交通拥堵中的车辆调度优化方案毕业论文.docx
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交通拥堵中的车辆调度优化方案毕业论文
毕业论文
交通拥堵中的车辆调度优化方案
毕业设计（论文）任务书
设计（论文）题目：
交通拥堵中的车辆调度优化方案
1．课题意义及目标
学生应通过论文的写作，巩固相关的基础知识，提高检索、查阅资料的能力.培养严谨务实的科学态度及独立开展科研工作的能力，为以后的学习和工作打下良好的基础.
了解公交车的运营情况；对不同时间段客流量加以分析；设计公交车调度优化方案；结合数据评价优化方案的的有效性.
2．主要任务
（1）查阅相关资料，对论文进行初步了解；
（2）对公交车的运营情况和乘客流加以分析；
（3）设计公交车调度优化方案.
3．主要参考资料
[1]王春雨;公交客流数据封系的研究[D];河北工业大学;2006
（2）:
23-25.
4．进度安排
设计（论文）各阶段名称
起止日期
1
学习相关知识并收集、查阅资料
2
调研公交车运营存在的各种问题
3
对不同时间段客流量加以分析
4
设计公交车调度优化方案
5
按照学院的格式要求完成毕业论文及答辩
审核人：
年月日
交通拥堵中的车辆调度优化方案
摘要
随社会经济迅猛发展，城市交通拥堵问题日趋严重，公共交通地位日益突显.如何更加科学合理地制定公交调度方案，提高公交服务水平，达到缓解交通拥堵的目的，已成为当今城市发展中的一个重要课题.本文通过对公交乘客流的构成进行分析来研究公交调度优化问题.主要是将公交乘客流构成进行分析，然后分对乘客流所造成公交线路拥挤问题，建立公交调度优化模型.在相关文献理论的基础上，运用客流时间特性、空间特性换乘特性等理论对路公交运营方案进行具体分析.
关键词：
公交调度研究；运营方案分析；公交乘客流
Vehicleschedulingoptimizationintrafficcongestion
Abstract：
Alongwiththerapiddevelopmentofsocialeconomy,theurbantrafficcongestionhasbecomeincreasinglyserious,thepublictrafficstatusisincreasinglyhighlighted.Bushowtomorescientificandreasonableschedulingscheme,improvethelevelofbusservice,achievethepurposeofeasetrafficcongestion,hasbecomeanimportanttopicinthecurrenturbandevelopment.Inthispaper,throughanalysisofthecompositionofbuspassengerflowtostudybusschedulingoptimizationproblem.Mainlytobuspassengerflowformingwereanalyzed,andthenpointstobusroutespassengerflowduetothecongestion,busschedulingoptimizationmodelisestablished.Onthebasisofrelatedliteraturetheory,usingthetimecharacteristic,spacecharacteristicchangetothepassengerflowcharacteristicstheorytoanalyzethespecificrightbusoperationplan.
Keywords:
Busschedulingresearch;Analysisofoperatingplan;Buspassengerflow
1前言1
1.1选题背景与意义1
1.2国内外研究现状2
1.2.1国外文献综述2
1.2.2国内文献综述2
1.3本文研究内容与研究方法2
2公交线路优化分析4
2.1公交线网优化基本方法4
2.1.1公交线网优化原则4
2.1.2公交线网优化模式与方法5
2.2公交线网优化分析5
2.2.1单条公交线路优化算法6
2.2.2公交线路调整常用方法7
2.2.4公交车辆配置基本内容与方法8
2.3公交线路优化评价8
2.3.1公交客流的概念及分类9
2.3.2公交客流的时空分布10
3公交的运营特征11
3.1公共交通客流特征11
3.2客流小时分布特征11
3.3客流空间分布特性14
3.3.1客流线路分布特性14
3.3.2客流断面分布特性14
3.4公共交通换乘特性14
3.4.1内外交通换乘15
3.4.2市内交通换乘15
459路公交乘客信息处理16
4.159路公交线路状况16
4.1.1乘客构成分析16
4.1.2乘客选择59路公交的原因18
4.1.359路公交存在的问题调查20
4.2.1单条公交线路上各站点上下车乘客数22
4.2.2单条公交线上任意相邻两站点的客流量22
4.2.3客流峰值曲线22
4.2.4线路断面客流量24
4.2.5客流的不均衡性25
5公交调度优化研究28
5.1公交车辆调度形式综述28
5.2公交车辆调度形式计算方法29
5.3小结33
6结论34
1前言
1.1选题背景与意义
随着经济的发展，城市进程的加快及小汽车逐步进入家庭，城市交通的拥堵现状日益加重，已经影响到城市的可持续发展.理论研究与国内外城市交通建设实践表明，解决城市交通问题的根本出路在于：
通过优先发展公共交通，优化城市交通结构，实现道路资源的高效利用[1].
