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公共交通枢纽站线路与停车位优化配置研究 摘要 公交枢纽是公交线路之间、公共交通与其它交通方式之间客 运转换换乘相对集中的场所，有多条公交线路通过，也有多条公 交线路由枢纽站始发、终到。公交枢纽的效率关系到公交运营的 效益和乘客换乘的便利。 以往对公交枢纽站的研究主要集中在公交枢纽的选址优化、 大容量公交系统的接运枢纽规划等问题上。而对公交枢纽内部的 公交线路布局，特别是在用地紧张地情况下，如何对始发、终到 线路集中设置的枢纽站，合理配置线路的停车车位还没有进行深 入研究，现场对公交枢纽站的线路与车位的配置几乎都是凭经验 分配，缺乏理论的指导，如配置不合理，就会导致线路车位忙闲 不均，影响枢纽站的效率。 本文对始发线路集中设置的公交枢纽站，合理配置线路的停 车位进行了研究。应用最优化理论与方法解决公交枢纽站线路与 停车位的合理配置，针对公交枢纽站线路与停车位的问题特性建 立了数学模型，给出了模型的求解算法，并且根据求解算法，编 写了程序。结合北京西客站公交枢纽站的线路与停车位配置的案 例进行了分析，提出了该枢纽站线路与停车位的优化配置结果。 有助于减少公交枢纽站线路车位忙闲不均的问题，提高公交枢纽 站的效率。 关键词：交通运输规划与管理；公交枢纽站站内优化 0 - i 整数规划：线路与停车位 未经作者、导师i 司意 勿全文公布 公共变通枢纽站线路与停车位优化配置研究 a b s t r a c t t h eb u sh u bi sar e l a t i v e l yc o n c e n t r a t e dl o c a t i o nw i t ht h e i a n s f o ro fp a s s e n g e rt r a n s p o r t a m o n gd i f i e r e n tb u s - l i n e s ，p u b l i c t r a n s p o r ta n do t h e rt r a f f i cm o d e s t h e r ea r em a n yb u s l i n e sg e t t i n g a c r o s si n 血eb u sh u bw h i c hi sa l s ot h es t a r ta n dt h ee n do fs o m el i n e s t h ee f f i c i e n c yo fb u sh u bg r e a t l yi n f l u e n c e st h ep r o f i to ft h ep u b i i c t r a n s p o r tm a n a g e m e n t a n dt h ec o n v e n i e n c e o f p a s s e n g e r s t r a n s f e r a n c i e n t l y , t h es t u d yo ft h e b u sh u bm o s t l yf o c u s e do nt h e o p t i m i z i n g o fs e l e c t i n g l o c a t i o n ，t h eh u bp r o g r a m m i n go fl a r g e c a p a c i t yp u b l i ct r a n s p o r ts y s t e m ，w h i l et h e r ei sn od e e p l yr e s e a r c ho n t h eb u s l i n e sc o m p o s i t i o ni n s i d eo ft h eh u b e s p e c i a l l yw h e n l a c k i n g o ft h el a n d 。