（机械设计及理论专业论文）公共交通车辆调度决策系统现代非线性数学方法的研究.pdf

武汉理工大学博士学位论文 摘要 一随着社会经济的高速增长，在城市人口高速增长的同时，城市居民出行 量迅速提高，造成交通拥挤。而城市公共交通系统的顺畅与否直接影响着城 市经济运行的效率和市民生活的品质。因此，各国政府纷纷增加城市公共交 通的投入，但是，巨额财政投入并不是一般大中城市都能获得的。在我国现 行城市公共交通车辆调度方法普遍落后，造成了有限的资源大量浪费的前提 下，探索城市公共交通车辆优化调度管理方法，从“软件”入手提高现有城 市公共交通的效率具有重要的现实意义。 本论文以城市公共交通运输车辆调度系统为对象，研究建立了具有智能 化技术的城市公共交通车辆运营生产自动调度系统。本论文由四部分组成： 第一部分分析了国内外城市公共交通发展历史与趋势。阐述了发展城市 公共交通的重要作用。研究了我国目前城市公共交通车辆调度存在的问题。 提出了本博士学位论文研究的选题依据，阐明了本课题研究的主要内容与方 法，研究基本思路和研究的目的与意义。 第二部分研究了论文中涉及的现代非线性理论方法，包括神经网络隐层 结构参数对神经网络特性的影响研究以及神经网络、遗传算法的工程应用研 究。并提出了一种非常简单实用的补足缺失变量的有效方法。 第三部分研究了城市公共交通线路日客流量分布规律，提出了一种可操 作性的、能在总体均值上符合线路客流客观变化规律、可满足以城市公共交 通线路调度为目的和以此为精度要求的城市公共交通线路每日客流量预测 方法。填补了该领域研究的一项空白。 第四部分打破传统城市公共交通车辆调度单纯强调服务性的基本方法， 提出了新的调度生产模式。这部分是在第三部分公共交通线路每日客流量预 测的基础上，研究了车站客流规律以及在预测条件下首站发出的各车次依次 经过线路各个车站时可能产生的客运量，并研究了用遗传算法计算了调度优 化方案组合，然后用模糊层次方法综合评出优化方案。本部分还讨论了公共 汽车生产调度的部分辅助对策。 关键词：城市公共交通，车辆调度方法，神经网络，遗传算法，模糊评价 武汉理工大学博士学位论文 a b s t r a c t w i t ht h eh i g hs p e e dg r o w t ho fb o t hs o c i a le c o n o m ya n du r b a np o p u l a t i o n ， t h ed e m a n do fu r b a nc i t i z e n r yf o rt r a v e li nt h es a m ec i t yi si n c r e a s i n g l yg r o w i n g w h i c hu s u a l l ye x c e e d st h es u p p l yo fp u b l i ct r a f f i c s c a p a c i t y ，a n dr e s u l t s i n s e v e r et r a f f i cc r o w d i n g h o wt os o l v et h i sp r o b l e mi si m p o r t a n tt oe a c hc o u n t r y ， e s p e c i a l l yt ot h ed e v e l o p i n gc o u n t r y ，w h o s ef i s c a l c o n d i t i o ni ss op o o rt h a ti t c o u l dn o ta f f o r de n o u g hf u n d st oc o n s t r u c tn e wp u b l i ct r a f f i cf a c i l i t yi nt h es h o r t r u nt h ef a c ti no u rc o u n t r yi st h a tb o t hl a c k so fp u b l i ct r a f f i cf a c i l i t ya n dp o o r m a n a g e m e n te x i s tt o g e t h e r s o ，a tp r e s e n t ，t h ef i r s tt a s ko f o u rc o u n t r y ，w h i c h t r i e s i m p r o v i n g t h el e v e lo fp u b l i ct r a f f i c m a n a g e m e n t ，i s m o r ew i s ea n d r e a l i s t i cw a y t h i se s s a ys t a r t sf r o mt h ea b o v ep u r p o s e ，c o n c e n t r a t i n go nr e s e a r c h i n go n t h eb u sd i s p a t c hs y s t e mo fp u b l i ct r a f f i c ，t r y i n gt om a k eg o o du