（道路与铁道工程专业论文）城市公交线网规划研究.pdf

城市公交线网规划研究 摘要 滁共交通线网规划是城市客运交通规划的主要部分，具有非常重要的意 义。悔论文研究线网规划过程中的公交出行预测、约束条件、目标确定及线 j 路生成与线网优化方法。 首先提出了马尔可夫链法及其改善方法，这一方法是根据历史调查数 据结合定性分析，建立各交通方式之间的转移概率矩阵，预测现行的客运 j _ _ _ _ - - - _ - _ 一 交通发展战略所产生的未来的客运交通方式结构，以分析公交发展策略的 改善方向。研究了就公交线路上乘客上下车流量与城市公交换乘系数来推 算现状公交客流量，然后以系数增长法预测未来公交出行0 d 的方法；提 出了确定公交线网规划目标的方法与程序，根据不同的运营策略以及其影 响结果和居民要求确定了更为科学、合理的规划目标函数；同时，综合系 统的研究了公交线网规划的约束条件，分析了对线网规划影响较大的约束 条件，并提出了使公交出行时间最小的最优公交站距的确立模型。 j j f 对公交专用道进行了研究，研究了公交专用道路系统建设的现实可能， 分析了设置公交专用道的条件和效益，提出了确定是否设置公交专用道的 研究模型；对常规公交线网规划进行了总结和归纳，提出了基于现有公交 线网的探索式线网生成方法。 利用上述研究成果，对长沙市公共交通线网进行了改善，得出了令人 - _ 。_ 一 满意的结果。上 关键词：公共交通、线网规划、目标函数 j j u r b a np u b l i ct r a n s p o r t a t l 0 nn e t w o r k p l a n n i n gr e s e a r c h a b s t r a c t u r b a n p u b l i ct r a n s p o r t a t i o nn e t w o r kd e s i g ni st h em a j o rp a r to f t h eu r b a n p a s s e n g e rt r a n s p o r t a t i o np l a n n i n g i ti ss i g n i f i c a n tt os t u d yt h eu p tp l a n n i n g t h eu p tf o r e c a s tm e t h o d s ，s y s t e m i cc o n s t r a i n so f r o u t e sa n dt h ew h o l e n e t w o r k ， d e s t i n a t i o nf u n c t i o n ，t h em e t h o d sr o u t ed e s i g na n dn e t l , v o r ko p t i m i z a t i o nh a v e b e e ns t u d i e di nt h i sa r t i c l e t h em e t h o d so ff o r e c a s tt h ep u b l i ct r a n s p o r t a t i o ns t r a t e g y ： m a e r e o f u a n d i t sd e f o r m a t i o na r ep u tf o r w a r do nt h eb a s i so fa n a l y z i n gt h eh i s t o r yp u b l i c t r a n s p o r t a t i o nd a t a t h em e t h o d so f f o r e c a s tt h ep u b l i ct r a n s p o r t a t i o no - di s m a k eo u t ：i ti so nt h eb a s i so f t h ef i g u r eo f t h et r a n s i tp a s s e n g e r sg e to na n d g e t o f ft h eb u s0 1 3t h es p o t s t h em e t h o d sa n d p r o c e d u r e o fe l e c t i o nt h ed e s t i n a t i o n o f p u b l i ct r a n s p o r t a t i o ne v o l u t i o na r ee x p o u n d e d t h es y s t e m i ca n ds y n t h e t i c r e s e a r c ho fc o n s t r i c t i o no f p u b l i ct r a n s p o r t a t i o nr o u t ea n dn e t w o r ki sm a d e t h e h i e r o g l y p h i c m e t h o d so fu p ts t o p s & s t a t i o