（交通运输规划与管理专业论文）城市公交线网运营优化及实践研究.pdf

摘要 城市公共交通是城市社会经济发展的动脉，是解决城市交通问题的最佳途径。在国 家大力发展公共交通和提倡公交优先的背景下，做好公交线网的布局优化以及公交系统 的运营管理，对于完善城市交通环境，改进市民的出行状况，提高我国公交企业的经济 效益和社会效益都有很重要的意义。 公交线网优化是解决城市交通拥挤、乘车困难的一项投资少、见效快，易于实施的 有效措施。本文首先从我国公共交通存在的问题出发，研究整体上优化公交线网的实用 方法，从公交站点、公交线路和公交线网三个层次进行分析，提出优化方法，实现公交 系统点一线一面的分层优化设置。 在运营管理方面，本文从公交运力配置、组织调度以及智能化调度管理三个方面进 行分析，提出优化方法以及措施。包括运力装备结构优化配置模型、运力装备规模确定 模型及发车频率优化模型等，并详细地介绍了智能化调度系统的机理及实施框架，这些 理论对优化公交系统的资源配置和调度等都起到很好的指导作用。 最后，本文以延安市为例，在对其公交现状进行分析的基础上，运用本文提出的优 化模型和方法，对其公交线网进行了优化调整，并对其运力进行了合理的配置，同时提 出了一些运营管理措施，验证了本文所提出的理论的可行性。 关键词：公共交通：公交线网；布局优化；运营管理；运力配置；组织调度 a b s t r a c t u r b a np u b l i ct r a n s p o r t a t i o ni sa na r t e r yo fu r b a ns o c i o e c o n o m i c t h eo p t i m a ls o l u t i o n o fa l ls p h e r e st os o l v et h ep r o b l e mo fu r b a nt r a n s p o r t a t i o ni st h ed e v e l o p m e n to fu r b a np u b l i c t r a n s p o r t u n d e rt h eb a c k g r o u n do fo u rc o u n t r ye m p h a s i so nd e v e l o p i n gt r a n s i ta n dp r o p o s e t r a n s i tp r i o r i t y , i t sv e r yi m p o r t a n tt oo p t i m i z et h el a y o u to fp u b l i ct r a n s p o r t a t i o nn e t w o r ka n d t om a n a g et h eo p e r a t i o no fp u b l i ct r a n s p o r t a t i o ns y s t e m i tc a ni m p r o v et h eu r b a nt r a f f i c e n v i r o n m e n ta n dt h ep u b l i ct r a n s p o r ts i t u a t i o n ，a l s o ，t h e r ei sv e r yi m p o r t a n tm e a n i n gt o i m p r o v et h ee c o n o m i ca n ds o c i a lb e n e f i t so f p u b l i ct r a n s p o r tc o m p a n y p 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 ni sas m a l li n v e s t m e n t ，b u tq u i c ka n de a s yt o i m p l e m e n te f f e c t i v em e a s u r et os o l v ec i t yt r a f f i cja m sa n dp a r k i n gp r o b l e m s i nt h i sp a p e r , w e s t a r tf r o mt h ep u b l i ct r a n s p o r tp r o b l e m si no u rc o u n t i y , t os t u d yt h ep r a c t i c a lm e t h o do f o p t i m i z i n gt h eo v e r a l lp u b l i ct r a n s p o r t a t i o nn e t w o r k w ep u tf o r w a r dt h em e t h o df r o mt h r e e a r r a n g e m e n t sw h i c hc a no p t i m i z ef r o mp o i n tt ot h r e a dt os u r f a c e ，t h