（交通运输规划与管理专业论文）城市轨道线网形成期公交线路调整方法研究.pdf

摘要 摘要 在公共交通系统中，城市轨道交通以其大容量、高速度、准时和高效的优势 占据了城市客运交通的主导地位。随着轨道交通网络的形成，对常规公交线路带 来的冲击已不容忽视，因此围绕城市轨道交通调整常规公交线网的布局己经成为 当前城市公共交通发展的客观需要。本文主要从以下几个方面对配合城市轨道交 通的常规公交线网调整进行研究： 在轨道线路开通后，对公交乘客的出行方式转移和公交线路客流量变化情况 进行分析研究。基于公交乘客出行行为、出行方式影响因素和r p 调查数据，确定 常规公交和轨道交通的方式选择的效用函数，建立轨道与常规公交的竞争模型。 在v i s u m 中建模，进行客流分配计算，分析常规线路客流量变化情况，为公交线 路调整提供依据。以轨道6 号线公交客运走廊的客流分析为例进行说明。 提出配合轨道线路的公交线路线路调整的原则、研究思路和调整方法。将聚 类分析应用于公交线路的评价与诊断，综合考虑轨道线路开通前后两个阶段和线 路结构、运营效率两个方面的多个因子，对聚类结果进行解释对应到线路调整集 合。以轨道6 号线公交客运走廊的线路调整为例进行说明。 分析轨道交通对公共交通客运出行结构的影响，运用生态位分析轨道交通与 常规公交的微观竞争，提出轨道交通与常规公交的生态位竞争策略及轨道发展不 同阶段的常规公交调整策略。并以轨道6 号线客运走廊的公交调整策略为例进行 说明。 关键词：线网调整竞争模型客流量变化调整策略 i v 摘要 a b s t r a c t i nt h ep u b l i ct r a n s p o r ts y s t e m ，u r b a nr a i lt r a n s i tw i t hi t sl a r g ec a p a c i t y , h i g hs p e e d ， p u n c t u a l i t ya n de f f i c i e n c ya d v a n t a g e st oo c c u p yt h ed o m i n a n tp o s i t i o no fu r b a n p a s s e n g e rt r a f f i c w i t ht h ed e v e l o p m e n to fr a i l w a yt r a n s p o r t a t i o nn e t w o r k ，t h ei m p a c t t oc o n v e n t i o n a lb u sl i n e sc a nn o tb ei g n o r e ，s oi ti su r g e n tt oa d j u s tt h el a y o u to f c o n v e n t i o n a lb u sr o u t en e t w o r k a c c o r d i n gt or a i l w a yn e t w o r kf o rb e r e r u r b a n d e v e l o p m e n t t h i sa r t i c l es t u d i e df r o mt h ef o l l o w i n ga s p e c t so nt h em e t h o do f a d j u s t i n gc o n v e n t i o n mb u sr o u t en e t w o r kd u r i n gt h ef o r m a t i o no fu r b a nr a i l w a y n e t w o r k ： a f t e rt h eo p e r a t i o no fr a i l w a y ，a n a l y z et h es h i f to fb u sp a s s e n g e ra n df l o w c h a n g e si nb u sl i n e s b a s e do nb u sp a s s e n g e r st r a v e lc h a r a c t e r i s t i c s i n f l u e n t i a lf a c t o r s w h i c he f f e c ts e l e c t i o no fm o d e ，d e t e r m i n eu t l i t yf u n c t i o nf o rm o d ec h o i c ea n dr p s u r v e yd a t a ，d e t e r m i n et h ep a r a m e t e rf o rc o n v e n t i o n a lb u sa n dr a i lt r a n s i to p t i o n si nt h e u t i l i t yf u n c t i o n ，t h e ns e tu pt h er a i l w a ya n dc o n v e n t i o n a lb u sc o m p e t i t i o nm o d e l m a k e u