式中：p - - - - 城市人口数； 州城市的公交车辆数( 折算为标准台数) 。 总之，线两优化中需要考虑的匿素很多，既要考虑对单条线路的约柬条件，又要考 虑到线网整体的约束。前者多在布线过程中予以考虑，后者一般在线网整体形成或客流 预测( 评价) 过穗中予以考虑。 2 5 公交系统评价体系 2 5 1 公交评价目的 公交线网优化方法早在8 0 年代就有很多研究，是一个被许多人研究了，但是又研 究的很不系统和很不深入的问题。公交线网并不是简单的数学网络，它的内涵要丰富的 多，尤其是随着城市的发展，公共交通的概念要更加深刻，即使简化为网络问题，在实 黢中，这也是一个选没有解决的润题，它的主要不完善表现在： 1 缺乏比较全面的、可行的评价指标； 2 由o d 矩阵选线的算法既复杂到无法实际计算，又筒化到远离公交的实际运营和 调度，从而不能发挥指导作用 3 数学计算和预测所需的理想数据难于得到。 公共交通是城市基础设施之一，是城市政治、经济、文化生活不可缺少的桥粱年肆纽 带。城市饕发展，公共交通要配套发展，这就要求对公交现状有一个清楚的认识，以便 撮据需要统筹规划城市公交系统。评价可以发现公交系统中嚣薄弱环节，有利于指导公 交线网布局的调整，有利于保持服务运力与运量综合平衡，有利于客运市场的开发。公 交系统评价对认识、建设、发展城市公交产炽非常必要，通过评价，清楚的认识公交现 状与社会需求差距，这对调整公交产业结构与政策，进一步完善公交综合服务均有重要 意义。 评价在城市公交系统艇划中吴有以下三方面的作用： 大连理工大学硕士学位论文 1 评价是确定每一个备选方案价值并进行优劣排序的过程。其中要解决两个关 键问题，一是如何衡量方案的价值；二是正确估计实施方案的费用、效益来 源及时机选择。 2 评价可为决策者提供政策建议的影响，权衡轻重和不确定性的主要方面等信 息。不仅要明确影响的程度，而且要指出每一个备选方案影响的团体、阶层 或社区，包括积极的影响和消极的影响。 3 评价还要为规划人员提供一种对公共交通系统进一步研究改造的机会。评价 不仅是规划人员与决策人员联系的桥梁，也将城市公交系统规划中的每一步 研究工作联系在一起。 2 5 2 公交系统评价指标体系 公交系统本身是一个庞大而复杂的系统，对其建立一个完整、精确统一的评价指标 体系具有相当的复杂性和困难。涉及公共交通的评价指标有几十种，对具体规划方案的 评价，绝非评价指标越多越好，精确的量化也不等于评价的准确，评价是为规划和决策 服务的。因此，对于不同的服务对象和目的，评价的指标和方法可能不同。几种典型的 公共交通系统评价指标体系 1 公交系统服务水平评价体系： 安全：事故率，犯罪率； 高效：速度，延误； 便利：车站可达性，路线直达率，路线非直线系数，班次数，每日营运时间，信息 准确性，平均载客率： 舒适：加速变化率，通风性，温度，噪声。 2 城市公共交通线网评价指标体系： 方便：到达步行时间距离，直达率换乘系数； 迅速：非直线系数，单程出行时间； 广泛：运行速度，路网站点密度，道路网覆盖率，路线重复率，路线密集度； 高效：满载率，路线效率。 3 城市公共客运交通枢纽规划评价体系 人均枢纽用地面积，枢纽结构比系数，枢纽集散能力，换乘平均候车时间，枢纽换 乘舒适度，换乘平均间距，枢纽内部协调度，枢纽驻车设施率，平均换乘系数 4 城市公共交通系统发展水平综合评价指标体系 一种公交线阿优亿翮评价的快速方法 设旅水平：车辆配置，公交车辆拥有率，站点设施配置，车站设施齐全率，公交投 资规划，年度基建投资额。 