s eo fc u r r e n t r e s o u r c e s ，a n d e s t a b l i s ha u t o m a t i c d i s p a t c hs y s t e m ，b a s e d o n i n t e l l i g e n t t e c h n o l o g y t h i se s s a yc a n b ed i v i d e di n t of o u rm a j o rs e c t i o n s t h ef i r s ts e c t i o no ft h ee s s a y , r e v i e w st h eh i s t o r yo fd e v e l o p m e n to fu r b a n p u b l i ct r a f f i cb o t h i nc h i n aa n di no t h e rc o u n t r i e s ，a n a l y z e st h et e n d e n c yo f d e v e l o p m e n t ，i l l u s t r a t e st h ei m p o r t a n tr o l eo f u r b a np u b l i ct r a f f i c ，p u t sf o r w a r d p r o b l e m so fc u r r e n td i s p a t c hs y s t e mo fu r b a np u b l i ct r a m ct h a t e x i s t si no u r c o u n t r yt o d a y , e x p l a i n st h er e a s o nt h a ti s e l e c tt os o l v et h i sp r o b l e mi no r d e rt o p r e p a r ef o rm y d o c t o rd e g r e e ，a n ds t a t e st h em a i nc o n t e n t ，l o g i ca n dm e t h o d si n t h er e s e a r c hp r o c e s s ，i na d d i t i o nt ot h es i g n i f i c a n c eo ft h er e s e a r c h t h es e c o n ds e c t i o no ft h ee s s a y , r e f e r st ot h em o d e r nn o n l i n e a rt h e o r y i n c l u d i n g n e u t r a ln e t w o r ka n d g e n e t i ca l g o r i t h m ，d i s c u s s e s t h e i m p a c t o f s t r u c t u r ep a r a m e t e r so fn e u t r a ln e t w o r kh i d d e nl a y e r so nt h en e u t r a ln e t w o r k ， a n dt h ee n g i n e e r i n ga n dt e c h n o l o g i c a la p p l i c a t i o n so fb o t hn e u t r a ln e t w o r ka n d 武汉理工大学博士学位论文 g e n e t i ca l g o r i t h m ，g i v e s a s i m p l e a n dp r a c t i c a b l ea n de f f e c t i v em e t h o dt o s u p p l e m e n t l o s tv a r i a b l e s t h et 1 1 i r ds e c t i o no ft h ee s s a y , a n a l y z e st h ed i s t r i b u t i n gl a wo f p a s s e n g e r f l o wo f p u b l i ct r a f f i c ，b r i n g sf o r w a r da n e w p r e d i c t i o nm e t h o dw h i c hc o u l dk e e p a c c o r d a n c et ot h ep r a c t i c a l d i s t r i b u t i n gl a wo fp a s s e n g e rf l o wb ya n dl a r g e ， f u r t h e r m o r e ，c o u l dm e e tt h ed e m a n do fo p t i m i z i n gb u sd i s p a t c hs y s t e m t h i s m e t h o db a s e do