n s p l a n n i n g , t h a t i s t h e o p t i m i z a t i o no f t h e b u s s t o p ss p a c e i ss t u d i e d t h em a d s y s t e m ，w h i c hp r o v i d e so n l yf o r t h eb u s o p e r a t i o ni sr e s e a r c h e d i nt h i s a r t i c l e t h em e t h o d so f h o wt oc o n d e m n a t i o nc o n s t r u c t i n gt h eb u s - o p e r a t i n gr o a d s y s t e mo r n o ti se x c o g i t a t e d o nt h eb a s i so f s u m m a r i z a t i o nt h eh i s t o r ym e t h o d so f t o n i n i o n p u b l i ct r a n s p o r t a t i o nn e t w o r kp l a n n i n g , p u t f o r w a r do f t h e p r e p p i n g r o u t e d e s i g nm e t h o d s a tl a s t ，t h eo u t c o m eo f t h i sa r t i c l ei su s e di nt h ec h a n g s h ap u b l i ct r a n s p o r t a t i o n p l a n n i n ga n dg e tt h es a t i s f i e dc o n s e q u e n c e 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 ，n e t w o r kd e s i g n ，d e s t i n a t i o nf u n c t i o n 第一章绪论 城市交通是城市赖以生存和正常运转的必要的基础设施，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，因而也是城市居民生活改善的基 本保证。发达的城市交通对于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。无论国内还是国外，现代城市交通的发 展都经历了曲折的过程。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，但城市交通依然是世界性的难题。因此，交通问题的研究越 来越受到各国政府的重视与民众的关心。 1 1 优先发展公共交通政策的提出 城市道路交通系统是城市交通的承担者，城市交通规划的目标是缓解交通， 为城市居民提供方便、快捷、舒适、安全的出行条件。对于如何缓解城市交通拥 堵、改善交通环境，交通工作者进行了不断的探索和实践，从“加强交通设施 建设，改良城市主干道，提高整个路网的交通容量，以满足交通需求”的改善交 通供应的策略到“提高现有交通网络的利用效率，使现有交通网的通行能力得以 充分利用”的交通管理系统。然而，交通工作者前进的脚步一直没有赶上交通需 求增长的步伐。城市交通拥挤日益加剧。直到2 0 世纪8 0 年代，交通工程专家才 认识到：城市交通供求的不平衡是城市交通拥挤的本质，要改变这种不平衡的现 象，仅仅靠加大供应的能力是不可能的，而应该双管齐下，从供需两方面入手， 从此，明确了从供求两方面解决问题的思想，提出了交通需求管理 t s m ( t r a n s p o r t a t i o ns y s t e mm a n a g e m e n t ) 的概念。 所谓交通需求管理，实际就是控制或引导居民的出行需求产生、控制和引导 交通出行者对公共交通设施的时空消耗，其中最主要的方法就是引导出行者对出 行工具的选择。 公共交通的本质特点是同时为两个或两个以上的出行者提供输送服务。这 一特征决定了利用公共交通系统出行的出行者对交通设施时空的消耗小于个体 交通出行者。事实上公交出行的时空消耗只相当于小汽车出行的时空消耗的 1 1 0 。而交通需求管理正是要寻求一种节约道路资源、能耗以及减少环境损害的 优越的交通方式，以适应不断增长的交通出行量的需要。在这种交通需求管理理 念的指导下，提出了优先发展公共交通的战略。 1 2 优先发展公共交通的概念 所谓优先发展公共交通，就是在进行交通规划和交通管理过程中，制定有利 于公共交通发展的战略和策略，阻改善公交服务水平，加强公交的吸引力，提高 公交出行比例。如时间和空间上给予公共交通优先的通行权；提供多层次的公交 服务，形成大、中、小运量相互协调发展的整体化公交系统；创造良好的换乘条 件，为私人交通工具换乘公共交通配备良好的设施等等。 1 3 公共交通产生和发展的历史 城市公共交通体系是国家综合客运网络的枢纽和节点。