重庆市公交线网的评价与优化

重庆市主城区公交线网的评价与优化 2011年7月29日星期五重庆市主城区公交线网的评价与优化【摘要】：随着城市轨道交通的普及和进步，城市地面公交系统的职能面临着从主体位置到链接功能的转型，在转型期间如何优化设计地面公交路线网，对于城市公共交通发展有着重要意义。我们以重庆市轨道交通建设为例，用模糊综合评价方法对现有的公交线路网进行了评价，然后对2011年地面公交路线进行了设计，最后考虑远景对2020年的地面公交路线进行了重新设计。在对城市当前公交路线网进行评价的模型中我们选择的是模糊综合评价方法，同时用层次分析法构建指标体系并确定权重，然后基于公交运行数据资料对各指标进行打分形成评判集，进行了综合评价。用MATLAB软件编程处理，结果显示综合评价值为5.3844，当前公交路线网处于较好的运行状态。考虑到2011年和2020年轨道交通对整体公共交通系统的影响程度不同，故对于两个阶段的公交路线的优化采用了不同分析思路。在2011年公交路线优化模型中，认为此时地面公交仍然是公共交通系统的主体，只需对轨道交通产生影响的公交路线进行调整，其余公交路线有较高的效率保持不变。同时考虑公交路线与轨道路线产生回路的情形是需要重点处理的问题，运用“破圈法”去除公交路线与轨道交通多余的交点，使得公交路线为轨道交通提供集散渠道，而非竞争渠道。整个优化处理过程用MATLAB软件实现，共调整了202条公交线，25个公交站点，具体调整结果见正文。在2020年公交路线优化模型中，认为此时轨道交通是公共交通系统的主体，定位公交线路为短程运输和连接轨道渠道的主要方式，需要重新对公交线路网进行重新设计。在此把主城区划分为18个组团和8个功能区两类人口密集区，同时定义20个一级换乘点和23个二级换乘点，由于换乘点自身通过轨道交通练成一体，那么现在公交线路网的作用就是用尽可能短的路线连接功能区与一级换乘点及组团与二级换乘点。搜索最优线路是通过MATLAB编程实现的，运行结果如下图：（“”代表一级换乘点，“”代表二级换乘点，“+”代表功能区，五角星代表组团，连线代表公交线路，详细解释见正文）关键词：模糊综合评价法 层次分析法 破圈法 最优路径一、问题的重述大力发展公共交通己经成为实现“畅通重庆”的关键性举措。在公共交通系统中，城市轨道交通因其大容量、高速度、准时和高效的优势，发展轨道交通已成为城市客运交通的趋势性选择。但是城市轨道交通的投入运营势必会给原本区域内的常规公交线路来冲击，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发展的客观需要。伴随着重庆市轻轨地铁“九线一环”的城市轨道交通网络的逐渐开通，对重庆市公交线网的优化设计已成为一个紧迫的问题，本文在这个背景下本文对重庆市主城区公交线网进行了整体评价，并尝试对公交线网进行了优化设计。二、模型的假设1） 2011年除与轨道线相关的公交线需要优化设计外，其余公交线路均运行稳定，不需要进行优化调整。2） 这里的公交路线设计是常规民用路线的设计，不考虑额外的应急公交路线的设计方案。3） 重庆市规划方案对重庆市为了交通需求的预测是相对准确的。4) 2011年时地面公交依然是公共交通的主体，2020年时轨道交通已经成为公共交通的主体。5） 重庆市组团和功能区（卫星城）内部的交通是自成一体的，在此不考虑组团和功能区内部的公交线路连接，只关注与组团之间和功能区之间的公交路线连接。三、符号说明1. 模糊层次分析法评价模型 ij : 第i个指标层中的第j个指标 Fuil（uik）： 因素uik相对于uil的重要程度的量化值 VK(K=1,2,L)： 第k个可能的服务水平的评价结果 Wi： W归一化处理后的结果 A=akl： 模糊判断矩阵 Ci： 评判矩阵，由打分法获得。B: 最终评价分数2. 公交路线优化设计模型dn： 经过第n个站点的公交车号码形成的矩阵dn： 对dn进行零元素填补后形成的矩阵D： n个dn矩阵组合形成的（nm）矩阵四、模型的建立1、建立模糊层次分析法的评价模型模糊综合评判方法是一种常用的解决定性和定量分析的方法,在工程设计、管理和技术上已经得到广泛应用。层次分析法（AHP法）能够解决在复杂系统中,众多评判因素下权数的分配问题,能够很好的反映各因素在整体的地位。将两种方法结合,可以很方便、快捷的解决复杂系统的评判问题，因此考虑对公交系统的评价采用模糊综合评判和层次分析法结合的方法。