n i n t e l l i g e n tt e c h n o l o g yb r e a k st h r o u g h t h et r a d i t i o n a lw a y t h ef o u r t hs e c t i o no ft h e e s s a y , t a k e si n t o a c c o u n tt h e o b j e c t o fb o t h t r a d i t i o n a ls e r v i c ef u n c t i o no f p u b l i ct r a f f i ca n dd e m a n df o rp r o f i t ，g i v e san e w d i s p a t c hm o d e l t h i ss e c t i o n ，b a s e do nt h ep r e d i c t i o nm e t h o d i r lt h et h i r ds e c t i o n 。 r e s e a r c h e so nt h ep a s s e n g e rf l o wl a wo fe a c hs t a t i o n ，a n d p r e d i c t sp o s s i b l e p a s s e n g e rf l o wo fe a c hr e g u l a rl u n s ，w h i c hn u m b e ra m o u n t st ot h es u mo f p a s s e n g e r so fe a c hs t a t i o nw h oc o m et os t a t i o ni nai n t e r v a lo nt h eg i v e nl i n e ， a n df i n d so u tt h ec o n g r e g a t i o no fo p t i m i z e dd i s p a t c hp l a n sb yu s i n gg e n e t i c a l g o r i t h m ，t h e n ，s e l e c t st h eb e s td i s p a t c hp l a nf r o mt h ea b o v ec o n g r e g a t i o nb y u s i n gf a h pm e t h o dt o e v a l u a t e i na d d i t i o n ，t h i ss e c t i o na l s od i s c u s s e st h e a s s i s t a n tc o u n t e r m e a s u r e so f d i s p a t c hs y s t e m i np u b l i et r a 硒c 。 k e y w o r d ：u r b a np u b l i ct r a f f i c ，d i s p a t c hs y s t e m ，n e u t r a ln e t w o r k ， g e n e t i ca l g o r i t h m ，f u z z ya l g o r i t h m 武汉理工大学博士学位论文 1 1 研究背景 第1 章引言 交通发展水平是衡量国家现代化程度的重要指标，同时也体现着国家的 综合经济实力。随着社会经济的高速增长，人民生活水平的提高，在客运方 面，在城市人口持续增长的同时，各大城市居民出行总量及出行的机动化程 度迅速提高，交通需求急剧膨胀，人们主要关注交通的快速性和通达性；在 货运方面，随着物流技术的发展，流通环节在产品成本中所占比例及其影响 作用越来越受到人们的重视，作为物流关键环节的交通运输系统被认为是社 会经济发展最重要的基础之一，人们更加注重降低运输的成本。 交通拥挤与不顺畅直接影响着经济运行的效率和国民生活的品质。调整 交通结构，大力发展交通事业是提高交通通行能力，缓解交通压力和提高全 社会经济运行效率的一个重要手段。 在国外发达国家，交通建设普遍受到高度重视。经过一个多世纪的建设， 国外发达国家的大城市的公共交通大都具有了相当的规模，有一套完整城市 公共交通建设与管理体系。现今已经建成了许多具有不同风格和特点的诸 如：法国巴黎的以多层地铁为主的公共交通系统；日本东京的直接连接各高 层建筑的多层立体公共交通系统；英国的伦敦以矩形网格状地铁为主的公共 交通系统和加拿大的多仑多以地铁、巴士、出租车与租车综合发展的公共交 通系统等：还有现今受到人们普遍认同的巴西的库里提巴市和美国洛杉矶市 的快速公共汽车( b u sr a p i dt r a n s i t ，b r t ) 运输系统等公共交通模式。这些城 市的道路交通建设和运输车辆调度都处于世界先进水平“。 我国政府历来也十分重视公共交通建设，坚持“公交优先”的方针，在 力所能及的范围内努力加大投资力度，并在实践中不断创新，从理论观念、 组织体制、线网规划、投资机制、政策法规和科技项目等多方面加以深入研 究，开拓创新，不断适应广大群众日益增长的公交出行需求。 