（交通运输规划与管理专业论文）轨道线网环境下的地面公交线网和换乘枢纽规划布局研究.pdf

摘要 公共交通是对国民经济和社会发展具有先导性影响的基础产业，是城市客运 的主体，是城市生产和生活必不可少的公益事业，是城市经济发展的动脉。轨道 交通是城市公共交通的主骨架，决定着公共交通的结构和布局形态；地面公交是 城市公共交通的主体，是轨道交通的有力补充，增强公共交通的通达性和方便性。 随着公共交通的发展，许多大城市开始修建轨道交通，并逐渐形成系统完整的网 络体系。轨道交通的修建打破了原有公共交通的供需平衡，为了保持公共交通的 供需平衡，避免浪费交通资源，使公共交通健康、持续地发展，应对轨道交通走 廊内的地面公交进行调整优化。 本文在分析轨道线网和地面公交线网特性的基础上，研究了轨道线网与地面 公交线网的三种布局模式，分析了轨道线网对地面公交线网布局的影响；对地面 公交线网进行了功能层次划分，在此基础上研究了各层次地面公交线网规划的模 型和约束条件，提出了公交线网的布设方法：基于轨道交通与地面公交换乘枢纽 的区位特点、换乘方式和换乘客流量，构建了公交换乘枢纽的功能层次等级，提 出了各层次公交换乘枢纽的布局优化模型；在分析公交线网评价指标选取原则的 基础上构建了地面公交线网合理性评价指标体系，提出了地面公交线网合理性和 公交换乘枢纽协调性的评价方法。 以西安为依托，对论文所构架的地面公交线网规划理论体系进行验证，检验 其适应性和可行性。 关键词：轨道线网，地面公交线网，公交换乘枢纽，规划布局，评价体系 a b s t r a c t p u b l i ct r a n s p o r ti st h eb a s i ci n d u s t r yt h a th a v eg u i d i n gi n f l u e n c et on a t i o n a le c o n o m i ca n ds o c i a l d e v e l o p m e n t ，i st h em a i nb o d yo ft h eu r b a np a s s e n g e rt r a f f i c ，i st h ee s s e n t i a lp u b l i cs e r v i c eo fp r o d u c t i o n a n dl i f eo f c i t y , a l s oi st h ea r t e r yo f u r b a ne c o n o m i cd e v e l o p m e n t r a i lt r a n s p o r ti st h es k e l e t o no ft h eu r b a np u b l i c 仃甜嘲凹l n ，d e t e r m i n et h es t r u c t u r ea n dl a y o u to f p u b l i ct r a n s p o r t t h eg r o u n dp u b l i ct r a n s i ti st h es u b j e c to ft h eu r b a np u b l i ct r a n s p o r ta n di st h es t r o n g s u p p l e m e n to ft h er a i lt r a n s p o r t ，s t r e n g t h e nt h es e n s i b l ea n dc o n v e n i e n c eo ft h ep u b l i ct r a n s p o r t w i t ht h e d e v e l o p m e n to fp u b l i ct r a n s p o r t ，m a n yl a r g ec i t i e sb e g i nt ob u i l dr a i lt r a n s p o r t ，a n df o r mt h ei n t a c tn e t w o r k s y s t e mg r a d u a l l y t h ec o n s t r u c t i o no ft h er a i lt r a n s p o r th a sb r o k e nt h ee q u i l i b r i u mo fs u p p l ya n dd e m a n do f t h eo r i g i n a lp u b l i ct r a n s p o r t , i no r d e rt ok e e pt h ee q u i l i b r i u mo fs u p p l ya n dd e m a n do ft h ep u b l i ct r a n s p o r t ， a v o i dw a s t i n gt r a t 五cr e s o u r c e s ，m a k et h ep u b l i ct r a r l s p o r td e v e l o ph e a l t h i l ya n dc o n t