服务水平： 效益水平； 安全( 行车责任事故阈隔里程，行车责任事故死亡频率) ，方便( 平均 站距、换乘率、换乘距离、候攀时间) ，迅速( 线网密度、运送速度、 乘窖平均出杼时间) ，准点( 行车准点率) ，舒适( 高峰满载率，全目 线路平均满载率、车厢服务合格率) ，经济( 月票交通费率、零票交通 费率) 。 公交利用程度( 屠民年乘车次数) ，社会效益( 上下班出行时耗、与制 度工时之比、平均运距) ，经济效益( 完好车率、工作车率、车日行程、 里程利用率、运营成本、运营收入、运营利润、全员劳动生产率) 。 常用公共交通评价指标及其计量方法 一、城市公共交遁网络技术性能评价指标 城市公共交通线网密度、万人公交车辆拥有率以及公交站点覆盖率等，直接关系着 公交乘客乘车便捷程度，因此这些指标常作为评价公共交通网络技术性能的重要方面。 ( 1 ) 公共交通线网密度 公交纯线网密度；查堡奎垡堕垒篓墼孽堕圭窒鳖篓廛 有公变服务的城市用地咖积 该指标大小反映了屠民接近公交线路的程度，从理论上分析以2 5 - 3 洲为好，在 市中心区客流量大处可适当加密，市边缘地区客流量小处则可适当减低。 公交营运线网密度2 看荟釜惹雾筹筹箬鲁 这一指标考虑到了公交复线，重叠系数的事实，但对于公交线路分布是否均匀、居 民乘车是否方便还不能反映出来，该指标与公交纯线网密度指标无法联系，也不能相互 换算。 ( 2 ) 公交车辆拥有率( 标台万人)一公交车辆标台数( 标台) 市区人口( 万人) 这一指标反映公交客运实际能力。城市道路交通规划设计规范中，大城市的公 共汽车帮电车的规划拥有量为每8 0 0 - - 1 0 0 0 入一辆标准车，即1 0 - 1 2 标台万人，中小城 市为每1 2 0 0 , - 1 5 0 0 人一辆标准车，即7 8 标台万人。 ( 3 ) 公交站点覆盖率= 垒蠢幕等掌l 。 二、公共交通系统服务水平评价指标 大连理工大学硕士学位论文 公交服务水平主要反映满足居民出行需求程度，一般包括车辆运行的安全、方便、 迅速、准点、经济和舒适状况等。 ( 1 ) 行车责任事故间隔里程( 万k i n 次) ，平均行驶多少公里发生一次责任事故，反 映安全状况。 行车责任事故间隔里程：璺堡堡! 互堕! 行车责任事故数( 次) ( 2 ) 行车准点率：壅盛堡圭达墼 一 全部行车次数 ( 3 ) 乘客平均换乘系数或换乘率是衡量乘客直达程度，反映乘车方便程度的指标 乘客换乘率：查垫墨堕墨查鏊 乘客总人数 ( 4 ) 乘客平均候车时间，反映乘车方便程度的指标 平均候车时间= 堡2 塑堕( 1 + 每次出行平均换乘次数) c 5 ，高峰满载率。辜翥釜墨害羞鲁嘉妻黼，o o 一 车辆通过高断面的客位数总和 ( 6 ) 全天线路满载率指运营车辆全天载运乘客的平均满载程度，反映乘车舒适度。 全天线路满载率：垂窒旦堑量事 客位行程 1 0 0 ( 7 ) 零票交通费率 指统计期内乘客平均每l o o k m 乘距，个人实际支付的乘车金额( 以购买零票方式支 付乘车费) 与该地区职工平均工资之比。 零票交通费率= 垂查垩纂萎塞釜嘉霎嚣苫会兰孳嵩务星手弘o o 公交企业服务地区职工平均工资( 元) “ 三、城市公共交通效益水平评价指标 ( 1 ) 居民年乘公交车次数( 次( 人年) ) 该指标反映公交利用程度，指公交企业服务区域内平均每一居民一年内乘坐公交车 次数，其计算公式为： 公交企业全年客运量( 人次年) 市区人口( 人) ( 2 ) 与制度工时之比 指公交企业服务区域内平均每一职工上下班在途时间占制度规定的工作时间之比。 