（载运工具运用工程专业论文）城市公交线网优化方法研究.pdf

摘要 优先发展公共交通是解决城市交通供需矛盾、调整交通结构的有效手段之一。 随着城市化进程的加快，居民出行距离不断延长，出行需求不断增加，呈现多样 性特征。而目前城市公交网络存在较多问题，不能高效地利用公共交通资源来满 足居民的多样化出行需求，已不能适应城市发展的需要，因此对城市公交线网优 化进行研究就显得很有必要。 本文基于公交线路功能定位不同，提出将公共交通系统分为三个相互衔接的层 次进行规划，探讨了分层规划的可行性与规划模式，确定了各层次之间的衔接问 题；在此基础上，分别研究了不同层次公共交通采取的优化目标与约束条件，建 立了相应的优化模型，初步阐述了线路布局优化的方法；详细介绍了可选线路的 生成方法，并结合生成的理想公交线网对现有公交线网进行调整，得出最优公交 线网的实用方法；最后以重庆市南岸区公交线网优化为例进行了实例应用研究。 本文将层次的思想引入公交线网优化，对城市公交线网进行合理分级优化，科 学配置有限的资源，为居民出行提供不同层次的服务，该优化方法对完善公交规 划理论有一定的指导作用。 关键词：城市公共交通；线网；优化；层次 a b s t r a c t g i v ep r i o d 锣t ot h ed e v e l o p m e n to fp u b l i ct r a n s p o r ti st h es o l u t i o nt ou r b a nt r a f f i c i m b a l a n c eb e t w e e ns u p p l ya n dd e m a n d ；a d j u s tt h es t r u c t u r eo ft h ee f f e c t i v em e a n st o t r a n s p o r to n e w i t ht h ea c c e l e r a t i o no fu r b a n i z a t i o np r o c e s s ，t h er e s i d e n t sc o n t i n u et o e x t e n dt h et r i pd i s t a n c e ，t r a v e ld e m a n di n c r e a s e s ，s h o w i n g t h ed i v e r s i t yo f c h a r a c t e r i s t i c s a tp r e s e n t , m o r eu r b a np u b l i ct r a n s p o r tn e t w o r kp r o b l e me x i s t s ，s h o u l d n o te f f i c i e n tu s eo fp u b l i ct r a n s p o r tr e s o u r c e st om e e tt h et r a v e ln e e d so ft h ed i v e r s i t yo f r e s i d e n t s ，c i t yd e v e l o p m e n tc a nn o tm e e tt h en e e d so fu r b a np u b l i ct r a n s p o r t a t i o n n e t w o r ko p t i m i z a t i o ns t u d i e si ti sn e c e s s a r y b a s e do nt h ef u n c t i o n so fd i f f e r e n tl i n e s ，t h i sp a p e rw i l lb et h ep u b l i ct r a n s p o r t s y s t e mi sd i v i d e di n t ot h r e ei n t e r r e l a t e dl e v e l so fp l a n n i n g ，t oe x p l o r e t h ef e a s i b i l i t yo fa h i e r a r c h i c a lp l a n n i n ga n dt h ep l a n n i n gp r o c e s s ，e s t a b l i s h e da tv a r i o l l sl e v e l sb e t w e e nt h e i s s u e s o nt h i sb a s i s ，w e r es t u d i e da td i f f e r e n tl e v e l st ot a k ep u b l i ct r a n s p o r tw i t l lt h e b o u n dg o a l st oo p t i m i z et h ec o n d i t i o n sf o rt h ee s t a b l i s h m e n to ft h eo p t i m a lm o d e l ，a n d d e s c r i b e