i n u o u s l y , s h o u l da d j u s t a n do p t i m i z et h eg r o u n d p u b l i ct r a n s i tw i t h i nt h er a i lt r a n s p o r tc o r r i d o r o nt h eb a s i so f a n a l y z i n gc h a r a c t e r i s t i c so ft h er a i ln e t w o r ka n dg r o u n dp u b l i ct r a n s i tn e t w o r k , t h i s t h e s i sh a v es t u d i e dt h r e el a y o u tm o d e so ft h er a i ln e t w o r ka n dg r o u n dp u b l i ct r a n s i tn e t w o r k ，h a v ea n a l y z e d i m p a c to ft h er a i ll i n en e t w o r kt og r o u n dp u b l i cn e t w o r k ；h a v ed i v i d e dt h eg r o u n dp u b l i ct r a n s i tn e t w o r k u n d e rt h ef u n c t i o nl e v e l ，o nt h i sb a s i s ，h a ss t u d i e de v e r yl e v e ln e t w o r kp l a n n i n gm o d e la n dr e s t r a i n tt e r m s o fg r o u n dp u b l i ct r a n s i t ，h a v ep r o p o s e dt h em e t h o do fl a y i n gp u b l i ct r a n s i tn e t w o r k b a s e do nz o n ef e a t u r e ， t r a n s f e r r i n gw a y ，t r a n s f e r r i n gp a s s e n g e rf l o wd a t ao fr a i lt r a n s p o r ta n dg r o u n di n t e r c h a n g et e n n i u a l ， c o n s t r u c ti n t e r c h a n g et e r m i n a lf u n c t i o nl e v e lg r a d e ，p u t t i n gf o r w a r de v e r yl e v e lo p t i m i z e dl a y o u tm o d e l so f t h ei n t e r c h a n g et e r m i n a l ；o nt h eb a s i so fa n a l y z i n gp r i n c i p l e st h a tc h o o s en e t w o r ke v a l u a t i o ni n d e xo f p u b l i ct r a n s i t ，c o n s t r u c tr a t i o n a le v a l u a t i o ni n d e xs y s t e mo fg r o u n dp u b l i ct r a n s i tn e t w o r k , p u tf o r w a r dt h e e v a l u a t i o nm e t h o do f r a t i o n a l i t yo f g r o u n dp u b l i ct r a n s i tn e t w o r ka n dh a r m o n y o f i n t e r c h a n g et e r m i n a l t a k i n gae x a m p l eo fx i a n ，p r o v et h a tf r a m e w o r kt h e o r ya n dp l a nm e t h o do fg r o u n dp u b l i ct r a n s i t n e t w o r k ，t ot h e s i si sa d a p t a b l ea n df e a s i b l e k e yw o r d s ：r a i lt r a n s p o r tn e t w o r k ；g r o u n dp u b l i ct r a n s i tn e t w o r k ：i n t e r c h a n g et e r m i n a l ； p l a nl a y o u t ；e v a l u a t i o ns y s t e m 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。 