公交线路设计.docx

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公交线路设计

成都市三环线——绕城高速西北区域公交线路的设计

摘要

本文将实际统计搜集的公交线路数据抽象处置成为公交网络赋权图，依照各项线路评判指标对公交网路进行评判，并依据指标模拟生成公交线路解空间，依照不同需求利用模拟退火算法求得较优解实现公交线路的从头计划。

第一问：

针对公交线路设置的评判问题，咱们第一确立了公交线路长度，公交线路占有比率，线路非直线系数和站点覆盖率四个重要的评判指标，在搜集到的该区域公交车数据及其他相关信息的基础上，运用主观线性加权法，对交通网络线路给出了合理性和科学性的评判指标，当指标值小于（标准范围）时，以为线路的设置是合理的，而该区域的指标值为，以此确信了该区域公交线路有从头计划的必要。

第二问：

针对公交线路的计划问题，第一利用dijstra算法生成交通线路可行备选线路，并以第一问的合理指标为约束删选线路，成立交通线路解空间。

然后别离依照人口密度和地域要紧效劳功能效劳点，如学校、政府等模拟设计客流散布矩阵，和依如实际道路路况设模拟计出行代价矩阵，以出行时刻总本钱最小为目标，成立单目标优化模型，利用模拟退火算法求得较优解，所得的较优解公交网络确实是对现有公交网络从公众效劳能力角度优化取得的计划结果。

第三问：

针对公交线路长度和公汽运营本钱关系和考虑乘客出行方便,咱们引入第二问中做理想平均处置的发车频率，并利用发车频率和运营本钱及出行方便程度的关系，成立单目标优化模型，求解出每条线路的最正确发车频率，使每条公交线路兼顾公汽本钱和出行方便的因素。

然后再依照发车频率对公交网络出行时刻代价总本钱的阻碍，利用同第二问相同的模拟退火算法求得优化的公交网络。

第四问：

通过查阅资料预测以后该区域进展对该区域人口散布，客流散布的阻碍，和地铁线路的铺设对该区域交通路况压力的减缓和线路出行的阻碍，采纳固定原公交线路临近地铁的站点的方式从头构造交通线路解空间，然后依照人流变更对公交网络出行时刻代价总本钱的阻碍，成立多目标优化模型，利用模拟退火算法求得优化的公交网络。

关键字：

主观线性加权法单目标优化模型公交线路解空间模拟退火算法

成都市三环线——绕城高速西北区域公交线路的设计

随着成都市经济文化的蓬勃进展，愈来愈多的成都居民选择到三环路之外的区域居住。

不仅如此，在三环线——绕城高速片区聚集了愈来愈多的企业、学校和商业网点。

随着该区域的开发，一个问题愈来愈凸显出来——公共交通网络不够完善。

成都市现有的公交线路覆盖范围要紧涉及成都市主城区，但郊区的公交线路和数量都较少，无法知足人民群众日趋增加的出行要求。

鉴于此况，成都市交委力争今年在成都市三环路至绕城高速公路区域内部份没有开通公交车的地域，实现公交全覆盖。

明确选择成都三环线——绕城高速的西北区域范围（必需包括大丰镇、安靖镇、犀浦镇和高新西区等重点区域），利用数学模型回答以下问题：

一、搜集目前在该区域通行的公交车数据及其他相关信息，对当前公交线路设置的合理性和科学性进行评判；

二、在考虑人口密度、交通路况等基础上，对该区域的公交线路进行合理的计划设计，以知足居民在该区域内或区域外工作和生活的需要；

3、由于该区域范围较大，因此部份公交线路可能较长，请在考虑公交公司运营本钱和居民出行方便的基础上，从头计划该区域的公交线路；

4、依照成都地铁进展计划，到2020年三环线——绕城高速的西北区域会覆盖地铁线路。

以附件提供的地铁线路为依据，考虑地铁换乘和以后该区域进展，从头对该区域的公交线路进行计划设计。

二、问题分析

问题一的分析

此题第一问要紧先针对西北地域的现有交通路况进行数据的查询统计，并针对其交通效劳能力和公交系统运作效率对其公交线路的非直线系数，公交线路的总长度，公交线路占有比率，站点覆盖率用主观线性加权对其进行科学性合理性的评判。