dt h el a y o u to ft h ec i r c u i to p t i m i z a t i o n t h ef i n a l d e t a i l so ft h ep r o d u c t i o n m e t h o d so fs e l e c t a b l el i n e s ，i nc o n j u n c t i o nw i t ht h ei n i t i a lf o r m a t i o no fa ni d e a lp u b l i c t r a n s p o r t a t i o nn e t w o r kt oa d j u s tt h ee x i s t i n gp u b l i ct r a n s p o r t a t i o nn e t w o r k ，t h ep u b l i c t r a n s p o r t a t i o nn e t w o r ka r r i v e a tt h eb e s tp r a c t i c a lm e t h o d ，a n dn a n a nd i s t r i c to f c h o n g q i n ga sa ne x a m p l eo ft h ep u b l i ct r a n s p o r t a t i o nn e t w o r kt oo p t i m i z eo fa p p l i e d r e s e a r c h t h i sa r t i c l ew i l li n t r o d u c et h ei d e ao ft h el e v e lo fp u b l i ct r a n s p o r t a t i o nn e t w o r k o p t i m i z a t i o n , o nt h ec i t yp u b l i ct r a n s p o r t a t i o nn e t w o r ko p t i m i z a t i o nt o ar e a s o n a b l e c l a s s i f i c a t i o n 。t h es c i e n t i f i ca l l o c a t i o no fl i m i t e dr e s o u r c e s ，t op r o v i d et r a v e l f o r r e s i d e n t so fd i f f e r e n tl e v e l so fs e r v i c e ，t h eo p t i m i z a t i o nt h e o r yt oi m p r o v et h ep u b l i c t r a n s p o r tp l a n n i n gm u s th a v eag u i d i n gr o l e k e yw o r d s ：u r b a np u b l i ct r a n s i t ；n e t w o r k ；o p t i m i z a t i o n ；l a y e r ； 重庆交通大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究 工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人 或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体， 均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名：荔钒夏节日期：年尸月g 日 重庆交通大学学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保 留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。 本人授权重庆交通大学可以将本学位论文的全部内容编入有关数据库进行检索， 可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。同时授权中国科 学技术信息研究所将本人学位论文收录到中国学位论文全文数据库，并进行 信息服务( 包括但不限于汇编、复制、发行、信息网络传播等) ，同时本人保留 在其他媒体发表论文的权利。 学位论文作者签名：娴2 争 指导教师签名：彳敞 三麓竺竺量竺z 旦曼 本人同意将本学位论文提交至中国学术期刊( 光盘版) 电子杂志社c n k i 系 列数据库中全文发布，并按中国优秀博硕士学位论文全文数据库出版章程规 定享受相关权益。 学位论文作者签名： 为q 晃争 吼扩产i l d 月各日 f 指导教师签名：簪j 知乙友 日期刁年切月8 日 第一章绪论 1 1 研究背景 第一章绪论 目前，我国许多大中城市面临交通拥挤、道路堵塞、事故频发等诸多交通 问题，这些问题不仅影响城市居民的正常生活，也制约了城市及其经济的健康 发展，究其原因，除城市交通基础设施不能满足快速增长的交通需求外，城市 交通结构不合理也是一个主要因素。