毕业论文设计40论文41基于公交乘客流构成的9路公交调度研究.docx
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毕业论文设计40论文41基于公交乘客流构成的9路公交调度研究
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河南理工大学
毕业设计（论文）
基于公交乘客流构成的9路公交调度研究
基于公交乘客流构成的9路公交调度研究
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。
在相关理论的基础上，运用客流时间特性、空间特性等理论对9路公交运营方案进行具体分析。
主要对基于公交乘客流构成的公交调度优化方法进行了研究。
分析了公交调度的模式和调度模式的选取方法，按照乘客流的构成对公交调度优化方案进行了研究，研究的思路是根据乘客比例来选取适当的调度模式。
关键词：
公交调度研究；运营方案分析；公交乘客流；公交调度模式
Abstract
Withtherapiddevelopmentofthesocietyandeconomy,urbantrafficcongestionproblemsincreasinglyserious，publictransportbecomesevermorecrucial．Animportantissueincurrentcitydevelopmentis、枋thscientificandrationalbusschedulingschemeandmodelrespectivelyontransferandno-transferpassengers．ThisPaperestablishescross-lineintermodalschedulingmodeforthesituationofmoretransferpassengersanduseslongestpathalgorithmunderparticularcircumstancestosolvethemodel．Fortheothersituationofmoreno-transferpassengers，thispaperdevelopsdepartureintervalsoptimizationmodalbasedonmixschedulingmodelofzoneschedulingandregularscheduling，usesgeneticalgorithmtosolvethemodelnext．Inaddition,examplesaredesignedtothefeasibilityaftereverysolvedmodel．Keywords：
busdispatching；publictransitpassengerflow；CROSS—lineintermodal；longestpathalgorithm；geneticalgorithm.
1绪论
1.1研究背景及意义
随着城市经济的发展，城市进程的加快及小汽车逐步进入家庭，城市交通的拥挤现状日益加重，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。
在我国，提出“优先大力发展公共交通”的政策已经二十年了，在过去的二十年中，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，犹豫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公交运营管理调度的优化及先进的公交乘客信息系统的建立等几个方面。
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科技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。
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国外研究现状
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：
站后至60年代初，这阶段主要采用经验定线法。
这种方法有两种形式：
一、自然演变法，随着城市的扩大公交线路逐渐增加，增加的主要依据是市民的反映和公交公司的观察和经验。
二、权威定线法：
主要依据是某些权威机构和个人经验及知识确定线路网方案。
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。
Lampkin等首先对公交线网进行了规划，将乘客的舒适度同出行时间一起作为公交线网服务指标之一，建立了一个网络设计模型并研究对未来公交网络规划的TRANSEPT软件包Hirsch等在固定费用公交网路优化问题上做了尝试，把公交线网优化模型设计成一个固定需求模型。
求解这类模型的分支定界法、假定公交网络上各公交车间隔相等的启发式算法、分解算法也相继提了出来。
Mandl采用近似算法，求较优可行解，并于经验方法结合，在线网初次形成后进行调解。
第三阶段90年代至今。
这阶段是研究的高潮，大概有十几种方法出现，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，Janarthanan等设计了公交线网设计专家系统，专家系统对设计方案进行模拟分析，并提供交互式图形支持，借助该专家系统可有效提高公交网络设计效率。
Femandez等建立大容量公交站点布局和设计专家系统，该专家系统采用组合数学方法，模拟决策者的决策过程。
Kikuchi等提出了应用模糊逻辑设计公交网络。
Pattanik等提出了应用遗传算法设计公交线网，该模型以公交出行费用和运营费用最小为目标，首先生成线路备选集，然后通过遗传算法进行选择。
1.2.2国内研究现状
国内关于城市常规线路网优化的研究始于80年代。
吴稼豪、李硕、夏伟民等比较全面的叙述了有关城市公共交通网络优化问题的模型与方法。
杨兆升提出了在网络总长不超过一定值的情况下，将公交OD分配到出行路径上，获得客运工作量最小的方案。
张启人等针对长沙市公交线路网优化进行了研究，他们提出来以直达乘客量最大为优化目标，以线路长度，线路重复系数等为约束条件的公交线网优化模型。
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络逐条布设方法。
林柏梁等基于组合优化的角度，提出来公交网络优化设计的非线性0-1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。
王志栋提出了以乘客出行时间最小，客流直达率最高，先王覆盖率最高，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、线路最大客流限制、道路流量限制、站点客流量限制和换乘次数为约束条件的公交网络优化模型。
唐利民等通过对上海市公交问题的分析，提出的FLAPT模型，并以客流直达率为优化目标，进行网络布局优化。
单连龙等提出了用双层规划模型来描述连续平衡公交网络设计问题，并设计了基于灵敏度分析的求解算法。
孙艳丰和陈洪仁等都从不同角度，使用遗传算法对规划模型进行求解。
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但条公交线路的优化，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。
1.3本文研究内容
1.分析公交乘客流特性；
2.研究公交乘客流的构成；
3.研究公交车辆调度形式；
4.分析公交车辆调度形式，运用调查数据确定公交车辆调度形式。
2公交线路优化的分析
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
城市常规公共交通系统指的是在城市道路上运行的公共电车、汽车组成的交通系统,不包括轨道交通!