s eo fv i s u ms i m u l a t i o ns o f t w a r e ，c a l c u l a t i o nf l o wd i s t r i b u t i o nf o rb u s1 i n e s a n a l y s e r i d e r s h i pc h a n g eo fb u sl i n er o u t e s ，d e t e r m i n et h ef u n c t i o nm o d e lf o rl i n es p a t i a l r e l a t i o n s h i pa n dr i d e r s h i pc h a n g e g i v et h ef l o wa n l y s i sf o r6 t hs h a n g h a ir a i lt r a n s i t l i n ep a s s e n g e rc o r r i d o r sa sa ne x a m p l e a d v a n c ep r i n c i p l e s ，i d e aa n da d j u s t i n gm e t h o df o rb u sr o u t en e t w o r kw i t ht h e r a i l w a yn e t w o r k a p p l yc l u s t e ra n a l y s i si nt h ee v a l u a t i o na n dd i a g n o s i so fb u sl i n e s c o n s i d e r i n gt h et w os t a g e so fb e f o r ea n da f t e rt h er a i l w a yo p e n e da n dan u m b e ro f f a c t o r si nb u sl i n e ss t r u c t u r e o p e r a t i o n a le f f i c i e n c y , c o r r e s p o n d st h er e s u l t so ft h e c l u s t e rt ot h ec o l l e c t i o nl i n ea d ju s t m e n tb ye x p l a i n i n g g i v ea d ju s t m e n tm e t h o df o rt h e 6 t hs h a n g h a ir a i lt r a n s i tl i n ep a s s e n g e rc o r r i d o r sa sa ne x a m p l e a n a l y s et h ei m p a c to fr a i l w a yo np u b l i ct r a n s p o r ts t r u c t u r e ，m a k eu s eo fn i c h e t h e o r yt oa n a l y s et h em i c r o c o m p e t i t i o no fr a i lt r a n s i ta n dc o n v e n t i o n a lb u s a d v a n c e t h en i c h es t r a t e g yf o rr a i l w a ya n dc o n v e n t i o n a lb u sc o m p e t i t i o na n dd i f f e r e n ta d ju s t i n g s t r a t e g i e sf o rd i f f e r e n ts t a g e so fr a i l w a yd e v e l o p m e n t g i v et h ea d j u s t m e n ts t r a t e g yf o r t h e6 t hs h a n g h a ir a i lt r a n s i tl i n ep a s s e n g e rc o r r i d o r sa sa ne x a m p l e k e y w o r d s ：n e t w o r ka d ju s t i n g r i d e r s h i pc h a n g e s i v c o m p e t i t i o nm o d e a d j u s t m e n ts t r a t e g y 学位论文版权使用授权书 本人完全了解同济大学关于收集、保存、使用学位论文的规定， 同意如下各项内容：按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版 本；学校有权保存学位论文的印刷本和电子版，并采用影印、缩印、 扫描、数字化或其它手段保存论文；学校有权提供目录检索以及提供 本学位论文全文或者部分的阅览服务；学校有权按有关规定向国家有 关部门或者机构送交论文的复印件和电子版；在不以赢利为目的的前 提下，学校可以适当复制论文的部分或全部内容用于学术活动。 