e yi n c l u d eb u ss t a t i o n ， b u sl i n e sa n dp u b l i ct r a n s p o r t a t i o nn e t w o r k i nt h eo p e r a t i o n a lm a n a g e m e n t ，t h i sp a p e rp r o p o s e so p t i m i z em e t h o d sa n dm e a s u r e sf r o m t h r e er e g a r d s ，t h e ya r eb u sc a p a c i t yc o n f i g u r a t i o n ，o r g a n i z a t i o ns c h e d u l i n ga n di n t e l l i g e n t s c h e d u l i n gm a n a g e m e n t t h i sp a p e rp u t sf o r w a r ds e v e r a lo p t i m i z a t i o nm o d e l s ，w ei n t r o d u c e t h em e c h a n i s ma n df r a m e w o r ko fi n t e l l i g e n ts c h e d u l i n gs y s t e m a l lt h et h e o r yc a ng u i d et h e r e s o u r c ea l l o c a t i o na n ds c h e d u l i n go f p u b l i ct r a n s p o r t a t i o ns y s t e m s f i n a l l y , w et a k ey a n a nc i t ya sa ne x a m p l e i nt h eb a s i so ft h ea n a l y s i so fp u b l i ct r a n s p o r t s t a t u s ，w eo p t i m i z et 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 ka n dc a r r yo u tar e a s o n a b l ea l l o c a t i o no f i t sc a p a c i t y , w ep r o p o s es a m eo p e r a t i o na n dm a n a g e m e n tm e a s u r e sa tt h es a m et i m e a no f t h e s ec a nv e r i f yt h ef e a s i b i l i t yo ft h et h e o r yp r o p o s e db yt h i sp a p e r k e y w o r d s ：p u b l i ct r a n s p o r t ；p u b l i ct r a n s p o r t a t i o nn e t w o r k ；l a y o u to p t i m i z a t i o n ； o p e r a t i o n sm a n a g e m e n t ；c a p a c i t yc o n f i g u r a t i o n ；o r g a n i z a t i o ns c h e d u l i n g 论文独创性声明 本人声明：本人所呈交的学位论文是在导师的指导下，独立进行研究 工作所取得的成果。除论文中已经注明引用的内容外，对论文的研究做出 重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本论文中不包含任 何未加明确注明的其他个人或集体已经公开发表的成果。 本声明的法律责任由本人承担。 论文作者繇蒴懈砂厂年岁月沙日 论文知识产权权属声明 本人在导师指导下所完成的论文及相关的职务作品，知识产权归属学 校。学校享有以任何方式发表、复制、公开阅览、借阅以及申请专利等权 利。本人离校后发表或使用学位论文或与该论文直接相关的学术论文或成 果时，署名单位仍然为长安大学。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名：翦牺靳 导师签名：妖生晦 叫年，月少日 矿产j - - j 习即日 长安大学硕士学位论文 第一章绪论弟一早硒y 匕 1 1 研究的背景及意义 城市公共交通是城市发展的动脉，是实现城市现代化的主要标志，同时也是国家经 济发展的重要基础设施。随着我国城镇化速度的快速推进，我国经济得到了稳定的增长， 城市规模不断扩大，城市人口也明显的增加，这给本来就非常拥挤的城市交通增加了更 大的负担。