如上海市充分发挥综合交通管理体制和职能的优势，率先实旌地铁与常 武汉理工大学博士学位论文 规公交换乘规划，优化客流与地下、地面两种运能的资源配置，让市民通过 一次换乘能基本到达目的地。并通过试行一批高科技项目，增加公交的科技 含量，提高服务水平。上海市在1 9 9 7 年开始使用非接触式i c 卡“电子月 票”、1 9 9 8 年试用l p g 以液化石油气为燃料的环保公交车和发动机无级变 速公交车的基础上，浦东新区城建局通过“浦车公交发展基金”，取得5 0 0 万元投资，在9 8 l 路和8 l 路两条公交线的8 4 辆公交车上试用g p s 卫星定 位技术，在沿线十多个主要公交车站安装使用电子显示牌。运用g p s 卫星定 位技术，在公交车上装载发射器，即时把车辆运行信息传输到中，心调度室， 在电子地图上便能清晰地显示出每辆车的走向和位置，既便于加强动态管 理，有效控制车速，确保行车安全，又能经过计算机运算出车辆到站时间， 把信息发射给车站上的电子显示牌，方便乘客候车”1 。 北京市则加快发展地铁和轻轨的步伐，北京从1 9 6 9 年开始有地铁至今 虽然不过三十几年，但发展非常迅速，目前就有八条在建、拟建的地铁、轻 轨项目。未来的北京城市快速公共交通将以地铁、轻轨等轨道交通为主。运 量大、速度快、舒适、准点的轨道交通将成为人们出行的首选交通工具。未 来1 0 年内，轨道交通里程将以每年4 0 公里的速度增长，到2 0 0 8 年总里程 将达到3 0 0 公里。根据远期规划，到2 0 2 0 年，北京市轨道交通的总里程将 超过1 0 0 0 公里，届时不超过一个小时将可以从首都直接到达北京的远郊区 县。修建地铁节约了北京的土地资源，维护了古都风貌，并对保护环境起到 了重要作用嘲。 现代城市公共交通的发展，体现了社会的进步。但是，各国首都或重要 的特大城市所能获得的巨额财政投入是绝大多数一般大中城市所可望而不 可及的。而一般城市的现行公共交通车辆调度方法普遍落后，造成了现有非 常有限的公共交通资源大量浪费。因此，探索一般城市公共交通车辆优化调 度管理方法，从“软件”入手改革现有城市公共交通车辆调度管理系统提高 城市公共交通的效率是很有意义的。 从城市公共交通运输车辆生产组织过程入手，研究一般大、中城市现有 条件下的城市公交车辆调度优化问题，运用现代非线性数学方法构建现代公 共交通车辆调度管理系统模式，建立模糊评价的系统标准，科学地确定公共 交通车辆调度方案，指导调度系统决策，以协调公共交通运输的服务性与经 济性之间的关系，达到降低运输成本、提高生产效率，减少道路占用，缓解 交通拥挤的目的具有重要的现实意义。 2 武汉理工大学博士学位论文 1 2 城市公共交通发展动态 1 2 1 城市公交的发展历程 ( 1 ) 我国城市公交的发展历史 我国城市公交有一百多年的历史，一百多年来城市公交发生了翻天覆地 的变化。以上海市为例，上海开埠时，只有几条马路，有钱人出行主要依 靠中国传统的轿子。后逐步有人用大牲畜代步或人力车。随着生产的发展， 汽车、电车被引进到上海。 公元1 9 0 1 年( 光绪2 7 年) ，第一辆进1 2 汽车到上海。1 9 0 8 年3 月5 日， 由法商上海电车有限公司经营的自静安寺至上海夜总会( 现东风饭店) 的有 轨电车线路正式通车营业，这是上海第一条公共交通线路。1 9 1 4 年，英商 上海电车公司第一条无轨电车线路通车。1 9 2 2 年，华商公利汽车公司经营 的第一条公共汽车线路开通。至1 9 2 6 年发展到5 1 家公司，组成了上海公共 交通初期网络，并且有了航行于浦江两岸的轮渡，成为当时一个新兴行业。 新中国成立后，上海公共交通又新增辟线路1 7 条，开展了保养场等后方基 地建设。1 9 6 5 年，上海市公交车辆增至2 2 8 2 辆，1 9 5 8 年始辟通宵线路，逐 步形成了市区、新村与各工业区、车站、码头的通宵交通网。1 9 9 1 年以后， 上海公共交通发展速度和成就超过历史上任何时期，公交车出现了正常班 次、高峰车、妇婴车、中小学生专车、定班车、专线车、通宵车等，车型有 双层大客车、大客车和中小面包车等，至1 9 9 5 年，上海公共交通车辆比1 9 4 9 年增长4 7 9 倍：至1 9 9 9 年，上海已有公共交通车1 6 9 2 8 辆：公交营运线路 1 1 0 6 条：公交运营里程8 3 6 6 5 万公里；公交客运量2 4 2 0 4 8 万人次”1 。 近一、二十年来，我国政府十分重视城市公共交通行业的发展，为解决 乘车难问题，明确了扶持公共交通发展的政策，使我国城市公交已基本形成 了以大运量的轨道交通和公共汽车、电车为骨干，以专线车、小公共汽车、 出租汽车等交通工具为辅助的公共交通结构。公共交通的客运量稳步增长， 2 0 0 0 年全国总客运量达到了3 2 1 亿人次。作为城市公交主体的公共汽、电 车，在“九五”期间发展到2 2 6 万辆，新增8 3 万辆，增长了5 2 ，万人 拥有公共交通车辆9 8 1 标台。车辆更新速度加快，新型清洁燃料汽车在公 共交通行业广泛应用。例如，北京己成为目前世界上拥有天然气燃料汽车最 3 武汉理1 ：大学博士学位论文 多的城市。i c 卡票制改革等先进的技术手段和管理方式，也在许多城市得 到推广。