根据模糊综合评判和层次分析法结合的思路，下面拟定如下步骤构建公交线路网的评价模型：1.1 确定影响服务水平的主要因素集(判据集)及评判集建立因素集(判据集)U=U1,U2,UN,其中Ui=ui1,ui2,uim，i=1,2,N , 这里i=1NUi=U ,且UiUj=（ij,i,j=1,2,N）,那么uij(i=1,2,N,j=1,2,m)就代表第i类因素的第j个子因素。同时构建评判集为V=V1,V2,VL , VK(K=1,2,L)代表第k个可能的服务水平的评价结果,L代表可能出现的结果数。1.2 由专家及决策者的全面分析,构造判断矩阵根据层次分析法的原理，通过评价指标两两比较，建立判断矩阵。对指标两两比较,按重要程度量化。设指标Ui=ui1,ui2,uim，i= 1,2,N,在Ui中任选出一对因素,进行两两比较。设Fuil（uik）表示因素 uik相对于uil的重要程度的量化值。在进行比较判断时,把要素的重要程度赋予1-9这九个数值,设置由专家和决策者共同决定，形成模糊判断矩阵A=akl,(akl=Fuil（uik）/Fuik（uil）)。标度描述如下图所示：Fuil（uik）Fuik（uil）含 义11表示两个元素相比，具有同等重要性13表示两个元素相比，前者比后者稍重要15表示两个元素相比，前者比后者明显重要17表示两个元素相比，前者比后者强烈重要19表示两个元素相比，前者比后者极端重要2，4，6，82,4,6,8表示上述判断的中间值1.3 采用层次分析法确定影响这些因素的权重对判断矩阵采用方根法计算权重矢量是一个可行的方法。先计算判断矩阵中每行元素的几何平均值：Wi=(l=1makl)1m ( k=1,2,m)得到： W=(W1,W2,Wm)T将W进行归一化处理得：Wi=Wij=1mWj ( i=1,2,m),得到的矩阵W=（W1，W2，,Wm）T，对应着各个因素的权重。定义重要程度系数 Wk=l=1makl , (l=1,2,m),那么可以得到因素子集Ui的权重集为:W(i)=W1k=1mWk W2k=1mWk Wmk=1mWk 1.4 模糊分析算子的选用及一级综合评判的计算设立评判矩阵Ci是由小组评分法确定的,根据所得评分值将数据做归一化处理,这里设评判集为最佳,良好,一般,较差,分别对应的量化区间为1.00,0.75,0.75,0.50, 0.50,0.25,0.25,0.00,可以使处理的数据落在哪个区间内,那个区间就取1,其它的区间为0。根据评断矩阵Ci，根据模糊评价方法可以得到综合评价指标：Bi=WigCiWigCi=(WiCi)这里的模糊分析算子的选择采用max-min算子，主要对关键因素进行考虑，具体选择见下表：ab=max(a,b)ab=max(a,b) ab=min (a+b,1)ab=min（a，b）ab=abab=ab1. 5 二级的综合评判以及方案的打分将最初一步的综合评价作为下一层的综合评价中的变换矩阵,重复上述步骤得到最终综合评价：B=WC=(b1,b2,bl)所得到的结果作为公交路线网评价的结果,其结果反映的是公交路线网评价的一个分布状况. 此时设置一个量化的转置矩阵DT赋予(7,5,3,1)这些数值,分别对应于判断集V=优,良,中,差,就会更容易通过B=B 7,5,3,1，B的值就是最终方案的打分值。1.6 参考评价准则进行评价计算易知，有如下的结果：B=7， 当评价集全部是“优”时B=5， 当评价集全部是“良”时B=3， 当评价集全部是“中”时B=1, 当评价集全部是“差”时对应的，有如下的评级准则：B值（1,3）（3,5）（5,7）评价较差一般较好因此可以依据重庆市公交线路网的整体评价值对其进行相应的评价。2、公交线路设计思路说明2.1 轨道交通与公交系统的分工及演变方向针对普遍存在的土地资源非常紧张的国情，越来越多的交通工作者认识到解决我国大城市交通问题的根本出路在于优先发展公共交通，建立一个以城市轨道交通系统为骨架，以常规公共交通为主体，多种交通方式互相协调的综合客运交通体系，以提高城市的整体客运交通水平。从以地面公交系统为主体，到以轨道交通为主体的转变是一个必然的趋势，地面交通线网的功能从主体运输功能演变为以协调功能为主体，如下图所示:以重庆市的实际情况来看，轨道运输系统的发展刚刚起步，第二个问题和第三个问题代表着轨道运输的不同阶段。2011年三条轨道线的开通虽然对于调整公共运输格局有一定影响，但是目前依然是以地面公交为主体；到2020年“九线一环”轨道体系的成型，轨道运输已经成为公共交通运输的主体，地面公交的主要功能为衔接功能。那么第二个问题和第三个问题的分析思路就有所差异，故以此为突破口分别设计2011年和2020年公交优化设计模型。2.2 基于“新定位”公交系统的优化设计目标“畅通重庆”，究其本质在于发挥城市公共交通系统的时间效率，使得整体城市的畅通水平得到提升。