2 0 0 1 年到2 0 0 6 年的国民经济和社会发展统计公报显示，2 0 0 1 年到2 0 0 6 年间，中国城市人口由4 8 亿增加到5 8 亿，占总人口比例由3 7 7 增至4 3 9 ，相关专 家还预测，中国城市人口爆炸式的增长还将持续2 0 - - 3 0 年，这样一来，到2 0 2 5 年我国 城市人口将增加到8 5 亿左右，城镇化水平将达到5 5 。中国城市人口数量的增加，致 使大城市人口开始逐渐向郊区迁移，甚至形成了功能相当集中的中心商业区和以居住为 主的郊区，即城市正由原来的中心区发展模式逐渐地向大都市区和大都市区城市群发 展，如福建的厦门、漳州、泉州城市群，湖南长沙、株洲、湘潭城市群的发展，长三角 和珠三角大都市区城市群等等。城市范围的扩大，意味着城市居民的平均出行距离的增 加，使得城市客运交通的需求量剧增。同时，人均收入的提高，导致机动车保有量激增， 虽然道路基础设施的建设相应的也得到了发展，但远远赶不上交通需求的发展速度，从 而造成了道路交通拥堵日益严重。在交通高需求的形势下，人们逐渐意识到发展大容量、 高效率的公共交通的必要性和重要性，希望通过修建轨道交通等公共交通，或优化公交 的线路网络，或加强公交的运营管理，来调整城市客运体系，缓解中心城市人口密集、 交通拥挤、住房紧张、环境污染等问题。 交通供给和交通需求之间的矛盾，在高峰小时表现得尤为突出，如首都北京这样的 大城市经常要举办许多大型活动，这必须会诱发更大的交通出行，车速低下、车辆阻塞 很可能成为影响大型活动成功举办的一大障碍。为了满足市民的正常生活出行和参加大 型活动的出行，这意味着必须用耗费少、效能高的公共交通出行替代私家车、自行车等 出行方式，成为市民在大型活动举办期间出行的主要选择【1 】。 虽然我国己有部分城市建有一定的轨道交通，但都还未形成轨道交通网络，所以， 城市公共交通系统的主力军是仍然是城市常规公交，城市常规公交与人民群众生产生活 息息相关，是关系国计民生的社会公益事业。建设部部长汪光熹在全国优先发展城市公 共交通工作会议上的讲话明确指出：“优先发展城市公共交通是贯彻落实科学发展观， 第一章绪论 构建社会主义和谐社会的重要举措。”进一步强调了城市公共交通的重要性。 目前，城市公交承担着城市主要客流运送任务，有时公共交通也默认为城市公交。 在任何城市里，城市公交都是交通骨架线网的补充和支持。为极大地方便城市居民的出 行，提高城市运行效率，促进人居环境的改善和城市经济发展，应进一步扩大其覆盖面 积，提高其服务能力。 尽管我国城市公共交通近几年来得到了较快的发展，但距离当前城市经济社会发展 的要求还相差非常远。越来越多城市居民抱怨出行难、行路难、交通时间成本不断增 加。这充分说明我国城市公交存在很多不可忽视的问题，主要可以概括为以下几点： ( 1 ) 出行分担率低下。根据2 0 0 6 年的统计数据显示，我国公交出行的整体分担率不 足1 0 。特大城市也仅在2 0 左右，只有欧洲、日本、南美等大城市可占到总出行的 4 0 0 , 0 , , , 6 0 ，目前我国城市公交车速已越来越低下，平均车速只有l o k m h ，已低于自行 车1 2k m h 的速度。与1 0 年前相比，公交出行时间平均延长l o m i n 左右，居民对城市 公交服务的不满意率高达7 0 。 ( 2 ) 公交投入不足。2 0 0 6 年全国城市公共交通固定资产投资8 5 5 6 亿元，占城市交通 运输、仓储和邮政业固定资产投资的7 6 8 ，而同期道路运输业投资占5 6 3 5 。在城市 公共交通固定资产投资中，特大城市6 8 4 4 8 亿元，占8 0 ，大城市3 1 6 6 亿元，占3 7 。 总体上投资不足。有关部门人士说：“政府投入严重不足，公交场站等基础设施严重短 缺，已严重影响和制约了城市公共交通的正常运营和健康发展 。 ( 3 ) 城市公交企业“步履艰难 ，导致服务效率低下。长期亏损使不少公交企业放缓 公交设施的更新速度，有的甚至停止部分经济效益低下的线路的运营，还有的通过增大 发车间隔来降低运营成本。 ( 4 ) 城市交通体系规划“先天不足 ，公交结构、服务设施单一。一方面，地铁、轻 轨等大运量公交系统建设速度缓慢；另一方面，公交线网覆盖不均衡问题日益突出。据 调查，国内许多城市普遍存在重复线路，有的多达2 0 多条，而城市边缘的居民小区、 街道却没有公交线路通过，直接导致附近居民出行困难。有些线路运行时间过长，非直 线系数过大，从而大大降低了公交对长距离出行乘客的吸引力。 就改善目前城市公交尴尬局面的问题，建设部、国家发改委、财政部、劳动和社会 保障部等四部委于2 0 0 6 年底联合下发关于优先发展城市公共交通若干经济政策的意 见，要求各省加大城市公共交通的投入力度，并完善各项补贴。另外，国内一些研究 单位以国内城市为依托，在对公交线网规划进行优化方面做了许多有益的探索，提出了 2 长安大学硕士学位论文 多种针对公交线网优化的理论与方法，但是，大多数理论在实践中运用起来非常困难， 而优化方法又缺乏相应的理论支持。 鉴于此，在参考国内外有关资料文献基础上，本文从站点、线路、线网三个角度进 行了分析，建立了线网运营优化模型，并提出了一套基于运营优化模型的线网方案构建 方法，对公交运营线路网络进行合理、科学的规划优化的同时，从运力配置、组织调度 等方面对公交运营进行管理优化，使得在公交优先的条件下，充分开发公交自身的潜能， 提高公交运营效率，增大载客容量和改善服务水平，从而实现公交运能科学配置，其意 义是不言而喻的。 