基于可靠性分析的城市公交线网优化决策.doc

删蚋芝分类号：；滚步太海硕士学位论文基于可靠性分析的城市公交线网优化决策孙静导师姓名职称马荣国教授申请学位级别工学硕士学科专业名称交通运输规划与管理论文提交日期口年盘月巧日论文答辩日期年月日学位授予单位长安大学答辩委员会主席学位论文评阅人陈宽民教授王秋平教授张生瑞教授。蛐，岫慨印叫锄叩呲珧蚍眺呻觚删岫删咖蛐【）砸硎），咖嘶呦，曲，砷缸叩龇衄垃缸。删傩粥魄哦黜。蚋。嘶航姗舭觚，勰凼盯，衄蚯粒托括如洫雠蝴涨蛐船喊（幻喇岫觚砌铋锄血蚵嬲仕蛳枷姗啪铀”蝴幽王觇璐。孤黜嘲镑岫塔觞也心她衄锄锄糟胝蜘匆忍硫璇皿髓“吲州、】，），圮嘶础觚妇跚栅似姆溅】矾孵龇址觚雠啦跏枷也，协眦呦。删帆。叩呦。妇妇够，也昀。啪锨矗”吖】髓觚。咖嘶咖。锄妇嘶。：呐。；职眈；、），。碰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：埝豫年易月缈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）敝作者签名：朗、狰导师签名：骊长安大学硕：学位论文问题的提出第一章绪论随着我国城市发展步伐的日趋加快，交通问题已经成为困扰城市发展的主要瓶颈之一。公共交通具有对交通资源的高效利用、可以保持紧凑式的城市发展模式等优点，所以大力发展公共交通、实行公交线网的优化成为缓解城市道路交通紧张状况的必然之路。同时，优先发展公共交通是符合中国实际的城市发展和交通发展的正确战略思想，实行公交优先是我国城市发展的方针和解决城市交通问题的重要对策之一。交通运输系统作为国民经济运行的载体之一，其稳定性直接关系到国民经济和人们生活的发展，而交通可靠性是评价交通系统所提供的服务水平的稳定程度最有效的指标。目前公共交通服务水平多用常态性指标进行评价，利用可靠性分析的方法在公共交通中的应用还比较少。公共交通运输系统与人的活动密切相关的系统，由于这个系统的服务方和被服务方都是随机变动的，使得其分析变得困难。一方面是服务方的随机变动：有多种不确定因素随机改变着道路交通网络的状态，如交通事故、自然灾害乃至日常的交通拥堵、道路改造维护等。另一方面是被服务方的随机变动：有多种因素影响乘客的出行，比如出行目的、个人偏好、路网状况等，因此交通量是随机变化的；可靠性测度作为一种概率测度，是反映运输系统的运行特征的有力工具，使用概率测度可以合理反映交通运输系统的随机性特征。对于运输系统的不同目标，可以建立不同的可靠性指标，公共交通线网可靠性就是评价公共交通线网系统的重要指标。这些指标能够给管理者和乘客都带来方便，管理者可以借此更为有效管理和控制路网的运行状态，乘客则可以借此预测自己的出行时间和出行方案。城市交通规划中公交线网优化是一项投资少、见效快、易于实施的有效措施。因此运用现代化的交通规划理论及现代计算技术，在现有城市道路系统和公共交通运力的基础上，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组合、最大程度地发挥系统的最佳效益的研究，已成为交通运输规划领域的重要研究课题。至今为止，对公交线网优化的研究分成两大类型【】：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线网优化问题。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决定。这种模型有逐步设计、优化成网方法和城市公交线网第一章绪论调整优化算法等【，。线网可靠性作为概率性的指标，它通过评价整个线网一定时期满足预定要求的可靠程度，有效描述系统一定时期的运行状态及预测系统未来的期望状态及阻塞或延误发生的可能性，可以定量化地评价既有公交线网的运行情况。比以往所采用的非概率指标更适合对道路交通状况进行更准确、更全面的评价。鉴于线网可靠性指标的以上优点，本论文拟研究基于可靠性的公交线网优化决策方法。研究的意义一个高效的公交系统，将有利于城市交通的通畅，方便人们的出行，减少环境污染。