学位论文作者签名： 年月目 同济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，是本人在导师指导下，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，本学位论文 的研究成果不包含任何他人创作的、己公开发表或者没有公开发表的 作品的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集 体，均已在文中以明确方式标明。本学位论文原创性声明的法律责任 由本人承担。 学位论文作者签名： 年月 日 第一章绪论 第一章绪论 1 1 研究背景 机动化、人口老龄化以及城市可持续发展使得公共交通成为城市交通的必然 选择，大力发展公共交通是解决城市交通问题的根本对策。2 0 0 4 年建设部关 于优先发展城市公共交通的意见( 以后简称意见) 促使公共交通优先理念深 入到各个阶层，各大城市积极落实优先发展公共交通的策略，轨道交通建设进入 了快速发展时期。 国内多个城市正着手轨道建设研究，多个城市处于“第一条轨道线路一多条 线路一轨道线网形成”的不同发展阶段，上海、广州、北京的轨道线网已经初具 规模。 ! ：遵 从上海市轨道交通发展历程来看，轨道交通经历三个主要阶段，阶段一：一 条轨道线路( 1 9 9 3 年一1 9 9 9 年) ，只有轨道交通1 号线，线路全长2 1 5 公里。 阶段二：轨道骨架网络，上海2 0 0 0 - - 2 0 0 6 年期问，逐步形成十字加环形的轨道 骨架网络，线网长度为9 5 4 4 公里( 未计入1 1 7 公里的3 、4 号线共线段) ，由 4 条轨道线路组成；阶段三：轨道基本网络形成，2 0 0 9 年轨道交通线路运营里程 达到4 0 6 公里，轨道线路初步成网；2 0 1 2 年，上海将建成1 3 条轨道线路，总长 5 1 0 公罩，包括4 条市域级快速轨道线、7 条市区级地铁线和2 条轻轨线，轨道 基本网络形成。 在2 0 1 0 年世博会前，上海城市轨道交通承担的日客运量占城市公共交通日 出行总量的3 5 一- , 4 0 ，逐步成为城市公交的主体，在城市经济、社会活动中具有 非常重要的影响。城市轨道交通网络基本覆盖中心城区，中心城轨道交通线网密 度将达0 5 6 k m k m 2 ( 中心区达1 2 7 k m k m 2 ) ；中心城乘客平均1 0 0 0 m 左右可到达站 点，进入轨道交通网络后平均2 5 m i n 可到达市区主要场所；中心城区内站点6 0 0 m 覆盖人口3 7 、覆盖面积2 3 。 表1 1 12 0 1 2 年上海轨道交通线路概况 第一章绪论 2 北京 北京轨道交通建设在2 0 0 8 年奥运会的推动下，进入一个快速发展时期。截 至2 0 0 8 年3 月，北京轨道交通运营线路达到5 条，包括1 号线、2 号线、5 号线、 1 3 号线和八通线，运营线路总里程1 4 1 6 公里，共有9 3 座运营车站。 截至2 0 0 9 年1 月1 6 日，地铁全路网客运量4 1 8 2 万人次，为春运客流最高 日。其中5 号线也自开通一年以来，累计运送乘客1 8 5 亿人次【。 表1 1 2 北京地铁2 0 0 8 年线路列表 墨：亡趔 广州地铁目前丌通4 条线路，共计1 4 1 k m ，其中1 号线1 8 4 8 k m ，设1 6 座车 站；2 号线2 3 2 1 k m ，设2 0 座车站；3 号线3 6 3 3 公里，设1 3 座车站；4 号线 6 3 公里，设2 0 座车站。为迎接2 0 1 0 年广t , i 、i 亚运会的召开，广州市要实现轨道 交通线网覆盖8 0 的比赛场馆的目标，广州市一直在积极推进地铁建设。目前 正在建设的线路共有7 条，分别是二号线南延线、三号线北延段、四号线北延段、 五号线、六号线、八号线西延线、珠江新城旅客自动输送系统及广佛线。在建线 路长度为1 5 6 公里，在建车站1 1 0 座i 引。 表1 1 3 广州地铁现状运营线路列表 2 第一章绪论 1 2 问题提出 轨道线路成网之后，其良好的集约性、联通性、互补性，能够实现覆盖区域 内点对点的有效通达，使得城市交通可达性快速提升。轨道交通成网之后必然会 对居民的出行结构和常规公交运营有所影响，轨道交通将以其大容量、高速度、 准时和高效的优势占据城市客运交通的主导地位，公共交通系统结构需要整合与 优化，明确轨道与常规公交子系统的功能定位，加强两子系统之间的相互渗透和 互补：一方面，多模式分层次的公共交通结构满足了不同的出行需求，增强公交 的吸引力，提高公共交通在总方式当中的分担比例；另一方面，常规公交为城市 轨道交通集散客流，降低不合理的竞争，达到系统内部双赢。 常规公交和轨道交通的线网协调理论方面的研究和应用成为当务之急，有效 衔接公交出行链中的不同“环节”，对城市公共交通的发展有十分重大的意义。 1 3 国内外研究现状 1 3 1 常规公交与轨道协调理论 国外大城市各种交通方式运输设备匹配和布置日益一体化，衔接组织技术日 趋成熟，实现了各交通方式技术上合理衔接，淡化了各自为政的行业领域观念， 管理上不同交通部门间协调、谈判及共同管理。