表现在：公共交通服务水平低，缺乏竞争 力，自行车拥有量居高不下，私家车数量猛增，这使城市交通问题变得日益严 重。随着经济快速发展，我国机动车的数量还将进一步增长，在机动化迅速发 展的前提下，城市交通需求与交通基础设施供给之间的矛盾将更加突出。缓和 这一矛盾的根本途径在于，继续加强城市交通设施建设的同时，努力提高公共 交通发展水平，并以此为城市交通政策的核心，构建以公共交通为主体的城市 交通客运体系。 我国的公共交通事业已经有了一定的发展，从公交车辆的增加到客运量的 增长以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 重要作用。但是由于财政体制、经营机制、管理水平、道路条件等诸多因素的 制约，城市公交的发展并不尽人意，有些城市甚至还出现了公交萎缩的尴尬局 面。公共交通在城市客运中的分担率一直偏低。根据世界银行的预计报告，我 国大部分城市的公交出行分担率在6 2 5 之间，而国外大城市的公交分 担率在4 0 8 0 之间【l 】。此外，据统计，近1 0 年来，我国公共电、汽车数 量增长了9 7 ，每万人车辆数增加了3 2 ，而公交客运总量只增加了8 6 6 ， 明显低于公交设施的增长速度。这说明了仅有装备数量增加是远远不够的，还 需要提高公交的吸引力，全面提高公交系统服务水平。 目前，我国城市的公交系统普遍存在以下一些问题： 公交线网布局结构不合理、密度低、重复率高 改革开放以来，我国城市道路面积有了大幅度增加，但仍远远落后于车辆 及交通量的增长速度；大力度的进行道路建设对抑制交通的恶化起了关键性作 用，但由于道路建设欠账过多，道路网络结构不完善，缺乏适于公交线网优化 布设的道路条件，致使线网密度整体水平低，大量公交线路运能布局在较少的 城市道路上，因而重复率高。 首末站用地没有保障，公交停车场规模偏小 2 第一章绪论 首末站建设的不足，给公交正常的运营调度带来极大的困难。此外，现状 枢纽站点数量少，类型单一，主要考虑的是市内公交线路之间的衔接，没有充 分考虑与其他交通方式的衔接；中途站点的布设受到交通管理及城市用地条件 的影响，不能很好满足乘客就近乘车的需求，造成步行距离过长，或换乘不便， 这一点在中心商业区尤为突出。 道路交通环境不良，缺乏广泛的公交优先通行保障措施 由于我国大城市基本上还没有切实严格实施有利于提高路面通行效率的交 通政策，导致居民出行的交通方式结构不合理。路面通行效率低的个体交通发 展迅速，大大增加了车辆运行对路面使用的要求，加剧了道路交通紧张状况， 对没有公交专用道路及优先通行权的城市公共汽车的正常运行带来很大干扰， 公交车速下降，正点率无法保障，失去了竞争优势。其结果是个体交通方式出 行比重上升，乘公共交通车辆的比重下降，对公共交通车辆正常和有效运行的 干扰也愈大，出现某种恶性循环的状态。 需要充分发挥公交运营车辆的动态运能 公交客流是一个随时间、空间不断变化的量，充分发挥公交车辆的动态运 能，需要深入把握公交客流的时空变化规律。受规划管理手段和技术条件的制 约，公交企业还不能做到依据客流的变化，科学调整公交线路网布局，动态实 时地进行调度优化管理，公交车辆还不能得到充分发挥。 这些无疑影响了居民对公交出行的选择。产生这些问题的原因是多方面的， 公交线网与站点布设不合理，公交线网密度低，网络密度分布与出行需求量密 度分布不匹配，都是其中的重要原因。所有这一切都影响着城市公共交通系统 功能的发挥、居民生活质量的改善和城市经济的正常发展。因此，要改善城市 交通结构，优先发展公共交通，就必须优化城市公交线网，高效利用城市公共 交通资源，提高公交服务水平。 因而，对我国城市公交线网优化方法进行研究就显得非常有必要。 1 2 研究目的与意义 进行公交线网优化，充分发挥公共交通的优势，可以改善服务水平、提高 营运效率、缓解公交紧张状况及方便居民出行；同时也可以使公交在有限的城 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，减轻其它方式 交通量对道路的占用率。 结合城市发展的需要建设和优化现有常规公交网络，以提升公共交通吸引 力，使之适应市民的交通需求，可以在有限的资源条件下，充分开发公交自身 第一章绪论 3 的潜力，提高公交运营效率，增大载客容量和改善服务水平，实现公交运能科 学配置，其意义不言而喻。特别是在公交投资有限，公共交通紧张状况普遍存 在的今天，公交线网优化被认为是缓解城市公交紧张局面的有效措施之一。同 时，公交线网优化也是确保公交线网布局的连续性和可变性，建设面向可持续 发展的城市公共交通系统的重要步骤。 1 3 国内外研究现状 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相关的预测结果，运用数学规划方法、图论方法、人工智 能及模糊数学等方法，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。公交线网规划是一项系统工程，牵涉到社会学、经济学、心理学 等诸多方面。 1 3 1 国外研究现状 国外对公交线网规划的研究起步较早，2 0 世纪6 0 年代和7 0 年代，多运用 运筹学的有关原理、方法，并通过计算机仿真，在既定的目标函数下进行线网 的布设优化。