论文作者签名： 苏么袈 多俨7 年厂月厂。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：苏去及刀刃年，月，。日 导师签名： 至建军 叫年f 月8 日 长安人学硕上学位论文 第1 章绪论 1 1 研究背景 城市轨道交通在我国起步较晚，但发展很迅速。自19 6 9 年北京地下铁路第一 条线路建成以来，我国城市轨道交通得到了迅猛的发展，截至2 0 0 5 年年底，已有 轨道交通并在建的城市有：北京、上海、广州、深圳、天津、南京、长春、武汉， 在建轨道交通的城市有：西安、成都、杭州、沈阳、哈尔滨、青岛、苏州、重庆， 提出申请等待批复的城市有：郑州、兰州、昆明、乌鲁木齐、佛山、东莞、鞍山 等7 个城市，路线总长超过4 0 0 0 公里，预计到2 0 5 0 年中国城市轨道交通线路总 长将超过4 5 0 0 公里【1 1 ，具体情况见表1 1 所示。到2 0 1 0 年，北京、上海、广州、 深圳等特大城市将形成由城市轨道线、市郊列车线、城际轨道线三层线网组成的 轨道交通网，城市轨道交通在城市综合交通体系中发挥更为重要的作用，形成以 轨道交通为骨干的公共交通体系。 表1 1 我国已有和在建轨道交通城市的轨道里程 2 0 0 5 年2 0 1 0 年 ( 已建)( 规划) 一 惑：黼- - - - x 2 0 0 5 年 2 0 1 0 年 城市心 ( 已建) ( 规划) 北京 1 1 43 0 0 成都 02 6 6 4 上海 6 5 4 0 0 杭州 06 8 7 9 广州 3 6 62 5 5 沈阳 o2 2 2 深圳 2 2 1 2 0 西安 o2 0 3 南京2 1 79 7 6 哈尔滨 02 1 5 1 天津 2 6 2 8 0 8 青岛 01 6 4 3 轻轨 1 0 2 3 4 2 9 4 3 4苏州o2 5 9 4 武汉 地铁 o 7 0 大连 03 5 9 轻轨 3 1 9 3 1 9 长春 重庆 o4 7 地铁 0 0 注：表中数据米源于各城市的地铁网 我国公交起步较晚，早期发展缓慢，直到2 0 世纪8 0 年代我国政府才明确提 出城市客运交通以公共交通为主体的发展方针，并且先后发布了相关的技术政策 和产业政策，为地面公交的健康发展提供了广阔的空间。随着科学技术的不断发 展进步，地面公交的服务水平得到了大幅度的提高和改善。到2 0 1 0 年我国城市的 公共交通基本实现现代化，主要体现在以下几个方面：( 1 ) 构筑大城市整合的公 共营运系统。通过地面公共交通与慢速交通的整合、地面公共交通与轨道交通的 整合、地面公共交通系统内部的整合，形成城市公共交通的多元结构，构筑公共 第1 章绪论 汽车、电车、出租车、轻轨、地铁、轮渡为公共交通载体的快捷、方便、高效的 立体化公共客运系统。整合的公共客运系统应该具备互为补充的服务等级，紧凑 便捷的换乘条件，公平统一的票价结构，功能完善的信息服务。( 2 ) 构筑便捷的 地面公共交通系统。( 3 ) 开辟更多新线路，改造现有线路，达到线路更优化，特 大城市和大城市将形成城市主干线、区域线和驳运线三级网络，连结社区和城乡 结合部，科学完善，四通八达。将建设大量公交专用道，建设城市公交枢纽中心， 实现公交网络化、乘换便捷化。( 4 ) 用于运营调度和管理方面的智能交通系统在 城市公共交通领域得到广泛的应用。大型公共交通企业，应用公用无线数据网 ( c d p d ) 技术的g p s 公交车辆调度系统将取代无线通信系统和g m s 网络，大力促 进车载系统、电子站牌以及中心调度系统的现代化进程。( 5 ) 公交收费系统的革 新。公交收费系统i c 技术在经历了磁卡、接触式卡、t m 卡等试用过程以后，高 性能、安全、方便的非接触式通用公共交通卡( 适用于所有大运量公共交通工具) ， 将得到广泛的应用。( 6 ) 发展快速地面公共交通系统( b r t ) 。快速地面公交系统是 一种介于轨道交通和常规公共汽车之间的新型公共交通系统。主要是指有专用路 权、封闭运行、水平登陆、大容量车辆等一系列特征的地面公共汽车系统。 地面公交与轨道交通在城市客运系统中是不同层次、不同功能、不同服务水 平的交通模式，是面与线的关系。两者应有机结合，相互补充，共同发展。从公 交系统的总体定位上看，轨道交通线网承担整个公共交通系统的主骨架作用，负 责大运量的客运交通出行任务，地面公交主要作为轨道交通的辅助交通工具，为 轨道交通集散客流；从网络结构的布局上看，轨道交通系统的网络布置应尽量增 加它的覆盖面积，以覆盖主要交通走廊和主要集散点为主旨，重点解决交通走廊 和主要客流集散点的交通出行问题。地面公交作为轨道交通的补充，其网络布局 主要是垂直于轨道交通线路而布设，以完善补充轨道交通路网覆盖的不足，同时 应减少线路的重复设置，避免系统之间的无序竞争；从客流的特征上，轨道交通 主要以中远距离客流为主，重在发挥大运量、快速、准时、舒适的系统特征，地 面公交是解决中、短客流运输的主力。