城市对外交通和城市 内部交通是通过公交客运交通联系完成的。城市公共交通是城市经济社会活动的 “动脉”，是联接城市工业、居住、公用、文教、商业、服务和公园、以及市郊 农村的“纽带”，在发挥城市功能、组织经济和社会发展方面起着十分突出的作 用。 纵观城市交通发展的历史，公共交通始终是城市交通的主要部分。早在公元 1 6 0 0 年，伴随着第一辆出租马车在伦敦街头的出现，公共交通开始登上城市交 通的历史舞台。历经了2 6 0 多年的发展，直到1 8 6 3 年第一条地铁在伦敦投入运 营，公共交通经历了其初级阶段。当然，此时的公共交通运量不大。然后自1 8 6 3 年至1 9 5 5 年的九十余年间，公共交通经历了它的成熟阶段，其问公共汽车和无 轨电车先后出现，它们对城市的发展起了相当的促进作用，人们把这些交通工具 称为常规公交。但是后来的公共交通受到私人小汽车的冲击，在很多国家的城市 中开始衰退。直至1 9 5 5 年第一辆现代化铰接式电车( 轻轨) 出现在德国的杜塞尔 多夫街头至今，公共交通开始复苏，这一阶段称为公共交通的现代化阶段，也可 以说是复苏阶段。由于公共交通引入现代新技术、以及计算机的使用，公共交通 发展成快速轨道公交，并将产生全自动无人操作的公交系统。这样城市发展开始 离不开公共交通，公共交通在城市交通中的地位进一步提升，为新时期的优先发 展公共交通政策的提出和实施提供了技术基础和实践依据。 1 4 优先发展公共交通的意义 改革开放以来，我国的城市汽车增长了5 7 倍噶，随着社会经济的进一步 发展和中国加入世界贸易组织的进程加快，城市机动车保有量将更快增长。西方 发达国家的缀验表明，随着小汽车像有量增长，将如现i j 益严重的交通拥堵、环 境恶化、安全下降、自源危机等【。”一系列城市问题。因此，回答城市交通应向 何方发展的闷题己成为中国当前的关键性问题。现在，发达阉家借助其强大的经 济实力，依靠先进的科学技术和管理水平，在城市交通领域的发展中已展现出两 种截然不同的趋势：一是以美国为代表的充分小汽车化的发展趋势，一是以日本 为代褒的以发展瓤型快速交遥为垦栝的发展趋势。那么，我围的城市交通该选择 什么样的发臌方向? 城市交通该阻什么模式发展? 交通建设需要大量蛇媳、物资、能源、财力鞍人力条搏，韪鼗，发展城枣 交通需要相溺的资源做后盾。很明显，我国人多地少，资源贫乏，城市人口集中， 经济滏不发_ 逸，任砖城市交遁鲍解决方案必须以戴必约束i t d 。困戴，孛国城枣 既不能发展小汽车交通，也滩以象日本那样在短期内普遍兴建快速轨道交通，现 除段仍震大力发展占怒资源少恧效慈甥对较大粒遮瓣公共交逶，使考限豹懿糕枣 道路面积和空间优先保证用于公共交通。但怒，城市交通的嗣标是撮供出行潸以 垂主选择交邋工具豹投裂，援倡公交瀣孬势不戆强刳公交出纷。只有遁过钱必发 展公交，加强公共交通相对于其它交通工具的竞争能力来吸引居民自主选择袋交 基嚣。 同时，私人小汽车引起的交通拥挤和环境污染对社会造成的成本远远大予机 魂攀使震者个人德窭豹残零，透饕了璇泰交遴领壤戆泰绣经济滠弱。优先发凝公 共交通的策略是通过调控使q e 公共交通方式付出更大的代价，同时降低公共交通 方式麴经营成本，爨篱瀑务零平，楚泰琢撬篱l 重薪发挥 筝鬟。 1 。s 国内外关于公共交通研究的水平及现状 1 5 1 国外公共交通规划研究概况 公共交通的发展和城市交通的谶程密切相关啦，十九世纪初，公共马率出 现，窕能以1 5 公里d , 时的速度运送乘客；1 8 6 3 年，伦敦建成世赛第一条地下铁 道；十九世纪的最后十年，商轨电军发展起来，到1 9 8 6 年众世界已有1 0 6 个城 市棚窍或在憩地铁交通系统，2 8 个城市拥露或在建轻孰交逐系统，更多的城市 拥有公共交通系统或线网1 2 3 1 。同时，国外的实践经验表明：除了美国等一蟪长 期以小汽车必主要交逶工其黪城枣，由于城蠢结构已经定型，缀难改变之努( 尽 管如此，其中许多城市仍开始试图发展公共交通以缓和因小汽车过多造成的备种 闽题) ，其它困家足擎都确定了“以公共交遴海主”浆暴裂，楚其是髓大披露， 只是各国确认的过程有早有晚。 前苏联早在3 0 年代就明确了城市发展公共交邋的方甜。，尽管隧着国家汽车 工她的发展，社会购买力提商，但由于国家严格进行控制，使城市公共交通一直 占领导地位，交通状况与鼹类城市相比要好彳导多。法国6 0 年代曾度推出发展 小汽车的政策，但徽快就发现该政策使城市交通发嫩严重堵塞，因而改变了政策， 转爨发展公共交通。象法国这样在城市交通发展中国发展小汽面转嬲大力发展公 交系统的情况在世群上不乏其例。 在亚溯鞫家翻越送中，霉港、鞭艇坡都豹公共交通都怒很发这静，1 9 8 7 年， 新加坡在联合国的帮助下，花十年的时间耗资1 3 0 0 万新加坡元，进行了交通发 震敬蓑豹礤究，磅襄续累认为痘暴取大众快速交逶系统。香港凌公交系统豹 规划、建设、管理等方面，都有很多值得学习和借鉴的经验。”。 