与道路交通系统一样，公交系统也受到多种随机因素的作用，例如天气状况、交通事故等，因此，在公交系统的规划和管理中只考虑到常量指标是不够的，将可靠性引入公交系统的规划和管理是提高公交系统服务水平的有效途径。可靠性作为一种概率性评价指标，能弥补确定性评价指标的缺陷，有效描述系统一定时期的运行状态及预测系统未来的期望状态及阻塞或延误发生的可能性，可以定量化地评价既有交通系统的运行情况。这为交通系统的长期规划及管理、提高人们的出行质量等提供了重要的参考依据，比以往所采用的非概率指标更适合对交通系统进行更准确、更全面的评价，其评价可作为城市交通网络规划及管理的基本依据，因此可被广泛应用于我国交通规划和建设。将可靠性分析应用于公共交通系统中，通过优化线网来提高公交系统的可靠性；借助对公交线网的可靠度分析，确定敏感路段，优化管理措施来预防交通拥挤及交通事故的发生。研究以可靠性为目标的公交线网优化方法，具有重要的意义，必将为我国的城市交通系统规划及管理事业带来巨大的经济效益与社会效益。国内外研究现状交通系统可靠性研究始于世纪年代。城市公交网络是城市交通网络的重要组成部分，提高城市交通系统的利用率被公认为是改善交通拥堵的有效途径之一。可靠性作为一种概率性评价指标，能弥补确定性评价指标的缺陷，有效描述系统一定时期的运行状态及预测系统未来的期望状态及阻塞或延误发生的可能性，这比以往所采用的确定性指标（如拥挤程度、平均行驶时间等）更具有适应性。目前可靠性技术已经在道路交通系统以及公共交通系统中得到了初步应用，包括日长安大学硕士学位论文常交通规划、运营和抗灾规划与应用管理，近年来在智能交通系统中也有所应用，但以可靠性为目标进行线网优化的理论尚未成熟。国外现状上世纪年代以来，可靠性在交通领域的应用技术，得到世界范围内交通工作者和决策者的高度重视，在日本、欧洲和美国等国家快速发展起来【】。日本是个多地震国家，地震经常使得交通网络瘫痪而不能及时救援，造成了极大的生命财产损失。为了减轻这种代价，日本政府和学术界首先开始对道路网络的可靠性进行了研究。连通可靠性问题就是最早由日本学者和于年提出的，并以连通可靠度反映路网保持连通的概率。在此基础上，年等人进一步补充了和的研究，将连通性从两点的连通性，拓展到七点的连通性，以及网络的连通性【】年舡妇和弱提出了行程时间可靠性的概念。它是路网可靠性的另一种测度方法，充分考虑了路网的出行需求以及出行者的出行行为。尽管行程时间可靠性是一个非常重要的衡量路网可靠性的指标，但是在初期研究阶段，由于数据难以获取。因此，行程时间可靠性的计算成为研究的难点问题【。年，（提出研究行程时间可靠性时应考虑由于道路条件的恶化而导致的路网容量衰退，并认为行程时间可靠性是路网容量衰退状态下的行程时间与路网容量没发生衰退状态下的行程时间之比的函数。当他们的比值接近于时，路网基本上在理想状态下运行；当这个值趋于无穷大时，说明某段路发生严重的堵塞而不能到达目的地【。年，和指出：当路段能力衰退时，会直接影响到一个或多个路网对。由于供给和需求的相互影响，这些对之间的流量也会相应地受到影响。基于此出发，和定义了交通流衰退可靠性，即对或者路网中交通流的衰退不超过某一极值的概率。它突出强调了路段在路网中的重要性。年，和关于这一概念进一步指出，出行需求不仅仅是关于行程时间的函数，它也包含由于潜在需求事件导致的需求变化【】。年，美国犹他州州立大学的等人提出了路网容量可靠性的概念，并于年再次系统地阐述了路网通行能力这一可靠性，建立了通行能力可靠性评价方法。此方法是在考虑出行者路径选择行为及路网服务水平的基础上，路网容量能满足交通需求的概率。并且可以用来评价交通条件恶化情况下，路网容量满足一定需求水平第一章绪论的概率，说明现在的路网对于预期的需求是否足够。由于其同时考虑了路网容量限制和出行者的路线选择行为的问题，在一定程度上弥补了连通可靠度的一些缺陷。至此，道路交通网络可靠性研究由此前基于局部个体出行者利益，拓展至基于交通系统管理者利益的全局性规划设计。年，美国的趾认为行程时间可靠性和通行能力可靠性密切相关，并提出基于两种可靠度统筹考虑的二维图示可靠性分析方法。