据国外经验，一条轨道交通建成后，将吸 引沿线地面公交客流的6 0 7 0 【2 1 ，地面公交的客流应是轨道交通客流集散的 来源。 然而，在国内由于轨道交通处于发展时期，再加上财政体制、经营体制及管 理水平等诸多因素的制约，它与地面公交之间不可避免地存在着一些问题，表现 2 长安大学硕士学位论文 如f = 。： ( 1 ) 公交公司与地铁公司恶性竞争 轨道交通和地面公交分别属于不同的管理部门，轨道交通归属于地铁公司管 理经营，而地面公交则归属于各公交公司管理经营。因为公交公司自负盈亏，为 了保障公司的最大利益，公交公司反对调整其现有的公交线路，给公交与地铁一 体化带来了一定的困难。管理运营部门壁垒导致地铁与公交存在着明显的客流竞 争，地铁公司与公交公司的运营效益均较差。 ( 2 ) 公交线路布局不合理，与地铁线路重复率高 公交载体过于单一，路网结构不合理，造成公交路由选择范围小；此外，公 交运营管理体制造成了客流主方向上的公交分布密集，其它方向公交线路少。公 交线网层次不明确，功能单一。轨道交通的运营打破了现有公交系统的平衡，公 交与地铁线路重复系统较高。由于轨道交通主要是沿城市的主次干路布设的，而 主次干路是客流的主方向，公交分布密集，致使公交与地铁恶性竞争，浪费严重 紧缺的公共交通资源，系统整体运行效率较低。 ( 3 ) 公交与地铁换乘枢纽布设不合理 公交线路的枢纽站点数量少，类型单一，主要考虑的是市区内部公交线路之 间的衔接，没有充分考虑与其他交通方式特别是轨道交通的衔接，造成步行距离 过长，或换乘不方便。 ：“ 综上所述，地面公交与轨道交通存在着严重的冲突。城市轨道交通修建或形 成完整的网络体系后，地面公交应做出相应的调整或重新规划，如果对地面公交 没有战略性和瞻前性规划，轨道交通和地面公交将彼此相互制约，使公交系统不 能发挥其应有的作用。因此，在分析轨道交通网络的基础上对地面公交线网规划 布局进行理论与方法的研究十分有必要。调整后的地面公交与轨道交通共同构建 城市客运系统的不同层次、不同功能、不同服务水平的多元化整体，使公共交通 充分发挥作用，提高公共交通系统效率和效益，满足不同层次乘客的出行需求。 1 2 国内外研究现状及存在问题 1 2 1 国外研究现状及存在问题 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 筹学的相关理论和方法，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；随后研究方向注重于常规中、小运量的公共交通工具与地铁、轻轨等大 3 第1 章绪论 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己进入新的阶段，将公交运营调度、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。 国外公交线网规划的发展进程一般可分为三个阶段：第一阶段，2 0 世纪4 0 年 代末至2 0 世纪6 0 年代初，主要采用经验定线法，这种方法有两种形式：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。权威定线法主要依据某些权威机构或个人根据经验和知 识确定公交线网规划方案。 第二阶段为2 0 世纪6 0 年代至2 0 世纪8 0 年代初，随着系统工程学科的迅速 发展，公交线网规划方法也随之改变，主要采用系统分析法。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，建立了网络设计模型，并研发出对 未来公交网络规划的t r a n s e p t 软件包【3 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。求解这类模型的 分枝定界法、假定公交网络上各公交车间隔相等的启发式算法、分解算法也相继 提了出来。m a n d l 采用近似算法，求较优可行解，并与经验方法结合，在线网初次 形成后进行调整。 第三阶段是2 0 世纪8 0 年代至现在是研究的高潮，大概有十种方法出现，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。2 0 世纪9 0 年代，人工神经网络和遗传算法等生物进化算法被引入到 公交网络优化求解中。1 9 9 5 年，b a a j 和m a n h m a s s a n i 提出了人工智能和运筹学混 合算法，该方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 析方法结合起来【4 1 。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，借助该专家系统能有效提高公交网 络设计效率【5 j 。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【6 】。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 4 长安大学硕士学位论文 线路备选集，然后通过遗传算法进行优选【7 】。