在我国，提出“优先发展公共交通”的政策已经几十年了，在过去的几十年中，我国公共交通的硬件设施发展较快，公交车的规模日益壮大，但是年客运量的增长速度有限.究其原因，居民时间观念的增强和生活水平的提高促使人们对公共交通设施提出了新的要求，他们不仅要到达目的地，而且要求更方便更快捷更舒适地到达目的地.而相对应的，城市公共交通的服务水平却基本处在停滞不前的状态，降低了公共交通的吸引力.
对于公共交通停滞不前，根据有关调查显示对多个城市公交乘客和居民问询调查，目前居民对于公交服务水平的不满意的地方主要在三个方面：
（1）乘公交车不方便，
（2）乘公交车准时性不能得到保证，（3）公交车服务质量低.可以看出公交服务的准时性和便利性是影响公交吸引力的关键.此外，由于公交企业的运营效率低下，企业亏损严重，也在一定程度上影响了公共交通的服务水平.因此，要大力发展公共交通，必须进行公交系统的优化，大力提高公共交通的吸引力.
城市常规公交系统的优化包括公交线路的优化、公交站点设置的优化和公交运营管理调度的优化等几个方面.近年来，我国各个城市公共交通行业主管部门和公共交通企业对公交系统的优化都非常重视，把优化公交线路、站点、运力配置等作为提高公交吸引力，提高公交企业运营效益的有效措施来实施，但在实施过程中还存在一些问题：
线路设置有客流分布不协调、站点设置与道路交通条件不协调等.针对这些问题，我国对于建立一个能方便的让城市公共交通行业管理部门和企业计划管理人员掌握的公交线路优化和资源合理配置的决策支持系统已经刻不容缓[2].
本课题主要研究城市常规公交线路优化方法，是决策支持系统中的重要内容之一.目前我国线路设置主要采用经验定线法，随着城市的扩大和道路的新建、改建而增加和调整优化，其主要依据是市民的意见和公交公司的经验，难以做到系统化，不利于公交系统的发展.本课题以提高公交服务水平为目标，在公交需求分析的基础上提供线路走向和客流分布一致的公交线路优化方法.
1.2国内外研究现状
1.2.1国外文献综述
国外对于城市常规公交线路优化研究较早，发展进程一般可以分为三个阶段：
第一阶段：
战后至60年代初，这阶段主要采用经验定线法.
第二阶段60年代至80年代初，这阶段随着系统工程学科发展，线路确定的主要方法为系统分析法.
第三阶段90年代至今，这阶段是研究的高潮，一般的思路是：
利用有关理论和网络站点优化方法，将居民出行OD合理的分配到公交网络中形成优化流分布，在一定的约束条件下，采用各种优化方法产生最佳线路网络.
1.2.2国内文献综述
国内关于城市常规线路网优化的研究始于80年代.