其计算公式为： 镒器。制度工作时间 “ 一种公交线网优化和评价的快速方法 ( 3 ) 完好年率= 完好车日运营车日* 1 0 0 ( 4 ) 1 0 0 公里成本率= 总成本( 元) 总行程( m ) ( 5 ) 全员劳动生产率( 元人) = 运营收入( 元) 全部职工( 人) ，指公交企业每一 职工年内平均运营收入。 大连瑾工大学硕士学位论文 3 城市公交需求预测分析 公交需求预测，就是根撂交通系统其外部系统的过去和现状交通信息预测未来的交 通信息，根据历史经验、客观资料和逻辑判断，寻求交通系统的发展规律和未来趋势的 过程。由此可见，城市公幕交通需求预测是对寒来的一萃幸预测，塑是一种决策，是既要 探索和掌握公共交通需求未来的发展规律，更是基于现状有限资源条件下正确引导和合 理控制未来的公共交通需求。近年来，随着城市规模的不断扩大，交通运输的需求量持 续攀升，城市公共交通所承担的客运爨也在不断的增加，匿此，在进行新的公共交通系 统规划的规划中，我们应该根据各个城市的特点，对公共交通需求规模进行科学、舍理 的预测。确定公共交通需求之后就可阻进行公共交通发展巍模的确定及路线和坜站的布 设，进而实施公交线网优化等【比】。 传统的交透需求预测是以城市土地利用为基础妁“四阶段法 ，该方法经过了多年 的改良和发展，是国内外普遍采用的需求预测方法。公共交通需求预测的思路可考虑从 全方式居民出行生成预测着手，至居民出行分布预测，再至居民的交通方式划分，从而 褥出规划年的公共交透出行分布o - d 矩阵。这样，既有剿于保证城市综合交通系统合理 的发展方向，又达到了综合协调城市各交通方式发展规模和水平的目的，在保障了准确 可靠的公菸交遥需求预测结果豹基础上，可对预测模型方法进行简化耜改进。 3 1 城市公交需求预测的内容 公共交通需求预铡的内容包括社会经济预测和公共交通需求预铡两太部分。公共交 通需求预测包括城市居民公熬交通出行预测、城市流动人口公共交通出行预测和城市对 外公共交通出行预测。城市居民公共交逯出行预测是指城市常住人目起、终点均在城市 内部的公共出行。城市流动人口公交出行是指城市暂住人口起、终点均在城市内部的公 共出行。城市对外公共交通是指城市到外地及外地到城市豹公共交通。其中，相比较丽 言，城市居民出行规律性比较强，流动入口的公交出行的机动性比较大，规律性难以掌 握。 按预测中出行生成、出行分布、出行方式划分静顺序对城市居民和流动人叠公共交 通需求进行预测，然后进行对外公共交通需求预测，最后，将各部分结柬汇总后进行交 通分配预测。由于交通分配的过程依赖于道路网络及公交网络方案，因此，通常把交通 分配并入网络方案论证过程中，此处的公共交通预测只涉及前三个步骤。 一、城市居民公交出行预测 城市居民公交出行预测包括以下几个步骤： 种公交线弼优化和评价的快速方法 l 、屠民全方式出行生成预铡 对城市居民在各交通小区的发生、吸引的全方式出行总量分别进行预测。 ( 1 ) 居民全方式出行分布预测 对城市居民在各交通小区之间以及小区内部的出行量进行预测，即要得到城 市交通小区的o d 矩阵。 往) 居民全方式出行方式划分预测 将居民全方式出行分布预测得到的结果划分为各种交通方式的出行量，其中采用公 交方式的出行o - d 矩阵即为所求。 二、城市中流动人口公交出行预测 流动人口公交出行的预测步骤周城市居民出行预测相似，一般是将流动人口进行分 类后，按一定的原受i 加入到居民出行预测中去。 