深圳、北京、南京等许多城市为了支持公共交通的发展，开辟了公 共交通专用道，大大提高了车辆的运营速度。公共交通车辆的车况、舒适程 度和公共交通的服务都得到了一定改观。 ( 2 ) 国外城市公交的发展历史 工业发达国家的城市公共交通发展比我们国家要早。第一辆出租马车出 现在伦敦街头是1 6 0 0 年的事了，此后，伦敦于1 8 6 3 年开始建造地铁。巴黎 和纽约在2 0 世纪初开始建造地铁。东京轨道交通建设起步较晚，地铁在二 次大战以后才开始形成网络“。 英国的城市公共交通的历史很悠久，从1 9 3 0 年开始实行全面管理。由 于受到小汽车的冲击，公共交通经营条件开始出现恶化，2 0 世纪7 0 年代初， 开始需要外部补贴；此后英国的公共交通出现了恶性循环，票价上涨，客流 下降，财政补贴更是直线上升。1 9 8 5 年，公交人次占全部出行的比例下降 到8 ，而1 9 5 2 年为4 2 。1 9 8 2 年财政年度的财政补贴( 不包括老人和儿童 优惠票的费用) 占营运成本的3 5 ，达到7 亿英镑。1 9 8 5 年议会通过了一项 交通法，要求公共汽车公司实行私有化，将经营管理权下放给企业，按商业 化原则经营；公交市场实行公开竞争，票价由市场决定；除了必须经营的亏 损路线外，政府不给补贴。改革总体来说使服务质量改善，外部补贴降低， 但公交人次数还是下降了”1 。 法国的城市交通，自畜力车交通被电气化交通所替代后，其发展过程经 历了几个阶段：1 9 0 0 1 9 5 0 年是公共交通的黄金时代，有轨电车、无轨电 车、公共汽车在机动化交通方式中占主导地位。1 9 0 0 年7 月，法国第一条 地铁在巴黎建成通车，长约l o k m 。此后，政府继续加紧建设地铁，并使之 形成网络。二次大战结束后的战后重建为汽车发展创造了有利条件，但私人 汽车的拥有率逐年上升，1 9 5 5 年每1 0 0 个居民拥有5 辆汽车，1 9 8 0 年增加 到4 0 辆，与此同时，公共交通的市场不断萎缩；1 9 7 0 年以后是公共交通的 复兴时期。公共交通的重要性重新得到重视，并且解决了公共交通专项基金 的渠道问题。里尔、里昂、马赛等城市建造了地铁：南特、格勒诺布尔、斯 特拉斯堡、卢昂等城市建造了现代化的有轨电车：里尔、里昂、图卢兹等城 市建造了自动化的轨道交通系统。使用公共交通的人数又开始增加。1 9 8 5 1 9 8 8 年，公共交通乘客人数的年增长率稳定在2 3 。公共交通的服务 质量显著提高，在舒适性、准点率和信息系统等方面大大改善。在人口超过 4 武汉理工大学博士学位论文 1 0 万的集合城市，公共交通出行量占总出行量的比重约1 0 ：公共交通服 务较好的城市，其公共交通出行量约占1 5 2 0 ，巴黎最高，达到3 5 。 但1 9 8 9 年以后，公共交通的增长速度明显放慢”1 。 巴黎和东京均按照政府仔细研究后制定的总体规划建设线网，并不断地 扩展和使之现代化。巴黎优先支持已确定的发展计划，东京则重视满足发展 中不断增加的需求。在世界各国，公共汽车发挥着重要的作用。 1 2 2 我国城市公交发展面临的问题 我国城市公共交通服务质量低，是一普遍现象。由于城市公共交通投入 偏少，以地面交通为主，使得公共交通发展相对滞后于城市经济发展的矛盾 更为突出，城市公交发展面临的问题主要表现在：公交车速低、公交出行比 例低和公交服务环境条件差等方面。 ( ”公交车速低 城市公共汽、电车数量虽有大幅增长，但仍远远跟不上客流量的增长， 人满为患的状况依然存在，大城市公共交通已不堪重负。相对于全国6 6 3 个城市、1 6 万公里的城市道路来说，现有的公共交通专用道等优先通行措 施也只是在少数城市的个别路段上采用，还远远没有形成公共交通快速网 络。城市公共交通车辆的运营速度逐渐下降，目前全国大多数城市公共汽车 的运营速度在2 0 k m h 以下。交通拥挤状况严重影响了城市经济和社会活动 的正常秩序和居民的出行，还带来了环境污染等诸多方面的问题，成为城市 经济发展的制约因素； ( 2 ) 公交出行比例低 在现行城市交通构成中，居民日常出行采用自行车的比例在3 0 以上。 公共交通的出行比例除个别城市超过2 0 以外，大部分城市在2 0 以下。公 共交通在城市客运交通中的主导作用还没有形成： ( 3 ) 公交服务环境条件有待改善 公共交通乘车环境、车况、服务质量还需要较大改进。公共交通专用道 数量较少，特别是没能形成网络，公交优先未能充分体现出来。 5 武汉理工大学博士学位论文 1 2 3 发展城市公共交通的优势 在我国“十五”计划纲要中，明确地提出了积极发展公共交通。由于土 地资源、能源的有限性，在我国优先发展城市公共交通是城市交通发展的必 然选择。发展城市公共交通有如下优势： ( 1 ) 可大大减少城市道路空间的占用 在城市道路条件有限的情况下，公共交通工具以最小的道路占用运送了 大量的客流，不同交通工具人均占用道路面积相比，公共汽车是自行车的十 分之一，是小汽车的十五分之一； ( 2 ) 有利于提高资源的利用效率 完成同样的载客量，每百公里耗油公共汽车仅为小汽车的2 2 ，同时减 少道路的占用还可节约土地等资源： ( 3 ) 有利于体现社会公平 政府制订公共政策应体现社会公平，它必须满足社会上绝大多数人的利 益，以保证社会的总体利益； ( 4 ) 有利于改善城市环境 使用不同的交通工具的出行者所造成的环境污染相比较，公共交通乘客 是最低的。 