该方法考虑行程时间和交通需求等可靠性因素之间的互动关系，经模型仿真模拟分析对各种行程时问和交通需求条件下行程时间和通行能力可靠度的预测评估，从而达到行程时间和通行能力可靠的整体化研究之目的。它不仅适应较为宽泛交通流状态下的可靠性分析，更为重要的是将可靠性设计思想引入路网设计。年锄和趾提出了需求满意度可靠性，它反映的是路网提供潜在出行需求的能力。它描述的是出行需求满意率不小于某一特定值的概率【。年到年间，加研究了基于驾驶员行为分析的行程时间可靠性。其研究结果表明驾驶员依据信息作出的路径选择行为是多变的，且越冒险的驾驶员，对于未知路网，行程时间越长【】。年研究了动态交通信息对路网行程时间可靠性的影响，得出描述性信息可能会导致路网状况的恶化的结论【。国内现状国内在交通可靠性方面的研究目前还没有广泛展开，特别是公交线网可靠性的研究。有关道路交通网络可靠性方面的研究比较零散，不够系统，研究起步比较晚，但近几年，随着人们物质生活水平的不断提高和生活节奏的加快，人们在进行交通出行时，不但期望以最短的时间到达目的地，而且也对在期望时间内到达目的地的可靠程度提出了新的要求。因此，如何保障交通出行的可靠性逐步得到人们的关注，可靠性评价技术也被逐步引入到交通领域中来。毛林繁将可靠性指标引入公交网络的设计中。其基本思想是采用图论的方法将公交网络用重图表示，并将城市公交网络的可靠性定义为其对应的重图的弧连通度。虽然建立的双层规划模型中包含了出行者路径选择模型，但本质上仍然考虑的是连通可靠性【】年，东南大学的朱顺应、王炜等提出了用交通网络的可靠度来评价路网的方法，长安大学硕上学位论文提出了采用饱和度（）来确定路段的可靠度的方法。指出在一定服务水平上，如果只用，来度量从网络一节点到另一节点的通达概率太过于严格了，所以对连通性的计算进行了改进，把对路网连通性的度量从、两值扩展到【，】区间，但是没有考虑交通供需的随机性变化。年，上海交通大学的侯立文、蒋馥等，在分析路网可靠性与服务水平的关系的基础上，对城市道路网进行了可靠性的研究。定义路网的可靠性是指在保证最低可接受服务水平的情况下考察任意对间的可达概率，因此它是路径可靠性和最低可接受服务水平的函数，其计算方法是根据串、并联系统的计算方法对路径可靠性进行计算得到。该方法在计算路段可靠性时考虑到交通流量的波动性，因此，在一定程度上考虑了交通需求的随机性变化【】。年，北京工业大学的陈艳艳教授进一步研究了交通供需的随机性变动特点，提出了路段（或交叉口）畅通可靠度的概念，用于评价路网的运营状态，建立了评价城市道路系统运行状态的概率性指标【引。她指出畅通可靠度是指在工作日的高峰时段内，路网在正常使用条件下，道路交通运营状态能满足畅通状态的概率。她针对数据获取问题等实际情况，提出了三种计算城市道路单元（道路或交叉口）畅通可靠度的方法。后两种方法虽然考虑了路段上的交通流量，但忽略了出行者的路径选择行为。此外，北京工业大学、上海交通大学等也从不同角度对路网可靠性进行了研究【】【】总之，国内可靠性评价技术的研究才刚刚起步，多是针对描述路网功能的连通性、畅通性等方面给出定义，而对于行程时间、路网容量等方面研究较少。对于公交网络可靠性的系统研究，尚处于空白阶段，因此，我们进行城市公交网络可靠性研究时，应该广泛借鉴国外进行路网可靠性研究的经验，学习国外的先进理论和方法，并结合我国城市交通的实际情况，分析我国城市公交网络的交通特点和应用需求，提出适用于我国实际情况的公交网络可靠性评价技术。本文研究思路本论文的主要研究思路如图所示。其主要可以描述为：在国内外公交线网优化以及可靠性研究综述的基础上，通过对我国城市公共交通线网现状的分析，提出在交通领域引入可靠性指标的必要性；研究不同的可靠性指标和模型，以及在公交线网评价中的应用；借鉴路网可靠性优化理论探讨基于可靠性分析的公交线网优化方法，建立基于第一章绪论运行时间可靠性分析的公交线网优化模型；通过简单算例分析，介绍基于运行时间可靠性的城市公交线网优化决策过程。准备阶段理论研究创新阶段应用阶段本文主要研究内容图本论文研究思路论文主要研究内容分为以下几个方面：分析可靠性在交通领域应用的国内外现状。分析论证公交系统中引入可靠性指标的必要性。研究应用可靠性进行城市公交线网评价的方法。