后来，研究方向注重于常规的中、小运量的公共交通工具与地铁、 轻轨等大运量、快速公共交通工具的联合运输线网和换乘站点布置等的研究。 近年来，国外发达国家在公交线网规划方面的研究已进入新的阶段，将公交营 运调度、公交票价优化和公交方式优化纳入线网规划中，实现公交系统的整体 优化。 6 0 年代初，由于科技发展水平和投资条件的限制，公交线网规划采用规划 手册法( 经验法) 。这种方法有两种形式：一、自然演变法：城市的扩大使公交 线路逐渐增加，增加的主要依据是市民的反映和公交公司的观察和经验。二、 权威定线法：主要依据某些权威机构或个人依据经验和知识确定线路网方案。 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。线网规划人员根据这些原则形成路网方案，大多仅凭个 人的专业经验和主观认识来判断公交线路合理与否。 从6 0 年代末至8 0 年代初，随着运筹学和系统工程学科的迅速发展，线路 网确定的主要方法为系统分析法。线路网的确定多是运用系统工程和运筹学的 有关原理、方法，在既定的目标函数下进行线网的优化布设。规划方法一般是 依照一套程序步骤制定公交线网方案后，再使用交通规划的分配方法来预估各 4 第一章绪论 条线路的流量，以此作为线网方案的评价依据。像l a m p k i n 等将乘客舒适度与 出行时间一起作为公交线网服务指标，建立了一个网络设计模型【2 1 。h i r s c h 等 在固定费用公交网络优化问题上作了尝试，把公交线网优化模型设计成一个固 定需求模型【3 】就是有代表性的，他们把公交线网优化模型设计成一个固定需求 模型。 从8 0 年代至今，是研究的高潮，这一阶段规划方法多与计算机技术相结合， 并在模型的建立和求解时大量使用了遗传算法，神经网络等先进技术。这些方 法一般的思路是：利用有关理论与网络站点优化方法，将居民公交o d 合理地 分配到公交网络中，形成优化流分布，在一定的约束条件下，采用各种优化方 法产生最佳线路网络。比较典型的有：j a n a r t h a n a n 等设计了公交线网设计专 家系统，专家系统对设计方案进行模拟分析，并提供交互式图形支持，借助该 专家系统可有效提高公交网络设计效率【4 1 。f e r n a n d e z 等建立了大容量公交站点 布局和设计专家系统，该专家系统采用组合数学方法，模拟决策者的决策过程 5 1 。k i k u c h i 等提出了应用模糊逻辑设计公共交通网络。f i t z p a t r i c k 等通过乘客 问询调查、现状站点的观测以及对公交企业布设站点经验的总结，提出了用于 指导公交站点布局和优化设计的准则，并设计了相应的公交站点计算机辅助设 计软件。p a t t n a i k 等提出了运用遗传算法设计公交线网。该模型以公交乘客出 行费用和运营费用总和最小为目标，首先生成线路备选集，然后通过遗传算法 进行优选 6 1 。s u l l i v a n 等利用流行的桌面g i s 对生成等时线地图的可行性进行分 析，提供了公交最佳路径选择的分析方法【7 j 。 1 3 2 国内研究现状 国内关于公交线网规划的研究始于2 0 世纪8 0 年代，近年来，随着公交的 重要性得到重视，公交线网规划的研究势头上升，在公交线网规划方面做了许 多探索，一些先进的方法如人工智能、模糊方法、灰色方法等被引入到线网优 化中来，理论逐渐完善。目前主要集中于数学寻优模型及已有模型算法的研究。 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 8 1 1 9 1 。杨兆升、张启人等根据不同的约 束提出了不同的公交线网优化模型【1 0 】【1 1 】。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。张国伍等在扩展福劳德 算法的基础上，提出了公交线网的多条最短路径算法i l 2 。 近几年来，有不少新方法在公交网络优化上应用。王炜教授等提出了一种 第一章绪论 5 相对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目标，采用“逐 条布设，优化成网 的思想进行线网的优化【1 3 】。林柏梁等从组合优化的角度， 提出了公交网络优化设计的非线性0 1 规划模型，以乘客的出行时间和实现公 交网络的资金投入为目标函数，在满足车站容量限制条件下，最小化目标函数， 以获得公交线路的优化决策【1 4 1 。胡坚铭以直达客流量最大为优化目标，建立了 公交线网的优化模型，并用蚂蚁算法进行了求解【1 5 】。王志栋提出了以乘客总出 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，以路网、线路长度、线路非直线系数、线路最大客流量限 制、道路流量限制、站点客流量限制和换乘次数为约束条件的公交网络优化模 型【1 6 j 。唐利民等通过对上海市公交问题的分析，提出的f l a p t 模型，并以客 流直达率为优化目标，进行网络布局优化【l 7 1 。