也e r ea r em a n y p m b l e m si n c l u d i n gh o w t oc o n c e n t r a t e d l y s e tt h eh u bf o rt h es t a r ta n de n dl i n e sa n d r a t i o n a l l ys c h e m et h es t o p p o s i t i o n i np r a c t i c e ，t h ea s s i g n m e n tr e l y so nt h ee x p e r i e n c e sl a c k i n g o f t h e t h e o r yd i r e c t i o n , a n dt h eu u r e a s o n a b l es c h e m ew i l lr e s u l ti nt h e u n e q u a lo f t h eu s i n gt i m eo f p a r k i n gp o s i t i o n ，w h i c hw i l la f f e c t st h e e 茄c i e n c yo f t h eh u b 1 1 1 j sp a p e rs t u d i 嚣o nt h ep u b l i ct r a n s p o r th u bj nc o n c e n t r a t e d d i s t r i b u t i o ni nd e p a r t u r e l i n e sa n do p t i m a la s s i g n m e n t1 i n e so ft h e p a r k i n gp o s i t i o n 0 p t i m i z a t i o nt h e o r ya n dm e t h o da r e a p p l i e d t o s o l v et h eo p t i m a la s s i g n m e n to ft h ed e p a r t u r el i n e sa n d p a r k i n gs p a c e i nt l l eb u sh u b m a t h e m a t i c sm o d e li ss e tu da i m e da tt h es p e c i a l t yo f t h e p r o b l e m w i 也a n a l y z i n gt h e c a s e o f 垦西i 娶g ：b u s h u bt h e f e a s i b i l i t y o ft h em o d e li s p r o v e d m o r e o v e r , a c c o r d i n g t ot h e a r i t h m e t i cb a s e do nt h em o d e l ，a na p p l y i n gp r o g r a mi sr e a l i z e da n d f i n a l l yao p t i m i z i n ga s s i g n i n gr e s u l to fd e p a r t u r e - l i n e sa n dp a r k i n g p o s i t i o ni sg a i n e d t h i sr e s e a r c hi sh e l p 削t os o l v et h ep r o b l e mo ft h e u n r e a s o n a b l ea s s i g n m e n to ft h eb u s l i n e sa n d p a r k i n gp o s i t i o ni nt h e b u sh u ba n dt oe n h a n c ei t se f r i c i e n c y k e y w o r d s ：t r a n s p o r tp l a n n i n ga n dm a n a g e m e n t ； b u s h u b o p t i m i z a t i o n ；o - 1i n t e g e rp r o g r a m m i n g ； d e p a r t u r el i n ea n dp a r k i n gp o s i t i o n 2 公共交通枢纽站线路与停车位优化配置研究 1 绪论 1 1 论文的选题背景 社会的发展使人们逐渐加重时间价值。现代出行时间观念的 变化促使人们对换乘条件的要求不断提高。而公交线路网的延伸 与加密，交通方式的多元化发展，又使换乘问题变得日趋重要。 在复杂的多元化的交通运输网络中，枢纽则起着举足轻重的作用 川。 公交枢纽是公交线路之间、公共交通与其它交通方式之间客 运转换相对集中的场所，有多条公交线路通过，也有多条公交线 路由枢纽站始发、终到。公交枢纽的效率关系到公交运营的效益 和乘客换乘的便利。