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【8 】。 从参考文献【9 卜【1 1 】可了解到在国外大城市如：莫斯科、纽约、伦敦等城市， 当轨道交通成网后会应用p a t t n a i k 、s u l l i v a n 等人提出的优化理论对地面公交线网 进行调整或规划，规划后的公交线网对缓解城市交通拥挤、提高公共交通运能、 运力等起了重要的作用。但这种地面公交规划只是针对特定城市的规划，离形成 系统的理论还有一定的距离。 1 2 2 国内研究现状及存在问题 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，随着公交重要 性得到重视，公交线网规划的研究势头不断上升，建设部研究所、东南大学交通 工程研究所、北京工业大学交通工程教研室、上海市公交公司、北京市公共交通 科研所等以国内城市为依托，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。 目前对公交线网优化的研究主要分成两大类：一类是单纯的理论研究，即试 图以单纯的定量模型解决公交网络优化问题；另一类是以定性为主兼顾定量，在 线网优化过程中一部分由定量模型解决。王炜教授等提出了一种相对实用的公交 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【挖】。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o 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 3 l 。 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【l4 1 。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、 线路非自线系数、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f 1 5 】。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【m 】。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【1 7 】。遗传算法是通过模拟自然进化过程搜索最优解的方法，己成 功应用于解决复杂的全局最优化问题，如曹玫等应用遗传算法来研究接运公交线 网 i s l 。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 5 第l 章绪论 方案等研究了线网近期规划的一些实用方法。所有这些都为进一步研究公交线网 规划布局提供了宝贵的经验，拓宽了思路，具有很高的借鉴价值。 随着国内城市轨道交通网络的完善，如北京、上海、广州等特大城市在2 0 1 0 年轨道线网将基本形成，国内不少城市和学者对轨道交通走廊内的地面公交线网 进行了规划布局研究，如覃煜等人的轨道交通与地面公交衔接系统分析【1 9 】，范海 雁等人的基于轨道交通的地面公交线网调整方法【2 们，广州市交通科学研究所的轨 道交通衔接规划【2 l 】等。 通过上述分析可知，轨道线网环境下的地面公交线网的相关规划理论与方法 在国内外研究型杂志和论文中很少被提及，有一些研究应用不同的理论对某一些 具有轨道交通的特定城市进行公交线网规划，有一些则是对特定规划理论的研究 即针对地铁、地面公交及用于它们之间的联系线网规划，并未从根本上提出轨道 交通成网后如何有效调整或规划地面公交线网的系统理论与方法。 寻求适应于我国城市且具有普遍性的轨道线网环境下的地面公交线网规划理 论与方法不仅是公共交通发展的需要，也是解决城市交通问题，促进城市公共交 通健康、可持续发展，促进公交与轨道交通一体化的需要。轨道交通成网后的地 面公交线网规划是一个系统工程，涉及的影响因素较多如轨道线网的影响、管理 部门的影响、道路网的影响等。从城市交通全面、协调、可持续发展的角度，综 合考虑各种影响因素，建立一套适合我国国情的轨道线网环境下的地面公交规划 理论和方法，打造城市公交形成一体化体系，真正实现轨道交通和地面公交的“无 缝连接”是我们迫切需要研究的课题。 1 3 研究的意义 公共交通是对国民经济和社会发展具有先导性影响的基础产业，是城市客运 的主体，是城市生产和生活必不可少的公益事业，是城市经济发展的动脉。随着 经济的发展，城市轨道交通不断得到完善，形成完整、系统的城市轨道线网，这 也要求地面公交线网随之做出调整和优化完善。