单连龙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，并设计了基于灵敏度分析的求解算法【l 引。遗 传算法是通过模拟自然进化过程搜索最优解的方法，在解决复杂的全局最优化 问题方面，已得到了成功应用。孙艳丰等和陈洪仁等从不同的角度，使用遗传 算法对规划模型进行求解【1 9 】【2 0 1 。杨超等人则用图论方法，以城市客流o d 分布 为基本依据，给出了城市公交线网的图论模型【2 1 1 。在求解公交线网优化模型方 法方面，韩印等提出城市公交线网调整优化的p s o 算法【2 2 1 。此外，北京市公共 电、汽车线网系统规划实施方案，广州市线网调整实施方案等研究了线网近期 规划的一些实用方法。所有这些都为我们继续进行公交线网优化方面的研究提 供了宝贵的经验，拓宽了我们的思路，具有很高的借鉴价值。 1 3 3 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。然而，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。而居民出行需求的多样性，决 定了公共交通服务的层次性，由此提出对公交线网分层规划的方法。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。 1 4 主要研究内容 本文的研究目标是在有限的资源条件下，对公交线网进行合理、科学地公交 6 第一章绪论 线网优化，实现公交运能科学配置。 本文通过探讨对线网进行合理的优化模型以及具体的应用，来展开论文研 究的主要内容，本文主要研究内容包括： 居民出行行为选择分析。 通过对居民出行需求影响因素分析，找出影响居民出行行为的主要因素， 寻求居民出行选择的规律，一方面为提高居民公交出行比例提供一些思路，另 一方面以此作为建立模型的出发点。 建立公交线网优化模型。 分析对线网优化进行层次划分的可行性及其划分方式，然后依此将公交线 网分为三层线网体系，针对各层体系的定位选择合适的优化目标与约束条件， 建立城市公交线网的优化模型。 改进公交线网优化方法。 公交线网优化采用逐步寻优法和均衡布线法互相参照；给出生成最优化线 网的具体优化流程，并介绍对既有线网的调整原则与方法。 以重庆市南岸区的公交线网优化为例进行实际应用研究。 在对重庆市南岸区居民出行调查的基础上，结合南岸区的现状路网，运用 上述方法，得到南岸区优化线网，最后对优化前后线网进行比较、分析和评价。 1 5 研究思路、方法与技术路线 1 5 1 研究思路 本文从目前我国各城市的公共交通现状存在的问题出发，重点在于公交线 网中所存在的、对公共交通优势的发挥起着很大制约性的问题，通过对影响居 民公交出行因素的调查，分析居民出行选择行为，然后据此探讨线网优化的方 向：通过对目前线网整体存在的问题的分析，提出对线网进行分层次优化，确 定优化的原则与目标，主要内容及约束条件，从而建立合适的模型；最后以重 庆市南岸区的公共交通为例，阐述研究思路流程。 1 5 2 研究方法 本文充分借鉴和参考前人的研究成果，通过调查法收集大量数据，将定性 分析与定量计算、横向比较与纵向分析相结合，以居民公交出行调查统计结果 为基础，建立公交线网优化模型，探讨优化方法。 第一章绪论 7 1 5 3 技术路线 论文由五部分组成，作为一项研究的各个组成部分，相互之间存在各种有 机的关系，各部分的内容在叙述和结构上的相互承接关系，具体技术路线如下 图1 1 。 图1 1公交线网优化方法研究的技术路线 f i g u r e1 1p u b l i ct r a n s p o r t a t i o nn e t w o r ko p t i m i z a t i o nr e s e a r c ht e c h n i q u e sl i n e 8 第二章居民公交出行特征分析 第二章居民公交出行特征分析 2 1 公共交通及其线网优化 2 1 1 公共交通概述 城市公共交通是城市中公众使用的经济方便的各种客运交通方式的总称，狭 义的公共交通是指在规定的路线上，按固定的时刻表，以公共的费率为城市公众 提供短途客运服务的系统。广义的公共交通是指所有供公众使用的交通方式，包 括客运和货运、市内和市域间运输的总体。城市公共交通系统是人、车、路、环 境等方面组成，它是与城市交通系统和城市社会经济环境想联系的、复杂的、开 放的大系统，具有多变量、多目标、多层次、多属性等特点。 当前我国大多数城市的道路交通状况日趋严重，已在某种程度上影响了城市 经济的发展和居民生活水平的。由于公共交通对交通资源的高效利用，使得通过 大力发展公共交通、实行公共交通优先成为缓解道路交通紧张状况的必然选择。 “中国技术改革 蓝皮书明确提出“大力发展城市公共交通，目前以公共汽车、 无轨电车为主，发展出租汽车。特大城市应逐步发展快速有轨电车、高架及地下 铁道。逐步形成多样化、立体化综合交通体系，吸引更多居民使用公共交通。特 大城市中限制发展私人摩托车，不鼓励发展其他私人交通工具”。同时还提出“要 重视解决市区与郊区的交通联系。采取公共汽车与铁路联运，将铁路、航空、水 运、地铁、快速有轨电车、市内公共交通及长途汽车站等有机地组织起来。城市 铁路等客运站设计与建设，要采用立体的综合建筑体系 。 