罾甄上关于公_ 莛交逶豹薅究在深度和广度上瞧帮这到了较裹数层次，热溪丈 利妲1 9 6 9 1 9 8 9 举2 0 年间关于公拱交通有关的研究有：可达性与交通需求、通 蘩运输、露殇、营逡、评秘与费援、竣蒙与诗楚、交逶营璞与瑟存投、行攀镶褒 与时刻表、服务规划与设计、公交辅助设施、出租举的作用、公交技术、邀输系 统管理蠢交邋需求模型等1 3 令方鬻。堙“ 1 5 2 国内公共交通规划的研究概况 国内有关公共交通规划的研究可追溯至城市交通规划工作全面开展以前，如 1 9 8 2 年翦爝，长沙枣开展了“公共交通系统优化工程”王悖，在公共交通调查、 需对芑预测、线网设计优化、调度优化和网络流分配镩方面从系统工程和数学模型 方法约角发进行了翔当数豢豹砑究。 城市交通规划工作展开以后，许多城市进行了以道路网规划为燕体的练合交 遥缎戴，黩捷了一鄹分公共交遥援翔弱内襄。公共交逶及场站设诗援范孛绘 出了公交线网和场站设施规划的内容和相成的指标要求。 2 0 年寒蔑嚣公共交逶部门彝交逶学秘雾 究人爨奁公共交逶系统援划镁域内 进行了许多研究工怍，如：公交线网优化、分配方法和算法；公交枢纽、站场、 抉桊等方瓣懿磅窕；定量瑗测技术；各移公交系绕、方式瓣专题磅究；公交系统 评价方法：公交系统工程与改建；国外经验的研究与借鉴。 1 6 本研究的内容 虽然，在我国辩公交橇纯进行了一定敕磷究工幸# ，毽谯诲多大城市，公交豹 发腥与优先发展公交的策略背道i 耐驰，公交出行比例逐年下降，公交出行时耗不 4 叛蠛鸯珏。以上海为铡；1 9 8 1 1 9 8 2 年居民羝坐公交出行的全耳的出行的平均时 耗为4 3 分钟，8 6 年增长到5 6 4 分钟；以j 二班、上学为目的的出行，1 9 8 1 1 9 8 2 年公交孚均出牙封糕为3 9 分镑，嬲年则增长至4 7 分钟，且近几年仍在不酝增 长。其中的原因是多方面的，如：城市延展、道路拥塞、流动人口增加对公交系 统戆净击等等。毽裁公交系绞本身聪言，也蠢着明鼹麴缺翳，其线网布局十几年 不变，或变化不大，或没有遵循城市结构演变、居民出行趋势变化而变化，缺乏 援划，公交方式蕈一，使公熬交逶亵鞍枣客运中，由主要角憩逐溪或必次要角色。 因此，研究城市公交规划，研究适合城市发展需要的公交发展目标，尤其熙进行 公交潮络毯像基经楚逵在瘸蕤熬锤务。 公交网络优化设计是一个系统过程，宦包括公嶷线网优化、公交换乘优化、 车辆配置貔纯、车辆谖痍饶纯、霸久员调痰毯纯。表l 。6 1 ) 楚由a v i s h a ic e d e r e t a 1 ( 1 9 8 6 ) 掇出的关于公交线网优化规划的系统决策程序【1 6 1 1 3 6 1 。表中，上层次 的输出结暴帮可幸挈为下一菇次豹输入数据。公交线瓣设计在公交需求荻嚣豹基穑 上对公交线网进行优化布设，在公变网络优化中处于第一艨次，是公交网络优化 其它部分瓣前提祭僻藕基璇，对公交线瘸鹣饶纯竣诗研究撵关重蘩。 在公交系统中，常规公交是主体，直接影响居民的公交出行方便及其舒适， 侠箍程度。瓣苑，本论文主要研究常瓶公交线圈纛翔常褒公交线舔攘麓的糕序翔 图1 6 1 所示： 袭1 6 1 公交绫阏规剜程葶 独寂的输入规溉或谤戳疆动羧避 公交器求蘩据 公交供应数据 屋2 弛 线路调整 线路营运指标 公交线嗣设计新线路觜运策略 公交蘩敢耱辩弱可辘蛙 可运彳亍的公交车数 屋选量 黼运策略设计公交线路艘车频率 实际运营的发车频帛 珏裁对公交曲赞助 每天不两时段公交箭布 首班车和末班车时间 匡盗点公交出行车辆的发车时闻 公交车运行时间 设计公交营避调度蛰交出行车辆的到达时间 公交辜运行一墨熬辩藏 公交车囡脱档的饿复时间星盗受 公交率辆调度表 公交调度的约柬条件公交车辆的调度设计 公交赞熙熬结构 公交端驶员工作守刚匡2 戳 驾驶受调度表 公交营运成本结构驾驶员调艘设计 图1 6 1 常规公交线网规划的程序 6 第二章客运方式结构预测与公交o 。d 预测 2 。l 弓l 言 公交o + d 量是进行公交规划的依据，公交o d 量预测是公交规划的前提。 因魏，预测公交o - d 量是辍为重要和不可或缺的步骤。影响公交o - d 量的因素 很多，它受到城市客运结构、社会经济、地理条件、城市布局、气候环境以及居 民国行心理和习惯的影响。篡中，城市客运缩掏是最主要的影响因素之。因此， 在现商的居民出行方式结构的基础上，分析不同的炎通管理政策对未来的公交出 行比铡的影响，预测来来城市客运交通结构中各种客运方式所占的比重是进行公 交规划不可缺少的步骤之一。另一方面，公共交通和其它客运交通方式的o d 量怒城市客运交通预测的重隳组成部分，也是公共交通线网规划的鏊础。而进行 城市公交出据量预测应包括瓶个层次：城市客运交通结构中嚣客运交通方式赝占 比例预测和公共交通o d 濑预测。 2 2 城市客运结构中各客运交通方式所占比例预测 所谓城市客运结构是指城市中公共交通、个体交通和步行交通备方式承担客 运交遇的e 铡，它反映一个城枣皱缀济发展遽疫、客运交邋特点秘发震瘩平。客 运结构是城市公交出行量预测的基础数据之一，也魑进行公交规划的依据。未来 客运续魏更怒公交援划数瑗鬟嚣括。对客运缝搀麴羰测蘸又汪寿疆究f 1 4 】【l 皲，蛰 分类分析法将交通方式分为自由类、条件类、竞争类等，以分析各类交通方斌的 不同影嚷因豢积分撵援棼，褥出莠类交逶方式熬分撵魄铡，在燕基憨上，分辨各 种交通方式在各类交通方式中的比例，得出备种交通方式在熬个客运交通体系中 斡分挺篦铡。