以政府部门为主，国外在公共交 通管理体制方面，提出了一系列实现和推进公共交通多方式协调的宏观政策，如 美国俄亥俄州运输局发布“ah a n d b o o kf o rc o o r d i n a t i n gt r a n s p o r t a t i o ns e r v i c e s ”， 规定了多公共交通部门之间实现协调服务的具体步骤和方法；俄勒冈州运输局公 共交通分局在报告“t h ec o o r d i n a t i o nc h a l l e n g e ”中，系统阐述了公共交通多方 式协调的体制、效益、障碍等方面相关的政策。 呈、线网和站点协调 在德国汉堡，各种交通方式的衔接点均由高效换乘设施相连，其中换乘的实 现主要在城市轨道交通站点的周围，有1 5 0 个车站可换乘地面常规公交，2 2 个 车站为主要的换乘枢纽。伦敦主要的车站和地铁都建在同一处站台内，出站即可 换乘公共汽车。在伦敦维多利亚站，最底层为维多利亚地铁线( v i c t o r i al i n e ) ， 中间层为地区线和环线( d i s t r i c tl i n ea n dc i r c l el i n e ) ，地面为国铁车站，是伦敦 到英国各个地区的最重要、最繁忙的国铁大站之一。同时，地面还有通往伦敦市 区各个方向的常规公交线路，2 0 0 m 之外是去英国各地的长途公交车站。莫斯科 第一章绪论 的地铁换乘站则分为地铁与地铁、地铁与地面公交车站等多种类型。全市6 0 0 多 条常规公交线路当中就有5 0 0 多条与地铁衔接，甚至有地铁站附近集中了2 0 多 条公交电汽车线路。as l u g b u su s e r su k | _ j j 给出了w o r c e s t e r s t o u rb r i d g e b i r m i n g h a m 的轨道和公交线路整合的实例，在轨道站点处提供公交的发车时 刻表整合。 理论研究方面，t h o m a s t 4 1 分析旧金山b a r t 线路开通前后，b a r t 与常规公交 在技术、政策协调方面存在的问题。他将轨道和常规公交协调归结为三方面的问 题：1 、规划新建、延伸线路和现有线路与接驳公交的费用、效益协调2 、在外 围区域轨道线路的接驳线路规划3 、轨道线路与常规公交的无缝换乘。c h c h e w 【5 j 分析了轨道与常规公交一体化站点的作用和设计方式。 国内对常规公交与城市轨道交通的协调刚开始研究。曹玫【6 j 研究了轨道交通 与常规公交一体化客流形成的机理。姜帆【7 】从线网层面和站点层面介绍了轨道交 通与其他交通方式的衔接技术。姚新虎1 8 l 论述了面向公交一体化的轨道交通线网 规划，基于点、线、面三个层次构建了城市轨道交通与常规公交线网协调评价的 指标体系。王蓉犁9 1 分析了北京轨道站点和常规公交衔接的现状情况、影响方式 分担比例和站点服务范围的相关因素。覃煜l lo j 分析轨道交通客流、站点客流的时 间分布，提出两种交通方式衔接的三个条件为换乘过程的连续性、客运设备的适 应性、客流过程的通畅性。覃蓠j 论述了轨道与其他交通方式接驳规划设计的原 则与规模估算方法，建立了接驳服务评价指标体系。周昌标【l2 】等提出了道路公交 网络与轨道交通网络的同步发展，支持发展，分区服务三种模式。在此基础上，从 道路公交线路功能结构、公交客流变化幅度、公交可替代性等三方面研究了基于 轨道交通的道路公交线网的调整问题。王建蒯1 3 j 等人建立v i s s i m 仿真模型分析 北京西直门枢纽换乘设施改善情况后，乘客在枢纽的换乘时间。 2 、运营协调 对常规公交与轨道交通的衔接换乘的理论研究方面，国外多注重考虑线路间 的换乘等待时间，对车辆的到达时间和发车时间采用一定的算法进行优化等方面 的研究。m d s h o a i bc h o w d h u r y i l 4 】( 2 0 0 1 ) 探讨了以车头时距和发车时刻表为要 素，实现一条轨道交通线和多条常规公交线在换乘站点运营协调的控制技术。假 定所有轨道站点的接运公交线路发车频率都相同的情况下，以总费用最小为目标 确定轨道交通及接运线路的发车频率，主要适用于低密度出行地区。s t e v e nc h i e n 和p a u ls c h o n f e l d t l 5 j 于1 9 9 7 年建立了轨道交通与其接运公交系统的优化问题进行 了研究，假定所有轨道交通线路位置已知，将轨道交通走廊分为长度不同、宽度 相同的若干交通小区，并假定每个交通小区内出行密度相同，且每个轨道站点只 有一条接运公交线路，接运公交的发车频率都相同。在上述条件下对接运公交站 4 第一章绪论 点间距、发车频率和轨道线路长度、发车频率进行确定。d i c k i n s ，s j i a n 1 6 】通过 对欧洲和北美的2 1 个城市进行调查，说明各大城市轻轨运输换乘设施的使用情 况和潜在性，并提出了换乘设施的效益和影响现有各大城市换乘设施的诸多因 素，对于换乘设施的位置、配置以及规模大小也给出了适当的建议。 国内的研究方面主要包括：杨新酣 j 结合国外a v l 技术与我国公交调度管理 的经验，提出了基于准实时信息的公交调度优化系统的设想。