基于上述认识，我国政府积极倡导以公共交通为主导的城市交通发展模 式，大力发展城市公共交通，深化公交优先政簧。在具体措旌上，将公交线 网规划与道路网的新建、改造紧密结合起来，在城市主要干道上开辟公交专 用线，以体现路权使用优先的原则；设置港湾式公交车站，并逐渐建立起覆 盖整个城市的公共交通快速网络；加快公共交通的技术更新，推广应用g p s 、 i c 卡等系统，提高服务和管理水平；推广清洁燃料的公交车辆，减轻对城 市的大气污染，改善城市环境；提高公交企业生产调度水平等。预计“十五” 期间，新增城市公共交通车辆1 0 万辆，万人拥有公交车辆达到1 1 标台。 1 2 4 国外城市公交的发展趋势 ( 1 ) 快速公交系统的发展“1 建立快速公交系统是国外城市客运的发展趋势之一。快速公共汽车是 6 武汉理工大学博士学位论文 一种深具潜力的最新交通技术。2 0 0 0 年它在洛杉矶郡的威尔榭惠蒂尔大道 和范杜拉大道( w i l s h i r e w h i t t i e rb o u l e v a r d s 和v e n t u r ab o u l e v a r dc o r r i d o r s ) 两条试验线上一举成功，显示其强大的生命力。洛杉矶大都会交通局和洛杉 矶市交通局正在全面合作，推广和应用快速公共汽车技术。 1 ) 快速公共汽车的主要技术特征 洛杉矶快速公共汽车系统是快速公共汽车交通技术的一项应用。该技术 最早产生于巴西的库里提巴市( c u r i t i b a ) ，洛杉矶的快速公共汽车就是在学 习库里提巴市经验的基础上发展起来的。洛杉矶郡发展快速公共汽车的目标 是要以最短的时间，用最低的工程造价来运送最多的出行者。洛杉矶郡快速 公共汽车的主要技术特征如表( 卜1 ) 所示。 表卜l库里提巴b r t 技术在洛杉矶快速公共汽车项目中的应用 库里提巴b r t 技术特征 洛杉矶第一期快洛杉矶第二期快 速公共汽车项目速公共汽车项目 简单线路设计应用应用 多班次营运应用应用 根据时间间隔制订公共汽车时刻表应用应用 较少停车站应用应用 平面上下车以节省时间应用应用 汽车有专门颜色同其他普通公共汽车相区别应用应用 在道路交叉口采用最先进的公共汽车信号灯 应用应用 优先化技术 建立公共汽车专用道不应用应用 大容量公共汽车不应用应用 多车门方便上下车不应用应用 车外预付车票不应用应用 建立服务快速公共汽车站的交通支线不应用应用 同土地利用规划相协调不应用应用 2 ) 洛杉矶快速公共汽车试行线路 2 0 0 0 年6 月2 4 日，洛杉矾大都会交通局开始在洛杉矶郡两条主要交通 走廊威尔榭惠蒂尔大道和范杜拉大道上试行快速公共汽车技术，结果大受 欢迎。表( i - 2 ) 和表( 卜3 ) 为这两条试行线路的技术特征。 7 武汉理工大学博士学位论文 表卜2威尔榭惠蒂尔大道快速公共汽车线路的技术特征 起点站和终 长度 有信号灯控制车站高峰小时 点站的交叉口数目数汽车数 营运计划 东洛杉矾到 2 6高峰3 分钟一班车，非高 圣塔莫尼卡英哩 1 2 2 个3 0 个5 8 辆 峰和周末1 0 分钟一班车 表卜3范杜拉大道快速公共汽车线路的技术特征 起点站和终 长度 有信号灯控制车站高峰小时 营运计划 点站的交叉口数目数汽车数 环球影城到 1 6 8 8 个1 5 个1 6 辆 高峰l o 分钟一班车，非高 华纳中心英哩峰和周末1 2 分钟一班车 3 ) 洛杉矶快速公共汽车试行线路上公共汽车信号灯优先化技术 洛杉矶市交通局和洛杉矾大都会交通局合作开发出一套先进的公共汽 车优先系统( t r a n s i tp r i o r i t ys y s t e m ，t p s ) 。这套公共汽车优先系统在威尔榭 惠蒂尔大道和范杜拉大道上试用效果很好。 公共汽车优先系统主要采用以下技术： 一一公共汽车感应技术：道路上采用一种“感应圈一识别器”感应系统 ( 1 0 0 p - t r a n s p o n d e rd e t e c t o r ，l t d ) 来确定公共汽车的存在。感应圈埋设在 道路下面，识别器装在公共汽车下面，通过永久电源同汽车电力系统相连。 识别器将公共汽车识别号传输给感应圈，感应圈又将公共汽车识别号传输给 路边的交通信号机。 一一2 0 7 0 型交通信号机：这种新型的交通信号机不仅能控制交通信 号，而且能向公共汽车提供信号优先。 一一信号优先的两种主要方式：第一种方式是为接近红灯的公共汽车 提前提供绿灯：第二种方式是为已经进入绿灯区的公共汽车提供绿灯时间延 长，使得公共汽车能顺利地通过交叉口。 一般来说，对于提前和准时的公共汽车不必提供信号优先。换言之，信 号优先只提供给晚点的公共汽车。公共汽车前方的交通信号机通过提供信号 优先，使得晚点的公共汽车提高速度变得准点。交通控制中心和公共汽车调 度中心随时通过计算机图像显视器对照实时的公共汽车运行状况和预定的 公共汽车时刻表来确定误差。 8 武汉理工大学博士学位论文 4 ) 洛杉矶快速公共汽车营运表现 表( 1 - 4 ) 和表( 1 - 5 ) 为威尔榭惠蒂尔大道和范杜拉大道快速公车线路在 2 0 0 0 年6 月2 4 日开始后头两个月的营运表现： 表卜4威尔榭惠蒂尔大道快速公共汽车7 2 0 线路的营运表现 乘客量 威尔榭惠蒂尔走廊的总乘客量达到每天1 0 万人次，增加3 3 ，其中6 万 人次使用快速公共汽车。