目前在我国公交线路优化方法中，基本都是以研究公交线网为主，建立了不少数学优化模型，而这些研究基本都属于理论研究，建立的数学优化模型很难或者无法求解，这些优化方法不符合我国公交规划的实际情况，数据也难以采集，缺乏可操作性.在1989年王炜教授提出了简单实用的“逐条布设，优化成网”的公交线网优化方法，这条公交线网的优化基础是单条公交线路的优化，具有较好的实践指导作用，但在线路优化设计的过程中未考虑公交线路的功能层次[3].
1.3本文研究内容与研究方法
公共交通线路优化是城市交通规划设计的重要内容之一，也是缓解城市公共交通问题的有效措施之一.常规公共交通线路的有效优化，不但可以对私人个体交通的过快发展进行抑制，还可以有效利用城市道路资源，促进城市社会经济的可持续发展.本文主要研究内容：
（1）查阅大量国内外城市公共交通运营特征分析的相关文献，主要有公共交通客流特性、客流空间分布特性与公共交通换乘特性等理论，也参阅了许多基于公交线路优化方面的文献，为研究59路公交运营现状提供了理论基础；
（2）在公共交通客流分布特征的基础上对59路公交运营现状进行了分析，主要包括线路、站点、客流等基本情况，发现59路公交运营存在问题，主要是客流问题.在公共交通客流分布特征的基础上进行调查，主要有客流的时间分布、空间分布、客流的换乘特征等，并对数据进行汇总整理，为线路优化研究提供了理论基础；
（3）在理论和数据的基础之上，对59路公交运营特征进行深入分析，主要从客流的时间特性、空间分布特性、换乘特性等方面进行分析，发现运营中存在的问题，然后根据数据调查分析与公交线路优化方法，用“逐段分析，优化成线”的方法提出线路优化建议.
2公交线路优化分析
目前,常规公共交通系统是我国城市公共交通的主体,是城市客运交通中社会成本最低，综合效益最好的交通工具,为城市的中低收入居民提供了低价格的出行机会，可以说,常规公共交通系统的发展状况在很大程度上反映了一个城市的公共客运交通系统的整体水平,而公交线路优化状况是衡量常规公交发展水平的重要依据.本文初步给出公交线路优化的整体概念,并对影响线路优化的因素进行分析.
2.1公交线网优化基本方法
常规公交线网是城市客流的主要承担者,合理的城市常规公交线网布局与资源配置能够发挥运力优势，提高运营效率，缓解城市交通拥堵的局面.因此,公交线网优化与资源合理配置的主旨在于:
（1）为城市居民提供安全、舒适、经济、方便和高效的服务；
（2）提高公交运营效率、促进公共交通的发展和兼顾企业效益；
（3）建设良好的城市交通环境.
2.1.1公交线网优化原则
城市公共交通线网的布设对城市居民的生活有很大影响,所以,公交线网的布设与调整必须以居民采用公交方式出行OD量为依据,以方便城市居民出行并兼顾公共交通经营企业的经济利益为指导思想.为此,城市公共交通线网的优化必须遵循以下原则:
（1）适应城市发展.公交线网布局与结构,必须与城市总体规划相匹配,适应城市社会经济的发展.城市规模的不断扩大、城市人口的持续增长、人们生活水平的逐年提高,都要求城市公交线网的布局应达到一个新的水平，以便促使城市公共交通的服务范围不断扩大,服务质量不断提高，否则,公共交通系统将失去吸引力,城市必然会陷入交通需求不断增长与交通堵塞日益加剧的恶性循环中去[4].
（2）满足乘客需求.城市公交线网的布设应使得各主要客流集散点之间尽可能有直接的线路相连接,方便乘客乘车,保证人流密集地区较大的覆盖性，线路的走向应与客流的主流向一致,特别是要使上下班乘坐公共交通的乘客乘车得到可靠的保证,以方便并吸引大多数城市居民使用公交方式出行.
（3）兼顾企业利益.公交线路平均客流不应低于最低开线标准,要保证较高的公交运输效率,同时应保证公交企业的经济效益.