出租车等非常规公共交通方式。
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!
缓解城市交通紧张的局面。
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!
推动土地开发和城市发展。
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。
市公交线网布局与结构,必须与城市总体规划相匹配,尽量适应城市社
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,常规公共交通系统将失去固有的吸引力,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。
（2）满足乘客要求。
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;公交线路的布设应尽量选取最短距离线路,以保证公交的服务质量;公交线网结构应合理设置,方便乘客不换乘或减少换乘,以实现车辆的经济运行和乘客的实惠出行。
（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;公交线路的布设应充分考虑客流量的稳定及线路间客流量的均衡,客源充足才能保证线路的正常运行和公交企业的运营效益。
2.1.2公交线网优化模式与方法
2.1.2.1公交线网优化模式
城市公交线网的布局与结构合理与否是有效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站略实施的关键。
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阵。
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。
现状优化调整是在现有的基础设施和运营条件下进行的，比较注重规划的操作性与可实施性。
由于受各种因素如资金、政策、场站等方面的限制，同时考虑到长期以来居民的出行习惯，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。
该内容为线路优化与资源配置研究的核心内容之一。
规划公交线网优化的研究年限为3一15年，分为近期和中远期两个阶段，是城市公共交通规划的重要内容之一。
近期规划注重从系统性和整体性的角度出发优化调整现状公交线网，对现状系统改动不是很大，在适当的资金范围内，可以较快的付诸实施;中远期规划重点考虑线网结构、场站枢纽规划及政策研究等内容，而非具体的线路规划。
针对两类公交线网优化所处阶段和考虑重点不同的特点，本文提出“宏观指导+微观调整”的线网优化模式，实现线网优化过程的连续和平稳。
公交线网的现状调整和近期优化要结合中远期规划统筹考虑，在满足当前要求的前提下，场站布置、线路优化调整要尽可能向中远期的线网结构靠拢，以实现与中远期规划的协调统一。
2.1.2.2公交线网优化模型与方法
城市公交线网优化是一个多目标规划问题，在优化过程中通常考虑服务于大多数乘客、使乘客总出行时间更小、线网效率最大、保证良好的可达性等目标。
一般而言，使公交线网在约束条件下尽可能达到既定目标的过程就是线网的优化过程。
典型的有以“费用最小”为目标函数以及以“总乘车时间、换乘损失和因无路径受到惩罚最小”为目标函数四的线网优化模型等，该类模型将多个目标合并为一个目标函数，是运筹学解决多目标问题的基本方法之一。
以“费用最小’为目标函数模型由A.N.Bansal（1981）提出，目标为在已知固定需求条件下所有乘客的乘车和等车时间费用及车辆运营费用之和最小，即:
式中:
CR---公交线网系统的总费用（元小时）；CB---运营费用单价（元小时）；CP---乘车时间价值（元小时）；CW---等车时间价值（元小时）；QI---路线I的最大断面流量（人）；qij---借点ij间的公交需求量；C---公交车平均载客能力；VR---公交车平均运行速度（km=Qn-1+Abn−Alnn>1,n∈N
式中：
Q1指公交离开第一站或起点站时的断面流量；
Qn指公交离开第n站时的断面流量；
Qn-1指公交离开第n-1站时的断面流量；
Abn指公交在第n站时的上客人数；
Aln指公交在第n站时的下课人数。
很显然，公交车离开起点时的断面流量就是在起点站的上客数，由于在终点所有乘客都将离开，因此，终点站的公交断面流量为0。
3.4公共交通换乘特性
公共交通换乘按其不同的功能和不同的位置可分为内外交通换乘和市内交通换乘两大类。