问题二的分析

关于此题第二问，需要咱们对交通线路进行从头计划，在公交线路承载情形下，关于整个交通网络咱们以交通网络完成一个周期内内各个地域人们出行需求的时刻总代价大小为衡量一个交通网络效劳能力的要紧依据设计交通网络。

依据第一问的约束条件咱们很难对具体的某个交通网络进行优化设计，可是咱们能够依据第一问的评判因子，对交通线路网络在必然范围内进行约束。

咱们引入交通线路解空间的概念，咱们为现有的每条交通线路进行必然的约束，并在约束范围内给定其必然数量的备选线路，这些备选线路时严格依照约束条件，那么咱们在现有的交通线路进行计划时，即可从那个交通线路解空间当选择备选线路。

第一问的评判因子约束交通线路解空间，约束解空间限定了计划新网络的范围。

对其考虑人口密度和交通路况的咱们确信矩阵和出行代价矩阵从而确信关于一个公交网路的出行时刻总代价的函数，从交通线路解空间利用模拟退火算法求得出行时刻总代价在解空间中趋向最小的公交网络即为咱们对原先公交网络的优化计划设计结果。

问题三的分析

第三问在考虑线路长度即公走运营成和乘客出行方便的因素上,对线路进行从头计划，咱们通过归一化数据处置，并引入决策变量发车频率综合考虑这二者对公交线路网络的阻碍，并利用所确信的发车频率对出行时刻总代价函数的从头设计，再利用第二问中的思路，利用模拟退火算法从解空间中得最优解。

问题四的分析

第四问，针对成都西北区以后进展趋势，和地铁站点的成立对该地域的公交线路进行从头计划设计。

针对该区域的以后进展趋势和地铁线路的投入咱们对该区域的客流出行矩阵进行从头估量，关于新的客流出行矩阵所描述的散布咱们从头计算发车频率，依照从头估量的数据咱们从头设计出行时刻总代价函数，而且为了更好的结合公交系统和地铁系统的交通效劳能力，实现公交和地铁的方便换乘，计划线路时咱们将靠近地铁站点的交通线路进行固定，从头设计咱们的交通线路解空间。

依照从头取得的交通线路解空间和出行时刻总代价函数咱们用模拟退火算法进行求解取得最优解。

三、模型假设

假设1：

每位车依照发车频率的比率选择公汽线路。

假设2：

公汽相邻站平均行驶时刻为3分钟。

假设3：

公交系统的承载能力理想。

假设4：

同一道路遍地和上下行的道路状况相同。

假设5：

在从头计划线路的进程中，原站点不变，且原公交线路数不变。

四、符号说明

：

公交网络中所有站点的集合；

：

公交网络中的站点；

：

中第条公交线路；

：

中需要换乘的第条公交线路；

：

站点到站点间所有直达公交线路的集合；

：

站点到站点间所有需要换乘的公交线路的集合；

：

中第条直达公交线路在中的部份；

：

中第条需换乘的公交线路在中的部份；

：

从站点到站点的公交线路上的总人流量；

：

从站点到站点的第条直达公交线路上的人流量；

：

从站点到站点的第条需换乘公交线路上的人流量；

：

第条直达公交线路上从站点到站点所需行车时刻；

：

第条需换乘公交线路上从站点到站点所需行车时刻；

：

集合中元素的个数；

：

集合中元素的个数；

：

第条公交线路上相邻站点与之间的路况系数；

：

第条公交线路上相邻站点与之间的平均速度；

：

第条公交线路上相邻站点与之间的距离；

：

第条需换乘公交线路上相邻站点与之间的距离；

：

第条需换乘公交线路上换乘的次数。

五、问题一模型的成立与求解

在成都三环线——绕城高速的西北区域范围（包括大丰镇、安靖镇、犀浦镇和高新西区等重点区域）内，一共搜集到了通过该区域的公交线路条，在该区域范围内的公交站点，和每条公交线路的总长、在区域范围内的实际长度和空间直线长度，同时也刻画了公交站点在区域范围内的相对位置（见附录1）。