毽是这秘方法疑霰毂镶套数撂缀多，黧 燹溺祭徉类努戆方式魄澳， 需要了解各种车辆的拥有量、平均出行次数、平均载客量，城市人口量，人均出 牙次数。毽凌实嚣豹王捧孛，这些镶套鼗摇绽往矮难褥至# ，麓糕趸鹭露哥夫镳算 法可以利用历史的调查资料推出所需的数据。 2 。2 1 马尔可夫链算法： 玛尔可夫链预测方法“7 “强1 是根据历史调查数撼结台l 冀窆瞧分毒霆，建立交逶 方式结构预测模型，以此来分析不同的客运交通发展战略所产生的不同的客运交 通方式结构。其原璎是：在确知某已知状态下各变量的值，并得知已知状态各 变璧向未知状态各变量转换灼概率的情况下，预测未知状态下各变爨的值。颈测 公式为： y ( k ) = pc l ，x t ) ( 2 。2 1 ) 式中：y 一预测的状态。 p 一已知状态。 t 一不同状态下各变鬣之间的转移概率。 i ，l ( 一状态巾豹变豢数。 从交通角度看，世界城市交通发展的模式可以分为两大蹙，即充分小汽车化 夔模式与臻先发聂公焚交逶鹣摸式“卦。充努套汽车识豹城露交逶攘波是基予“羝 密魔的城市结构，同时将公拭设施分散布置，以便将道路负荷均匀分布在广大地 基”，这静与充分枣汽车纯穗痤的捡毅毒爨，对窒阗设蕤戆大量霉求鞋及豫入赘 投资都是中国无能为力的。中国的国情决定中国城市只能采取优先发展公共交通 懿交逶发震模式，公共交嚣在瑗枣客运结稳中屠予主要蘧彼。 因此，中国城市中的主要客运交通方式目前主要有：步行、自彳予车、公抉汽 车；隧着经济豹发袋，摩琵享整暂l 钢虽然逐年秀舞，毽由予各个城市筠己意识 到摩托车的危害，对麒出行采取严格控制，使其不会成为主要客运交通方式之一； 书汽车交逶由于爨强发震公筵交逶蔽略静实施，颈诗不会藏为客运交遂戆主流。 因此，考虑朱来中国城市客运交通系统中主要的交通方式为：步行、自行车、公 共汽车。马尔可夫链算法就怒根据城市历年采各静交通方式占客运交通豹魄铺豹 调查资料，求出各种交通方趟：之间的转移概率，以此来预测备种客运交通方式在 未来弦市客运交通系统中所舞鹃院懿。如宙上海市1 9 8 1 到1 9 8 6 年静交逶出行量 调查资料可以推算出期间各j f 巾交通方式之间的转移概率如表2 2 1 所示： 表2 1 + 1 各种交通方式之间翦转移概率袭 飞匙主式 步孬( k 怒1 )蠡嚣车( k = 2 )公交( k = 3 )1 9 8 1 年骞式缮捣 i 耋 、 步行( i = 1 ) 0 6 4o 2 20 1 40 5 9 蠡行车( i 慧2 )o 0 3 50 9 70 ，0 2 5 8 ，1 3 公交( i = 3 ) 0 0 0 50 0 1 5m9 bo 2 8 1 9 8 1 年至1 9 8 6 年的变化结果，可由陔模型算出： f o 9 8 0 0 0 1 5 0 0 0 51 ( 0 2 80 1 3o 5 9 ) xo 0 2 5 0 9 7 0 0 0 0 5l = ( 0 3 6o 2 50 3 8 ) ( 2 2 2 ) l o 1 4 0 0 2 2 0 0 6 4 0 计算结果与实际调查误差极小。该模型模拟了不同的交通发展战略与交通方 式结构的敏感性，不同的交通发展战略反映在转移概率矩阵中，就会形成相应的 交通结构，反之，利用转移概率矩阵预测出在固有的交通发展战略下未来的客运 交通结构，可得知这种交通发展战略的合理性和科学性。 但是，在某些中等发达城市，由于公交发展水平较低，并存的客运交通工具 种类较多，由上面的公式可知，当有三种交通方式并存时，要推算出交通方式转 移概率矩阵，需四年的历史调查资料，当有k 种交通方式并存时，公式中的未 知数个数为k 2 + k ，而每获得一年的历史资料只能得到k 个方程，因此需要的 k + 1 年的历史资料，在很多情况下，无法保证每一年的历史调查资料都没有缺失。 那么，在历史资料不充分的情况下，如何预测客运交通结构比例呢? 2 2 2 改善的马尔可夫链算法 由于计算中所需的转移概率数据不易获得，且预测结果只需作为宏观估计以 指导公交发展政策的制定，即预测结果只能也只需是定性的，因此，本文对马尔 可夫链法进行了改善：在只有历年或数年客运交通方式分担比例资料的情况下， 分析在历史客运政策的指导下，未来客运交通分担比例，并与期望值比较，根据 比较结果来分析历史交通政策可行与否，以及未来交通策略的改善方向。其原理 如下： yc l e ) = p ( 1 k ) + ( p c j , l 。- p 0 ( 1k ) ) 木t ( 】k )( 2 2 3 ) p l t , ”2p 0c 【，”x t ( 1 日 五州) = l ( ，= 1 , 2 ，k ) 式中：y 。一预测客运交通结构下第k 种交通方式的比重。 p 。，一历史的第1 年的客运交通结构。 p 。，一历史的第j 年的客运交通结构。 t - - p 。，p i j u 之间的状态转移概率矩阵。 由于上述方程组中有未知数k 2 + k 个，方程却只有n * k + k ( n 为可获得的调 查数据年分) 个，同时， 由于p o ，k ) 、p ( l k ) 已知，并且状态转移矩阵中各元素的 值小于1 ，即有k 2 个定性约束条件，可定性的分析出预测年交通客运结构相对 于历史情况的变化趋势。 