三、城市对外公共交通需求预测 ( 1 耀 外交通生成预测 即对城市各交通区到外地、外地到交通区的客运交通量进行预测。 ( 2 ) 对外交通分布预测 即对城市各交道区与外地各交通区之间的客运交通量进行分布预测。 ( 3 ) 对外交通方式预测 印对城市各交通区与外地各交逶区之间盼各种交通方式主要是公交方式所 分担的客运交通量进行预测。 将以上预测结果汇总基，即可进行交通分靛对城市各条道路即公交线路所分担 的交通量进行预测。 3 。2 城市公交出行生成预测分析 交通生成预测是“四阶段交通需求预测模型的第一阶段，它通过数学方法建立人 1 ：3 、社会经济、土地使用秘交通实施对研究区域豹各个变通小区的交通需求的变化，它 往往采用统计学的思想来处理数据，并试图找出它们之间的逻辑关系，得到研究小区的 交通生成规律，它包括出行发生预测和出行吸引预测。 3 2 1出行生成模型 居民出行发生预测的方法比较多，目前因内大多还是使用国外早已成型的如生成率 法、家庭类别生成模型、增长率模型、回归分析法等基本方法 1 2 r 2 孤。神经网络预测法 【矧和灰色b p 网络预测法【2 5 】属于新近的研究，应用还比较少。 大连理工大学硕士学位论文 ( 1 ) 生成率法 生成率法基本思想：根据o - d 调查，得到单位用地面积( 单位人口或单位经济指标 等) 的交通发生、吸引量，并假定其是稳定的，则可根据规划期限各交通区的用地面积， 得出规划期限的交通生成量、吸引量。模型的基本形式见下式： 刀= 乳) ( 3 - 1 ) 七 式中：r 交通小区i 的未来出行( 吸引) 量； 厶交通小区i 中第k 类未来土地的利用强度； m 。交通小区i 中第k 类土地利用类型的出行( 吸引) 生成率。 模型中的出行( 吸引) 生成率可由下面确定： 坛= 等 ( 3 - 2 ) 上仕 式中：露交通小区i 中第k 类现状土地利用强度的出行( 吸引) 量； 磊交通小区i 中第k 类现状土地利用强度。 ( 2 ) 家庭类别生成模型 家庭类别生成模型是根据交通调查数据或参考相关城市资料，按土地利用性质、社 会经济特征等将出行主体分类，确定各类出行率。一般来说，国外在该方法中采用的出 行主体的基本单位是家庭，国内的规划实践中，一般是个人。该方法把家庭按家庭结构、 家庭收入或者汽车拥有量的不同加以分类，再依据居民出行o d 调查统计的各种类型的 家庭平均的出行率和家庭总户数来计算出出行量。 写= 泓地 ( 3 3 ) 七一 式中：z 交通小区i 的出行( 吸引) 量； m 第k 类家庭的平均出行率： n 划分的家庭类别总数； 。交通小区i 中第k 类家庭的总户数。 家庭类别生成模型的优点是可比性强，直观反映了用地与交通生成关系。其缺点是 计算分类比较烦琐，分类的代表性影响其预测精度。 ( 3 ) 增长率法 增长率法是将现状年的各交通小区居民出行发生量乘以从现状年的出行增 长率，从而得到规划年的各交通小区的居民出行发生量。 一种公交线网优化和评价的快速方法 写= 坷刁 式中：z 规划年交通小区i 的出行( 吸引) 量； f 交通小区i 的发生( 吸引) 量的增长率； f 现状年交通小区i 的居民出行发生量。 该方法f 的确定，通常可以使用各小区的一些特征指标的增长率来计算。 小区的人口增长率、劳动增长率、自行车拥有量增长率等等。 f , - - i - 1 , k - i 式中：k 交通小区i 的第k 项指标的增长率； n - 特征指标总数。 ( 4 ) 回归分析法 ( 3 4 ) 例如交通 ( 3 5 ) 回归分