2.1.2公交线网优化模式与方法
城市公交线网的布局与结构合理与否，是吸引城市居民出行采用公交方式至关重要的因素之一,也是影响公共交通发展战略实施的关键.因而,公交线网优化是城市公交规划中的核心内容.一般来说,城市常规公交线网优化包括现状公交线网优化和规划公交线网优化两类.现状公交线网优化的研究年限为3年以内,主要是针对现有公交系统的缺陷,提出相应的调整措施，主要是对公交线路进行调整优化，对现有线路一般不会做大的变动，只调整少量既有线路或增设部分新线路[5].
2.2公交线网优化分析
系统分析方法是研究公交线路优化行之有效的方法.当前,我国城市公共交通正面临着城市化、机动化、城乡统筹发展以及可持续发展等各种因素的挑战,而公共交通本身的运营技术含量又太低,从而导致服务水平低下,公共交通仍处于继续发展之中,因此,对于公交线路优化的研究应该从发展的角度出发.本文仅针对公交线网中“单条公交线路“的优化调整,从以下四个方面对公交线路优化与资源配置进行界定:
（1）线路布设:
基于对公交出行OD和城市用地性质变化的掌握,优化调整路线走向或布设新线,使其满足公交线路的布设准则,更好的为沿线居民提供良好的服务功能，现状公交线网的优化调整中线路布设包括既有线路调整和新线布设两种形式.
（2）站点布局:
基于对公交出行OD分布的调查和分析,依据公交线路走向、道路断面形式及所在交叉口的交通状况,合理设计公交停靠站的类型、规模和站距,以提高公交运营速度和安全程度.
（3）车辆配置:
基于既定路线走向和公交客流总量,合理配置公交车辆数目,以提高车辆的利用率和降低公交企业的运营成本.
（4）运营组织:
基于既定的公交线路和车辆配备,确定合理的发车间隔,制定可行的运营计划.
在上述四个方面中,线路布设和站点布局是基础,一条公交线路只有具有合理的走向和站点间距才能保证系统功能的正常发挥;以线路作为载体,合理的运力配置和车型构成是实现公交服务功能发挥和公交企业效益的重要因素之一;在线路、站点和车辆配备既定的前提下,运营组织水平的高低是决定整条线路运行效率的关键[2].
近年来,随着城市化进程进一步加快,城市规模不断扩大,部分新开发区公交线路较少，公交的发展已经难以满足居民出行的需要.在这种情况下，对现状公交线路进行优化调整则成了最可行的办法，其意义就在于通过局部改变现状线网结构或加强运营组织管理来实现线网整体性能的进一步优化[6].
2.2.1单条公交线路优化算法
一般来说，组成现状公交线网的路线有经验布设线路、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.其中，搜索优化路线是对所有可能路线进行优选获得的，从理论上说是最好的，且便于计算机实现；而最短路线大大简化了布设算法，且符合线路布设的要求.
路线搜索法：
其基本原理是从起点出发，向其所有邻接交通区扩展,再以各邻接交通区为新的起点，继续向所有邻接交通区作连续的扩展,直至到达路线的长度限制.对到达每一个节点，考虑约束条件和目标函数，从而求得满足约束条件的所有可能线路中效率最大的一条或几条线路[7].实际上是一个以起点为根点，在交通区邻接网络中进行树状搜索的过程.
最短路径法：
其基本原理是选定能够形成公交线路起点的两个端点,求得两个端点之间可能形成的线路集，一般选取两点之间最短路径进行布线,以降低运营成本，减少乘客的乘车时间.最短路径的性质是该路径中任意两个结点之间的距离都是这两个节点间的最短距离.
2.2.2公交线路调整常用方法
常用的公交线路调整方法有:
线路保留、线路取消、线路延长、线路截短、线路改道以及线路合并等方法.
