基于连续近似法的公交线路优化及实例分析

发布时间：2020-03-27 07:07

【摘要】：随着城市化和机动化进程的加快,小汽车保有量的急剧增长与城市道路有限通行能力的矛盾日益加剧。大容量公共交通方式因其可靠性高、运量大、占用城市道路资源少等优势,受到了各地政府的重视和民众的热爱,掀起了建设风潮。在保证完成公交运输需求的前提下,最大限度节约用户和运营商成本,优化公交线路布设方案和发车间隔得尤为重要。公交线路优化的关键在于公交站点的点位规划与线路车头时距的设计。其中,点位规划的影响因素涉及到宏观、中观和微观三个层面。在宏观层面,点位规划应根据公交线网规划的要求,充分考虑沿线用地性质、换乘便利性和客流需求等;在中观层面,站点的布设与其合理的站距和服务半径有关;微观层面,站点的布设与站点停靠线路数、临近路段和交叉口交通状况等密切相关。公交线路优化方法包括离散建模和连续建模。前者虽然能考虑以上站点规划影响因素,但存在求解难度大,难以得到全局最优解的缺陷;而连续模型能解决离散模型的缺陷,具有求解难度低,能得到全局或局部解析解的优点。为解决该问题,本文以连续模型为基础,构建基于连续近似法(Continuum Approximation,CA)的公交路优化模型,并构建基于线路连续模型的离散方案,对离散结果进行站点空间偏移影响分析,以论证基于CA的公交线路优化模型在实际应用中的有效性。主要研究内容和结论如下所述:(1)概述连续近似及线路优化相关理论,从出行者和公交运营企业的角度,分析公交线路成本的影响因素,并构建以站点密度函数和发车间隔为决策变量、以广义系统成本最优为目标函数的公交线路优化CA模型,然后利用考虑库恩塔克(KKT)条件的拉格朗日乘子法(Lagrange Multiplier)得到最优站点密度函数和发车间隔的解析解。(2)以成都3号公交线(常规公交)为例,利用内容(1)中所建CA模型求得优化方案,并比较其系统成本与实际方案的差距,以探讨该线路优化的可能性。之后,等比例调整该线路各处的交通出行/吸引需求,利用该模型分析常规公交和快速公交(BRT)两种方式下的优化方案,以得到该线路最优公交方式的适用条件。研究结果表明:(1)通过线路优化可节省12.37%的系统成本;(2)当该线路客流需求为现状的1.8倍时,可升级为BRT出行方式。(3)分析连续模型设计方案实用化方法。构建基于连续模型的离散方案,并以成都3号公交线为例,分析站点布设于“积分端点”与“积分中点”这两种典型离散方法对最优方案的影响。然后,选取影响最小的离散方案,通过单站点位置偏移影响分析、不同位置属性站点位置偏移影响分析、突增客流站点位置偏移影响分析和多站点位置偏移分析,探讨站点位置微调对最优方案的影响。研究结果表明:(1)两种离散方案与最优方案相比,成本变化率较小均不到1%,其中基于中点的离散方案系统成本仅增加0.6‰;(2)单站点位置偏移会增加系统成本,且与偏移距离正相关,但其影响低于5‰;(3)中间站点位置偏移对最优方案的影响大于首末站的;(4)客流需求突变站点位置偏移对最优方案的影响大于普通站点的;(5)多站点短距离偏移影响大于单站点长距离偏移。研究结果表明公交线路优化CA模型的设计方案具有较高的鲁棒性,在实施过程中允许根据实际条件调整具体站点位置而仍能保证系统整体性能处于最优值附近。
【图文】：

密度函数,站点,拟合,需求密度

西南交通大学硕士研究生学位论文第 10 页站点边界L公交站点ODL1L2φi(x)=OD间用户数/(L1*L2)图 2-2 基于 CA 的 OD 密度与站点需求密度函数所有区别的是，以 OD 矩阵表示站点需求时，在求得站点需求密度后，需构建面函数拟合站点密度函数：

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图 4-1 成都 3 号公交线路走向成都 3 号公交线路上行由九里堤公交站开往城东客运中心公交站，，共 35 个站市居民由城北到城东的一条重要公交线路，途径西南交通大学，沙湾路，大慈桥等客流集散区，可实现与快速公交线路 K1、K2 的换乘，并与轨道交通 7 号线，4 号线接驳。成都 3 路公交车运营时段为 6:15-23:00，历经 17.25 小时。高峰时段车内载客 5 人/m2，非高峰时段客流较为稳定。
【学位授予单位】：西南交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U491.17

【参考文献】