研究基于运行时间可靠性分析的城市公交线网优化决策总体思路和步骤。建立基于运行时间可靠性分析的城市公交线网优化模型。研究基于运行时间可靠性分析的城市公交线网优化模型求解方法。一一长安大学硕士学位论文第二章城市常规公交线网分析公共交通对交通资源的高效利用，使得通过大力发展公共交通、实行公交线网的优化成为缓解城市道路交通紧张状况的必由之路。城市常规公共交通线路网（以下简称公交线网）规划布设的合理性、方便性、可靠性，直接决定着一个城市的公交系统运营状况和服务水平。合理的公交线路和停车站点的设计，可以很好地满足市民对公交出行的需求；反之，不合理的线路和停车点，会严重地降低城市公交系统的综合服务水平，同时也会相应地减少公交公司的经营利润。因此，在对城市公交线网进行合理布局、最大程度地发挥系统的最佳效益的同时，有必要对公交系统和公交线网的一些特性进行深入分析。城市公交线网状况分析城市公交系统的构成城市公共交通是城市中供公众使用的经济方便的各种客运交通方式的总称，狭义的公共交通是指在规定的路线下，按固定的时刻表，以公开的费率为城市公众提供短途客运服务的系统（龟，）。广义的公共交通指所有供公众使用的交通工具，包括客运和货运、市内和区域间运输的总体。本文主要针对狭义的公共交通系统进行讨论。城市公共交通是城市社会经济正常运转的基础保障，是城市综合环境的基本组成部分，是实现城市社会经济正常运转的基础保障，是城市综合环境的基本组成部分，是实现城市居住、憩息、工作和交通四大功能的重要元素，也是衡量一个城市综合竞争力的重要标志，更与每个市民的日常生活息息相关。城市公共交通系统是城市交通系统的重要组成部分。城市公共交通系统由人车（公共交通工具）路（途径、交通线路）三方面共同组成，既包括硬件（设施、设备），也包括软件（技术、政策），有着整体、综合和动态的内部关系，它是与城市交通系统和城市社会经济、环境相联系的、复杂的、开放的大系统，有着多变量、多目标、多层次、多属性等特点。公共交通的任务是为了满足居民出行的需要，居民出行的目的是多种多样的，如图所示，可以概括为以生产、工作、生活、文娱为目的的出行。居民的生产、工作、生活性的出行，有很强的目的性、规律性，并主要依靠公共交通代步。城市各种文化娱乐活动的集散，也主要有公共交通承担运输服务任务。除了为本地居民服务外，公共交第二章城市常规公交线网分析通还要随时随地为城市流动人口提供服务。因此，公共交通是最基本、最经常、最大量的服务活动。图城市居民出行目的示意图公交出行方式在城市中长距离出行中具有显著的竞争地位，以厦门市居民出行调查数据为例，如图。随着出行时间的增加，公交车（公共汽车）出行方式所占比例持续增加，为居民的主要选中出行方式。步行“行己公窖暑出租蕾他苇矗人士一托尔比茸它它行时问（）柏驹一舳图各种交通方式出行时间竞争曲线公交出行方式承载城市的主要客流，是城市交通方式组成的主体，与其他各类交通方式具有竞争和接驳关系。城市常规公交系统主要指城市公共汽车、有轨和无轨电车客运方式，是公共交通系统的重要部分，在城市客运交通系统中发挥着很大作用，公共交通系统的构成如图所示。长安大学硕上学位论文图城市常规公交系统与客运交通系统我国城市公交线网发展现状卜我国作为一个经济持续高速增长的发展中国家，城市公共交通的建设和发展一直都滞后于社会经济和居民生活的需求。城市公共交通是一种耗费少、效能高的交通方式，具有私人交通无法比拟的优势。它作为重要的城市基础设施，是关系国计民生的社会公益事业。随着公共交通在城市客运交通中主导地位的确立，将极大地缓解交通压力，减少交通事故，改善城市生活环境。目前，城市公共交通在线路条数、线路长度方面、公交车辆的增加、客运量的增长、运营服务水平等方面己取得了长足的进步，城市公共交通系统在城市经济与社会发展中发挥着越来越重要的作用。以北京为例，公交运营线路条数从年的条增长到年的条，增长了，公交运营线路总长度也从年的公里增长到年的公里，增长了嘣。随着社会经济水平的提高，居民对公交需求水平也不断提高，但受到财政体制、经营机制、管理水平以及道路通行条件等诸多因素的影响和制约，城市公共交通的发展状况还有不尽如人意之处，公交服务尚存在一些问题，服务水平与居民需求尚有一定的差距。