据估算，三分之一的乘客为新乘客，三分之一是 变化 现有乘客增加乘车次数，其余三分之一是其他乘客改道使用快速公共汽车。 出行时 节省出行时间2 9 ，其中3 0 一5 0 要归功于公共汽车信号优先技术的应用 间变化 表卜5范杜拉大道快速公共汽车7 5 0 线路的营运表现 乘客量 范杜拉走廊的乘客量达到每天1 万7 千人次，增加2 6 ，其中1 万人次使 用快速公共汽车。据估算，三分之一的乘客为新乘客，三分之一是现有乘 变化 客增加乘车次数，其余的三分之一是其他乘客改道使用快速公共汽车。 出行时 节省出行时间2 3 ，其中3 0 一5 0 要归功于公莛汽车信号优先技术的应用 间变化 5 ) 洛杉矶快速公共汽车今后的发展方向 2 0 0 1 年7 月，洛杉矶大都会交通局理事会通过了圣佛南度谷公共汽车 快速交通项目。该项目将采用快速公共汽车和公共汽车专用道技术把1 4 哩 长的东西圣佛南度谷连接以来，有利于洛杉矶红线地铁更好地为圣佛南度谷 居民服务。从洛杉矶红线地铁北好来坞车站到西圣佛南度谷华纳中心的快速 公共汽车专用道将大大地改善圣佛南度谷东西向交通，有利于缓和1 0 1 州际 高速公路日益恶化的交通拥挤状况，单程节省出行时间约1 0 一1 5 分钟。 随着快速公共汽车在洛杉矶郡2 条主干道上的试行成功以及圣佛南度 谷公共汽车快速交通项目的正式开始，今后快速公共汽车技术将逐步推广到 其他交通主干道上，通过4 期工程最终形成由2 3 条走廊组成的洛杉矶郡快 速公共汽车网络。今后几期工程将更多地应用其他先进技术，例如公共汽车 专用道、大容量汽车、设立同快速公共汽车线路连接的普通交通网络等等。 c 2 ) 区域集中调度法的发展 区域集中调度法是目前国外比较先进的一种公共汽车调度方法，以法国 巴黎的公共汽车运营调度系统较为先进”1 ： 9 武汉理工大学博士学位论文 1 ) 区域划分 巴黎公交总公司除负责地铁、市郊铁路和有轨电车的运营外，公共汽车 运营也是其重要组成部分，有公共汽车3 9 9 7 部，其中：铰接车2 1 0 部。公 共汽车运营公司共有员工13 0 0 0 多名，线路2 9 8 条，线路总长2 6 0 0 公里， 平均每条线路长度为7 1 2 公里。在巴黎市区和郊区共建有2 2 个运营保养合 一的中心场，其中东北区设有5 个运保中心、西北区有5 个运保中心、东南 区有6 个运保中心、西南区有6 个运保中心。每个运保中心根据所划分的地 区负责几个小区的公共汽车运营，运营服务半径为4 6 公里。各线路不单独 设调度室，由运保中心统一调度车辆，实行区域调度。每个运保中心所拥有 的车辆数不尽相同，一般为2 0 0 2 5 0 部车，少的也有1 1 0 部车以上，按平均 每车占地1 0 0 平方米设计建成，每一保养场占地面积约为2 5 5 5 万平方米。 2 ) 南特尔运保中心 以巴黎市南特尔运保中心为例，南特尔公共汽车运保中心调度管理情况 南特尔公共汽车运保中心于1 9 7 6 年建成，负责南特尔、拉迪凡斯、吕埃和 絮伦地区的公共汽车运营及维修保养。运保中心占地5 7 0 0 0 平方米，其中建 筑面积1 3 0 0 0 平方米；有1 2 条线路，总长度1 5 2 公里；市区线路平均长9 1 公里，郊区线路平均长1 1 9 公里；有4 1 5 个公共汽车站，运营车辆1 8 2 部； 月营运里程6 6 5 万公里，客运量( 月) 3 3 7 8 万人次。运保中心共有员工5 5 0 名，其中有司机4 0 0 余人，修理技工1 0 0 人。 3 ) 运保中心的主要任务 运保中心负责本区域内的公共汽车运营组织和管理，制定运营计划， 执行总公司批准的运营时刻表，车辆进出场调度和运营调度，以及司机的工 作、班次的安排等。每位司机按工作安排准时到调度大厅领取运营时刻表并 驾驶指定的车辆。运保中心采用多条线路集中调度的方法，通常每个运保中 心负责l o 条以上线路。运保中心利用计算机系统统计分析运营车辆的各项 运营指标的完成情况：安排车辆去巴黎公交总公司中心大修厂大修。车辆的 日常检修保养由运保中心负责，保养方面主要采用总成和部件互换，所需部 件均由中心大修厂提供。运保中心还负责下线车回场停放等工作。除特殊情 况外，晚问车辆均停放在运保中心。 4 ) 运保中心的功能 巴黎市的公共汽车运营系统经过多年的摸索形成了自己独特的区域调 度体系。每个运保中心内设有集中调度室，负责所管辖内的各条公共汽车线 路的调度。各条公共汽车线路的开辟都以运保中心为基点而设立，这样便于 1 0 武汉理工大学博士学位论文 维修保养，集中调度且减少车辆空驶，区域调度与计算机运营辅助系统相结 合，并为每部公共汽车安装了无线电话。 5 ) 区域集中调度法的发展 随着高科技在公交领域的应用，巴黎公交总公司现在又为公共汽车的运 营安装了卫星定位系统( g p s ) ，汽车定位精确度达5 0 米，方便调度人员随时 可以在计算机上看到车辆运行情况，并与运营时刻表比较，若车辆晚点或提 前可与司机取得联系，适时调度车辆运行，确保服务质量。