邹迎【1 8 】提出区域运 营调度组织流程的再造模式设计，并将自适应遗传算法用于区域调度配班模型。 王秋平和李掣1 9 j 根据到达轨道交通车站时间分布分别推导出不同情况下其它交 通方式换乘轨道交通的平均换乘时间计算公式。李萌【2 0 】从经济效益最大化的角度 研究了常规公交线路与城市轨道交通线路的协调换乘问题。 我国智能公共交通的发展，为公共交通协调的发展和实现奠定了基础和条 件。以i t s 技术为基础，以区域智能调度为契机，在部分城市展开了交通枢纽的 智能调度研究和建设，例如北京市2 0 0 4 年完成了“衙门口区域公共交通智能调 度系统示范工程 和“动物园交通枢纽区域调度系统示范工程”。 1 3 2 公交客流预测分析 客流预测传统方法为“四阶段法，但四阶段的局限性使其不能用于分析公 交客流量的变化，只用于大型网络规划中。从7 0 年代开始，为克服四步骤模型 的缺陷，基于出行者交通行为分析的非集计模型应用于出行方式研究当中，以出 行者在选择是追求“效用”最大化为假说，建立了l o g i tm o d e l 和p r o b i tm o d e l 。 王玉萍【2 l j 通过轨道对公交客流影响因素的分析研究，建立广义费用的l o g i t 模 型，考虑出行时耗和出行费用得到分担比例曲线。当c 。一c 。 0 ，常规公交承担 客流比例大；c 。一c 。= o ，常规公交和轨道交通各承担5 0 ，c 。一c 。 取消运输效率较差的线路或改为垂直于轨道交通的馈送线路； 调整和轨道交通重叠的常规线路。对运输效率较好的常规公交线路往往采 取保留，但其原则是保留线路与轨道交通的重叠区间不能太长( 一般不超 过轨道线路三个车站间距的长度) 且保留线路的站点与轨道站点不宜重合 ( 应设置在轨道线路相邻两车站的中间地带，以方便短途出行乘客利用保 留线路，避免两者进行客流竞争) 。 ( 2 ) 逐条搜索法【2 6 】【2 7 】 其根本思想是将轨道交通视为已经形成的公交线路，承担部分公交运量，而 常规公交的优化就是要满足剩余的公交需求。其基本方法如下：首先，根据轨道 站点的剩余上客量、剩余下客量以及线路断面的剩余客流量的相互关系，选取符 合约束条件的剩余客运量最大的站点作为接运站点；以接运效率( 即轨道线路与 其接运线路之间的换乘客流量在轨道线路上的周转量与接运线路长度的比值) 最 大为优化目标，逐条布设符合约束条件的接运线路。在确定某条接运线路的具体 走向时，采用路线搜索算法，其基本原理是：从接运站点出发，向其所有邻接交 6 第一章绪论 通小区( h p 边界相邻的小区) 扩展，再以各邻接交通区为新起点，向所有邻接交通 区作连续的扩展，直到到达路线长度限制为止。对到达的每一结点，考虑约束条 件和目标函数，从而求得满足约束条件的所有可能路线中接运效率最大的路线。 ( 3 ) 模型法【2 8 j 【2 9 】 其基本思想就是在城市道路网络和轨道交通网络已经确定的情况下，根据各 交通小区之间公共交通客运需求量的大小，确定哪些点对之间应布设常规公交线 路，以及每条常规公交线路的具体走向及停靠的站点。 模型假设己知条件包括：轨道线路的走向和车站的位置、城市道路网络、城 市道路网络结点之间的距离和轨道线路站间的距离以及公共交通( 包括轨道交通 和常规公交) 的客运需求o d 。 目标费用函数包括乘客的出行时间费用、常规公交网络总投资费用以及常规 公交网络运营管理费用三个部分，其优化目标就是要在一定的约束条件下，寻求 一个特定的值，使得这三项费用的和最小。 这几种方法基本代表了目前进行适应轨道交通的常规公交线网的调整方法， 均存在着一定的适应性，也表现出一定的不足： 经验法主要依靠规划设计人员的知识和经验，进行判断，带有一定的主观 性和盲目性。 逐条搜索方法虽然采用了定量数学模型进行优化，但是逐条线路优化并不 一定能够保证整个系统最优。 模型法从理论上讲是适应整个城市公交需求的一个较好的方法，将轨道交 通作为前提在公交线网首先进行锚固，以满足整个城市的公交需求为目标 函数。但是，在实际应用过程中，由于城市建设的可变性，及模型的适应 性方面还存在许多需要进一步考虑的问题。 1 3 4 以往研究评述 根据国内外现有的研究成果、研究深入程度，确定本文的研究内容有以下三 个方面。 表1 3 - 1 论文研究对象以往研究总评 目前国外关于公交线路和站点的优化大都与网络的优化同步实现，研究较为 深入、完善，目前更多考虑变需求的网络优化问题与拥挤公交问题。公交客流预 测当中，国外基于公交网络和公交线路层面都有较为深入的研究，国内对于出行 方式的非集计模型也进行了一些探讨与应用。国外对于常规公交线网优化理论研 7 第一章绪论 究较多，对轨道线网和常规公交线网综合协调和线网调整的研究不多，一般结合 公共交通枢纽的规划理论展开研究。国外的轨道与公交衔接接运研究理论都是在 轨道交通规模发展到一定程度，形成了一定的线网密度条件下进行研究的。国内 轨道交通尚在发展之中，有必要针对我国公共交通的特点研究适合的轨道与常规 公交衔接协调的方法和理论。 1 4 论文研究目的及意义 1 4 1 论文研究的目的 城市轨道交通与常规公交属于城市公共交通中不同层次的两种方式。本文基 于常规公交与轨道交通协调理论，探讨四步骤模型中的方式选择与路径选择，为 常规公交线网优化提供理论基础。