造成的原因是多方面的，但主要是与公交线网本身结构的不合理布局有密切的关系。第二章城市常规公交线网分析表北京市历年常规公交规模发展情况（）年份线路数（条）线路总长度（公里）客运量（万人次）年末营运车辆（辆）公共交通线网是公共交通的重要方面。我国的城市，特别是特大城市公交线网存在的主要问题分析如下：公交线网布局结构不合理、密度低、重复率高，甚至存在公交服务盲区公交线网布局即为公交线网在各个城市片区和城市道路网络上的布局。由于我国的城市结构一般具有向心的特征，城市道路资源少，在城市的繁华区域公交线路多，部分城市干道上公交线路重复率较高，导致公交车赖站现象严重，影响城市道路交通的畅通。公交线网密度大小反映出居民接近线路的程度，按理论分析，城市公共交通线路网密度以【为佳，在市中心可以加密些，达到恤；在城市边缘地区取值可以小些，达到妯锄。居民步行到公共交通车站的平均时间为为佳，根据调查，沿公共交通线路两侧各范围内的居民是愿意乘公交车的，超出范围，绝大多数居民选择骑车，乘公交的很少。由此证明了，公共交通线网的密度不能太稀。站点覆盖面以半径计算，不得小于城市用地面积的，但我国很多城市远远没有达到这一标准。这就造成居民出行得不到满足，同时，也使城市中“摩的”、黑中巴及其它非法客运活动有了市场。公交线网层次不清，功能单一我国的特大城市应形成以快速公交（包括轨道交通和快速巴士公交）为骨干、公共汽、电车为主体，出租的士和其它特色公交为辅助的公交系统，系统中每种公交方式应发挥各自的特点与优势，并相互接驳、紧密协调。但目前具有快速公交方式的城市很少，绝大多数城市的公共交通仍然是公交汽、电车，辅之以出租的士。公共汽、电车线路没有快速线路与一般线路之分、区间线路与区域内线路之分，公交站站停靠，运行速度慢、运行效率低。长安大学硕上学位论文我国城市规模的迅速发展，地区性公交服务的需求量逐步增加，对乘车方式的需求越来越呈现出多样化，然而长线多和短线少的线网级配难以满足这种不断增长的多养活乘车需求。线路层次不清，造成线网运力在时间和空间上存在较大的不均衡。公交线路主要集中在快速路和主干路上，支路的公交覆盖率却很低，制约了公交服务范围的扩大。同时，月票有效路线和月票无效路线，由于乘车成本的差异，加剧了供求之间的不均衡。由此可见，理顺公交线网层次，是公交发展的一个关键问题。公交线路非直线系数较大，运行时效性差，吸引力不强我国城市公交线路过分追求较少的人均换乘次数，一般都将客源直接连通，线路迂回曲折，非直线系数较大，准点率低，增加了乘客的出行时间，影响公交吸引力，导致有些城市公交分担率下降。改革开放以来，很多城市非机动出行方式主要向摩托车和私人小汽车方式转移，而向公共交通转移量很少。市内公交线路与对外长途、远郊公交线路冲突严重我国很多城市将长途汽车站设在城区中心或主城区，长途公共汽车和远郊公共汽车挤在城市主干道上，接驳换乘不便，加重中心城区城市道路的交通负荷，影响城市交通综合功能的发挥。综合分析发现，公交线网布局的合理性和科学性是我国城市公交发展首先需要研究解决的重要内容。未来我国城市公交的发展需要有一种符合我国国情的布局理念来指导，这就需要对城市公交线网优化问题进行研究。城市公交线网优化影响因素分析公共交通线网优化是一个复杂的过程，受多方面因素影响，主要有城市客运交通需求、道路条件、效率因素和政策因素等。其中，城市客运交通需求是首要因素，理想的公共交通线网布局具有服务面广、非直线系数小、出行时间短等特点；道路条件是公共交通线路网络布局设计的基础，要考虑道路的几何线形、路面条件和容量限制等因素；效率因素是指公共交通线网单位投入所获得的服务效益；政策因素包括交通管理政策、社会公平保障政策等【。一般情况下，在公交线路优化的过程中主要考虑以下的影响因素：城市客运交通需求城市客运交通需求，包括出行数量、出行分布和出行路径的选择，是影响公交线网优化的首要因素。在一定的服务水平要求下，客运需求量大的区域要求布设的公交线网第二章城市常规公交线网分析客运能力较大；理想的公交线网布局应满足大多数交通需求的要求，具有服务范围广、非直线系数小、出行时间短、直达率高（换乘率低）、可达性好（步行距离短）等特点。