1 2 国内外研究概况 公交线网的优化设计有很多限制条件，长期以来都是国内外交通工作者关注的热点 问题。国外在这一方面的研究起步较早，提出了很多具有代表性的观点和看法，如1 9 7 9 年，d u b o i s 等人采用启发式搜索方法建立了线路网生成模型和发车频率确定模型；1 9 8 1 年f u r t h 和w i l s o n 通过优化车辆运行时间和等车时间之和建立了在给定线路集合中分配 发车频率的模型【2 】；1 9 8 2 年k o c h u 和h e n d r i c k s o n 通过简化路网，推出公交系统各参数 之间的最优关系；1 9 8 4 年c h u a 将系统分析方法引入到公交网络规划之中；1 9 8 6 年c e d e r 和w i l s o n 将三阶段法引入到公交网络设计中【3 】；1 9 8 6 年n e s 等人开发了线路及其发车 频率同时确定的优化模型。 公交线路网络设计优化方法方面也进行了很多研究，如1 9 7 4 年s t e e n b r i n k 提出了 传统数学规划方法；1 9 9 4 年d u s a n 等人将模糊逻辑引入到航线被选路径的确定中，并 用模糊线性规划方法确定航班间隔。1 9 9 5 年b 捌和m a h m a s s a n i 提出了人工智能和运筹 学混合算法，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【4 】；2 0 世纪9 0 年代，人们将人工神经网络和遗传算法等引入到交通优化问题 的求解中，1 9 9 5 年c h a k r o b o r t y 等人采用遗传算法求解调度问题，是求解简单的交通系 统优化问题的一种行之有效的方法1 5 】。总体来说，国外多运用运筹学的有关原理和方法， 通过对公交线网进行仿真，在既定的目标函数下进行线网的布设优化。后来，研究方向 主要在于常规的中、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、换乘站点布置等的研究。近几年来，国外发达国家在公交线网规划方 面的研究已进入了一个新的阶段，将公交的运营调度优化也纳入到线网规划中。 国内关于城市公交线网优化的研究开始于2 0 世纪8 0 年代。吴稼豪、李硕、夏伟民 3 第一章绪论 等全面的叙述了关于城市公交网络优化问题的模型和方法。杨兆升提出了在限制网络总 长的情况下，将公交o d 分配到出行路径上，使得客运工作量最小的方案。张启人等以 长沙市为例，对其公交线网优化问题进行了探讨，提出了以直达客流量最大为优化目标， 以线路长度、线路重复系数等做为约束条件的公交线网优化模型。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公交网 络的资金投入为目标函数，在满足车站容量限制的条件下，使目标函数最小化，以获得 公交线路的优化决策。唐利民等在分析上海市公交问题的基础上，提出了f l a p t 模型， 并以客流直达率最大为优化目标，进行网络布局优化。 国内在运力配置方面的研究较多，比较典型的有靳文舟【6 7 】进行的客运站运力优化、 运力组合配车等一系列的科研工作；王裂8 】通过随机变量模拟预测法提出了线路客运运 力需求预测及运力调控模型；高红丽 9 , 1 0 】在对高速公路客运运力影响因素充分分析的基 础上，给出了运力配置的基本步骤，并构建了确定高速公路单向运力投放规模的基本公 式，但未对运力结构的合理配置做出深入的探讨。 在公交调度和时刻表优化问题的研究方面，孙芙灵【1 1 】研究了公交调度中发车间隔的 确定方法；张飞舟【1 2 】、宴磊等【1 3 】、胡坚明等【1 4 】主要研究了在i t s 应用基础上，基于遗 传算法和b p 神经网络的动态或实时调度方法；牛学勤等 1 5 , 1 6 】、陈茜等【1 7 提出了以企业 满意度、乘客满意度为目标函数的发车频率优化模型；黄溅华等【1 8 】提出公交实时调度模 型及算法；李煜华等【1 9 】以一定的公交车辆和单一线路为假设条件，构造了在连续时间内 最小化乘客的总时刻表延误模型。 所有这些都为我们进一步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。近年来，我国各城市公共交通主管部门和公共交通企业对公交系统的优化都 非常重视，并把公交线路、站点、运力配置、调度管理等优化作为提高公交吸引力、增 加公交企业运营效益的有效措施。针对目前存在的各种问题，本文从公交线网优化和运 营管理优化两个方面进行公交网络优化的研究，提出优化方法及模型，并以延安市为例 对方法和模型的合理性以及实用性进行论证。 1 3 研究的主要内容 本文是对城市公共交通网络运营优化展开研究，主要研究内容有： 第一章：绪论本章简要概述论文的研究背景和意义，通过搜集国内外的研究现状， 找出目前城市公交存在的一些问题，本着“发现问题，解决问题 的思想，提出本文的 4 长安大学硕士学位论文 研究内容和目标，并在此基础上确定了论文的研究技术路线以及框架结构。 