良椿澜市为倒，株溯市居民出行方式构成如表2 2 2 所示： 表2 2 2 居民出幸亍方戏掏成( ) 兮 步行自行车公交摩托车 2 0 0 0 5 8 2 4 71 3 37 o 1 9 8 9 4 5 24 4 95 80 7 假设各种交通方式之间的转移概率瓶阵如表2 2 3 ： 表2 。2 。3 各糖交通方式之间的转移摄攀矩阵( ) 嘉泌塑 步杼( k = 1 )自行车( k = 2 )公交( k = 0 )摩托车( k = 4 ) 步籍( i = i )f | l彳| 2孙b 自杼率( i = 2 )t “kt h 公交( i = 3 )t kkk 摩托车( i = 4 )t nb2t h 刘穰壁哥表示为： ( o 5 8 2 0 1 4 70 1 3 3 0 。0 7 0 ) + ( o 1 3 0 - 0 3 0 2 0 0 7 5 0 0 6 3 ) 且有； 一( y 1 1y 1 2 y 1 3 y 1 4 ) 2 ，2 。4 ) ( 。4 5 2 。4 9 9 。5 8 。6 3 ) ：雾委萎萋 2 2 - 5 ) 一( o 5 8 20 1 4 70 1 3 30 0 7 0 ) rx l l + x t 2 + x 1 3 + x 1 4 = 1 x 2 l + ) b 2 + x 2 3 + x 2 4 = 1 x 3 t + x 3 2 + x 3 3 + x 3 4 = 1 lx 4 l + ) ( 4 2 + x 4 3 + x 4 4 = 1 ( 2 2 6 ) 、l|j黾玛磁确憋瓢獠埯玛迅两糨溉 ，。，。l fo x i1 ，x 1 2 ，x t 3 ，x 1 4 ( 1 j0 x 2 1 ，x 2 2 ，x 2 3 ，) 如4 l( 2 , 2 7 ) lo x 3 1 ，x 3 2 ，x 3 3 ，x 3 4 1 o x 4 , ，x 4 2 ，x 4 3 ，x 瞄 l 由于株洲市近十年来城市结构没有大的变化，因为步行交通受到适用出行距 离媛的约束，其它搬动车翻半机动车出孬方式垂瑟囱步牙趱零亍转移约可戆瞧不 大，且步行交通分担比重有所上升，可见步行交通向其它交通方式的转移概率不 大。蕊自行车出莲亍泷重大爆发下降，据调查，其主要原因是窭嚣车滋牙豹不安全 性而不是出行距离的变化，考虑自行车交通出行的优势距离以及出行距离与出行 工嶷选择闻瓣关系，霹知，爨嚣车囱公交窝蘑瑟车转移是过去卡年糖瀵枣客运结 构转变的主臻方向，且由2 0 0 0 年和1 9 8 9 华的调查数据： 0 4 5 2 + x 1 4 + 0 。毒4 9 4 x 2 4 + 0 0 5 8 8 x 3 4 + 0 。0 0 7 + x 蟮= o ，0 7 00 2 7 1 ) 0 4 5 2 + x 1 3 + o 4 4 9 x 2 3 + 0 0 5 8 4 x 3 3 + 0 0 0 7 + x 4 3 - - - - - 0 1 3 3( 2 2 7 2 ) 0 。4 5 2 4 x 1 2 + 0 。4 4 9 x 2 2 + 0 ，0 5 8 x 3 2 + 0 0 0 7 4 x 4 = o 。1 4 7器2 7 3 ) o 4 5 2 + x i1 + 0 4 4 9 。x 2 1 + 0 0 5 8 + x 3 1 + 0 0 0 7 4 x 4 1 = o 5 8 2 ( 2 2 7 4 ) 枣予x 2 3 、x 3 3 、x 4 3 赛为大手0 静数，鑫嵇。2 7 。2 ) 可知：x 1 3 0 3 2 。显熬，在 这一客运发展战略下，2 0 1 0 年公交出行比重为； y 1 3 = o 5 8 2 x 1 3 + 0 1 4 7 x 2 3 + 0 。1 3 3 x 3 3 + 0 0 7 0 x 4 3 = 0 1 3 3 + 0 1 3 x 1 3 + 0 0 7 5 x 3 3 + 0 0 6 3 x 4 3 一o 3 0 2 x 2 3 扶土式审可敬番密，当x 1 3 取焱大可能值x 1 3 - - 0 3 2 豺，y 1 3 获得最大值， y 1 3 = 0 1 7 。即到2 0 1 0 年公交分担率将小于2 0 ，邀不符合棣洲市城市总体规划 静公交发震黼标：分组率为2 0 2 5 。同样，可良分帮亍密谯现有公交政策的指 引下，形成现有交通方式转换模型，到2 0 1 0 年时，其它公交方式的分比例变化趋 势。 趸此。已利用马尔可夫镞法的改饕模型分析了过去株洲市的客运发展策略在 未泉髂可行佼，并定性的分轿出在诧策略指弓f 下公交客运结构的变化方向：接原 有的客运发展策略不可能完成未来1 0 年发展公交的任务。因此，要加大公交投 入，敬善公交服务质薰，以加强公交出行的觉争毹力，促进稚公交出行向公交出 行的转移。特别是将来株洲市的组团内出行比重下降时，加大步行交通向公交的 转变。 2 ，2 + 3 公交出行d 疆测 擐撂鼹民出行调查和城泰土地利用状嚣按四除段法进孑亍颈i 典 | 。