场站条件起（终）点站可作为公交线网规划的约束条件，根据拟定的起终点生成线网，也可在路线优化后，根据线路及车辆配置确定起（终）点站及其规模。中途站可以在路线确定后，根据最优站距和车站长度的限制等情况确定。车辆条件影响线网规划的车辆条件包括车辆物理特性（车长、宽、高、重等）、操作性能（车速、加速能力、转弯半径等）、载客指标（坐位数、站位数、额定载客量等）和车辆数。考虑其中物理特性和操作性能与道路条件的协调，可以确定公交线网规划的“基础道路网”。线路优化时，若车辆的载客能力不变，由车辆的总数、车辆的载客能力和路线的配车数可以决定公交路线的总数。道路条件对于常规公交线网来说，道路网是公共交通网络的基础，但并非所有的道路都适合公交车辆行驶，还要考虑道路几何线型、路面条件和容量限制等因素。若道路条件差，如转弯半径过小、坡度陡长、路面负荷有限、路宽不足时就不适合公交车辆行驶。因此，在进行公交线网优化以前，可以将所有适合于公交车辆行驶的道路定义为公交线网规划的“基础道路网”。效率因素效率因素是指公共交通线网单位投入（如每公里、每班次等）获得的服务效益，反映路线效益的指标有：每月行驶次数、每车次载客人数、每车公里载客人数、每车公里收入、每车次收入、运营成本效益比等。它不仅反映路线的运营状况，还反映路线经过地区的客运需求量和路线的服务吸引能力，因而在规划中应特别考虑效益因素。政策因素政策因素包括交通管理政策（如车辆管制和优先措施）、社会公平保障政策（如照顾边远地带居民出行）和土地发展政策（如通过开辟公共交通路线诱导出行，促进沿途地带的发展等）。长安人学硕士学位论文城市公交线网优化一般方法城市公交线网优化方法概述由于公共交通对交通资源的高效利用，使得通过大力发展公共交通、实行公交线网的优化成为缓解城市道路交通紧张状况的必然之路，而且公交线网优化也是一项投资少、见效快、易于实施的有效措施。因此运用现代化的交通规划理论及现代计算技术，在现有城市道路系统和公共交通运力的基础上，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组合、最大程度地发挥系统的最佳效益的研究，已成为各国有学者的重要研究课题。通常情况下，城市公交线网优化方法的思路通常有两种模式：解优法和证优法，如图、图所示。（）解优法（或正推法）即根据对城市交通需求的预测，通过求特定目标函数的最优解，获得优化线网。（）正优法（或验算法）即对一个或几个线网备选方案进行评价，证实或选择较优方案。图公交线网优化的解优法流程图图公交线网优化的证优法流程图在实践应用中，两种方法常结合使用，如将解析优化线网与经验线网共同构成备选线网集；对解析优化得到的线网根据实践经验进行调整；对经验线网的解析优化调整等。根据服务需求与线路功能构筑分层次线网；根据客流分布特征，确定地面公共交通走廊，布设主线路；以客运交通枢纽为核心，调整地面公交线路，理顺轨道线路、主干线路、区域线路的关系；增加调整区域线路和驳运线路的，扩大新城区、中心镇、集镇地区的公交线路覆盖面；调整与轨道交通平行的路线，增加接驳线。其主要环节如下：第二章城市常规公交线网分析交通需求分布预测，线网的优化布设，公交站点的优化设置，线网客流预测以及线网评价。线网优化布设一般在单条路线优化的基础上，考虑线网的整体优化，常采用以下方法：（）“逐条布设，优化成网”法按路线直达客流量最大布线，如王炜等（）将城市公交线网规划分为起讫站点拟定和线网生成两个部分，对所有起讫站点间可能的路线按直达客流量最大“逐条布设”。其流程如图所示。（）经验法如“台北市大众运输路线研究规划”采用事先设定的公交线网方案，如方格线网、辐射型线网等。（）拟合客流法如在系统最优客流分配的基础上，用“取大法舍小法”截取网络得到初始网络。图“逐条布设、优化成网”法流程图城市公交线网常用优化模型城市公共交通线网优化目标城市公共交通线网对城市居民的生活有着很大影响，公共交通线网优化，必须以公交乘客分布量（矩阵）作为依据，以方便居民出行为目的，并兼顾公交企业效益。