第二章：公交线网布局优化研究从公交站点、公交线路和公交线网三个层次进行 分析。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，按其功能对公交线路进行层次分析，将公交线路分为干线、次干线和支线， 并按其层次划分提出相应的优化方法。针对不同的公交线路层次提出不同的优化目标， 并以此目标为基础，分别对干线网络、次干线网络和支线网络确定相应的优化模型，从 而实现公交系统点一线一面的分层优化设置。 第三章：公交运营管理优化研究主要从公交运力配置、组织调度以及智能化调度 管理三个方面进行分析。通过深入分析影响运力配置的各种因素，确定合理配置的目标， 从运力装备结构和运力装备规模两个方面，提出公交运力合理配置的方法体系，同时通 过票制票价、发车时刻表以及司乘人员的调度管理达到整体的优化目标，建立发车频率 优化模型，确定公交调度的具体方法。 第四章：实例分析以延安市为例，在对其现状进行分析的基础上，根据本文提出 的优化方法及思路对现有公交线网进行合理的布局优化和组织管理，并对优化结果进行 简单的评价及调整，使其达到较为满意的效果。 第五章：总结与展望对本文的研究成果进行总结概括，指出优点与不足，同时对 后续工作进行展望，对需要进一步研究的问题提出意见和建议。 1 4 论文的思路和技术路线 基于以上分析，本论文的研究技术路线图如下图1 1 所示： 5 第一章绪论 确定研究目标现状调查与分析 第 上0 h - 章 查阅国内外文献公交客流预测 00 确定论文的研究内容和结构公交客流分配 1r 站点设置 卜 公交线网运营优化 一一 运力配置 公交线网布局优化公交运营管理优化 线路布设组织调度 ( 第一章) ( 第三章) 线网布局 智能管理 案例分析 ( 第四章) 一r 结论 ( 第五章) 1 5 小结 图1 1 技术路线图 本章首先提出了论文的研究背景和研究意义，分析了国内外的研究现状和所取得的 研究成果，并指出目前研究中存在的不足之处，提出了本文的主要研究内容、研究的基 本思路和技术路线。 6 长安大学硕士学位论文 第二章公交线网布局优化研究 我国大多数城市的公交线网都是自然形成的，这些公交线网都是在城市规模不断扩 大的同时，在原有基础上不断补充添加而成的【2 0 1 。实际上，随着经济的增长，土地利用 结构的不断变化，公交客流分布情况也在不断变化。仅仅通过扩大原有公交设施来扩大 公交规模的这种方法所形成的公交线网难以保证它的完善合理性。 城市公交线网优化主要是运用现代化的交通规划理论和现代计算机技术，在现有城 市道路系统及公交运力的基础上，通过对城市公交线网进行合理布局，对现有公交运力 进行优化配置，最大程度地发挥其最佳效益。公交线网优化是解决城市交通拥堵、乘车 难的一项投资少、见效快，易于实施的有效措施。本章从公交站点、公交线路和公交线 网三个层次进行分析，提出优化方法，实现公交系统点一线一面的分层优化设置。 2 1 公交站点的设置 公交站点是乘客与公交运输服务联系的最基本纽带，是实现公交服务的重要环节， 公交车辆必须在此停靠，以便对乘客进行服务，乘客也必须在此上下车以实现其出行的 目的。如果公交站点设置不当，轻则不能满足公交车辆停靠和上下客的要求，造成公交 车辆停靠混乱，重则会对公交系统外部的交通系统产生不良影响，甚至会成为路段交通 的瓶颈，不利于城市公共交通的发展。因此，公交站点的设置对于公交系统具有重要意 义。 图2 1 为公交吸引带与乘客到达、离开站点的示意图： 图2 1 公交0 吸引带与乘客到达、离开站点示意图 2 1 1 公交站点设置原则 公交站点主要包括中途站点和首末站，其中首末站是产生公交候选线路的基本条 件，中途站需在公交线路的起终点及走向确定以后才能确定其位置【2 1 1 。 7 第二章公交线网布局优化研究 1 公交首末站 公交首末站是线路上的公交车辆在开始和结束运营、等候调度以及下班后合理停放 的必要场所。它既是公交站点的组成部分，同时也具备车辆停放和小规模保养的用途。 公交首末站的设置应该考虑以下原则： 1 ) 公交首末站的设置应紧靠客流集散点并部分在道路客流主要方向的同侧，应与 城市道路网的建设及发展相协调； 2 ) 公交首末站宜选在人口比较集中、客流集散量较大且周围留有一定空地的位置， 如居住区、火车站、公园、码头、文化体育中心等，使大部分乘客处在以该站点为中心 的服务范围内( 通常服务半径为3 5 0 m ) ，最大距离不超过7 0 0 8 0 0 m ： 3 ) 首末站应按照其服务的公交线路所配运营车辆来确定规模大小。一般配车总数 ( 折算为标准车) 大于5 0 辆的应设置为大型站点；2 6 , - - 5 0 辆的设中型站点；小于2 6 辆 的设小型站点。 4 ) 公交首末站出入口道应设置在使用面积富余、服务水平良好的道路上，尽量避 免靠近平交口，必要时可在出入口设置信号控制，以减少对周围道路交通的干扰。 