以往对公交枢纽站的研究主要集中在公交枢 纽的选址优化、大容量公交系统的接运枢纽规划等问题上【2 】，而 对公交枢纽内部的公交线路布局，特别是在用地紧张情况下，如 何对始发、终到线路集中设置的枢纽站，台理配置线路的停车车 位还没有进行深入研究，现场对公交枢纽站线路与车位的配置几 乎都是凭经验分配，缺乏理论的指导；如配置不合理，就会导致 线路车位忙闲不均，影响枢纽站的效率。 目前城市交通资源环境压力不断加大，特别是枢纽站作为各 种交通方式的节点，人流、车流高度汇集，往往是城市交通流的 瓶颈。其土地资源有限，所以必须充分利用公共汽车枢纽站寸土 寸金的土地资源。从目前公共汽车枢纽站的现状不难看出，有的 车道线路多，停车时间短，车辆运转快，土地利用率高；而有的 6 公共交通枢纽站线路与停车位优化配置研究 车道线路少，停车时间长，车辆运转慢，土地利用率低。进行线 路与停车位的优化配置研究，就是要本着物尽其用的原则，提高 公交枢纽站停车位的使用效率。 从北京市规划部门获悉，为了改善城市交通环境，办好奥运 会，北京市除已开工的西直门、东直门、动物园公交枢纽工程外， 还将在六里桥、西客站南广场、望京、一亩园、四惠桥新建、改 扩建五座公共交通枢纽。其中六里桥代替了以前规划中的菜户营。 有关专家表示，这是为了更好地利用现有资源，避免重复建设。 交通枢纽从功能上划分为两大类，一种为大型综合性客运交通枢 纽，如己开工的西直门、东直门交通枢纽，规划中的还有六里桥、 四惠和西客站。它们集中了公共电汽车、长途车、火车、城市轻 轨列车等多种载客形式，主要解决带有大的方向性和跨区域的导 乘问题。另一种为单一换乘形式的交通枢纽，主要解决市区地面 客流的导乘问题，如动物园、望京和一亩园交通枢纽等。目前本 市的常住人口已达到1 2 0 0 多万人。人口的急剧膨胀，使城市交通 面l 临巨大的压力。特别是在交通线路较为集中的地方，地面人多， 客流集散特点突出，给换乘管理、交通运营带来很多问题。在主 要交通流量集散地建设一批交通枢纽，既可以改善交通秩序，实 现对客流的有序组织、引导，同时还能缓解交通压力。北京规划 建设八大枢纽，使得本论文的研究具有广泛的应用前景。 大力优先发展公共交通是缓解大城市交通拥挤的根本出路， 这已成为世界各国的共识，然而目前中国城市公交系统的现状十 分严峻，存在的问题还很多。尽管公交枢纽站始发线路与停车位 的优化配制研究只是其中的一个细节，但却关系着公交车的运营 速度、公交系统的效率和服务质量等重要方面，同时线路与停车 公共交通枢纽站线路与停车位优化配置研究 位配置合理与否，还直接影响到枢纽站的正常行车秩序。因此， 在研究处理城市公交系统的问题时，必须抓住公交系统中的每一 个环节，将其不断改进完善，这样才能使中国城市公交系统的状 况在短时间内获得明显的改观。 本论文基于上述背景情况，通过对现状的系统分析，运用最 优化理论与方法，建立数学规划模型，解决线路、车位和多条到 发线间的合理配置问题，目的是提高公交枢纽站场站及运营车辆 的利用率，提高公交枢纽站运营调度管理系统的效率。为公共汽 车枢纽站运营调度管理系统改造和新建方案的实施提供技术支持 和可靠的理论依据。 1 2 论文的研究内容及目标 1 2 1 论文的研究内容 本论文研究的主要内容分为以下六部分： 第一部分主要论述了本论文的选题背景，分析了进行本研究 的必要性，给出了本论文的研究方法、研究目标及意义。 第二部分主要论述了目前国内外公交枢纽的研究状况，公交 枢纽站的作用和意义，以及枢纽站内线路与停车位的分配现状， 为下一步的研究做好准备。 第三部分主要是根据所研究的实际问题，建立数学模型，模 型是专门针对本研究的问题而建立的，具有实用价值。这部分还 着重介绍了与本研究有关的规划理论方面的基本知识，这些理论 是建立本模型的基础。分别建立了考虑分公司因素和不考虑分公 司因素的两种线路与停车位的优化配置模型。 第四部分是模型参数及算法，对模型的参数进行了分析，根 8 公共志迎柘绷站线路j 停下优化酣置研究 据模型提出了算法。 第五部分是计算机对公交枢纽站始发线路与停车位优化分配 系统的实现，介绍了编程语言和数据库平台的选择，程序的总体 分析和设计，数据库系统的设计。 第六部分是案例分析，根据北京西客站公交枢纽的特有状况， 可以简化上述模型，建立符合实际情况的o - 1 整数规划模型，文 中给出了不同的求解的算法，进行求解：本文最终依据枢纽站的 实际情况，针对建立的数学模型，自己编写了解题算法，运用v c + + 语言编写程序，并从数据库中读取数据，利用计算机进行运算， 得到结果，对结果进行了分析。 