原有的公交线路有着自身的体系和顾客群，无论其效率是好是坏，它均达到了一定程度的优化。但是轨道交通的引入导致了轨道交通与其所在地公交子系统的部分竞争，同时公交系统对轨道交通的链接支持也远远不够，因此基于“新定位”公交系统的优化设计目标不只是公交系统自身效率，而是“一体化”的轨道交通与地面公交总系统的效率优化。2011年公交线路主要优化目标是：1) 加强轨道交通系统作为中长距离交通方式的功能特性，原有的公交线路的中长途路线需要保留，但是要注意避免与轨道交通出现重复或重叠的情况；2) 公交线路有效为轨道交通提供乘客快速集散的渠道；3) 公交系统发挥其原有交通运输的职能，在轨道交通未普及的区域正常进行客运服务，保持原有常规客运服务的稳定性。2020年公交线路主要优化目标是：1) 进一步帮助轨道交通系统挖掘其中长距离交通大型运输能力的功能特性，公交线路不再进行中远距离运输，而只进行短途运输，并与轨道交通良好衔接；2) 公交线路有效为轨道交通提供乘客快速集散的渠道；3) 公交线路不再担任主要运输任务，而是通过发挥公交线路网的协调作用，使轨道交通与地面公交的“一体化”系统有效运作。4) 提高卫星城与主城区之间交通的通畅程度，提高主城区对外的扩展能力；5) 提升组团内部的紧密程度，并降低组团之间连接成本；6) 充分发挥一级换乘点对外围区域的连接能力和二级换乘点对内部区域的调度能力，体现统筹效应；3、基于2011年轨道交通的公交线路设计模型如上文所示 ，2011年轨道交通背景下的公交线路的设计只是对与轨道交通有关系的公交线路进行调整。就一条公交线路与轨道线路而言，两者的空间关系包括相交和不相交两种情况，对于不与轨道交通相交的公交路线（如下图公交线1）这里不加以优化设计，原因在于原本的公交路线对于调度客流有着自身的体系，不宜打乱。而对于与轨道线路相交的公交线路，从解析几何的角度出发考虑，他们的关系有两种情况：有一个交点和有多个交点。当公交线路与轨道线路有一个交点时（如下图公交线2），其实是一种比较好的状态，有利于轨道交通扩大集散能力，协调效果更好。当公交线路与轨道交通有多个交点时（如下图公交线3），这就意味着轨道交通与公交线路存在回路。轨道线与公交线存在回路就意味着资源的浪费，也意味着轨道线与公交线之间存在竞争关系，则本文对2011年公交线路设计模型就是为了消除公交线路与轨道线路存在多个交点的情况，并对调整后的路线重新设计。以一条轨道线路为例，设其有n个站点，设第n个轨道站点有kn路公交车经过，将经过的公交车号形成一个1kn的矩阵，矩阵中的元素就是通过的公交车序列。那么一条轨道交通线路会形成n个1kn的矩阵dn，可以发现两两矩阵之间对比，若存在共同元素，则说明存在至少一条公交线路与轨道交通线路有至少两个交点，需要进行优化改进；若n个站点两两矩阵间均不存在共同元素，那么就没有任何公交线路与轨道线有多于两个的交点，不需要对其进行优化调整。依此思路，对于与轨道线有多个交点的公交线路的优化设计就是为了使之与轨道线只有一个交点，所以设计优化步骤如下：1) 查阅数据，形成n个1kn的矩阵dn；2) 比较不同站点kn的大小，设kn的最大值为m；3) 对于每一个矩阵dn，在其末尾添加0元素，直到其元素总个数达到m，形成n个1m的矩阵dn；4) 将这n个矩阵按n从小到大合并，形成新的（nm）矩阵D=d1 d2dn-1 dn5) 将i行的每个元素a与第（i+1）行到n行的每一个元素b相比较，若存在a=b，则令b=b*（-1），不相等时不做调整，形成新的矩阵；6) 考察新的矩阵，为负数相对应的站点予以取消，此时形成的新的公交车路线为优化后的公交路线。如上的处理步骤就是本文处理2011年公交路线优化设计的基本观点，通过消除公交路线与轨道路线之间的回路来提高整体运营效果。可以通过MATLAB编程实现，具体代码见附录二。4、基于2020年轨道交通的公交线路模型 对公交线路的布局的基础是城市交通需求的预测，对城市交通需求预测的准确程度影响着公交路线设计的有效性和合理性。对城市交通预测的方法很多，比如神经网络方法、“四阶段法”等等，但是需要意识到重庆市交通需求的变化不仅仅是系统内部自身变化，而是受大经济系统环境和政府政策影响严重的，简单从系统内部的预测往往是失效的。基于对交通需求量预测的难度和不确定性，在此本文考虑接受重庆市政府报告中对重庆市交通需求的预测。因为政府对经济系统的把握能力强，政策的内生性强，于是考虑政府自身对交通需求预测比笔者从纯理论角度对其进行预测的准确度要高得多，因此采用政府重庆市主城区综合交通规划之交通发展战略规划中对2020年重庆市主城区交通需求的预测数据思路。