按照遮耪方 法，可以利用马尔可夫链算法预测未来城市客运系统中各交通方式所占比煎，然 质掇握马尔哥夫链鞭测结祭结合务小区豹全方式基嚣量o d 量褥缓各小隧之阕 的公交出行0 d ，其方法为： t 一t ，x x ( 2 。2 。8 ) 其中，t k 。为i 点到j 点之间第k 种交通方式的出行量： t ；，蕊i 患劐j 点之闯全方式交逸爨抒量； x 。为i 点到j 点之间第k 种交通方式所占比例。 毽是，鲻这秘方法预测公交警黪量霉簧滚查荟夺送阑豹全方式爨学量，稷难 获得准确的调查数据，而现有公交线路的上下车客流量可以利用调查人员跟车精 确诞录，量调查数鬃还霹鞋分析密公交鑫行高峰耷辩窝最大客滚量簸覆，麓戳惹 的线路布设和线路频率设计提供资料。因此，可以剁用现有公交线路客流摄来推 算公交密行0 一d 整，蒸露穰据辕帮各夺嚣豹逸秘焉瓣翔，经漭发震褒翔等来 确定各小隧的未来出行量增长系数预测末米公交出行o d 量。 2 2 3 纂干线路睿流量调查的璐状客流1 舂算方法 2 + 2 。3 。1 1 豢理 利用路段交通量推算o d 分布置是交通分配的逆过程殴7 1 ，假设t i i 表示从i 嚣瓣l 区翡o d 量，表零籍段a 瓣交逶鬃，写裘示夏l 缀遗路莰巷静 l 翻，褰 有： 罨墨= 匕 a = l ，醚；i ，j = l ，n ( 2 。2 9 ) i ， 式中，m 为调查交邋量的路段条数，n 为量的交遵分区数强。 2 2 3 1 2 小区的划分 由于此方法只霭利用嚣车站的上下车荣客数，不嚣要小区的入口等其它数 据，所以最方便的方法是搬每一公交车站的服务区域作为一个小区，公交车站所 在位置巍然裁成为小区熬澎心。对一些嚣公交事灵法逶过，困恧没骞车站瓣戏片 地区，周围车站的服务范围又不能覆盖遮地区，则在这些地区划定一些小区， 投握其雳蟪蠢矮确定小嚣的澎心。基于在今嚣计爨中毒嚣翊距离、如行路经等都 是考虑从小区的形心到形心，所以没有必要明确划滗小区的边界。 2 。2 。3 1 。3 ，稠弱公交车站上、下攀客漉量毽接算爨公交鲎豹方法 上述艨理同样可应用于利用公交车站上、下车客流量推算公交线路上展民公 交蹬嚣0 0 藿。其不趣之始缝于：甄表示线爨土麸i 链到j 嬉豹o d 塞，v 。，表示 1 2 小区i 和j 之间利用公交线路a 出行的交通量，譬表示t i j 经过公交线路a 的比 例，即： 乃彤= 吒口 a 2 1 ，m ；i ，j = 1 ，h 由于v 。i j 可以通过调查得出， 已知时，可以推算出 t i j = 当联系i 和j 区的公交线路上的全部乘客流量 由上可知，要求出t i j ，首先要求出v a i j ，而v a i j 可以由公交线路上上、下 车客流量推算出来，其方法如下： 域1 )b b ( 3 )b ( 4 )b ( 5 )b ( 6 )b ( 7 ) 图2 2 1 模拟公交线路图 如图2 2 1 所示a ( j ) 为站点j 处下车量，b ( i ) 为站点i 处上车量，n ( j ) 为站点j - 1 与站点j 之间的断面流量。 设x 蛳) 为在i 站上车，在j 站下车的乘客量，y ( i j ) 为在i 站上车，在到达 j 站前仍留在车上的乘客数，则有： y ( 功) 2 y ( 蚺1 ) 一x ( 婷1 )( i = 1 ，2 ，3 ，j - 1 )f 2 2 1 2 1 根据流量平衡有： n o ) = y ( i j )( 2 2 1 3 ) i a o ) = x ( i j )( 2 2 1 4 ) f 假定在j 站点处，车上每一乘客下车的概率相等，则有： x ( i , j ) = a o ) y ( i j ) y ( k j ) = a ( j ) y ( i j ) n ( j )( 2 2 1 5 ) 利用公式( 2 2 1 2 ) 、“( 2 2 1 3 ) 、( 2 2 1 4 ) 、( 2 2 1 5 ) 可以计算出各站点之 间的公交客流量。现以某市一条公交线路上的公交上下客流量进行推算，过程如 下： 表2 2 4 公交客流量推算表 。2 2345 6 7 8 进秘流量b ( i ， 】( 4 9 0 0 )( 4 7 0 8 )( 4 5 2 4 )( 4 4 3 7 )( 4 l o o )( 4 0 5 2 ) 5 0 0 0 ( 5 0 0 0 ) 1 0 c 1 9 21 8 48 7 3 3 74 84 0 5 2 2( 0 )( 1 0 2 )( 9 8 )( 9 6 ) ( 8 9 )( 8 8 ) 1 1 0 8427l8 8 3( 3 0 0 )( 2 8 8 )( 2 8 3 )( 2 6 1 )( 2 5 8 ) 3 0 0 1 252 232 5 8 4( 3 0 0 )( 2 9 4 )( 2 7 2 )( 2 6 9 ) 3 0 0 6 2 232 6 9 5( 1 5 0 )( 1 3 8 )( 1 3 6 ) l5 0 1 221 3 6 6( 3 0 0 )( 2 9 7 ) 3 0 0 32 9 7 7( 8 0 ) 8 0 8 0 断面流量n o )5 0 0 0$ 0 1 0 s l l os 2 1 0 5 2 6 05 1 6 5 5 1 8 0 6 2 4 0 出疆滚篷a 6 l z o o驺ol 隼0 0 6 05 1 8 臻 褒2 。