】2 2 论文的研究目标 本文将通过对公交枢纽站始发线路与停车位合理配置研究， 实现如下目标：通过建立数学模型，利用计算机，实现枢纽站始 发线路与停车位的合理配置。 合理配置研究包括两方面内容：一是不考虑分公司因素的线 路与停车位的优化配置，实现了枢纽站停车位合理使用的整体优 化；_ 是考虑分公司冈紊的线路与停车位配置，一个分公司的线 路集中停放，有利于加强管理，按分公司实现了枢纽站停车位合 理使用的影e 化。 通过该研究为动物园、东直1 3 、西直f 等枢纽站建设做好技 术储备，为城市i t s 的公共汽车枢纽建设打下良好基础，为奥运 服务。 q 公共交通枢纽站线路与停车位优化配置研究 1 3 论文采用的技术路线和研究手段 1 3 1 论文采用的技术路线 以北京西客站公交枢纽始发线路与停车位的现状作为研究背 景，提出问题。在明确了研究的目标以及与问题有关的相关因素 之后，收集资料，整理数据，并且以数学的理论与方法作为基础， 建立与实际相符合的数学模型，进行案例分析，使理论研究能够 应用于实际，并且通过实践，可以进一步完善理论研究。然后给 出了模型的求解算法以及程序算法，利用计算机运算，得到最优 结果，并且对优化前后的分配方案进行了对比分析，验证优化分 配方案的合理性，在此基础上，提出推荐方案。论文对公交枢纽 站线路与车位分考虑分公司因素和不考虑分公司因素进行了研 究。研究的技术路线如图1 1 所示。 明确问题的相关因素 l 收集资料整理数据 i 建立数学模型 l l 用计算机实现模型求解 j 比较分析 j 推荐方案 图1 1 研究的技术路线 1 0 公共交通枢纽站线路与停车位优化配置研究 1 3 2 论文采用的研究手段 论文采用的研究手段主要是建立数学模型和利用计算机进行 运算。在现实生活中，对公交枢纽站始发线路与停车位的配置目 前是凭借经验进行的，往往配置不合理：本论文通过建立数学模 型来解决枢纽站内始发线路与停车位的配置问题，比凭借经验进 行研究，具有科学性、准确性、合理性的优势。对于模型的求解， 以往都是采用人工计算的方法进行求解运算，运用人工计算的方 法，容易出现错误，而且出现错误不易查找，如果模型规模比较 大，计算量非常大时，人工计算是不可能得到运算结果的：本文 通过计算机进行求解运算，充分利用计算机的强大运算功能，具 有准确、快速、方便等特点，易于调整的实现。 1 4 论文的创新之处 本论文的创新点如下： 1 在选题上有所创新。以往对公交枢纽站的研究主要集中在 公交枢纽的选址优化、大容量公交系统的接运枢纽规划等问题上， 而对公交枢纽内部的公交线路布局，特别是在用地紧张情况下， 如何对始发、终到线路集中设置的枢纽站，合理配置线路的停车 车位还没有进行深入研究，现场对公交枢纽站的线路与停车位的 配置几乎都是凭经验配置，缺乏理论的指导，由于配置不合理， 造成公交枢纽站内车流的混乱，进而造成公交枢纽站内人流的混 乱，最终形成公交枢纽站内人车混行，管理混乱的局面。通过本 论文的研究，能够实现公交枢纽站内始发线路与停车位的合理配 公共交通枢纽站线路与停车位优化配置研究 置，使车流有序化，为建立公共汽车枢纽站运营调度管理与乘客 信息服务系统提供技术上的支持。因此本论文在选题上具有现实 意义。 2 针对实际情况建立数学模型。本论文根据最优化理论与方 法，结合公交枢纽站的实际情况，建立了符合实际的数学模型， 解决了有待解决的实际问题。论文从o 1 整数规划着手，在深入 研究与分析实际状况的基础上，对要解决的实际问题所涉及的所 有有关方面进行了充分考虑后，建立了0 1 整数规划模型，该模 型确切的描述了所要解决的问题，具有实用价值。 3 计算机编制模型算法。针对建立的数学模型，结合西客站 公交枢纽站内的实际情况，编写了相应的解题算法，并且用v c 抖 语言编写了相应的程序算法，通过从数据库中读取数据，在v c + + 环境下运行程序，最终得出了模型的最优解。本论文的解题算法 以及程序算法根据模型和枢纽站的实际情况编写的，并且利用计 算机强大的运算功能，运算出了符合实际的最优解，使模型能够 真正地应用于实际。 4 结合北京西客站公交枢纽站实际，进行案例分析。以北京 西客站枢纽站为背景，进行模型和算法的应用分析，并对优化后 的公交枢纽站始发线路与停车位的分配方案与优化前的公交枢纽 站始发线路与停车位的分配方案进行了比较，通过比较分析，阐 明了优化分配方案提高了车场利用率、增强了车道的通行能力等。 5 结合公交运营管理的实际，提出按分公司管理公交线路与 停车位的优化配置方案，此优化配置结果有助于加强公交枢纽站 的管理，更具有实用性。 