城市公交线网优化理论与其应用分析

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1、第一章绪论管理科技人员掌握的公交线网优化和资源合理配置的决策支持系统已经刻不容缓。作为中国七大古都之一的安阳市位于河南省北部，地处晋、冀、豫三省交汇处，是目前豫北地区的中心城市，地理位置优越，交通便利，有着国家级的文物保护单位，资源充足，是河南省的重要工业基地。随着区域社会经济发展一体化的趋势，安阳将在区域中占据重要地位，将来要建成综合性的交通运输中心和物流中心，是一个发展潜力巨大而又年轻充满活力的新兴工业旅游城市。目前安阳市交通发展面临着巨大的挑战，一方面安阳市是一个典型的以单中心模式发展起来的城市，其城市功能也多集中在火车站周围的一定区域内。由于这一地区商贸发达，人口、岗位密度较高，居民出

2、行和机动车出行也往往集中于此。近年来随着机动车出行需求的不断增加和道路资源的有限，使得此地区的道路交通不堪重负，在高峰期间这一矛盾尤为突出；另一方面，随着安阳经济的发展，城市化进程加快，城市规模在扩大，新的小区在建设，这就使得安阳市原有的公交线网不能适应这种新的变化，出现了公交效率下降，新发展的区域没有或只有很少的公交线路等问题。所以，有必要对安阳市的公交线网进行优化调整。希望通过对公交网络结构、公交线网优化等的研究，结合安阳市的用地布局形态、道路网结构、居民出行特征和公交现状，提出有针对性的公交优化方案，实现公交运营线网的合理、科学规划，以便在有限的投资条件下，充分挖掘公交自身的潜力，实现公

3、交投入的科学配置，从而提高公交运行效率，增加公交吸引力，减少城市交通压力，最终推动安阳市交通系统乃至整个城市的可持续发展。1．2论文研究现状1．2．1国外研究现状国外对公交线网的研究起步比较早，目前在公交线网的优化技术领域有广泛而深入的研究。在上世纪60年代初，由于科技发展水平和投资条件的限制，公交线网的优化采用专家定线的方式，即在线网布设过程中，采用某权威机构或专家意见确定线网布局，这种方法只定义了布设公交线网应当遵循的原则，多数为线网功能特性的叙述，很少使用量化的分析。从上世纪60年代至80年代初，随着运筹学和系统工程学科的迅速发展，线路网的确定多是运用系统工程和运筹学的有关原理、方法，在

4、既定的目标函数下进行线网的优化布设。具代表性的有Lampkin等以乘客的舒适度和出行时间一起作为公交线网服务指标，建立的网络设计模型；Hirsch等所做的公交网络优化问题研究，他们把公交线网优2长安大学硕一l二学位论文化模型设计成一个固定需求模型，但这些模型着重于评价模型的建立，缺乏较明确的设计方法与步骤。与此同时，数学寻优法开始运用于公交线网优化中，此法是指将公交线网的结构抽象为简单几何形状，再对出行供需关系分析的基础上，建立数学模型来确定最优的公交线路，一般这种方法适用于简单的路网；上世纪80年代至今，Dubois等人采用启发式搜索方法建立了线路网生成模型和发车频率确定模型：Furth和W

5、ilson通过优化车辆运行时间和等车时间之和建立了在给定路线中集中分配发车频率的模型；Fernandez等采用组合数学方法，模拟决策者的决策过程建立了大容量公交站点布局和设计专家系统；chua提出利用交通分配模型，将系统分析方法引入到公交网络规划中；Pattnaik等将遗传算法应用到公交线网设计中，该模型以系统中乘客出行费用和运营费用综合最小为目标，通过遗传算法进行优选；Ceder和Wilson将三阶段法引入到公交网络设计中，所谓的三阶段法包括：出行分配、规划路径和确定发车间隔【11；Sullivan等利用流行的桌面地理信息系统(GeographicInformationSystem，简称GI

6、S)，对生成等时线地图的可行性进行分析，提出了一种公交最佳路径选择的分析方法12】。1．2．2国内研究现状国内关于城市常规公交线网优化的研究始于上世纪80年代。近年来，随着公交的重要性得到重视，公交线网规划的研究势头上升，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单位以国内城市为依托，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。目前主要集中于数学寻优模型及已有模型算法的研究。近几年来，有不少新方法在公交线网优化上应用。王炜教授提出了以直达客流量最大为目标的公交网

7、络逐条布设方法【31。林柏梁等基于组合优化的角度，提出了公交网络优化设计的非线性O一1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的条件下，最小化目标函数，以获得公交线路的优化决策【3】。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、线路非直线系数、线路最大客流量限制、道路流量限制、