国内外研究和使用都较为成熟的公共交通方式主要有以下几种： l 、常规公交 常规公交高峰小时客运能力6 0 0 0 , - - - 8 0 0 0 人次，全日为1 5 0 0 0 - - - 一2 5 0 0 0 人次，车 速1 5 一- - 2 0 k m h ，固定投资较小，运行路线可改变，但必须在地面道路上行驶，舒 适性和准点率都较差，适于客流不大的中短距离出行。 2 、地铁 地铁是当今世界上流行的公共交通方式之一。迄今为止，世界上己有一百多 个城市修建了不同规模的地铁线网，尤以伦敦、莫斯科、纽约、巴黎为最。我国 的北京、上海、天津、广州、深圳等大城市也相继修建了地铁线路，南京等大城 市也正在筹备修建。地铁作为一种交通工具，速度快，高达4 5 , - - ，6 0 k m h ，载客量 第二章居民公交出行特征分析 9 大，高峰小时可达4 5 0 0 0 人次，全部于独立线路上运行，准点率高，适于客流非常 集中的中长距离出行，但投资巨大，每公里造价约为3 4 亿元人民币。 3 、轻轨 轻轨是一种在有轨电车基础上革新而成的新兴交通工具，各项指标均介于常 规公交与地铁之间，高峰小时客运量可达2 5 0 0 0 3 0 0 0 0 人次，最高断面流量可达 1 4 0 0 0 1 6 0 0 0 人次，速度为3 5 一- , 4 5 k m h ，既可于独立的线路上行驶，又可与其它 交通方式在地面土混合行驶，平均造价约为地铁的1 3 l 2 。目前，我国的许多 大城市如广州、成都、大连、青岛、鞍山等都规划了轻轨线路。 4 、b r t b r t ( b u sr a p i dt r a n s i t ) 是城市快速公交系统的简称，它是当前国际上积极 倡导的一种大运量城市客运运输系统。它是一种以常规公交为基础，以地面道路 网为支撑，结合现代巴士技术，吸取轨道交通优点，并获得一定时空优先权( 包 括开设公交专用道和设置公交信号优先) 和政策优先支持的新型城市公交系统。 快速公交具有全面体现“公交优先 j 投资省见效快、容量较大、更为灵活、在 特定条件下可以作为城市客运交通的骨干方式的优点。快速公交主要承担居民中 长距离的出行。快速公交线路作为轨道交通的补充，主要承担大型集散点之间、 各功能区之间的联系。 2 1 2 公交线网优化概述 现状我国大多数城市的公交网络都是随着城市的发展而不断补充添加形成。 很多城市缺乏对公交网络的系统规划，即便有些城市进行了规划，也不能保持规 划的连续性。在实际操作中，公交线路的布设往往带有很强的主观性和随意性， 如此形成的公交网络很难保证它是完善合理的。为此，有必要对公交线网进行优 化。 公交网络优化问题的雏形是运筹学中的典型问题：“推销员问题 、“车辆线路 问题 等，这些问题的研究一直持续到现在。城市公交系统优化是指在一定的道 路、场站、运营车辆、交通环境及资金等条件下，使城市公共交通系统以最低的 成本、最短的社会时间运送最多的乘客；从而取得最大的社会效益和经济效益， 并且使其对环境和城市居民的影响降至最低，形成可持续发展的城市公共交通网 络。城市公交系统优化的内容主要包括公交线网优化、公交站点优化、公交方式 优化、公交调度优化及公交票价优化等方面。而城市公交线网优化又是其中非常 重要的一环，是进行其它方面优化和将来建设智能公共交通系统的基础。 公交线网优化的最终目的是尽最大可能地满足乘客的出行需求，所以对居民 1 0 第二章居民公交出行特征分析 出行选择心理、行为进行分析研究，对更好的优化公交线网大有裨益。 2 2 居民出行特征分析 居民出行是构成城市交通的基本要素，研究居民的出行选择规律，找出影响 居民出行的主要因素，对引导居民采用公共交通出行具有重大的意义。 2 2 1 居民出行特征 城市居民出行，是指居民为完成某一目的，使用某一种交通方式，耗用一定 的时间从出发地点经某一路径到达目的地的位移过程。居民出行调查，是指对一 居民一天内出行的详细情况( 目的、时间、距离、路线、交通方式、起讫点等) 进 行调查，通过分析和寻找相关的变化规律，作为城市交通规划、建设的依据。 居民的出行特征主要从出行强度、出行目的、出行方式选择、出行时间分布、 出行费用以及公交出行意向进行分析。 出行强度 出行强度即城市居民个体出行的频繁程度，反映的是居民在日常生活中对出 行的需求情况，通常用人均出行次数这个指标来衡量。 影响居民出行强度的因素非常复杂，主要是与居民自身的生理特性( 性别、 年龄、健康状况) 和社会属性( 职业、种族和民族) 有关。如男性在社会生活中 般处于主导地位，其就业率和在单位中担任的职务普遍要高于女性，所以人均 出行次数和出行率相对较高。老年人体力下降，健康状况恶化，故人均出行次数 要低于年轻人。 居民的出行次数还与出行发生的周日有关。工作日( 星期一至星期五) 的出 行主要是较为固定的上班、上学及业务出行，故出行率和人均出行次数较高。而 双休日( 星期六、星期天) 的出行更多的是文化娱乐、探亲访友出行，且有相当 大比例的居民更倾向于待在家中休息，所以出行的次数要明显低于工作日。 除上述因素外，居民的家庭情况、家庭经济条件，拥有的交通工具的种类和 数量，居民所在城市的社会经济特征和地理环境也是出行次数的主要影响因素。 