长安大学硕上学位论文一般而言，公交线网优化的目标为广义费用最小化和服务最大化，优化模型的建立应综合考虑出行者与运营者双方的利益。常规公交线网调整规划主要有两种优化模式：一是限制运营成本，使服务水平最大；二是给定公交的服务水平，使运营成本最小。在规划或设计公共交通网络时，必须具体考虑以下目标对公交线网进行优化。（）为更多的乘客提供服务：（）使全体乘客的总出行时间更小，这要求尽可能地缩短出行距离，减少换乘次数世岢；（）路线线网的效率最大；（）保证适当的公交线网密度，减少公交盲区。（）保证线网的服务面积率，减少公交盲区。实现公交运营者与使用者期望的公交线网优化的低成本、高效益目标，使公交网络的社会成本最小化、社会效益最大化。一般从空间、时间和价值方面等建立公交线网优化模型，一般可以归纳为以下几个：（）以乘客总出行时间最小为目标【】函数表达式为：糟一丁乃（），王其中，乃兄。名：名，名。名，如扣（瓜压）（）（主万如万（圭如忙铙沁劳（）（）（）（）（）（）第二章城市常规公交线网分析式中，交通小区数目（个）；从第小区到第歹小区的客流量；乃从第小区到第小区乘客出行时间；从下车站到上车站的中转时间；每位乘客从出行点到相应车站的步行时间；，中转换乘时间；车辆行驶时间；下车后乘客步行到达目的地的时间；、第小区、第歹小区的面积；矿乘客步行的平均速度；与路网密度相关的系数，取值范围为；万平均发车间隔时间（可取经验常数）；平均留站率（户可取经验常数）；玩车辆平均行驶速度；三第区形心节点到第区形心节点公交线的长度；厶乘客从车站下车后步行到目的地的最短距离；允。、无：、兄，、允。、五，相关修正系数。（）以乘客直达量或直达率最大为目标【羔窆岛万，至芝（），扛式中：乘客直达率；岛线网内公交节点到节点的直达客流量（人次）；函一燃一删皴啪椭脯耻筠；线网内交通小区到交通小区的客流量（人次）；长安大学硕士学位论文刀交通出行公交车辆的道路网节点数；珊一交通小区总数。（）以用户费用和运营费用最小为目标【五兀（）名正，（）（）式中：向公交配对节点到的公交乘客量（人次）；在一个给定的公交网络向量（）情况下，公交配对节点到，的公交出行总时间（）；旯出行时间花费与公交网资金投入之间的权重；衮配对节点到单车成本；凰交配对节点到所需要的车辆保有量；五（）交配对节点到线路建设费用。七（）以线网日均满载率最大为目标【亓）（刁。，勘式中，线路日均满载率；口辨第尼条线路节点至路段车客流量（人次）；彬第尼条线路节点至路段车容量（公里）：三班第尼条线路节点至路段距离（公里）；公交线路数。城市公共交通线网优化的约束条件（）公交线网规划的影响因素及约束条件较多，一般来说，约束条件可分单条路线的约束条件和线网整体的约束条件两类。（）单条路线的约束条件路线长度约束，曲，啮。（）第二章城市常规公交线网分析式中，嗍、，咄路线长度的上、下限（）。线路长度与城市的规模、城市居民的平均乘距大小等有关。路线过长，会增加系统的运营费用，车辆班次安排和调度有困难，且工作人员容易疲劳，不利于公交运行安全；线路过短效益不佳，也增加了乘客的换乘次数。城市道路交通规划设计规范建议线路长度的限值按如下计算：，搬丁一（）式中，公交车的平均运营车速，设为【沛；丁一城市居民的单程出行时间（），按城市道路交通规划设计规范给出和丁一值计算得到的公交线路长度如表所示。，而。按运营要求约为。表最大出行时耗、主要公交方式及常规公交线路的长度上限城市规模丁。（）主要公共交通方式，。（）万人大、中运量快速轨道交通公共汽、电车大万万人中运量快速轨道交通公共汽、电车万人公共汽、电车中公共汽车小公共汽车路线非直线系数约束公共交通线路长度与起、终点站间空间直线距离之比，称为路线的非直线系数环形路线的非直线系数是对线路上的主要枢纽点（或最远的两节点）间来衡量的。卧兄泣式中，厶路线的长度（）；西线路起、终点站间空间直线距离（）。城市道路交通规划设计规范规定：也乩起终点条件约束线路优化中考虑的场站限制条件主要是首末站为止的用地。路线的起终点可以先确长安大学硕士学位论文定，也可以选出起终点的可行集，而将其确定纳入路线搜索的过程中。