其目的体现在两个方面：轨道交通和常规公交 在各自最能发挥效益的空间内运营；在轨道交通投入运营后，应根据客流需求特 点的变化对常规公交线路的数量、走向等进行调整，以确保城市交通运营效率的 最大化，增强其在城市交通中的竞争力。本论文结合公交线路线网优化项目中的 实践经验和研究成果，研究基于公交与轨道协调理论基础上的线路优化实用方 法，将定性分析方法和定量分析方法有机结合起来，使线路优化方法更能符合公 交线路优化的实际情况，更具有操作性，为公交公司及相关管理部门在公交规划 与管理中提供优化决策支持。 1 4 2 论文研究的理论意义与实用价值 1 理论意义 研究轨道交通对公共交通客运出行结构的影响，用生态位理论阐述轨道 交通与常规公交的竞争策略 研究影响公交乘客的出行行为的因素、公交出行方式选择和路径选择， 对客运走廊和区域公交线网调整进行分析与评价，提高公交线网优化设 计决策 2 实用价值 论文用v l s u m 仿真模型分析轨道六号线客运走廊的相关公交线路的客流分 配，综合考虑常规公交线路的等级、现有运量等，提出公交线网调整的建议方案， 从而指导轨道六号线公交线路的具体调整。 1 5 技术路线及章节简述 论文将在总结国内外相关研究的基础上，以实现公交系统总体效率最优化为 目标，研究不同公交系统的特征与相互关系，探讨轨道交通与常规公交优化协调 8 第一章绪论 的思路与方法，提出线网调整的技术方法，并根据实例进行分析。 论文采用的主要研究方法为： 1 ) 在定性分析的基础上构建数学模型框架，收集大量数据进行定量分析， 采取定性和定量分析结合的方法： 2 ) 数学解析模型与计算机仿真分析相结合的方法。 本文的研究思路如图i5i 所示。其中，核心研究内容包括两个层面： 1 ) 微观层面的公交线路客流变化及调整方法研究。以r p 调查、v i s u m 建模 进行公交客流转移分析，以聚类分析进行公交线路评价与跨断，构造公交线路调 整集合。 2 ) 宏观层面的常规公交发展策略研究。基于生态位研究轨道交通与常规公 交的竞争关系分析，研究轨道线网形成期的公变发展策略。 r p 调盘+ v i s u m 建模 问题的提出及研究背景 轨道空通2 _ 常埘公文旧客轨道线叫形成圳的盆兜发 流转移丹析艇策略研宽 方式转移l o ( i i t 模型_ 轨 轨道交通对公共交通客运 道 出行结构的影响 公交客流分配 号 摹于生态位的轨道变通与 线 一常规公交系统竞争t 实 配鞋道空通的曹受线路 例 tt 州社疗法 生态位重叠生态位竞争自 分 1 析 公交线路评价与诊断卜轨道发展不同阶段的调整策略 l 结论与展望 图15 - 1 研究思蹄 第一章：绪论 分析当前国内轨道网络化发展的趋势及情况，提出当前我国研究常规公交与 轨道交通线网协调研究的必要性。总结国内外现有研究理论的成果，进一步指明 本文的研究目的与意义最后概括本文的研究思路与主要研究内容。 第二章：轨道交通与常规公交的客流转移分析 基于乘客出行的出行心理和行为分析，考虑影响出行方式选择选择的因素， 确定常规公交和轨道交通的效用函数，建立l o g i t 竞争模型；以v i s u m 宏观模型 建立公交网络，对轨道线路和公交线路进行客流分配。以轨道6 号线r p 调查数 据标定方式选择的效用函数，用于v i s 咖仿真模型进行公交客流分配。本章节是 第一章绪论 第三章研究内容的基础，是公交线路调整方案的基础数据准备部分。 第三章：配合轨道交通的常规公交线路调整优化方法 提出轨道线网形成期的公交调整的原则、思路与方法，将聚类分析方法应用 于公交线路调整方案分析当中，结合考虑轨道线路开通前后、公交线路结构与运 营效率等多个指标，确定公交线路调整方案。以轨道6 号线为例，从仿真客流和 空间关系两个层面对公交线路进行诊断与分析，对比分析公交调整方案的异同， 给出公交线路调整推荐方案。 第四章：轨道线网形成期的公交发展策略研究 通过分析轨道交通对公共交通客运出行结构的影响，引出生态位理论分析轨 道交通与常规公交的微观竞争理论。在此基础上，分析轨道交通与常规公交的生 态位重叠及生态位环境对它们的影响作用，提出轨道交通与常规公交的生态位竞 争策略及轨道发展不同阶段的常规公交调整策略。并以轨道6 号线为例，分析常 规公交的发展策略和公交线路调整方法。 第五章：结论与展望 总结论文的研究成果s h 仓f j 新点，对有待进一步的研究问题简要分析，并提出 展望。 l o 第二章轨道交通与常规公交客流转移分析 第二章轨道交通与常规公交客流转移分析 轨道线路建成之前，公交客流是不同公交线路之间的变化转移：建成之后， 由于轨道线路和常规公交线路的运能、舒适度等方面存在明显的区别，是不同级 别的公交系统，轨道对常规公交线路的竞争效应不容忽视。对于轨道交通+ 常规 公交的客运走廊上，轨道对相关公交线路的影响可采用两种方式来进行分析： ( 1 ) 统计数据交叉分析，构建非集计模型来分析方式选择。采用s p 和r p 调查，收集相应的公交乘客出行数据等资料，标定轨道交通和常规公交出行的效 用函数的系数，以反映乘客在出行决策中的选择因素和其相对的权重，构建出行 方式选择模型。 ( 2 ) 线路客流量影响分析。分析轨道开通前后的轨道和常规公交的数据， 数据可来源于为乘客统计、运营收入和乘客调查。