在此基础上，咱们成立具体的评判指标，对当前公交线路的设置进行综合评判。

评判指标

对当前公交线路设置的评判指标应该是多目标，多因素，符合实际调查结果的，如此才能反映出评判的合理性和科学性。

为此，咱们列出了4个重要的评判指标公交线路长度、公交线网占有比率、线路非直线系数、站点覆盖率。

公交线路设置评价指标

公交线路长度

公交线路占有比率

线路非直线系数

站点覆盖率

图公交线路设置评判指标

评判模型构建

公交线路长度

公交线路长度指任意一条通过该区域的公交线路在区域范围内的实际长度。

包括效劳区域内公交线路的线路平均长度、最短线路程度和最长线路长度。

该指标反映了区域内公交线路长度设置的合理性。

.公交线网占有比率

该指标指任何一条通过区域的公交线路在区域范围内线路的长度与这条线路的总长度之比，要紧用于考察各条公交线路对区域的综合效劳度，间接地刻画出了公交线路设置对区域的阻碍程度：

其中表示通过区域范围的第条公交线路的总长，表示第条公交线路在区域范围内的长度，一样的，公交线网占有比率越大，说明该区域越受重视。

.线路非直线系数

该指标指效劳区域内公交线路首末站之间的实际距离与空间直线距离之比：

（）

其中，表示第条公交线路在区域范围内的实际长度，第条公交线路在区域范围内的空间直线距离，线路非直线系数反映了公交线路的曲折程度，一样情形下以为线路的非直线系数以小为佳。

.站点覆盖率

该指标指区域范围内公交站点效劳面积占区域总面积的百分比。

计算

公式如下:

（）

其中，为区域内第个公交站点的效劳面积；为区域总面积。

该指标是反映居民接近公交程度的重要指标，在计算第个公交站点的效劳面积时，通常以300m半径和500m半径计算，以公交站点为圆心，用合理的步行距离（300m或500m）为半径作圆，计算其覆盖面积。

.模型的评判

.现状指标与标准值的比较

依照上述4个重要的评判指标，借助搜集到的公交车数据和相关信息进行计算，得出的现状值与进行对照，其结果列入表1。

表评判指标及对照

指标名称

现状指标值

标准值

公交线路长度（km）

区域线路总长：

309

最长线路长度：

最短线路长度：

线路平均长度：

平均长度范围：

公交线网占有比率

%

60%

线路非直线系数

最小：

1最大：

平均：

站点覆盖率

以300m半径计算站点的覆盖率约为%

以500m半径计算站点的覆盖率约为%

以300m半径计算，不小于50%

以500m半径计算，不小于90%

.各项指标的归一化处置

给出区域范围内依照公交线路长度进行分类的公交线路数的散布如图：

图公交线路数关于公交长度的散布

在图上明显能够看到，由于所有线路的平均长度处于标准范围的中间，必然的也就说明有绝大多数公交线路的长度都在标准范围之内。

由此，以和的中间值作为标准值，对公交线路长度进行如下归一化处置：

假设公交线路的平均长度为，那么，

（）

.2.公交线网占有比率的归一化处置

公交线网占有比率本身已是一个0-1之间的数，咱们以为只要公交线网占有比率超过，那么确实是合理的，由此对公交线网占有比率做如下归一化处置：

线路非直线系数是实际长度与区域范围内始末站点的直线距离之比，相同的，以为非直线系数小于确实是合理的，赋值为0，而线路非直线系数越大，赋值也越大，由此对线路非直线系数做如下归一化处置：

（）

在做站点覆盖率的归一化处置时，统一以300m为半径计算取得的站点覆盖率为标准。

关于站点的覆盖，以为站点的覆盖率越小越不合理。

由此对站点覆盖率进行如下归一化处置：

.综合评判模型的成立与求解

利用主观线性加权的方式，成立综合评判模型。

由于公交线路的设置重点是为了使居民出行方便，以此为依据，比较公交线路长度，公交线网占有比率，线路非直线系数，站点覆盖率这四个指标。

咱们得出四个指标的重要度排序为：

1.公交线路长度；2.线路非直线系数；3.站点覆盖率；4.公交线网占有比率。

别离给予它们的权值为：

，，，。

以为综合评判的指标，那么，

（）

值越大，表示公交线路设置的越是不合理，值越小，表示公交线路设置的越合理。

为了