2 公交车中途站点 中途站点规划一般在公交车辆的首末站及线路走向确定以后进行，规划原则为： 1 ) 中途站点应设置在公交线路沿途所经过的各主要客流集散点上； 2 ) 中途站点应沿街布置，站址应选择在能很好地完成车辆的停和行的地方； 3 ) 交叉口附近设置中途站点时，一般设在通过交叉口5 0 m 以外处，在大城市交通 较拥挤的主干路上，宜设在1 0 0 m 以外处； 4 ) 中途站点的站距受到乘客出行需求、公交车辆的运营管理、道路系统现状、交 叉口间距大小和安全等众多因素的影响，应合理选择，平均站距在5 0 0 , - - 6 0 0 m 之间，城 市中心区站距宜选择下限值，边缘地区和郊区的站距可选择上限值：对于百万人口以上 的特大城市，可大于上限值；不同的车辆类型和区域条件下站间距范围如表2 1 所示。 表2 1 国内各种公共交通系统的站距( m ) 公共交通系统市区线郊区线 公共汽车与电车 5 0 啦8 0 08 0 1 0 0 0 公共汽车大站快车 15 0 0 - 2 0 0 01 5 0 0 2 5 0 0 中运量快速m r t 交通 8 0 0 一10 0 01 0 0 6 - - l5 0 0 大运量快速m r t 交通 1 0 0 0 , - - 1 2 0 015 0 0 - - 2 0 0 0 8 长安大学硕士学位论文 2 1 2 公交起讫点的设置 当某一个交通小区高峰小时的总发生量或总吸引量大于某一设站标准时，则该小区 必须设置起讫点站【2 2 】。 一个交通区发生或吸引的乘客量，一般都由经过该交通区的公交线路中途站点所运 送。当该交通区高峰小时的公交发生量或吸引量大于该交通区内线路中途站点的运载能 力时，仅靠中途站点则无法运载这些发生量或吸引量，那么在该交通区内必须设置线路 的起讫点站，以提升线路的运载能力。因此，可取中途站点的运载能力作为设置起讫点 的标准，当某交通区的发生量或吸引量超过该值时，需要设置起讫点站。 一个中途站点的运载能力为： c o = 曰6 0 乃 ( 2 1 ) 式中：c 0 一个中途站点的载运能力( 人次高峰小时) ； 召高峰小时平均每车从中途站点搭乘的乘客数； 乙高峰小时发车间隔，2 5 m i n 。 例如：假设城市高峰小时单向一个中间站点的每车上( 下) 乘客数平均为1 5 人， 一个中间站点双向的上下乘客数则为3 0 人，即一个中间站点在高峰小时能送走3 0 人或 运进3 0 人，即b = 3 0 人。考虑一定的服务水平储备，建议取b = 2 0 人，故c o = 2 4 0 q 5 0 0 人次高峰小时，则交通小区的中间站点的总运载能力( 或设站标准) 为： c ( f ) = c o ( f ) ( 2 2 ) 式中：c ( f ) 交通小区f 的中途站点的载运能力； ( f ) 交通小区f 的中途站点的总个数。 交通小区内中途站点的个数n ( 0 可根据公交线网密度和各交通小区的出行量的相 对大小确定，全规划区的站点总数为g n o = p x s d ( 2 3 ) 式中：0 全规划区站点总数； p 全规划区公交线网平均密度( k m k m 2 ) ； s 全规划区面积( k m 2 ) ： 历- 全规划区平均站点间距( 虹) 。 公交线路的各站点在规划区域内及各交通区内并不是均匀分布的，应视各交通区的 9 第二章公交线网布局优化研究 出行量大小、交通区性质、交通区面积大小及线路布设情况而定。在公交线路还没有确 定前，可根据以下三种方法确定各交通区的公交线路站点个数： 1 按出行量的相对大小设站： n ( i ) = n ou t ( i ) t ( 2 4 ) 式中：丁( f ) 交通小区i 的总公交乘客发生量或吸引量； 丁全规划区的总公交乘客发生量和吸引量。 丁= r ( f ) ，其中，以- 全规划区的交通小区总数。 i = i 2 按区域面积及密度设站： ( f ) = p ( i ) x d ( f ) s ( f ) ( 2 5 ) 式中：p ( f ) 一一交通小区f 的路网密度，市中心区可取4 5 k m l 锄2 ，近郊地区可取 2 3 k m k m 2 ，一般地区可取3 - 4 k m k m 2 。 s ( f ) 一一交通小区f 平均运距，市中心区可取o 枷5 k m 。近郊地区可取 0 6 - 4 ) 8 k m ，一般地区可取o 5 o 6 k m 。 d ( f ) 交通小区f 的面积( k i n 2 ) 。 按上式求得各交通小区站点个数后，若各交通小区的站点个数总和( ) 不等于 全规划区的站点总数o ，则按照下式对其进行修正： 奠 n ( i ) = n o x e ( i ) ( ) ，l l 式中：( f ) 交通小区i 修正后的站点个数。 ( 2 6 ) 3 按实际要求设站： 对于某些特殊地区，如车站、风景区、码头、居民生活小区等，为了满足乘客的出 行需求，方便附近居民生活，即使总发生( 吸引) 量暂未达到设站要求，也可考虑设站。 一个起讫站点的运载能力为： c d d = 6 0 x r x r ( t k o ) ( 2 7 ) 式中：c 矗个起讫站点运载能力( 人次高峰小时) ； 尺公交车额定载客数，铰接车为1 2 9 人，单节车为7 2 人； ，高峰小时满载率，一般取，卸8 5 ； 1 0 长安大学硕士学位论文 t 高峰小时发车间隔； k 线路上最大断面流量与起点( 终点) 断面流量之比，一般情况下取1 5 2 0 ， 其具体的值应根据城市现状而定。 