1 2 公共交通枢纽站线路与停车位优化配置研究 2 城市中的公交枢纽 2 。1 国内外研究现状 当前国内外关于城市公交枢纽的研究基本上集中在系统规 划、运营管理和技术应用三个方面。 在系统规划方面，大多数研究者都是结合城市经济发展状况 和交通发展状况，在研究城市整体综合交通发展规划的基础上， 引入公交枢纽规划的研究内容。也有少数专门研究公交枢纽规划 的文章。在这些专题性的研究文章中，文献 1 探讨了公交枢纽的 概念、功能要求、社会需求和社会效益等问题，文献 2 3 研究 了公交换乘系统的规划与布局，文献 4 研究了城市综合客运交通 体系评价指标的建立和量化问题，文献 5 6 对公交枢纽站总体 规划的线路选址问题进行研究，应用计算机程序来模拟分析大量 的实际系统，通过模拟分析的结果证明了从整体上对这种组合性 线路进行优化的可能性，并对不同的优化方法进行了比较。 在运营管理方面的研究重点主要集中在两个方面，一是从现 代企业管理理论出发，探讨公交枢纽站的组织模式、管理体制及 其融资问题”儿町。借助综合集成的系统方法论，建立起协同和虚拟 企业化的多种运输组织形式，在联合运输、开放的市场与条块分割 的运输组织管理之间建立起一个桥梁”3 。二是应用现有各种模型 和先进系统来解决车辆运行和公交枢纽站作业相关问题，使乘客 的换乘时间最小化，且前有基于时刻表的控制方法“”( s c h e d u l e c o n t r o l p o l i c i e s ) 和同步换乘站o ”( at i m e dt r a n s f e r t e r m i n a l ) 方面的研究：关于枢纽站作业，有人提出智能车站的概 公共交通枢纽站线路与停车位优化配置研究 念，即在枢纽站应用旅客车站智能管理系统”( i n t e l l i g e n t m a n a g e m e n ts y s t e mo fp a s s e n g e rs t a t i o n ，i m s o p s ) ，研究的目 的是方便乘客在枢纽站换乘。 在技术应用方面，主要是在公交运营系统规划、实施、运行 中，对高新技术应用的研究。这些应用研究既有单一形式应用的 研究，如车辆跟踪技术、车站信号技术、数据采集技术、计算机 辅助技术等等；也有集成应用的研究，比较常见的有智能交通系 统、地理信息系统和全球定位系统等等。技术应用于车辆运行的 研究比较多。 目前国内外关于公共汽车枢纽站内部设施合理布局的研究为 数不多，尤其是关于公交枢纽内部的公交线路布局，特别是在用 地紧张情况下，对始发、终到线路合理配置停车车位还没有进行 深入研究。但是公交枢纽站场是支撑城市公交生存发展的基础设 施，是城市公交正常运营、健康发展的必要条件，而目前我国大 部分城市公交枢纽站场用地严重不足，设施简陋，功能落后，管 理水平低，己成为制约我国城市公交事业发展的阻碍因素“。而 本文对于公交枢纽站始发线路与停车位优化分配的研究正是为了 提高枢纽站的利用率，提高管理水平，缓解枢纽站的拥堵问题， 从而有助于整个城市公交系统的正常运转，因此本文的研究是有 一定实际意义的。 2 2 公交枢纽 2 2 1 公交枢纽的定义 公共客运交通枢纽是指公交线路之间、公共交通与其它交通 方式之间客流转换相对集中的场所，对公交枢纽的合理布设、规 1 4 公共交通枢纽站线路与停车位优化配置研究 划是改善整个交通系统，从而提高运营效益和解决出行换乘问题 的重要步骤嘲。公共交通枢纽通常包括对外交通枢纽和市内交通 枢纽两种。 2 2 1 1 对外交通枢纽 对外交通枢纽是市内公共交通与实际交通的联系点，一般在 铁路客运站、长途汽车站、轮渡港口、港空港口和城市出入口道 路处。这类交通枢纽在城市中的位置相对比较确定。 2 2 1 2 市内交通枢纽 市内交通枢纽一般是城市区域内的集散点，如公共交通之间 或公共交通与其它交通方式之间的转换场所，如常规公交与大容 量捷运交通、自行车的换乘枢纽，多条公交线路汇集的交点等。 合理的公共客运交通枢纽规划对改善城市交通系统，提高运输效 益和解决出行换乘问题具有重要的意义。以往对公交枢纽站的规 划研究主要集中在枢纽选址和规模的确定等问题上，本文主要研 究枢纽站内始发线路与停车位的优化配置问题。 2 2 2 公交枢纽的作用和意义 交通是城市居民日常生活的重要需求。尤其是在今天，随着 我国经济的迅速发展，入们的交通需求在迅速膨胀，并且变得越 来越复杂。交通设簏的不足使城市交通成为制约城市经济发展的 瓶颈。