合理的、与轨道交通网络相适应 的地面公交线网布局对缓解交通拥堵、改善出行环境、节约公共交通资源、促进 城市交通的发展具有积极的作用，因此本论文的研究意义主要体现在以下几个方 面： ( 1 ) 在公交一体化的背景下从城市交通健康、协调、可持续发展的角度，构 建适合我国国情的轨道线网环境下的地面公交规划理论框架，建立城市地面公交 6 长安大学硕士学位论文 与轨道交通一体化体系，促进我国城市公共交通健康有序发展，为我国特大城市 公共交通规划提供思路和方法； ( 2 ) 进一步明确地面公交线网的功能等级，使各等级公交线网各尽其职，充 分发挥各自优势，形成竞争力强、功能明确、层次分明的地面公交系统，提高公 共交通的整体吸引力和服务水平，实现有限交通资源的合理配置； ( 3 ) 确定地面公交与轨道交通换乘枢纽的功能等级，构建各功能等级换乘枢 纽规划布局的理论与方法，使换乘枢纽布设更加合理、具有针对性，实现地面公 交与轨道交通的无缝衔接； ( 4 ) 以西安市为依托，轨道交通建成后系统地进行轨道线网环境下的地面公 交线网规划布局理论与方法研究的验证，对城市地面公交规划有着比较深远的指 导意义。 1 4 主要研究内容和论文框架 1 4 1 主要研究内容 ” 以城市公共交通一体化为背景，从城市交通全面、协调、可持续发展的角度， 在分析轨道线网形态及其对公交线网的影响的基础上，对地面公交线网规划布局 及其换乘枢纽规划布局的理论与方法进行系统研究，构建了轨道线网环境下的地 面公交线网规划布局的理论体系框架。本论文共分六章，主要研究内容如下： 第l 章绪论。主要论述了论文的研究背景、研究意义、国内外研究现状和研 究内容。 第2 章轨道线网分析及其对地面公交线网的影响。首先分析了轨道交通线网 和地面公交线网的布局形态、特征等和公交线网的布局模式，结合地面公交及轨 道交通的特点，提出了轨道交通与地面公交的三种布局模式，在此基础上研究了 轨道线网对地面公交线网规划布局的影响。 第3 章轨道线网环境下的地面公交线网规划布局。基于地面公交线路的功能 及结构特点，构建了公交线网的功能层次等级，论述了各功能等级公交线网的特 点；依据公交线网的功能层次等级，研究了各等级公交线网规划的模型和约束条 件；最后提出各等级公交线网的布设方法。 第4 章轨道线网环境下的地面公交换乘枢纽规划布局。基于枢纽的区位特点、 换乘方式和换乘客流量，根据公交线网的功能层次，构建了公交换乘枢纽的功能 层次等级，论述了各等级换乘枢纽的特点和功能；研究了各等级换乘枢纽选址的 7 第1 章绪论 理论方法，提出了各等级换乘枢纽的选址优化模型，并对枢纽的换乘布局提出了 优化模型。 第5 章轨道线网环境下的地面公交线网评价体系。根据地面公交线网的结构 特点，在分析公交线网评价指标选取原则的基础上构建了地面公交线网合理性和 换乘枢纽协调性的评价指标体系；并研究了地面公交线网合理性和公交换乘枢纽 协调性的评价方法。 第6 章实证研究。以西安为依托，对论文所架构的地面公交线网规划理论方 法框架进行验证，判断其适应性和可行性。 1 4 2 论文框架 基于论文的主要研究内容，论文的研究框架如图1 1 所示： 第1 章绪论 第2 章轨道线婀分析及其对地面公交线网的影响 轨道线网分析 公交线网分析 研究目的 影响分析 甏盖耋篁篓苗觥li 髫菱夹檗蓑嚣觥i 卜一研究方案地面公交线网规划布局ll 公交换乘枢纽规划布局ir r _ ，1 “术 第5 章轨道线网环境下的地面公交线网评价体系 公交线网评价指标ii 换乘枢纽评价指标 基于物元法的公交线网评价方法 第6 章实例研究 结论 图1 1 论文框架 8 评价方法 检验方案 研究成果 长安大学硕上学位论文 第2 章轨道线网分析及其对地面公交线网的影响 轨道交通已成为影响城市结构、功能和发展的重要因素，同时在很大程度上 影响着其他交通方式的发展，决定着其他交通方式的布局形态。通过对轨道线网 和地面公交线网的布局形态分析，发现他们之间的相互联系，找到轨道线网对地 面公交线网布局规划的主要影响，为公交线网布局规划提供理论依据。 2 1 轨道线网分析 城市轨道交通网络是一个复杂的大系统，人、车、路线、车站是其基本构成 要素。它是整个轨道交通系统的重要组成部分，对轨道交通发展形态有着重要的 作用，直接决定着城市轨道线网布局走向；同时在城市交通规划和发展中占有重 要的地位，影响着城市交通的发展；也是验证轨道线网形态方案与城市空间结构 以及城市未来发展主导流向能否吻合的标准。 2 1 1 轨道线网构成基元 依前苏联学者的观点【2 2 1 ，轨道线网由两类单元构成，视为肢段和圈层。其中 圈层是若干线路由于交叉和交汇所形成的几何意义上的一个闭合层，肢段是圈层 之外的线。环路单元属于圈层的几何范畴，网络是由圈层和肢段所组成的几何体， 所图2 1 所示。 图2 1 a 轨道示意图( 肢段组成) 图2 1 b 轨道示意图( 圈层和肢段组成) 9 第2 章轨道线网分析及其对地面公交线网的影响 肢段的作用是吸引本线客流并负担转线客流通过，圈层的作用是吸引本线客 流完成客流换乘并负担转线客流，而环路是环上任一点不用换乘均可到达环上另 一点的特殊圈。肢段可分为单一线路和分歧线路两种形式。图2 1 a 中的地铁肢段 为分歧线路，图2 1 b 中的地铁肢段为单一线路。 圈层的形态可以区分世界各国的地铁形式，它的规划是地铁功能得以实现的 根本保证。其中环路单元大多出现在高级路网阶段，对网络换乘次数的减少有着 显著的作用。当线路少时，实现一次换乘可通过线路交叉来实现；当线路多时， 仅通过交叉手段难以满足换乘需求，只有通过一个环和所有线路交叉才能降低路 网的最大换乘次数。 