这个方法是有效的，但一方面 数据收集要花费大量的会钱和人力、物力，另一方面有关部门需要较早确定相应 的配套调整方案，因此通常借助于交通仿真软件进行模拟分析。v i s u m 是德国 公司推出的计算机辅助交通规划与分析的软件包，以传统的四步骤模型为基础对 于现有或规划交通供给分析，包括汽车交通网络与公交网络，分析交通供给，评 估网络变量，从而支持对于交通供给设计方案的改善。 2 1 基于r p 调查的出行方式转移模型 2 1 1 乘客出行行为 行为是人类日常生活中所表现出的一切动作。心理学家克特勒温认为，人 的行为受到内在心理因素和外界环境的影响，是个人和环境相互作用的结果。温 惠英、沈毅贤1 3 0 】认为影响出行决策的因素主要表现在三大方面：出行心理、出行 特性及出行环境。 出行心理表现为对交通方式的安全、经济、迅速及方便等方面进行比较，然 后再对舒适程度、服务质量等方面进行比较。由于个体特性的存在，出行者的出 行心理的差异造成对交通方式和出行路线的选择不同。李林波，吴兵p i j 主要分析 了出行感知时间对乘客出行方式选择的影响，步行、候车、换乘、车上站立等条 件会影响出行者的心理状态，造成感知时间上的相对错位。徐蔷薇等p 2 j 从时效、 实惠、舒适、愉悦分析了轨道交通通勤者的心理特征，提出轨道乘车环境优化的 几个方面。程伟力【3 3 】分析了影响居民出行特征，如出行频率、出行目的、出行时 间、出行空间、出行方式的内因、外因，具体见表2 卜1 。 第二章轨道交通与常规公交客流转移分析 生理特性、社会属性( 职业、种族、民族) ，出行发生的日期( 工作日休息日) ， 出行频数家庭情况( 类型、规模、角色) ，经济条件：城f r 的社会经济特征， 拥有交通工作种类和数量地理环境 2 1 2 出行方式选择调查 交通出行方式选择调查通常采用r p ( r e v e a le dp r e f e r e n c e ) 和s p ( s t a t e d p r e f e r e n c e ) 调查。r p 调查能得到已经发生了的或者是可观察的行为数据，用 这种方法建立的交通行为是经过实际数据标定的，具有较高的可靠性。s p 调查 是为了获得“人们对假定条件下的多个选择方案所表现出来的主观偏好”而进行 的意愿性调查。当然，r p 调查存在一些缺陷，如变量之间的相关性，导致调查 内容中冗余信息过多；调查变量选择范围有限等【3 4 1 ，但r p 调查更能说明公交乘 客对公交和轨道出行方式选择的实际情况，因此本文采用r p 调查收集相关数据。 2 1 3 出行方式选择因素 出行者方式选择受到出行者社会特征、交通特征和交通设施三个方面的影 响。出行者的社会特征总是结合自身特点考虑选择合适的交通方式，一般考虑性 别、年龄、收入等。交通特征对于出行方式选择体现在出行目的和出行距离两个 方面。交通设施对出行方式选择体现在出行费用、出行时间和服务质量三个层面。 对出行者的交通特征和交通设施特征对出行方式选择的具体分析如下。 1 、交通挂征 ( 1 ) 出行目的对出行方式选择的影响【3 3 1 城市交通按出行目的不同主要可分为上班、上学、购物、生活、公务、回程 等。对于不同的出行目的，出行者会倾向于不同的交通选择方式。一般上班、业 务活动偏向于采用公共交通，因为其更具有规律性，受外界自然环境影响较小， 且较少耗费体力。而在公交的服务水平不高的城市，此类出行会转向步行和自行 车。购物、文体游憩等活动要求轻松随意，多倾向于采用自由程度高的步行方式， 第二章轨道交通与常规公交客流转移分析 ( 2 ) f l d 行距离对出行方式选择的影响 出行距离是确定城市客运交通系统合理结构的基础，出行距离长短的改变直 接影响行车时间成本。随着城市范圈的扩大，人们的出行距离日益增长，由此所 引起的各出行方式的交通总成本变化。 出行掰伺m 辆 一_ 一卜常规公窆上陵 + 常缎公交下艰 十孰逶她上琨+ 蚴她y 一髟才冬 毛多白别一一一一 l23jl，67l9l ol l 1 2 吆 图2 1 1 轨道交通和常规公交出行时耗图【2 1 1 2 、交通遮施 ( 1 ) 出行费用对出行方式选择的影响 较低的票价总是能鼓励市民乘坐，提高交通工具的利用率；票价升高则可能 导致原有的顾客群体放弃使用，从而降低运营效益。例如，北京地铁在1 9 9 6 年1 月将地铁的票价从0 5 元调整到2 元，月票从1 8 元调整至t j 4 0 元，当年的客运量就减 少1 1 8 亿人次，降幅为2 1 。 ( 2 ) 出行时间对出行方式选择的影响 出行时间分为实际出行时间和感知出行时问，实际出行时问是乘客在出行活 动中由起点到达终点所花费的实际时间；感知出行时间是一个相对概念，是出行 者采取某种交通方式在实际出行环境所感知到的出行时间，这种感知与出行者的 出行目的、心理惯性、性格特征和出行环境等因素密切相关。t t c 3 5 】给出的感知 出行时间的计算公式为j t = 2 5 疋+ 1 5 瓦+ 1 o 瓦4 - ，2 1 0 ，m i n 。其中2 5 、1 5 、 1 o 分别为步行时间、起点等车时间、车内时问的权重，n 为换乘次数，每一次换 的 柚 蓦： 始 墙 口 第二章轨道交通与常规公交客流转移分析 乘的时问惩罚为1 0 m i n 。 ( 3 ) 服务质量一换乘对出行方式选择的影响 换乘次数是指乘客在完成一次出行过程中所换乘的次数。根据美国佛罗里达 卅1 2 0 0 0 年的公交出行统计研究表明，有1 2 的乘客出行至少需要一次换乘，大约 1 5 的乘客有两次或更多次的换乘。也有调查表明，大约5 8 的人每次出行只愿意 接受一次换乘。 兰! 屋匮盟塾道窒道出堑友煎选搔的偏妊 消费者的偏好是消费者根据自己的意愿对可能消费的商品组合进行的排列， 说明人们对商品的适用水平的差异的理解。国外研究多认为轨道交通对居民出行 的影响主要表现在轨道交通客流量的增加以及由居民的自我意识导致住宅选择 时尽量考虑靠近地铁居住。美国k e e f e r 教授的研究发现，在地铁车站附近每新 增加9 2 9 平方米( 约1 0 0 0 平方英尺) 的建筑面积，将额外每天产生6 0 个乘客的轨 道客流量。w e l l s 和s a r a hs t e w a a ( 1 9 9 4 ) 禾o 用多伦多1 9 8 6 年交通调查数据分析r a i l 、 地铁和小汽车这三种交通方式对居民的出行行为和居住选择的影响，结果表明不 同的交通方式对出行行为的可能影响存在很大差异：地铁对工作通勤出行率有着 微弱但积极的影响，在多伦多大都市，较好的地铁临近性能够增加1 5 的通勤 出行产生率1 3 6 1 。 另外，下面的因素对常规公交和轨道出行方式选择有重要影响，但由于难以 量化，在出行方式选择模型中只作为效用函数的常数项。 1 可靠度。轨道交通有独立的运行空间，不受其他交通干扰；快速公交在专 用的空间内运营，可提供与轨道相近的可靠度；常规公交的车辆运行时间 会因道路拥堵而变动。一辆公交车辆拥堵不会影响整个常规公交网络的运 营，而一辆轨道车辆的拥堵会造成一条线路的瘫痪。 2 可获得的信息性。可获取的信息是指乘客可获得的车辆运营时刻表、车站 位置、终点等信息。常规公交通常不易辨别，等车时间没有保障，智能公 交引入可改善公交运营状况。 3 舒适度。舒适度包括可得到座位的概率，有无空调等。轨道交通运行更舒 适一些；快速公交通常有座位，而常规公交通常拥挤而无座位。而对于等 车时间，轨道站点比常规公交站点条件更好。 4 安全性。轨道交通由于机动化运行和监控，拥有更高的安全性。 2 1 4 出行方式决策机制 出行行为的决策是出行者为实现其出行目的，在各种环境约束下，结合自身 的条件、交通运输的状况及经验，对出行的时间、路线、方式、费用进行分析判 1 4 第二章轨道交通与常规公交客流转移分析 断，选择满意方案的过程。常用的出行决策机制有以下两种3 3 】： 1 最大效用原则 出行行为的效用理论来源于经济决策中的消费者行为理论，也就是消费者宁 愿选择特定的商品而不要其他的，因为它能带给消费者最大的效用( 亦即满足) ， 即一个人的问题是在预算受到约束的条件下使效用函数达到最大。对于居民出行 来说，需求的“商品就是起讫点之间为了特定的目的而采用不同交通方式的交 通服务，出行者总是希望以较少的耗费( 包括时间、金钱等) 获得最大的满足。 2 补偿原则与非补偿原则 出行者对出行方式进行选择时，通常需要对多种因素进行判断，以确定选择 何种交通方式。但是这一决策过程并不是仅仅遵循最大效用原则。出行者对于交 通方式的各方面性能均有一个“门槛值”，当某性能低于该值时，出行者将会放 弃选择该方式，而无论该方式的其它性能如何，这就是所谓的非补偿原则。只有 当交通方式各方面属性大于最低允许值时，出行者才会根据最大效用原则对各属 性进行权衡，优劣属性之间才具有补偿作用，此时出行者遵循补偿原则。 2 1 5 出行方式选择l o g it 模型 l o g i t 模型数学形式简洁，计算简单，参数的物理意义容易理解，在以往的 研究当中广泛应用。l o g i t 模型是以效用最大化理论为基础，其基本问题是在一 个相互排斥但总体完备的方案集上建立选择模型。效用是商品存在于消费者心目 中的满足欲望或需要的能力，正效用意味着商品能够给消费者带来愉快的方面， 反之负效用意味着商品能够给消费者带来痛苦的方面。效用最大化的原则是假定 消费者的花费固定和市场价格不变的情况下消费者总是追求效用的最大，即消费 者总是偏好于选择对他来说效用能达到最大的商品。 常规公交与轨道交通两者之间存在激烈的竞争，其竞争结果外在表现为通道 上两者之间的客流分担比例。研究交通方式之间的分担率问题，一般的l o g i t 模 型如式2 卜1 所示： 只：盟，u ，：w k x 陆 ( 式2 1 - 1 ) e x p ( u f ) 2 i = 1 式中，一交通方式i 的客流分担比率 u ，一交通方式f 的效用函数 f 一交通方式个数 脯一交通方式i 的第k 个影响要素 一待定参数 第二章轨道交通与常规公交客流转移分析 当只有常规公交和轨道两种交通方式比较时，只= e x p ( u ，) ) - - e x p ( u ，) ， i = 1 只= 1 一只。建立l o g i t 方式选择模型，可以设定以下两种比选效用函数形式。 对于式2 1 - 2 所示的模型标定特性项的系数，使其符合交通出行者的行为特征， 这是一个相当复杂的过程。 形式1 ： u r2 呸+ 屈t x + 屈2 置2 + 岛 形式2 ： u f = + 屈l l n ( x n ) + 屈2 x