可见，一个起讫站点的运载能力为8 0 0 - - 2 0 0 0 人次高峰小时( 铰链车) 或5 0 0 - - 1 2 0 0 人次高峰小时( 单节车) 。 若某交通小区f 的总发生量( 或总吸引量) t ( i ) 超过它的中途站点的运载能力，其 超过量为a t ( i ) ，a t ( i ) = r ( i ) - c ( i ) ，则当( k - o 5 ) c o d a t ( i ) ( k + o 5 ) c d d 时，该交 通小区该设k 个站点。 2 1 3 公交中途站点的设置 对公交中途站点的设置主要是研究中途站点的间距。一般而言，较长的间距可提高 公交车的平均运营速度，并且减少乘客因停车造成的不适，但会增大乘客从出行起点( 终 点) 到上( 下) 车站的步行距离，并给换乘出行带来不便；站间距减小则反之。最优站 间距规划的目标是使所有乘客的总出行时间最小，如图2 2 所示。 最优站i 脚距平站丑j 距 图2 2 乘客出行时间与站距的基本关系图 公交线路站间距的优化主要考虑乘客总出行时间，并与车辆性能和运营要求有关。 对于大容量捷运交通( m r t ) 系统，站点的造价也是一个重要的影响因素。同时，进行 车站间距优化还应考虑站间距对出行需求的影响和各种客运方式之间的整体协调。从长 期的影响来看，大的站间距会减少短途的出行量，但会吸引长距离出行。 下面研究在一条公交线路上，满足所有乘客出行时间最小的站间距职的求解问题。 1 最优站距目标函数 第二章公交线网布局优化研究 公交中途站点最优站距的求解是以最小化线路上乘客总出行时间l 最小为目标，模 型可表达为 r n i n l = z r ( 2 8 ) p 式中：l 线路上所有乘客的总出行时间( m i n ) ； 丁单个乘客的总出行时间( r a i n ) ； 尸线路上所有乘客的集合。 如考虑与站距有关的主要出行时间，则有 t = 五+ 互+ 五+ 五 ( 2 9 ) 式中：z 由出行起点到上车站的步行时间( m i n ) ； 正由下车站到出行终点的步行时间( m i n ) ； 瓦乘车过程中公交车的行驶时间( m i n ) ； 瓦乘车过程中公交车的停车时间( m i n ) 。 2 模型约束变量分析 ( 1 ) 公交车的行驶时间 公交车行驶时间可由下式表达： 五= ( 耳+ + 业等当 ( 2 1 0 ) k7 式中：k 公交车途中经过的车站个数； 乃乘客上、下车完成后，公交车司机的操作反应时间和车辆启动时间( s ) ； 车辆进出站受干扰的延误时间( s ) ，与道路交通状况、站点类型和使用 站点的路线数量有关； d 。公交线路的站间距( m ) ； l 车辆加速达到正常行驶速度所需驶过的距离( m ) ； 三d 车辆由正常行驶速度减速至静止所需驶过的距离( m ) ； 公交车的正常行驶速度( m s ) ； ( 2 ) 公交车的停车时间 公交车的停车时间z 受乘客上、下车人数和乘客上、下车时间的影响较大，计算公 式可表达为 1 2 长安大学硕士学位论文 互= 丁u + 丁。= p 只u + 于d 只d ( 2 1 1 ) i = ni = n 式中：，、产一个乘客的上、下车时间( m i n ) ； 甲、霉d 站点f 上、下车人数( 人) ； 刀、m 乘客出行起点、终点站，m 疗： 尹、于d 乘客上、下车的平均时间( m i n ) ，与站台高低、车门大小、售票方 式等有关，取值可参见表2 2 和表2 3 。 表2 2 典型的上下车时间1 上下车站台条件售票方式上车时间( s ) ( 每通道乘客) 站台入口处售票 1 0 高站台 站台出口处售票2 0 单个硬币或代用券 3 o 上车 多硬币 4 o 低站台 预付车费，上车时检票4 0 6 0 上车买票 6 0 8 0 车门处不检票 1 o 高站台 下车车门处检票 1 7 低站台检票或办理转车手续 2 5 _ 4 o 表2 3 多车门上下车时间统计值乜1 1 车门数( 上下车)每乘客上下车时间( s ) 1 个车门 1 5 2 个车门 o 9 3 个车门 0 7 3 乘客n 离站时间 设乘客按出行时间最小选取上、下车站，参见图2 3 。 口鱼 竺竺止竺! 兰! 口 路线冀点。，：1 ：0 1 路线终点旦l ! ：扣+ 轴，4 与4 “ 图2 3 乘客的上、下车站示意图 1 3 第二章公交线网布局优化研究 则乘客到、离公交站点的最短出行时l 司为 互一( 等，毒毋+ 半 旺 五一b 等毋+ 半 旺 式中：五、互乘客到、离公交站点的最短出行时间( s ) ； x 乘客出行起点到站点刀的距离( m ) ； j ，乘客出行终点到站点m 的距离( m ) ； 乘客的步行速度( m s ) ； ，l ，刀+ 1 与乘客出行起点相邻的连续两公交站点序列； 聊，掰+ 1 与乘客出行终点相邻的连续两公交站点序列，m n + l 。 4 总时间计算 总时间可记作乘客到、离公交站点时间与公交车行驶时间之和，表达式为 卜曲( 等，毒毋+ 半l “ j + c 所一刀一，( 耳+ + 兰半 c 2 4 ， + m i n yt d s - y 毋+ 半) 5 决策变量d s 的约束条件 实际计算中，公交站点间距有上下限的约束： d s 痂d s d s 觚 其中，考虑乘客到公交站点的最大容忍步行距离，令 d s 一= 2 匙 ( 2 1 5 ) 式中：b 公交中途站点的服务半径( m ) 。 