2 1 2 轨道线网结构形式 不同的轨道线网形态结构对线网运营效率及城市发展都有非常重要的影响， 在城市轨道交通建设初期，其线网形态由较为简单的几何图形构成。随着线网的 加密，并受各城市的人文地理环境等条件制约，便形成了千姿百态的线网形态。 但其线网形态结构的一个共同特点是：在城市的外围区轨道交通线路呈放射状， 密度较低，形成主要的交通轴向，而在城区轨道交通线路密度较高，形成以三角 形、四边形为基本单元的形态多样的网络结构。通过对不同城市轨道线网形态抽 象归类，最基本结构形态可归结为以下三种形式：网格式、无环放射型和有环放 射型【2 3 1 。不同的线网结构适合于不同的城市布局，并对城市未来的格局产生影响。 ( 1 ) 网格式 网格式线网的线路纵横交叉，形成方格网，呈格栅状或棋盘状。网格式线网 的线路走向比较单一，其基本线路关系多为平行和“十”字形交叉两种，如大阪及墨 西哥城市地铁线网。此类线网优点为：线路分布比较均匀，客流吸引范围比例较 高：线路按纵横两个走向，多为相互平行或垂直的线路，乘客容易辨识方向；换 乘站较多，纵横线路间的换乘方便，线网连通性好。缺点为：线路走向比较单一， 对角线方向的出行需要绕行，市中心区与郊区之间的出行常需换乘，有时可能要 换乘多次；平行线路间的换乘比较麻烦，一般要换乘2 次或2 次以上，当线网密 度较小且平行线路之间间距较大时，平行线路间的换乘时间较多。 ( 2 ) 无环放射式 无环放射式线网是由若干穿过市中心的直径线路或从市中心发出的放射线路 构成。此类线网可使整个区域至中心的绕行程度最小，即市内各地至中心点的距 1 0 长安大学硕十学位论文 离较短，因此线网中心的可达性很好，市中心与市郊之间的联系非常方便，有利 于市中心客流的疏散，也方便了市郊居民到市中心的工作、购物娱乐出行，有助 于保证市中心的活力，维持一个强大的市中心。由于线路间相互交叉，任意两条 线路均可实现直接换乘，因此线网连通性很好，线网任意两车站之间最多只需换 乘1 次。 放射线的线型通常有：直径线、半径线、u 字形线等。对于全方位的放射形 线网，以采用直径线为宜，因为半径线需在市中心区进行大量的换乘，除非在工 程特别困难或者对向客流较小等特殊情况下，才设置半径线；对于城市中心区沿 海或沿江发展的城市，呈扇形辐射的放射形线网，可以采用半径线，必要时为加 强某一方向的辐射可设置“u ”字形线路。 ( 3 ) 有环放射式 有环放射式线网由穿越市中心区的径向线及环绕市区的环行线共同构成。径 向线的条数较多，走向多样，但都经过市中心区。在一些轨道交通线网规模不是 很大或建设时期较短的城市，如北京、新德罩等，环线一般只有一条，而在i 些 轨道交通线网规模较大、轨道交通发展比较成熟的城市，如：莫斯科、东京等则 会出现两条或两条以上的轨道交通环线。 在轨道交通线网中布置环线，它的主要作用是加强中心区边缘各客流集散点 的联系。因此，这种路网结构既具备了放射形路网的优点，又克服了其不足之处。 由于环线和所有经过径线可以直接换乘，整个路网连通性好，方便环线上的直达 乘客和相邻区问需要换乘的乘客，而且能有效地缩短市郊乘客利用轨道交通出行 的里程和时间，还可以起到疏散市中心客流的作用。环行线的设置要根据坏线所 发挥的作用而定，要看能否有效地沟通各条放射线，使线网组合紧凑。 2 1 3 轨道线网特性 轨道线网特性分析是轨道形态分析的主要内容之一，一个城市轨道交通结构 的合理性可通过其网络特性来表现，轨道线网特性主要有：线网吸引区覆盖强度、 线网总长度、线网密度、换乘次数、换乘站的负荷等【2 4 1 。 ( 1 ) 线网吸引区覆盖强度( a 。) a ：争生a 急n 式中：n 为线路总条数；a j 为第i 条线路吸引区的覆盖强度，分本线吸引和经换乘 第2 章轨道线网分析及】对地面公交线网的影响 吸引两大方面，本线吸引为1 ，一次换乘吸引为0 5 ，两次换乘吸引为o 3 3 。a 一指 标反映了由于线网结构不同线路间客流吸引情况存在的差异。 ( 2 ) 线网总长度( 三) 三= 以 i = 1 式中：z ，为城市轨道交通线网第f 条线路的长度，o n 。l 反映了线网的规模，由此 可以估算总投资量、总输送能力、总设备需求量、总经营成本、总体效益等，并 可据此决定相应的管理体制与动作机制。 ( 3 ) 线网密度( 仃) 盯= 或仃= 式( 2 - 3 ) 式中：s 为轨道交通线网规划区面积，k m 2 ；o 为轨道交通线网规划区的总人 口，万人；仃为轨道交通线网密度，吲：或o n h ，它是指单位人口拥有的线 册。 j 路规模或单位面积上分布的线路规模，是衡量轨道交通服务水平的一个主要因素， 同时对形成轨道交通车站合理交通区的接运交通组织有影响。 ( 4 ) 换乘次数( c ) c = m a x m i n ( c _ j ) 】 f ，= 1 , 2 ，n 式( 2 4 ) 式中：g 一，为f 线至线的换乘次数。c 的计算采用“小中取大”的原则，表示 任意两点间必须的最大换乘次数，它从总体上说明路网的换乘情况。 ( 5 ) 换乘站的负荷( m ) 路网中换乘站数与其客流负荷应当均衡，否则换乘站数过多会使工程土建投 资增加，换乘站数太少则客流负荷过大。它是一个复合招标，并无相应的计算公 式。应在尽量保证c = i 的前提下寻求合适的换乘站数。 