（1）线路保留
完全保留线路一般具备以下一个或几个特点：
线路承担的客流量较大，且沿线各点客流较为均匀；
为广大城市居民所熟悉和接受的传统线路,开行时间较长；
长度适当的连接郊区和城市中心区的线路；
公交密度较小区域内起连通作用的线路等.
（2）线路取消
对于客流需求较小、运营效果较差的线路，且与公交客流主方向不符的线路，可考虑取消.
（3）线路延长
当延长线路能够达到以下一个或几个目的时，可以考虑延长线路：
消除公交服务盲区,扩大公交的服务范围；
接轨道交通或大型交通枢纽；
完全替代一些较短线路,减少线路重复等.
（4）线路截短
对于连接城市郊区和城市中心区的线路,如果线路长度过长，且深入城市中心区域，一般选择在靠近城市中心区域边缘的公交枢纽处截断，通过换乘其它线路进入中心区.
（5）线路改道
城市中心区道路上过于密集的公交线路可考虑改道其它平行线路；直达要求高的公交线路，可考虑改道快速路以填补公交盲区或外围公交系数较小区域.
（6）线路合并
对于线路重复系数较大的道路，可以考虑合并一些其它线路可以完全替代的线路,以便于运营调度,降低运营成本，提高运营效率.
2.2.4公交车辆配置基本内容与方法
（1）公交线路车辆配置算法
公交线路车辆的配置应极大程度的满足乘客的出行需求，车辆配置合理与否直接影响到公交系统的整体效益.确定合理的发车间隔是公交线路车辆配置工作的关键.东学陈茜在对乘客利益和企业效益分析的基础上，建立了以企业效益满意度最高、乘客等待抱怨度最低和乘客拥挤抱怨度最低为目标的公交车辆发车频率的多目标优化模型，兼顾了乘客利益和企业效益[8].在得到优化的发车间隔后，利用下式可计算线路的线路配车数量.
（1）
式中：
---公交线路I的配车数量（辆）；---公交线路I的长度（km）；---公交线路I的发车频率；---公交线路I的车辆车速（km/h）.
（2）公交线路车型结构优化
合理地进行公交线路的车型配置，不仅使居民出行尽可能的舒适便捷、提高公交运输的效率，还可以使公交线路的效益得到较好发挥，并对提高整个公交网络的运输效益有十分重要的意义.总体上来说,公交车辆选型应遵循以下原则：
（1）公交车型应与城市的社会经济发展水平相适应；
（2）公交车型应与公交线路的服务功能相适应，不同等级的公交线路应根据客流需求配置不同车型的公交车辆；
（3）公交车型应与“环保交通”、“绿色公交”的发展理念相一致，公交动力趋向环保化；
（4）公交车选型应满足人性化、艺术化的要求，不仅要保证乘客安全、便捷的上下车、乘坐舒适，同时还应满足特殊人群的需要.
2.3公交线路优化评价
从目前来看，公交线路优化已成为公交企业需要解决的基本问题，评价主要有两类：
诊断性评价和比较性评价.
（1）诊断性评价是依据线路布设原则逐条对公交线路进行定性分析与定量分析，目的是发现所存在的问题，这是改进现有方案或拟定新的备选方案的一种手段；
（2）比较性评价是在建立一套评价指标体系及评价模型的基础上，对已经拟定的各备选方案分别计算各评价指标值，并进行综合评价,以达到方案优选的目的.
本文针对现状公交系统存在线路结构不合理和发车间隔不够科学的现状，运用交通工程理论和系统优化理论,建立一套易操作的、适用于现状的公交线路优化与资源配置指标体系,并寻求适用于现状诊断与比较评价相结合的评价方法，为公交企业进行线路优化调整和资源合理配置提供决策依据.