总的来说，影响出行次数的原因与城市布局、出行目的、生活方式、工作方 式、家庭经济状况、交通设施、通讯发展、城市环境等有关。由于人的生理因素 影响，平均出行次数都会小于3 0 ，而且在较长时期内比较稳定，变化不会很大。 出行目的 居民出行是为了谋生、处理个人或家庭事务、以及参加社交和文化娱乐等活 第二章居民公交出行特征分析 动。在城市生活中，居民的出行目的比较繁杂，我国一般将出行的目的归纳为以 下8 种：上班、上学、公务、购物、文化娱乐、探亲访友、回家和其它。 表2 1 中、日、美三国部分城市居民出行目的的结构的比较【2 7 】 t a b l e2 1c h i n a , j a p a na n dt h eu n i t e ds t a t e sp a r to ft h es t r u c t u r eo fu r b a nr e s i d e n t st r a v e l 私人生活 国城市名调查 社交或 上班上学公务 文化 回家 家 称时间 购物探亲访 其它合计 娱乐 友 北京 2 0 0 02 2 6 96 8 13 5 97 6 13 7 15 43 7 52 0 4 74 6 4 4 天津 2 0 0 01 7 3 98 9 71 0 81 3 5 94 7 12 5 33 72 4 5 34 8 0 3 上海1 9 9 52 7 79 11 9 2 8 2 21 0 11 5 1 4 6 3 中沈阳 2 0 0 02 6 1 31 0 6 61 5 l8 3 43 2 41 1 12 2 61 4 9 44 6 7 6 国西安 2 0 0 02 1 5 89 5 41 0 6 22 9 31 0 0 32 3 5 84 5 3 郑州2 0 0 02 2 9 4 8 6 32 1 86 6 65 4 81 8 44 。4 l1 8 3 74 7 8 8 石家庄 2 0 0 02 59273151 6 4 8 杭州 2 0 0 02 3 0 97 1 92 91 0 2 53 5 22 5 96 0 82 2 4 34 4 3 9 京阪神 1 9 9 01 4 88 71 3 52 2 34 0 7 都市圈 东京都 1 9 7 8 1 3 49 71 2 22 4 14 0 6 日市圈 本 中京都 1 9 7 11 3 18 51 6 6 2 04 1 8 市圈 滨松 1 9 7 51 1 78 318 1 2 2 23 9 7 金泽 1 9 7 41 2 181 8 8 2 3 33 7 8 芝加哥1 9 7 6 1 5 2 4 3 21 3 11 3 4 1 0 1 3 6 6 4 2 6 明尼波 利及圣 1 9 9 01 2 5 43 2 5 5 11 2 3 1 2 4 。2 1 3 6 5 23 3 2 1 美保罗都 国市区 旧金山 海湾都 1 9 9 01 8 86 24 7 1 1 42 3 3 4 4 3 5 9 市区 1 2 第二章居民公交出行特征分析 居民出行的分布常用出行目的结构表示，即不同目的的出行量占总出行量的 比例。不同国家和地区的城市，由于经济运行体制、经济发展水平、居民家庭收 入和消费习惯、宗教信仰、生活作息规律以及土地利用布局等因素的不同，在居 民出行目的结构方面存在较大的差异。 出行方式选择 居民出行方式指出行所使用的交通工具。出行方式结构，一般指居民日常出 行采用各种交通工具的人数比例，是反映交通发展水平的一个重要指标。同样的 出行总量但是出行方式结构不同，对交通系统的要求有很大差异。 目前在城市客运交通当中，最常用的出行方式主要有步行、自行车、摩托车 ( 包括轻骑、助力车) 、私人小汽车、出租车、单位通勤车、公共汽车、有轨( 无 轨) 电车、地铁、轻轨和通勤铁路。此外，一些城市还有导向公交、轮渡、人力 三轮车、缆车等。具体到某一个城市，其所拥有的交通方式的种类主要与城市自 身的经济实力、自然环境和建成环境( 指城市中非自然形成的人造环境) 密切相 关。如重庆“长江、嘉陵江纵贯南北，中梁山、真武山横阻东西”的山水城市的 自然条件促生了垂直电梯、过江索道这种特定条件下的出行方式，而泉州载客三 轮车的存在与活跃又契合古城回转曲折的街巷系统。城市客运交通中常见出行方 式及技术特点见表2 2 。 表2 2 居民不同出行方式的特性比较 t a b l e2 2r e s i d e n t so f d i f f e r e n tm o d e so f t r a v e lc h a r a c t e r i s t i c s 运量( 人运输速度道路面积占用 适应距离 特性 特点 h ) ( k i n h )( m 2 人)( k m ) 自行车 2 0 0 01 0 1 56 1 00 5 6 o 成本低，灵活 成本高，投入大，能 小客车3 0 0 0 2 0 5 01 0 2 0 2 0 耗多 常规公6 0 0 0 , 、一 2 0 5 0 1 22 0 1 0 o 成本低，投入少 交方式9 0 0 0 1 0 0 0 高架0 2 5建设、运营成本较高， 轻轨4 0 - - 6 0 3 0 2 0 0 3 0 0 0 0专用道0 5运输效率高 建设、运营成本较高， 地铁3 0 0 0 0 以上4 0 - - 6 0不占 4 0 3 0 0 运输效率高 城市居民对出行方式的选择行为比较复杂，要受到交通方式的可用性、不同 交通方式使用的方便程度、舒适性、安全性，以及出行者的年龄、性别、职业、 第二章居民公交出行特征分析 1 3 收入等多种因素的影响，但更主要的是该方式的出行速度、可达性和费用。