2 1 4 轨道线网发展趋势 轨道交通在国内j 下处于建设发展期，没有形成完整的网络框架，纵观国外城 市轨道交通的发展历史和现状，可以看出我国轨道交通线网的发展趋势： ( 1 ) 特大型城市的轨道线网形态以有环放射形结构为主，大型城市的轨道线 网形态则以放射形结构为主。轨道线路主要沿城市主干道布置，贯穿连接城市交 通枢纽对外交通中心、商业中心、文化娱乐中心、大型的生活居住区等客流集散 1 2 长安大学硕士学位论文 数量大的场所。 ( 2 ) 轨道交通将形成完整的与城市交通系统相融合的网络，网络中的线路布 设均匀，线路密度适量，覆盖面较广。 ( 3 ) 在已建轨道交通线路基础上，开辟公交主干线，弥补旧线路距离的不足。 ( 4 ) 在原有轨道线网的基础上，向外围延伸，线路逐渐延长。 ( 5 ) 城市轨道交通网络规划建设与城市远景规划相结合，有前瞻性；计划实 施适应城市的发展需求，线路分期、分阶段实施，工程实施和运营具有连续性。 2 2 地面公交线网分析 公交线网是城市公交客流的主要承担者之一，合理的公交线网布局，可以充 分发挥公共交通的优势，提高运营效率，改善服务水平，缓解公交紧张状况，方 便居民的出行，提高公交的吸引力。同时也可以减轻其它方式交通量对道路的占 用，减轻城市道路系统的交通压力，发挥有限的城市用地的最大效能。 2 2 1 公交线网构成要素 公交线网由基础道路网、网络节点、公交车辆、起讫点等组成，它分布在城 市道路网上，由若干公交线路组和而成，而公交线路是由起讫点及其问的若干停 靠点连接而成。 ( 1 ) 基础道路网 道路网是城市公共交通网络的基础，但并不是所有的城市道路都可以作为公 交线路，可布线的城市道路必须具有一定的道路条件和交通条件。考虑道路的几 何线形、路面条件和容量限制因素可以将所有适合于公交车辆行驶的道路定义为 公交线网的“基础道路网”。当“基础道路网”中有较大空白区时，应对道路网络规划 提出反馈意见，以保证“基础道路网”能满足公共交通网路布设的条件。一般选取主 干路、次干路和支路布线，对于封闭的城市快速路可在两侧的辅路上布线。 ( 2 ) 网络节点 节点是路网中可作为公交线路起讫点和中间点的点，公交的服务范围就是以选 为起讫点或中间点的节点为中心向外辐射的区域，节点的选取自接关系到公交线 网的服务范围。按照节点的性质和重要程度可将节点分为必选节点和可选节点。 必选节点是指公交线网中必须有线经过的点。这是检验线网合理性的依据；可选 节点重要程度较小，在优化线网中可以根据实际情况进行取舍。 1 3 第2 章轨道线网分析及其对地面公交线网的影响 节点的设置要从两个方面来考虑，一方面尽可能增设节点以方便乘客，减少乘 客步行的距离，提高公交服务的水平；另一方面尽可能减少节点的数量，提高公 交系统的运营效率。可见服务水平和运营效率之间存在一定的矛盾。在设置过程 中，要均衡考虑，在满足乘客步行距离要求条件下，最大限度减少交通节点的数 量。 节点是在可布设公交线路的道路网确定后选取的。节点的设置应充分考虑城市 的土地利用性质、公交乘客的发生量。为消除公交空白区，要使整个规划区域内 分布均匀合理。考虑居民乘车的方便，对出行生成量比较集中的公共设施，如车 站、医院、学校、大型停车场、大型超市、地铁出入口等必须设置节点。在新开 发的居民区、大型工厂等附近设点，以增加新区的交通可达性。 ( 3 ) 起讫点 公交线路的场站是公交车辆始发或终到的场所，应具备一定的条件。首先应有 一定的上下客流，其次应有足够的场地以供公交车辆掉头、储备、加水及日常的 维修保养。此外，公交线路场站的设置应与城市整体交通规划相协调【2 5 1 。起讫点 在节点集中选取，选取时应考虑公交乘客生成量、实际需求、空间等影响因素。 2 2 2 公交线网特性 公交线网特性主要通过公交线网的各项指标来体现，主要的公交线网指标有： 公交线网总长度、公交线网密度、非直线系数、线路重复系数等【1 2 j 。 ( 1 ) 公交线网总长度 公交线网总长度是指城市公交运营线路所通过的道路长度的总和，或是运营线 路总长度减去并行重复线路的长度，计算公式为： 运营线网总长度= 运营线路总长度一并行重复线路长度 ( 2 ) 公交线网密度 公交线网密度是指公交线路的街道长度与城市建成区面积之比，是考核一个城 市居民乘车方便程度的指标，计算公式为： 线网密度= 运营线网长度7 城市建成区总面积 ( 3 ) 非直线系数 非直线系数是指公交线路首末站之间的实际距离与首末站之间的空间直线距 离之比。主要考核线路的设计是否能使首末站的主要客流经过最短的捷径，到达 目的地，计算公式为： 1 4 长安大学硕士学位论文 非直线系数= 运营线路长度空间直线距离 ( 4 ) 线路重复系数 线路重复系数反映城市公交线路在一定范围内的重复程度，线路重复系数的大 小，不仅直接影响居民的乘车方便程度，而且还反映了该城市道路网布局和公交 线网布局是否合理。线路重复系数是为了让运营管理部门在设计线路时，尽可能 地减少线路的重叠。 2 2 3 公交线网布局模式 公交线网布局模式可归纳为三种：客流产生源直接连通式、客流接驳聚散式和 混合式【2 6 1 。 ( 1 ) 客流产生源直接连通式 这种布局模式是在客流主要产生源(