根据重庆市重庆市主城区综合交通规划之交通发展战略规划中对于2020年重庆市交通情况的布局和预期，可以对2020年公交路线优化设计起到很好的指导作用。正如前文所述，到2020年时重庆市“九线一环”的轨道交通的格局基本形成，以轨道交通为核心的公共交通体系基本形成，此时公交线路的优化设计可以采取大规模改动的方式，主要用于完成短距离运输和对轨道交通的有效衔接。这就意味着轨道交通与常规公交的一体化发展，公交路线的设计不仅仅出自身出发，而是服务于公共交通大系统。主城区根据预测，对交通资源分布采取分区发展策略，共划分为6个分区，其中，中央槽谷划分为嘉陵江-长江南、北和渝中半岛3个分区，城市东部槽谷划分为北部御临、南部茶园两个分区，西部槽谷自成一个分区。各区区域情况如下图所示：对应的，交通系统按照三级分层组织，三级之间利用综合交通枢纽组织转换。第一级是区间快速交通系统联系；第二级是区内的组团间联系交通；第三级是组团内集散和本地交通组织，以可达性为核心。 因此本文需要重点说明的是，在根据重庆市重庆市主城区综合交通规划之交通发展战略规划设计公交线路（如下图所示）时，对出发点和目的地定义为大类，也就是组团和卫星城（也就是功能区）两大类；公交枢纽也分为一级枢纽和二级枢纽两大类。组团一级枢纽是轨道交通与主要对外客运站接合处的车站、多条轨道线相交的车站和城市中心等客流集散量非常大的轨道车站，按照规划均分布在轨道交通线路上；二级枢纽是仅次于一级换乘枢纽的乘客相对集中的区域，也分布在轨道交通线路上，一级二级换乘点的确定是基于重庆市对整体公共交通网络的布局。因此，本文对地面交通路线规划的思路是把轨道交通运用与中远程运输，地面交通用于短程运输；同时一级换乘点用于连接功能区（卫星城），二级换乘点用于连接组团，从一级换乘点出发可以到达任意的二级换乘点；组团内部公交路线的具体布置由当地实际情况而定，这里的设计不考虑具体车次的设置而是关注公交路线。故进行优化设计的步骤如下：1） 把所有的一级换乘点（共20个）、二级换乘点（共23个）、组团（共18个）、功能区（卫星城）（共8个）的位置放到同一个坐标系中，标出所有点的坐标；2） 计算出每个一级换乘点和每个功能区（卫星城）之间的几何距离，形成820的矩阵；3） 计算每个二级换乘点和每个组团之间的几何距离，形成1823的矩阵；4） 确定最短路径，即选择矩阵中每一行的最小值，把其代表的路径定位最优公交路线。进而通过重庆市地图采集数据，运用MATLAB处理数据并绘图，形成最终优化路径，具体代码见附录三。五、模型的求解1、模糊层次分析法的评价模型求解1.1 指标体系的构建本文在对公交线路网的评价指标选择时，考虑到重庆市建设“畅通重庆”的实际情况，设立了便捷性、高效性和效益型三个准则层。便捷性准则层主要以乘客在公交系统中对于“畅通重庆”的体验为基准进行指标选择，挑选了路网宽度、站点覆盖率和乘客平均出行时耗三个指标：1） 路网宽度指每平方公里城市用地面积上有公共交通线路经过的道路中心线长度，路网宽度在一个适度的区间内是有效的，过小或者过大均不利于提高便捷性；2） 站点覆盖率指公交线路全部停靠站点总数N个与服务区域面积F值比，用于表示公交站点在公交服务区域内平均分布状况和反映居民接近公交站点的程度。显然，区域内站点覆盖率越高，便捷性就越好；3） 乘客平均出行时耗指居民在交通行为中人均需要耗费的时间，反映了公交系统对居民生活的实际影响情况。当然乘客平均出行时耗越小，就说明公交线网对于居民而言便捷性越高。高效性指标层主要分析城市公交系统运行效率情况，挑选了路网覆盖率、车辆满载率和道路饱和度三个指标：1） 路网覆盖率越高，对于公交系统而言效率越高；2） 车辆满载率指运营车辆全天载运乘客的平均满载程度，计算公式为乘客周转率/客位行程，反映了公交资源的利用程度。很显然，车辆的满载率越高，公交系统的高效性体现越充分；3） 道路饱和度越好，导致的是整体公交系统资源利用效率的上升。效益性指标层主要考察城市公交系统资源利用效率水平，在此本文挑选了路线重复度、土地利用吻合度和人均枢纽用地面积三个指标进行评价：1） 路线重复度指公共交通线路总长度与线路网长度之比，反映了公交线路在城市道路上的密集程度，是说明公交网络结构的合理性一个重要指标。2） 土地利用吻合度反映的是公交对于土地利用的效率指标，该指标越大，代表整体的效益越高；3） 人均枢纽用地面积指公交系统枢纽的资源消耗水平，该指标越低代表整体资源消耗水平低，整体效益指数高。 那么U=便捷性U1,高效性U2,效益性U3。