2.3.1公交客流的概念及分类
客流是在公共交通线路某一方向、某一断面上在一定时间内用某种交通工具来实现移动的乘客的总称.客流量是从总的方面反映城市居民需要乘坐公共交通车辆的数量程度.根据出行目的，可以将公交客流构成分为工作性客流和生活性客流量两类：
（1）工作性客流：
由职工上下班、学生上学放学回家乘车构成.客流量较大,乘车时间相对集中，客流的高峰时间段,规律性强，比较稳定,是客流高峰的主要来源，也是全日客流总量的主要组成部分.
（2）生活性客流：
由人们的多种生活需要构成,如购物、探亲访友、就医、娱乐等.在一天中持续时间较长，受气候变化和季节变化的影响较大：
一般来讲，节假日的客流较大，平时客流相对较少，具有较大的稳定性.
根据线路分布的区域，可以将公交客流分为城区公交客流和郊区公交客流两类：
（1）城区公交客流：
客流量相对大,时间性强，起伏变化幅度大，高峰时间显著，乘车距离短，转车交替频繁.
（2）郊区公交客流:
客流量相对较小，乘车距离长，早晚方向险差异较大,一般规律为早晨进城流量大，晚上出城流量大；节假日客流量大，容易受天气变化和季节变化的影响.
2.3.2公交客流的时空分布
公交客流数据的分析与处理是公交线路调整、运力配置及调度优化等工作的基础，通过对公交客流数据的分析，可以掌握线路客流在各时段!
各方向、各断面上的分布规律，能够为线路调整、运力配置及调度优化提供可靠的数据支持.
（1）空间分布
一般来说，每条公交线路都有上下行两个方向.两个方向的客流量在同一时段内是不相同的，一般城区线路的双向客流量差别不大，属于双向型；有些线路上下行运量差异很大，如通往乡镇或工业区的线路，其中一个方向上的车辆利用率较低,属于单向型[9].
每条公交线路各站点的上下车人数是不相等的，车辆通过线路各断面的乘客流量也是不相等的.考察线路方向上各断面通过量的分布,可将客流类型分为以下几类：
“凸”型——各断面的通过量以线路中间凡个断面数量为最高,断面上的客流呈凸出形状；
“平”型——各断面的通过量接近（接近起终点的一两个断面可较低），客流强度接近；
“斜”型——各断面的通过量由大到小逐渐递减（或相反），在断面上呈梯形分布；
“凹”型——各断面的通过量以线路中间凡个断面数量为最低,与“凸”型相反；
不规则型——各断面的通过量分布高低不能明显的表示为某种类似形状.
（2）时间分布
季节性变化：
一年中每月的客流量互有差异而不平衡，有一定的起伏.一般冬季每月的客流量较高,夏季则较低；
周日间变化：
每周的客流变化有规律可循，一般周二至周四客流量较低，周一早高峰、周五晚高峰，周末客流量较高；
昼夜间变化：
一昼夜内各个时段的客流动态是不同的，可分为双峰型、三峰型、四峰型和平峰型四种.
3公交的运营特征
3.1公共交通客流特征
随着城市面积的扩张,市郊间逐步形成稳定的客流.了解客流产生的源头、掌握居民出行的规律，对研究客流时空分布特性、预测客流需求发展趋势具有重要意义.通过对市郊居民出行目的的分析发现，主要有娱乐性、生活性、通勤、商业性四种形式的出行客流.
3.2客流小时分布特征
公交客流的天分布特性主要表现在其潮汐性，主要表现在居民的早出晚归的出行方面,无论是通勤客流、商业性客流、生活性客流还是娱乐性客流，在早高峰期间，往城区方向的客流居多，晚高峰期则相反，从而形成典型的交通“潮汐”现象.季节分布特性主要表现为客流在不同月份存在着明显的差异.忙时商业性客流相对增加，闲时则生活性客流和娱乐性客流会增加.影响公共交通小时客流分布的主要因素有公共交通的运能协调度、线路走向、站点位置的用地性质以及所处交通走廊的特点[10].纵观不同运能公交的车站类型，可总结出下列五种客流小时曲线分布
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