因为 费用和可达性决定了出行者到目的地所可能使用的交通方式的种类，而出行速度 是从可能交通方式中进行最终选择的主要判别因素。我国部分城市居民出行方式 构成比例如表2 3 。 表2 3 我国部分城市居民出行方式构成比例( ) 嘲 t a b l e2 3p a r to ft h eu r b a nr e s i d e n t st r a v e lc o n s t i t u t e 城市步行自行车 公交摩托车出租车 单位车私家车其它统计年 北京 3 32 0 92 6 5 12 11 56 43 26 3 92 0 0 0 天津 3 4 6 55 16 41 9 31 6 91 2 5 2 9 o 5 61 2 5 4 2 0 0 0 杭州2 7 6 l4 2 7 72 2 20 7 81 4 94o 7 50 42 0 0 0 广州 4 1 9 22 1 4 71 7 4 9l o 3 50 7 25 0 531 9 9 8 郑州 3 0 64 8 76 55 41 933 92 0 0 0 南京2 6 3 14 0 7 82 4 4 32 7 11 0 23 2 8 1 4 7 2 0 0 1 石家 3 0 6 35 5 7 52 8 73 8 11 3 62 7 62 8 32 0 0 0 庄 合肥 3 1 3 43 9 4 41 81 9 9o 97 3 9o 9 42 0 0 0 苏州 2 7 7 24 1 7 96 4 41 9 2 5o 6 72 8 90 8 10 4 32 0 0 0 徐州3 7 0 65 0 2 92 6 8o 7 81 3 9 1 9 45 8 61 9 9 8 常德 4 0 2 62 7 11 6 8 86 9 93 4 43 5 51 1 9o 62 0 0 1 珠海 4 6 1 11 8 1 46 6 71 8 5 3o 5 89 9 71 9 9 8 常熟3 4 3 64 5 5 84 1 6 1 2 2 5 0 5 9 1 5 50 9 20 5 92 0 0 1 昆山3 1 。9 63 7 7 73 8 21 7 9 l1 2 44 9 2 1 - 7 1o 6 62 0 0 2 宜兴 2 9 24 2 23 91 8 80 72 31 9l2 0 0 1 宿迁 3 3 1 9 5 3 3 4 5 85 3 7o 82 7 62 0 0 1 一般而言，私人交通方式( 如私人小汽车、摩托车、自行车等) 只要有简单 的道路条件就可以使用，故可达性强、出行范围广，而且可实现门到门的服务。 公共交通方式一般按固定的线路和时间表运行，交通服务只能作到线服务，可达 性较差。而且出行时间除受交通工具的运送速度影响外，还取决于步行到车站的 时间和候车时间，所以往往时间花费较多。常规地面公交的运送速度也要受到道 路和交通条件的影响，但轨道交通方式由于有与道路分离的路轨系统，故速度有 保证且不受气候、道路和交通等条件的影响。公共交通作为带有公益性质的企业， 1 4 第二章居民公交出行特征分析 政府一般给予大量补贴，所以使用费用( 票价) 相对比较低廉。 在城市居民出行特征的宏观研究中，对出行方式特点的量化指标主要是出行 方式分布，即城市居民出行量按选用交通方式的不同而统计的频率分布，也就是 通常我们所说的交通结构。出行方式分布城市与城市之间有明显差异，国与国之 间也有显著差别。我国上世纪9 0 年代以后，国内城市居民拥有的交通工具趋向 于多元化和机动化，由自行车开始向摩托车、私人小汽车转移，居民出行方式分 布出现了自行车和公共交通出行比例下降、个体机动化交通工具出行比例上升的 趋势。 引导城市形成合理的居民出行方式分布往往是城市管理部门主要的交通发展 策略和指导思想。因为城市的交通空间资源是有限的，而交通需求却是在不断地 增长。只有促使居民乘坐占地少、运量大的高效率交通方式如公共交通，才能维 持城市交通的正常运转。 出行时间分布 城市居民一天的生活是由一系列的活动构成的，而这些活动中的大多数存在 固定的时间表。这些时间表有些是由人的生理特点造成的，如一日三餐的时间、 睡觉的时间，而有些是由客观环境决定的，如工作时间的安排、娱乐设施的营业 时问等。由于这些要完成的活动存在固定的时间表，因此使城市居民的出行也有 了相应的时间限制。使居民的出行并不是在一天2 4 h 内均匀分布的，而是存在比 较明显的高峰和低峰，而且不同目的的出行的高峰和低峰出现的时间也有很大的 差异，这就是居民出行的时间分布特征。 由于以上下班和上下学为目的的工作和上学出行与其他目的的出行相比，在 出发及到达时间上更具有强制性，而且在数量上要占到全部出行量的6 0 以上 ( 指国内城市) ，因此工作及就学时间的安排决定了城市居民出行的时间分布形 态。除此之外，家距工作地点或学校的远近，也是非常重要的影响因素。发达国 家城市午间休息时间短，郊区化的趋势使家远离工作地点，因此居民出行的时间 分布形态多为“双峰”型，且高