其中,路网宽度的影响是U11，站点覆盖率的影响是U12，乘客平均出行时耗的影响是U13；路网覆盖率的影响是U21，车辆满载率的影响是U22，道路饱和度的影响是U23；路线重复度的影响是U31，土地利用吻合度的影响是U32，人均枢纽用地面积的影响是U33。1.2 指标权重的确定通过同一指标层内各个指标之间的两两比较，形成如下的模糊判断矩阵：A=akl,(akl=Fuil（uik）/Fuik（uil）)：形成相应的模糊判断矩阵如下：U11U12U13U11133U121/311U131/311U21U22U23U2111/31/5U22311/3U23531U31U32U33U31111/3U32111/3U33331根据上文提及的思路，通过MATLAB编程实现，求得便捷性、高效性和效益型三个层次内部的权重为 W1= 0.6000 0.2000 0.2000 , W2=0.0760 0.4620 0.4620 ，W3= 0.2000 0.2000 0.6000 。三个层次在目标层的权重W= 0.308 0.384 0.308 1.3 评级集的确定很显然，指标U12（站点覆盖率）、U21（路网覆盖率）、U22（车辆满载率）、U23（道路饱和度）、U32（土地利用吻合度）的数值均在0到1之间，同时指标优度在（0,1）取值上是单调的，那么根据具体指标情况，就可以对其进行相应的评价。把（0,1）分成（0,0.25）、（0.25,0.5）、（0.5,0.75）、（0.75,1）四个区域，分别对应差、中、良、优四种评价，在评价值中对应的评级就赋值1，未获得的评价级就赋值为1，比如值为0.1，那么其评价集就是 1 0 0 0 ，值为0.9，那么评价集就是 0 0 0 1 。而U11（路网宽度）、U13（乘客平均出行时耗）、U31（路线重复度）和U33（人均枢纽用地面积）的指标数值却不局限在（0,1）的区间内，这里本文通过查询国家标准得出相应指标最优数值，考察现值与理想值的偏差程度来对其进行评价，简单国家标准说明如下：1. 公交路网宽度最优在3至4公里每平方千米之间；2. 乘客平均出行时耗在30至60分钟之间最优；3. 路线重复度在1.8到2.5之间最优；4. 人均枢纽用地面积最好在9平方米以上。本文的数据来源重庆市规划局网站向公众公布的统计数据，处理得到各个指标的结果，如下所示：U11=5.6115（公里每平方千米）U12=0.39U13=32.1（分钟）U21=0.82U22=0.503U23=0.7U31=1.67U32=0.72U33=12.8（平方米）因此其对应的评价集（矩阵）如下图：优良中差U111000U120010U131000优良中差U210100U220010U230100优良中差U310100U320100U3310001.4评价结果的确定根据上文的思路，运用MATLAB编程，可以计算得：一级综合评价指标B1= 0.8000 0 0.2000 0B2= 0 0.5380 0.4620 0B3= 0.6000 0.4000 0 0二级评价指标B=WB1，B2，B3T = 0.4312 0.3298 0.2390 0计算得到综合评价值B=B7，5，3，1T=5.3844依据评价准则，5.3844处于（5，7）区间内，因此认为重庆市公交线路网处于较好的运营状态。2、 基于2011年轨道交通的公交线路设计模型求解通过重庆市公交查询系统查得重庆市内公交车路线与重庆市地铁一号线和地铁三号线的关系,对其关系进行梳理。2.1 轨道交通与公交车关系梳理1） 地铁一号线中d1、d2d23分别代表地铁一号线依次的23个站点，后面矩阵中的元素代表着经过该站点的公交车号码，整理如下（元素为0代表没有公交车经过该站点）：d1=609 608 130 172 349 602 603 476 401 466 436 248 414 875 871 866 832 418 268 265 262 224 151 120 702 719 702 704d2=418 151 114 703d3=0d4=109 601 602 603 413 476 405 401 466 436 124 152 465 875 871 463 461 418 268 224 114 702 704 703d5=109 819 863 615 602 413 412 403 402 873 282 875 871 463 421 416 418 268 138 702 704 703d6=109 819 128 413 412 476 403 402 466 436 873 875 871 829 815 