目前，在我国的许多大城市，城市交通问题备受关注。 为改善交通，如拥堵堵塞，车行速度慢等，许多大城市纷纷 在进行城市道路的改造和建设，如有轨汽车，高架铁路，地铁、 b r t 等在内的公共交通的同时，积极关注各种交通方式的换乘问 l s 公共交通枢纽站线路与停车位优化配置研究 题。如，城际地铁与城市内的轨道交通，城市地铁与地面公交， 轨道交通之间，地面公交之间，轨道交通、地面公交与航空港或 客运码头的衔接等。 为了实现顺畅的交通流，协调不同交通方式共同完成城市交 通，交通枢纽是一个不可或缺的重要环节。为此，规划、建设以 及管理公交枢纽是城市交通体系建设中十分重要的任务之- - i 】。 2 2 2 1 公交枢纽的作用 通常认为，在城市交通体系中城市公交枢纽具有如下作用： 第一，公交枢纽是城市总体布局规划的重要的组成部分，连 接城市不同的功能区域，实现交通运输方式协调转换、保证生产 和生活的连续性。枢纽可大量疏导客流，调节城市客流的流量、 流向，为合理开发城市用地创造条件。 第二，为优化、调整公交线路提供必要条件，增强公交运营 线路的应变能力，提赢运营效率。合理协调公交线路之间的关系， 保证客运系统工作运转的连续性，充分发挥公交路网的效益。方 便乘客，提高服务水平。 第三，吸引客流、改善客运结构。我国大城市中自行车漉一 直难以控制，自行车出行在交通总出行中所占的比例过高。良好 的枢纽规划布局与设计则可望使自行车交通转向公共交通，这将 有利于对混合交通的治理。同时，合理的枢纽规划可促使多种交 通方式向公共交通转换，这将有利于减轻城市交通的压力，调节 各交通方式所承担的交通量。 第四，为合理开发利用城市用地创造有利条件。公交枢纽可 以充分利用地下和地上空间建设多层停车场、安排商业服务等建 1 6 公共交通枢纽站线路与停车位优化配置研究 设项目，既综合利用了城市土地，又为乘客和枢纽站附近的居民 提供综合性服务。 2 2 2 2 公交枢纽的意义“” 第一，公共交通优先的设施保证 公交枢纽是公交线路网的节点。公共交通在道路使用权上的 优先( 如开辟公交专用道和公交专用路，在路口配以公交优先的 信号系统) 是公交在“行”方面的优先，而公交枢纽则体现了公 交在“停”和“换乘”方面的优先。 公交换乘枢纽的建立，可以将多条线路或多种交通方式的汇 集点换乘活动在道路以外的空间解决，使乘客既能安全地换乘， 又能迅速地出入车站，同时，又能将车辆进出换乘枢纽对道路交 通的影响减少到最低限度。 公交枢纽是城市公共交通在运营上最重要的依托点，它对周 围地区产生强大的吸引力。因此，从长远来看，公交枢纽是形成 公交走廊的重要节点，进而形成一个更高水平的公交线路网。 第二，城市客运整体化的关键 整体化是城市客运交通的发展趋势。整体化的客运交通是一 种多模式、多层次、综合性的城市公共交通系统，它由轨道交通、 公共汽电车交通、小公共汽车和出租汽车组成。整体化的公交系 统要在运能上适应不同层次客运的需要，客观要求以公交枢纽为 中介，使各种交通方式在时空上合理搭配。整体化的公交系统运 营上的统一调度，运行时间的统一编排，衔接换乘的高效率，也 必须通过公交枢纽这个重要环节才能得以完成。 第三，优化城市布局的重要途径 1 7 公共交通枢纽站线路与停车位优化配置研究 交通可达性是影响城市空间布局的重要因素。各种不同的交 通方式形成具有各自特点的区位可达性分布，对应着一定的空间 分布形态。如果不同交通方式之间缺乏应有的衔接，各自区位可 达性的简单叠合不仅不能提高，反而有可能因相互影响而降低。 换乘枢纽通过协调各种交通方式，可以使各自的区位可达性得以 相互补充，使城市交通可达性普遍提高，同时，各区位之间的交 通可达性差异缩小。由此带动我国传统核心城市人口的疏解，激 活城市外围用地，诱导城市人口和就业的重新分布，促使城市空 间形态结构的优化。 第四，控制居民出行时耗的重要手段 在大城市中公交线路多达百条以上，居民难以掌握。若在城 市中设置若干个接近副中心的公交换乘枢纽站，就可以成为最好 的组织城市居民活动的地点。居民只要到达某几个换乘枢纽站后， 就能通过换乘，方便地到达全市各地。此外，在换乘枢纽站之间 可运行直达车或大站快车，缩短乘客的出行时耗。这样，大城市 的用地虽不断扩大，居民的出行时耗仍能被控制在规定的范围内。 第五，促进城市经济发展的重要因素 大型综合换乘枢纽站，也是车流经过最频繁、人流活动最集 中的地方，在其附近设置商业区或城市的副中心，可促使该地区 的房地产业大为增值，金融贸易得到很快发展。例如，天津公交 线路最密集、站点最集中的地区就是劝业场商贸区。 