另外，站距不应小于车辆加速达到正常运行速度再减速至停止所需的最小行驶距 离，如假定加速度与减速度相同，则b 血可表达为 d s 曲= ( a + 乃+ ) ( 2 1 6 ) 式中：口加速度( m s 2 ) ，设车辆尽快地加速，但要考虑站立乘客的安全与舒适的要 1 4 长安大学硕士学位论文 求，通常有a 1 5 2 m s 2 。 2 2 公交线路的布设 2 2 1 公交线路布设原则 公交线路系统非常复杂，其优化具有一定的难度，影响因素也比较多，但仍有其必 须遵循的原则，主要包括以下几个方面： 1 线路以满足沿线居民日常上班、上学等出行活动为主，兼顾文化、生活出行的需 求； 2 线路走向尽量与城市客流走向保持一致，以方便城市居民的乘车出行； 3 线路分布要均匀，尽可能消除公交空白区； 4 考虑不同功能层次的公交线路间的层次性和衔接性，协调各层次公交线路间的客 流集散能力。主干线尽量按最短路径布设，保证直达，次干线换乘次数不超过l ，支线 换乘次数不超过2 ，尽量使整个服务区内乘客换乘次数和线路所经过的站点数最少； 5 尽可能减少既有线路调整的幅度，尊重居民多年来形成的乘车习惯。 2 2 2 公交线路布设思路 本文通过线路功能层次分析，对公交线路进行定量和定性分析，明确布设原则，选 取合适的布设方式，结合既有线路优化调整方法和新增线路布设方法来合理优化公交线 路，具体思路见图2 4 所示。 2 2 3 公交线路功能层次分析 1 线路功能层次特性概述 城市公交线网主要负责把客流从一个地方运送到另一个地方，每名乘客的乘行距离 不同，出行目的也不相同。因此，不同的居民对公交线路的要求是不同的，主要体现在 速度、运力、便利性等各方面。根据对城市公交线路客流特征和公交出行服务水平的调 查，参照道路划分标准，将公交线路划分为公交干线、公交次干线和公交支线3 个层次。 i ) 公交干线 公交干线如同道路网中的主干路，是公交网络中的骨架性线路，主要为城市客流走 廊服务。公交干线以快速路和主干路为载体，具有速度快、运力大等特点，为交通性公 交线路，主要采用的线路形式有两端在市区边缘穿过市中心繁华地区的直径线和市中心 1 5 第二章公交线网布局优化研究 图2 4 公交线路优化思路流程图 外围的环形线两种。 2 ) 公交次干线 公交次干线如同道路网中的次干路，是公交线网中的重点运输线路，具有以下两方 面的作用：一方面作为公交干线的辅助线路，帮助公交干线满足客流走廊的需求；第二 方面联系周围客流量较大的公交枢纽，作为公交干线往周围地区发散的辐射线路，提高 公交线路的服务半径。公交次干线以主干路和次干路为载体，运行速度一般，运力较大， 主要采用的线路形式有连接市中心与市区边缘的半径线和交通大区间联系的区际联络 线。 3 ) 公交支线 公交支线如同道路网中的支路，作为公交线网中的重点辐射线路，起着提高公交线 网覆盖面积的作用，主要对市区道路条件较差的老居民小区以及郊区的各行政村起到服 务作用，基本为区内公交线路，联系区内各个公交枢纽。公交支线的载体为各种类型的 道路，运行速度较慢，主要采用辐射线的形式。 1 6 长安大学硕士学位论文 不同功能层次的公交线路的结构特点见图2 5 ，主要特征见表2 4 ： 图2 5 公交线路层次结构示意图 表2 4 不同功能层次的公交线路的主要特征表 公交干线公交次干线公交支线 运行道路城市快速路、主干道城市主干道、次干道各种道路 线路形状 弯曲少、迂回少允许适量的弯曲和迂回允许弯曲和迂回 站距 = 8 0 0 m5 0 0 8 0 0 m 5 0 0 m 左右 运营车辆容量大，舒适性高，车速高一般为车长7 l o m 的标准车多种车型混合 运行平均车速 = 2 5 k m h2 0 k m h 左右 2 0 0 万6 02 51 8 - 2 01 52 51 8 - 2 01 5 大城市1 0 0 2 0 0 万 5 0 2 51 8 - 2 01 52 01 5 一1 71 2 1 0 0 万 4 02 51 8 2 01 51 71 2 - 1 3 1 0 中等城市3 51 81 0 小城市 2 51 87 注：由于中小城市公交线网的规模较小，不建议采用层次结构的公交线网。 ( 2 ) 起终点 路线的起终点可以在线路确定前先确定，也可以选出起终点的可行集，纳入路线搜 索的过程中。线路优化中考虑的场站限制条件主要是首末站的位置与用地规模。 ( 4 ) 线路客运能力瞳3 1 c = ( 书小 眨 式中：c 某一条公交线路的容量( 人) ； f 计算的运营时段( r a i n ) ； x 平均行车间隔( m i n ) ； y 该线路运营车辆的额定定员( 单节车：7 2 人辆，铰接车：1 2 9 人辆) ； ，车辆满载率( 高峰小时取0 8 5 ) ； 口不换乘比。 公交线路的单向客运能力与车辆的载客能力、站点的型式和通过能力、发车频率、 道路形状及交通条件、客流分布等因素有关。各因素的影响相当复杂，可在线路线网规 划中采用经验值进行计算。 ( 5 ) 站点中转量船1 王炜提出单线客运能力的表示公式