2 。霹中，爨嚣一歹l 麓窥测到瓣各车懿筵上车客流量转珏鬣嚣一嚣为套 车站处下车释流量a d ) ，每一格中，上面的数字为上一站点j 一1 到本站点j 之问 懿瑟覆客流鬃，下瑟瓣数字舞簌菇纛i 上车，在站煮j 下车戆公交遗行量x ( i ) 。 但是，由于乘客利用公交出行时存在一定的换乘，不能把计算结果直接体公 交o - d 量，还瘟分辫各站煮下车浚麓中换桑乘客袋占魄捌，渡表串钳。算结莱减 去换乘乘客，即为站点i 到站点j 之间的公交出行直达o - - dj t 。 由于在濯琵弱用公交密行盼籍籁选择遥程中，密幸亍薅擒妖短是影璃路径逸择 结果的主要因素，而抉乘时阃对出行时间长短的影响比重最大，且换乘时间负相 关于换乘频帛，敖假设站点处乘客换桀概率与涟点怒单往融闻内可换乘车辆数或 正比，且设相关系数为a ，即： fp k j = a x ( 6l j f l + t j f - ( l k ) ( 2 2 1 6 ) 一 2 12 + 1 l ( 甄( i j ) ) ，( ) o ) ) = p 式中， i 著线路毛逶过露点j ； s 泸 0 餐鄹 k 为由n 条公交线路组成的公交线路集会； x k ( i j ) 为，在蘑悫i 搭乘第k 条公交线潞，并在辩点j 下车静桊窖数； p 。为第k 条公交线的乘客在站点j 处的换乘概率；p 为城市平均公交换乘 概率。 n 由调查获得，即n _ 城市公交线网中公交线路所搭载的总的乘客人次城市 中利用公交线网出行的总的日出行量； p 可由公交换乘系数n 求得，即p = n 一1 。由式( 2 2 1 6 ) 可计算出a 。 用公式( 2 2 1 5 ) 、( 2 2 1 6 ) 可求出站点j 处的乘客换乘概率p k i ，则站点i 和站点i 之间利用第k 条公交线路出行的直达o d 量为： t k ( i , j ) = x k ( i , j ) ( 1 - - p k j )( 2 2 1 7 ) 则站点i 和站点j 之间的公交出行的直达o d 量为： r ( i ，j ) = t k 蛳) o ( k ，i j ) ( 2 2 1 8 ) r1站点i j 均在线路k 上； 0 ( k ，i , j ) = lo 否则。 由站点i 上车，在站点j 处换乘的出行量为： t ( i j ) = t “i j ) = x k ( i d ) 一t k 锄) ( 2 2 1 9 ) = x k ( i , j ) v k ； i 假设换乘乘客换乘某一线路的概率与该线路的发车频率成正比，并且前面已 假定：在线路上某一站点处每一乘客下车的概率相等，也就是说，若在j 点处共 有1 3 路车通过，每路车的发车频率分别为f l ，则对于线路k ，共有n 一1 路车可 以换乘，则在i 站点搭乘k 路车，并在j 点换乘l 的乘客量为： t k t ( i j ) = f l * t t ( i d ) ( f l + f l ) ( 2 2 2 0 ) ；1l = k + i 换乘后在站点lh 下车的乘客量为： t k l ( i d ，h ) = t k t ( i , j ) x l ( i j ) y - ( i j ) ( 2 2 2 1 ) 根据上述步骤，可计算出通过最多一次换乘，公交乘客的出行o d 量其计算 程序框图如下： 图2 2 2 利用上下车客流量推算公交o d 流程图 其应用实例如下： 如图2 2 3 所示以简单的公交路网，a b c d e f g h 7 个节点之间形成3 条公 交线l 1 ，l 2 ，l 3 ，其中l 1 ：a b d e f ，l 2 ：b d e g ，l 3 ：c d e f 图2 2 3 简易公交路网 由各站点上下客流量推算出的各线路的站点之间的出行量由表( 2 2 5 ，2 2 6 ，2 2 7 ) 绘滋，且k ，l 2 ，b 妻冬发事频率分涮秀f l ；1 5 次攮；f 2 ：1 0 次融；玛：1 0 凌惫， 且楚个路网中换乘系数为1 5 。由于路网中之存在三条公交线路，依次对三条公 交钱爨上懿涟蠡遘褥诗翼。善先怼线爨l l 连霉礤巍；线黢毛l 上存在b 、驺、基 三点可以换乘，且在d 点只能产生l l 换莱l 2 。程e 、d 点可换泶l 2 、l 3 。利 羯公式泣2 + 1 5 ) 、( 2 2 。1 6 ) 计算毒在各熹发生挟黍麴概率为；p l l b o + 1 6 ；p l l 。= p l l e = o 3 2 。同样，对线路l 2 研究得出线路l 2 上存在d 、e 两个换乘点麒在两 点怒，己2 稳可按蘩l 或l 3 ，翻哥诗算蠢； p l 2d = p l 2 e = 0 4 黠线路l 3 ，存在两个换乘菇底d 、e ，篮在d 、琶憝挟乘l 1 、l 2 ，其 换乘概率为： p l 3 n = p l 3 e = o 4 剥弱公式犯+ 2 1 7 ) 计算出线路l l 、l 2 、l 3 上的直达黎客o - d 表分别为表 ( 2 2 8 ) 、表( 2 2 9 ) 、表( 2 2 1 0 ) 所示。 各项嘏如，即鼹到如躅2 - 2 3 所示公交线网中姻公交出杼o - d 爨：表2 2 1