关于公交枢纽规划建设，国外有较多的成功经验。尽管发达 国家的公交枢纽因城市的地理位置、政治条件、经济条件、气候 条件及旅客特性等条件的不同而各具特色，但其共同特点是：布 局集中紧凑；多层次衔接，立体换乘：机械化设施完善；各种交 1 8 公共交通枢纽站线路，停车位优化配置删究 通分流互不干扰；标志清楚明显：换乘距离短，方便舒适；公 交枢纽内各种服务设施完善等等。这些都为我们提供了值得借鉴 的经验。 纵观我国的城市公交枢纽的规划建设，许多城市都不同程度 的存在规划工作不到位，枢纽布局和功能等方面缺乏科学的设计， 从而造成多种交通方式协调不畅、站点位罱不合理、乘客换乘次 数过多、乘客出行时间过长等问题。为此，需要积极借鉴各国的 成功经验，探索我国的城市公交枢纽规划建设的道路”】。 目前，城市公交枢纽占地严重不足，枢纽站内土地资源稀缺。 因此，应该科学的规划、有效的利用站内的土地资源，避免浪费 和空置。6 u 者是指低效利用，后者是指没有利用，无论是低效还 是利用不足，都是对稀缺资源的一种浪费”。目前，现有的公交 枢纽站内，始发线路与停车位的分配情况。不尽妞人意，由于缺 乏科学的理论指导，凭借经验对线路与停车位进行配置，造成站 内停车位闲忙不均，土地资源浪费；引起交通拥堵，资源利用率 低：并且导致人们出行时间资源的浪费。本文所进行的研究 始发线路与停车位的优化配置，就是为了要合理利用有限资源， 使站内车辆有序化，缓解交通拥挤，方便乘客，从而使整个枢纽 站内的车辆运行进入良性循环。 公共交通枢纽站线路j 停下位优化配置酬究 3 公交枢纽站线路与停车位合理配置的数学模型 3 1 相关数学知识“7 1 3 1 1 整数规划 在线性规划问题中，有些最优解可能是分数或小数，但对于 某些具体问题，常有要求解答必须是整数的情形( 称为整数解) 。 例如，所求解是机器的台数、完成工作的人数或装货的车数等， 分数或小数的解答就不合要求。为了满足整数解的要求，初看起 来，似乎只要把已得到的带有分数或小数的解经过“舍入化整” 就可以了，但这常常是不行的，因为化整后不见得是可行解，或 虽是可行解，但不一定是最优解。因此，对求最优化整数解的问 题，有必要另行研究。我们称这样的问题为整数规划( i n t e g e r p r o g r a m m i n g ) ，简称i p 。 3 1 2 0 1 整数规划 o 一1 型整数规划是整数规划中的特殊情形，它的变量x 仅取 值0 或】。这时r 称为o 一1 变量，或称二进制变量。 3 1 3 规划论 舰划论主要是研究对有限资源进行统一分配、全面安排、统 筹规划，以取得最大效果的一种数学理论。其研究的问题一般可 归纳为：( 1 ) 对一定数量的资源合理安排，以完成可能实现的最大 任务；( 2 ) 用尽可能少的资源，来完成给定的任务。规划论的作 用是，在满足既定的条件下，按照某一衡量指标，从各种可行方 案中寻求最优的方案，为科学决策提供可靠的依据。 2 0 公共交通枢纽站线路，停车位优化配置研究 舰划论在社会生活的各个领域都有着广泛应用。比如：能源、 交通、经济、管理、生产等等。尤其是在航空领域的应用，由于 航空业的特点和竞争的需要，最优化技术有若非常迫切和明显的 需求，反过来航空公司也成为最优化理论研究、方法设计和优化 软件的巨大市场。航空公司实际上己成为新的优化理论和新算法 的一个理想的试验场，其中最优化的一个最典型的应用领域是航 空公司的计划和控制系统。航空公司计划和控制系统是围绕航 班柬运作的。为了保持竞争优势，各航空公司的管理部门利用最 优化技术和不断进步的计算机网络技术来制定最佳的航班计划， 得到最优化的资源配备方案，并在复杂的运行控制中使用决策辅 助系统。利用优化技术建立符台实际问题的模型，采用更加有效 的算法，编制快速、好用的计算机软件。 在对公交枢纽站始发线路与停车位合理配置研究过程中，借 鉴了最优化理论在航空领域的应用成果，将0 1 整数规划模型应 用于城市公交枢纽站，以解决公交枢纽站公交线路与多条到发线 上停车位的合理分配问题，有利于枢纽站的统一管理，提高枢纽 站换乘效率。 本文就是借鉴了最优化理论在航空领域的应用成果，将0 1 整数规划模型应用于城市公交枢纽站，以解决公交枢纽站公交线 路与多条到发线上停车位的合理分配问题，为解决目前公交枢纽 站内停车混乱提供了行之有效的方法，有利于枢纽站的统一管理。 通过枢纽站内统一的信息化管理，可以解决枢纽站内人车混行， 客流无序、混乱的问题，确保乘客乘车安全，减少乘客换乘时间， 提高车辆运行速度，从而提高枢纽换乘效率。 