463 462 421 416 418 411 268 224 138 702 703d7=837 839 819 128 873 702d8=109 819 128 402 467 873 839 139 875 873 871 839 836 815 462 421 418 438 702d9=109 819 128 402 467 873 839 139 875 873 871 839 836 815 462 421 418 138 702d10=109 819 222 467 873 839 139 464 269 876 875 873 871 839 836 815 462 418 231 720 702d11=0d12=404 402 464 454 875 860 820 806 462 429 418 231 148 9800 702 716d13=318 220 205 820 808 265 261 210d14=404 402 214 220 216 166 805 803 202d15=467 220 503 237 261 202d16=0d17=0d18=0d19=0d20=888 456 266d21=266 272 276 277 288 289 291d22=247 266 276 277 279 288 289 291 456 888d23=276 2772） 同理，地铁3号线中21个站点用q1到q21表示，后面矩阵元素为经过站点的公交车号码，整理如下：q1=0q2=701 790 798 301 303 308 302 611 319 320 348 349 475 841 464 809 859q3=0q4=305 366 751 701 790 798 145 301 303 308 611 839 302 307 312 314 317 319 320 348 349 383 386 475 809 859 841 252 q5=701 717 719 115 121 125 145 149 303 321 338 611 808 819 838 839 872 873 318 322 323 347 348 354 363 365 372 373 611 841 9880 346 368 809 810 371 384 361 828q6=0q7=381q8=405 811 9833 702 703 704 811 9833 118 138 224 268 411 416 418 421 462 463 815 818 819 829 871 873 875 282 109 128 401 402 403 412 413 436 466 615 461 476 875q9=0q10=704 811 114 115 125 132 138 465 818 872 319 868 405 811q11=704 811 412 605 114 115 118 125 132 138 181 416 461 465 601 603 606 608 611 812 815 817 818 866 872 319 610 405 811 617 618 609 868 108 128 q12=149 151 201 202 601 611 868 110 111 471 604q13=145 411 861 881 116 139 602 117 809 859 124 870 811 125 149 151 465 606 608 619 630 818 886 610 618 821 126 426 502 609 111 612 835 882 786q14=0q15=0q16=0q17=704 709 869 9800 622 461 820 119 q18=0q19=0q20=0q21=0q22=0q23831 786q24=0q25=786 610 621 781 782 686q26=0q27=6892.2 MATLAB编程实现优化调整通过MATLAB程序实现优化选择，代码见附录二，显示运行结果。