舀路线客运能力约束（黔位晓式中，单条公交线路的容量：所计算的运营时段；运营时段中的平均行车间隔：该条线路运营车辆的额定定员（单节车：人辆，铰接车：人辆）；，运营时段内的车辆满载率（高峰小时取）：口不换乘比。公交线路的单向客运能力与车辆的载客能力、发车频率、站点的型式和通过能力、道路形状及交通条件、客流分布等因素有关。各因素的影响是复杂的可以在线路线网规划中采用经验值计算。站点中转量约束王炜教授提出单线客运能力的表示公式，如式所示：五司五呲妇（）式中，品【】和一明线网上第节点的中转乘客量和最大中转乘客能力（人），公交线路主要是上客量限制，与车型发车间隔等有关。道路通行能力约束委罟也肛，口（）怯嚣经过路段；式中，路线的最大流量断面客运量；公交线路的容量；如路线上公交车的车型换算系数（当量小汽车单位；）肛路段口的公交车辆占用系数，屏时为公交车专用道路；第二章城市常规公交线网分析已路段口的道路通行能力（当量小汽车单位）。线路的断面流量均衡性约束线路的断面客流不均衡系数肛定义为线路中最大断面客流量与平均断面客流量西之比，即：一般情况下，不宜超过。复线条数约束三（）在优化中采用复线条数约束是对公交路线的分布均匀性、站点停靠能力的综合考虑。一条道路上的设置的路线数：（）式中，批路段口的路线条数。复线条数在公交线网规划中是非常重要的约束条件，由它所定出的复线系数直接影响到公交线路的最短路走向。也可采用线网的重复性指标来反映线网整体的路线重复情况，若较小，则线网分布较均匀。磊一厶栌参一嚣经过路段式中，厶路段口的长度（虹）。（）线网整体的约束条件线网整体的约束条件包括单条路线的综合考虑外，还应考虑一下指标：线网密度约束（）公交线网的密度是指城市有公交线路服务的每平方公里用地面积上有公交线路经过的道路中心线的长度，它反映了居民接近线路的程度。公交车保有量一定时公交线网密度过高或过低，都会造成非车内出行时间（候车时间与步行时间）的增加，公交线网长安大学硕士学位论文密度在加砌左右时，非车内时间最短【，如图所示；当线路发车间隔固定时，候车时间接近常数，线网密度可增至砌砌，但增加线网密度必须增加公交车保有量，否则候车时间增大。城市道路交通规划设计规范给出线网密度的下限为：一髅器怒，他）曲）。（砌加）（市边缘区）一候车时：步行时词一非车内时葺：莒芭二山、一吣、公交线路网密度（【】鱼位图公交线网密度和非车内出行时间乘客平均换乘系数约束式中，平均换乘系数；虿刀譬肛专譬、习、弓从交通节点到的直达人数、一次换乘人数、二次及二次以上换乘人数；西从交通节点到的总出行人数。一般情况下，城市居民单程换乘次数不超过次。城市道路交通规划设计规范给出的整个网络平均换乘系数为：仨黧篙市，眩，：一：。：（）（中、小城市）第二章城市常规公交线网分析公交站点覆盖率约束曲（）式中，肚和疵线网只的车站服务面积率和最小允许服务面积率；繇线网的公交车站服务面积（）；城市用地面积（）。公交车站的服务范围一般是指车站合理步行区范围，与居民出行点的分布和通向车站的道路的路径有关。一种简化的考虑方法是：以车站为圆心，以合理步行距离（服务半径尼）画圆，圆面积即为车站的服务面积。城市道路交通规划设计规范的规定值为：蛔：耋：三三三三：）西居民出行耗时约束丁眦（）式中，丁城市中居民出行单程最大时耗；一城市中居民出行单程最大时耗上限。城市中居民出行单程最大时耗的上限影响着城市公共交通方式的选取，城市道路交通规划设计规范给出的单程最大时耗的上限与交通方式的关系如表所示。公交车辆保有量约束按城市道路交通规划设计规范要求，公交车辆保有量应满足：对大城市：上丝上（）尸、对中、小城市：上丝上（）尸、式中，城市人口数；线网，的车辆数（折算为标准车）。长安大学硕上学位论文城市公交线网常用优化算法单条线路优化算法组成线网的公交路线常有现状路线、经验布设路线、各种最短路线、实际或最优分配客流拟合路线、搜索优化路线以及它们的合并、组合和延长路线等。其中，路线搜索法是对所有可能路线进行优选获得的，从理论上是最好的且便于计算机实现并且符合路线布设的要求。路线搜索的基本原理是：从起点（交通分区）出发，向所有邻接交通区扩展，再以各邻接交通分区为新的起点，继续向邻接交通分区做连续的扩展直至到达路线长度限制。对到达的每一个节点考虑