公共交通枢纽站线路与停车位优化配置研究 3 2 公交枢纽站始发线路与停车位分析 3 2 1 相关性 我国公交线路始发站一般采用线路固定车位( 站牌) 停车， 由于枢纽用地的限制，使枢纽站一条跑道( 到发线) 长度有限， 在一个枢纽站内会有多条跑道供停车用；停车位的长度是根据线 路行驶车辆的车长确定的；因此根据车长每条跑道和枢纽总的停 车位是一定的。大城市的公交枢纽始发线路一般有十几条，甚至 几十条，各条线路的高峰小时断面流量不同，高峰时间也不一定 相同，由此导致不同线路的发车间隔和停站时间不同。不同线路 在一天内不同时段需要的停车位( 低峰抽车停靠车场) 是不一样 的，线路与停车位存在一个合理的配置关系，以避免在某时刻有 的线路分配的车位少，产生拥挤堵塞：而有的线路分配的线路多， 产生资源浪费。因此就需要根据公交线路的运营情况、行驶车辆 的长度等因素，将停车线上车位在各条公交线路合理地分配给不 同的线路。 研究是以枢纽站车场到发线长度可满足线路最大停车数需求 为前提的，即所有线路占用到发线的长度总和小于所有到发线的 长度总和。根据枢纽站的实际情况，优化目标不仅是要对现有始 发线路与停车位进行合理分配，而且要尽可能留出空余到发线以 各今后停放新增线路使用。 3 2 2 主要影响因素 公交枢纽站始发线路与停车位合理配置，应考虑的主要影响 因素有： 公菇交通枢纽站线路与停车位优化配置研究 ( 1 ) 各条线路的行驶的车型以及车型长度： ( 2 ) 枢纽站始发线路条数； ( 3 ) 枢纽站跑道( 到发线) 数量及每条到发线的长度； ( 4 ) 线路固定车位( 站牌) 停靠； ( 5 ) 一条线路只能停靠一条到发线上的车位，不得跨到发线设 置车位； ( 6 ) 一条到发线可停靠多条线路； ( 7 ) 每条线路占用到发线的长度。此长度根据各条线路发车时 间间隔以及停站时间来确定，从实际情况考虑，一条线路在某一 时段的发车间隔为两分钟，停站时间为三分钟，那么这条线路此 时至少需要两个停车位才能保证车辆的正常运转。 3 3 不考虑分公司因素线路与停车位优化配置数学模 型建立 不考虑分公司因素，公交枢纽站线路与车位集中管理，枢纽站 的停车位与线路的集中统一配置，不同分公司线路的车位可以相 邻，这种方式可以使车位长度得到更好的利用，但从加强管理角 度，分公司线路在一起管理，有利于相互间协调配合。 3 3 1 定义 ( 1 ) n ：线路的集合。即：共有n 条线路。 ( 2 ) m ：跑道( 到发线) 的集合。即：共有1 1 1 条到发线。 ( 3 ) i ：线路的下标。 ( 4 ) j ：到发线的下标。 ( 5 ) ，：各条到发线的长度，j = 1 , 2 ，1 i 1 。 公共交通枢纽站线路0 停下位优化配置研究 ( 6 ) c ，：各条线路占用到发线的长度，i 1 ，2 ，n 。 ( 7 ) x 。：第i 路公交车停在第j 到发线为i ，否则为0 。 ( 8 ) k ：用来停放新增线路的到发线的条数。 3 3 。2 数学模型 根据以上讨论，建立公交枢纽站线路与车位集中配置管理模 式的数学模型| ：| 7 】踟【1 9 1 如下： m i n z = ( ，一c ，x 6 ) 吖。 ， 勤= 1 b sc + a x ，= o 或1 3 3 3 模型说明 ( ，= 1 2 ，m k ) ( i = 1 2 ，”) ( ，= 1 2 ，m k ) ( i = 1 , 2 ，一， ；，= 1 , 2 ，一卅一女) ( 1 ) ( 2 ) ( 3 ) ( 4 ) ( 1 ) 目标函数为：每条到发线的长度减去每条到发线被线路车 辆占用的长度，所得的剩余长度的总和最小。约束条件( 1 ) 保证了 目标函数罩括号中的值大于零。 ( 2 ) 约束条件( 1 ) 保证了所有进入第j ( j m ) 到发线的线路，占 用停车位的长度的总和不超过第j 条到发线的长度。 ( 3 ) 约束条件( 2 ) ，是要求每一条线路只能进一条到发线。 公共交通枢纽站线路，停车位优化配置研究 ( 4 ) 在约束条件( 3 ) 中，e = 嘲，表示昔的整数部分；而为了使 五所在的约束条件起到一定作用，一般可取五为2 。 ( j ) 约束条件( 3 ) 对于进入第j 条到发线的所有线路的个数给予 了最大范围的限制。 ( 6 ) 约束条件( 4 ) 表示x ，为0 1 值变量，用来决定每个车道都分 配了哪些线路。 ( 7 ) 模型中k 值的确定。若mk 条到发线的长度总和小于所有 线路占用到发线的长度总和，并且m k + l 条到发线的长度总和大 于所有线路占用到发线