如下是轨道交通站点中删除的公交车站数目：站台名称调整数量调整公交车班次朝天门0无小什字2418、151较场口0无七星岗15602、603、476、401、466、436、875、871、418、268、244、114、702、704、703两路口11109、602、413、875、871、463、418、268、702、703、704、鹅岭21109、819、413、412、476、403、402、466、436、873、875、871、463、421、411、418、268、224、138、702、703大坪4819、128、873、702石油路13109、819、128、402、873、839、875、871、815、462、421、418、702歇台子19109、819、128、402、467、813、839、139、875、873、871、839、836、815、462、421、418、138、702石桥铺12109、819、467、873、839、139、875、871、836、815、462、418高庙村4402、464、875、462马家岩3418、231、702小龙坎2820、265沙坪坝3404、402、220瓷器口4467、270、261、202双碑南0无双碑北0无赖家桥0无土主0无虎溪0 无大学城0 无西永7276、277、288、289、291、456、888、璧山2276、277二塘0 无六公里0 无五公里0 无四公里16701、790、798、301、303、308、302、611、319、320、348、349、475、809、859、841南坪8701、145、303、611、839、348、841、809、会展中心0 无铜元局0 无两路口2819、873牛角沱0 无华新街9704、811、125、115、138、818、872、319、405、观音桥20704、811、412、114、115、118、125、132、138、416、461、165、611、815、818、872、319、405、128、868红旗河沟4149、601、611、868加州16145、411、809、859、811、125、149、151、465、606、608、818、610、618、609、111郑家院子0无唐家院子0无狮子坪0无重庆火车北2704、461重庆北场1786童家院子2786、610经开园0无鸳鸯0无渝北南山0无长安福特0无桐岩0无两路0无两路中学0无江北机场0无如上表所示，“调整公交车班次”下列的公交车不再通过左端对应的轨道站点，通过删减公交车站点，实现优化局部路线，实现了2011年轨道交通开通后对公交车运行线路的调整。3、基于2020年轨道交通的公交线路设计模型求解3.1 坐标系的引入和坐标的确定用坐标系处理得到一级换乘点、二级换乘点、组团和功能区的坐标。一级换乘点： （38,53）;（109,126）;（166,130）;（96,135）;（130,135）;（110,140）;（87,147）;（122,145）;（118,147）;（130,145）;（135,148）;（116,152）;（130,152）;（111,159）;（30,169）;（52,169）;（100,167）;（120,168）;（162,211）;（64,248）二级换乘点：（39,39）;(113,72);(41,81);(108,86);( 146,100);(82,110);(91,108);(101,107);(116,107);(54,129);(88,127);(99,132;(110,130);(139,146);101,152）;128,159）;(139,159);(95,178); (99,191); (124,188);(166,185);（201,181）;（101,211）组团：（110,140）;90,140）;85,160）;80,105）;(105,160);(140,196);(100,206);(95,170);(160,180);(125,130);(95,105);(40,160);(65,250);(40,45);(165,130);(200,180); (145,80);(170,230)功能区：（70,150）;（150,150）;（130,90）;（28,105）;(240,185);（130,30）;（160,65）;（184,105） 下图为重庆市一级换乘点和二级换乘点的地图位置，很显然从图上可以发现一级换乘点和二级换乘点均在轨道线网上，也就是说一级换乘点和二级换乘点是通过轨道线网连接成整体的，不需要公交路线的设置来连接他们。下图是重庆市规划的组团的地图位置，根据规划说明，组团内部的公交连接是自成一体的，在此本文考虑的是组团之间的连接，而不考虑组团内部的公交线路的连接： 本文的公交路线的设计关注组团之间、功能区之间的连接，而不考虑组团和功能区内部的公交线设置，这也体现了对交通规划对重庆市未来发展的关注，因为发展来自于对外的及时便捷联系，而非局限于内部的联系。