驾驶员通常按指 定的时间提前几分钟到调度大厅等待，到时间后向调度人员出示自己的服务 证号后，从调度室拿到路单、车辆号和在停车场找到车辆停放位置，司机上 车后即可见到车辆上显示的运营指令和信息，按照调度的指令开始服务。运 营当中，可随时用无线电话与调度联系，调度人员也可以在屏幕上随时监控 车辆的运行情况。驾驶员到达另一端的终点后( 另一端终点不另设调度室) ， 在车上休息几分钟，到路单规定的返回时间后，按运营时刻表白行返回。 巴黎公交总公司长期实行的运保合一的体系是比较科学合理的，由于没 有车队一级建制，减少了路队的管理人员，体现了省人高效，加之管理上采 用无线电话、卫星定位系统、计算机信息管理和数据处理系统，可为企业经 营决策提供依据，在运营中，随时可掌握路况信息，适时调整调度运营车辆， 确保为市民提供高质量公交服务。 1 3 国内外城市公共交通运输车辆调度的研究发展现状 1 3 1 国外城市公共交通运输车辆调度系统研究的状况 发达国家的交通运输建设起步较早，交通运输的建设与管理已经有一 套完整的体系，而且随着经济的发展而不断的完善与进步，特别是城市公共 交通运输的经营决策有较完整的和相对比较科学的方法，城市的公共交通规 模，公共交通形式，公共交通网络的形成和公共交通车辆调度等等都有一定 的科学依据。在经济上，欧、美、日等国特别关注降低公共交通成本、提高 公共交通运输效率4 h ”1 。美国对先进的公共运输系统研究集中于使公共运输 和合乘更有效和可靠“”。”3 。它包括向出行者传达可靠和精确的情报，有了 这些信息，更多的人可以使用这些备选出行方式。美国公共运输系统的用户 服务功能包括：公共运输辅助管理、提供公共运输信息、满足个人需要的非 武汉理工大学博士学位论文 定线或准定线公共运输、公共运输安全等四项旺”锄1 。 可见，发达国家无论是宏观交通规划还是具体道路管理系统方面均很 重视公共交通。 但是，运输车辆调度问题是非确定型多项式综合寻优问题，属于 n p h a r d ( n o n d e t e r m i n i s t i cp o l y n o m i a l h a r d ) 难题。”，一般不易求精确 解。所以对于运输车辆调度问题主要还是采用现代非线性数学方法寻求非精 确性满意解，各国具体采用的解决办法，则因各自客观条件和发展历史不同 也不一样3 2 “。 1 3 2 我国城市公共交通运输车辆调度方法研究的状况 我国在交通运输车辆调度领域的理论研究起步较晚，目前主要集中于货 运车辆的调度领域，所用方法大体相似“叫5 ”，而在城市公共交通运输车辆 调度领域的研究，相关报道较少“”。“。在其他与运输有关的调度领域( 如集 装箱码头堆场车辆与集装箱调度等方面) 的研究，目前亦未见到系统的调度 方法研究的报道。 目前，我国城市公共交通运输车辆调度方法比较落后，多采用传统的人 工方法编制调度方案，相关领域的研究也很少见到。所能查到的文献中报道 的多为一些零散的、宏观的理论探讨的内容。现代非线性数学方法在城市公 共交通运输车辆调度方法上的系统应用研究很少，偶见国内外一些报道也多 为孤立的应用某一种方法，如层次分析法、模糊数学、灰色系统理论、神经 网络技术等，只解决车辆调度中的某些个别方面的问题“”吖7 ，体现不了现 代非线性数学方法的综合优势。 1 3 3 我国城市公共交通运输管理方法研究的状况 传统的公共交通运营组织以线路调度为核心”，是一种基于传统设备 和调度员的经验的调度。调度员通过电话等工具传达调度指令，手签路单、 目测客流。当出现突发情况，破坏正常的行车秩序时，现场调度就出现了所 谓“瞎子调度”的现象。这种状况很难跟上现代化城市的发展步伐。目前我 国公共交通运输管理中运用智能运输技术，基本上还处于“构想”和“初步 实验”阶段m ”_ ”。建立完善的城市公共交通车辆调度系统，用各种经济性 和非经济性指标综合评价公共交通车辆调度方案，并在此基础上进行新的组 织功能重构，就显得非常重要了。 1 2 武汉理工大学博士学位论文 由此可见，在对城市公共交通的研究过程中，除把注意力放在宏观层面 的交通规划研究外，还需从公共交通企业的利益的角度来进行研究“卜“1 ， 在遵循城市整体发展的基础上建立一个对城市公共交通企业具有较好经济 效益的公共交通管理体系，具有重要的现实意义。 1 4 本论文研究的内容与方法 1 4 1 基本研究内容 本论文基本研究内容可分为四个方面： 一是公共交通运输车辆调度管理组织方法的国内外发展状况的研究与 分析，确定本文的研究方法； 二是通过大量实证调查，分析城市客流起源、发生规律、发展过程以及 结果，并在此基础上提出城市公共交通线路客流预测模型； 三是根据公交线路客流的预测结果运用现代非线性数学方法计算满意 解组合： 四是提出科学、合理、全面的评判决策方法，为公共交通运输车辆调度 管理系统的有效运行提供指导方法。 具体研究内容包括： ( 1 ) 城市客流调查、分析与预测 通过客流调查和分析获得城市客流在道路上的时间分布特征和道路网 上的时间与空间分布特征，分析道路和路网的潜力和存在的问题，为合理组 织公共交通车辆调度提供依据。 城市公共交通运输研究必须根据城市客流特征展开，城市客流表现为高 峰、平峰及低峰三个时段明显的流量变化，通过实地调查和理论分析研究其 变化规律，根据该规律建立城市公共交通运输车