3.2 距离矩阵的确定一级换乘点与功能区之间的距离矩阵和二级换乘点与组团之间的矩阵分别为820矩阵和1823矩阵，由于矩阵过大，就不在正文列出，详见附录。3.3 最优路径的筛选和图示利用MATLAB编程，运用计算机的搜索技术，分别求出距离矩阵中每一行中的最小值。一级换乘点与功能区之间的最小距离分别为17.2627、15.1327、41.6773、52.9529、82.2192、94.8314、65.2763、30.8058，二级换乘点与组团之间的最小距离分别为10.0、12.0416、17.885、5.3852、8.9443、17.8885、5.099、8.0、7.8102、15.0、5.0、34.0147、53.0754、6.0828、30.5287、1.4142、20.025、45.1774。对于最短路径的两者连线，即公交最优路线，如下图所示:图中“”代表一级换乘点，“”代表二级换乘点，“+”代表功能区（卫星城），五角星代表组团。六、模型的评价1. 模型的优点1） 在对公交路线网进行评价时把模糊综合评价法与层次分析法结合在一起，很巧妙地处理了对复杂系统的评价，并提高了评价的可靠性。2） 在对公交路线进行设计时考虑了不同发展水平的轨道交通对公共交通系统的影响不同，进而考虑优化设计有着不同原则。3） 发现了公交系统与轨道系统之间的资源浪费在于在站点上形成了回路，并通过算法实现了对回路的消除。4） 设计出“一级换乘点对应功能区”和“二级换乘点对应组团”的公交布置形式，大大简化了公交路线选择的难度。2.模型的缺点1） 在指标选择中主观性较强，有可能出现选择偏差，而使得评价不够客观。2） 避开了局部的公交路线设置，只考虑了大区域之间的公交连接形式，在局部公交路线中也存在很多可以优化之处。3） 参考了重庆市对交通需求预测的方案，没有提出自己对未来交通需求预测的方案。七、模型的推广与改进1.模型的推广1） 本文建立的对公交路线网的评价指标体系有良好的普遍适用性，在对各类机动运输大型复杂网络的运行效果的评价中都可以采用类似的指标体系，用模糊层次分析法对其加以评价。2） 本文在建立2011年公交线路优化模型时，采用的是局部调整的方法，这种保留主干、局部调整的思路在对待临时变量对系统产生冲击时是一种较好的处理方法。3） 对待公交线路处理中站点过密难以下手的情况，采取了大类分析，划分为组团和功能区的方式，这种聚类思考以简化问题的方法对于处理复杂系统和庞杂数据是一种很好的方法。2. 模型的改进1）对2011年公交路线优化设计时可把需要调整的公交车路线加以总体考虑，运用网络分析的方法重新设计新的路线；2）在考虑一级换乘点连接功能区、二级换乘点连接组团时，不仅仅考虑时间效率，还需加入对系统可靠性的分析，从安全角度进行再设计；3）可以考虑在常规公交线路优化设计的基础上，考虑可能的风险，设计应急公交路线与常规公交线路共同运作。八、政策建议关于公交系统改进建设的建议在本次竞赛题目中，我们分别做了关于重庆市现有公交交通系统的定量评估、并且对现已经通车的轨道交通和在2020年重庆市所有轨道交通均投入使用的情况下公交系统的改进进行了深入的研讨。在重庆市的现有条件下，重庆市的公交系统在定量评估时得到了优的评价，但是目前的重庆市正面临着公共交通的重大变革。这是重庆市是发展的必要的转型过程即由现有的地面公交为主的运输体系改进为以更快跟安全的轨道交通为主题的公共交通运输系统。根据重庆市的现有的整体发展的规划和发展的速度，我们做出了关于公共交通的近期和远期两份发展意见，以适应现阶段的需求，以试图将公共交通资源的利用率得到进一步的提高。（一） 关于现有的城市交通的状况的公交线路的改进方案现状：在原有的公交系统的基础上新增开通了一条地铁线路和两条轻轨线路任务分配：以原有公交运输为主体，新增的轨道交通缓解现有的交通的压力。我们的改进方案：尽量减少公交路线与轨道交通的重合的线路，使得每一项的运输能力得到最大化的利用，并且在轨道交通的中转站点加强中转的公交运输力量。即裁剪和轨道交通重合的交通路线（详细的裁剪规划和裁剪的依据见本课题的第二课题的具体算法和处理结果）。（二） 关于长期的城市交通状况和公交线路的改进方案交通状况：轨道交通已经大量投入使用，成为城市运输的主要力量。公交运输起到辅助运输的作用。任务分配：轨道交通承担了大重庆的客流的主要运输任务，公交系统主要负责承担在该体系下各轨道交通站的客流聚集和疏散的任务。我们的设计的方案：在重庆的轨道交通的“九线一环”的全部投入使用的环境下，此时重庆的经济也发展的初具规模，可以发展成为以组团和功能区（卫星城）相结合