3.4.1内外交通换乘
内外交通换乘指的是城市内部公共交通与城市外部交通的换乘。
为了利于城市内外客流与物流的输送及运转，保证城市生活与生产的正常进行，内外交通换乘必须具备便利、快捷、安全的特点。
换乘方式一般有铁路、公路、港口码头以及航空港与市内公共交通换乘四种。
3.4.2市内交通换乘
市内交通换乘指的是城市内部各种公共交通之间的换乘。
为了实现各种交通方式间的便利换乘，必须把客运重心转移到大容量公共交通，进行公交线网的优化调整，枢纽的调节和衔接能力也应该提高。
换乘方式有城市轨道交通、公交车、摩托车、出租车、小汽车、自行车与步行等交通方式之间的相互换乘。
3.5小结
本章概述了公共交通运营特征中的一些基础理论如：
客流的时间特性、客流的空间特性及公共交通的换乘特性等，为下面章节分析焦作公交9路的运营特征的研究提供理论依据。
下面章节将对焦作公交9运营现状进行分析。
49路公交乘客信息处理
4.19路公交线路状况
9路公交上行起于凤凰小区至电厂二号院，线路总长约13.5km，目前每天运行20个台班，135个车次，平均发车间隔9分钟，经过的站点有：
耐一家属院-澳华一品园-陶三-张河新村-凤凰小区-交警一大队-体育馆-保险公司-亚细亚大洒店-精益眼镜总店-东方宾馆-焦矿五官医院-新亚商厦-中医院门诊部-中医院-新美陶瓷公司-新园路口-粘合剂厂-电建家属院-友谊商场-群艺宫-电力医院血液透析-电厂二号院（23站）
9路公交经过新亚商厦、中医院门诊部等相对繁华中心地带，其线路走向如下图所示：
4.29路公交客流调查
在客流特征基础上对9路公交的客流进行调查.由于9路公交站点比较多，乘客交通量比较庞大，根据设计的方案，对9路公交主要的8个站点的乘客进行现场问卷调查。
对8个站点全天侯的客流信息进行200多份问卷调查。
调查问卷采用定点小距离抽样调查的调查方法，调查实际发放问卷200份，回收问卷156份，其中有效问卷为143份，问卷的有效回收率为71.5%。
从而得到大量的调查数据，下面对数据进行了汇总整理。
表19路公交车乘客职业调查
学生
退休老人
职员
外来旅游人员
自由职业
34
32
62
8
7
表39路公交车乘客出行到达车站和离开车站的交通方式调查
步行
公交
自行车
其他
交警一大队
离开车站
0
9
0
0
到达车站
9
0
0
0
体育馆
离开车站
2
16
1
0
到达车站
14
4
0
0
亚细亚大酒店
离开车站
4
15
1
0
达到车站
9
10
0
0
东方宾馆
离开车站
8
10
1
0
到达车站
9
9
0
0
新亚商厦
离开车站
20
24
1
0
到达车站
14
30
0
0
中医院门诊部
离开车站
19
11
0
0
到达车站
22
8
1
0
新华路口
离开车站
6
10
0
0
到达车站
8
8
0
0
电建家属院
离开车站
13
0
0
0
到达车站
10
3
0
0
表4选择9路公交车原因调查
准时
省时
经济
方便
其他
交警一大队
2
4
6
3
2
体育馆
2
2
5
6
0
亚细亚大酒店
2
3
4
5
7
东方宾馆
3
4
10
4
9
新亚商厦
3
5
7
3
8
中医院门诊部
2
6
7
4
2
新华路口
3
4
4
6
7
电建家属院
2
6
4
2
4
表59路公交存在问题调查
不准时
上、下车不方便
站距太远
太拥挤
班次不合理
舒适性差
其他
交警一大队
5
3
8
2
6
7
2
体育馆
5
3
7
5
2
5
1
亚细亚大酒店
2
4
5
6
2
2
1
东方宾馆
7
5
9
7
5
4
1
新亚商厦
4
6
6
8
4
6
1
中医院门诊部
6
4
3
8
10
8
2
新华路口
3
4
1
5
1
3
3
电建家属院
1
3
1
2
4
1
1
乘客构成分析
9路公交总共23座车站，取4个典型站点进行分析：
（1）新亚商厦站
通过对新亚商厦站的客流分析，现做出客流分析图如图4-4和图4-5所示：
图4-4新亚商厦站乘客年龄构成
图4-5新亚商厦站乘客职业构成
通过图4-4和图4-5可知，新亚商厦站的乘客在16-30岁之间年龄段居多（43.3%），其次是小于16岁的乘客（23.7%）在所有年龄段的乘客中，人数居首位的是公司职员（44%），其次是退休老人（24%）。
有以上分析知，新亚商厦站乘客中16-30岁之间年龄段的公司职员人数最多，所以本站点乘客出行主要是出于通勤需求的。
（2）东方宾馆站
通过对东方宾馆站的客流分析，现做出客流分析图如图4-6和图4-7所示：
图4-6东方宾馆站乘客年龄构成
图4-7东方宾馆站乘客职业构成
通过对图4-6和图4-7分析可知，东方宾馆站在16-30岁之间年龄段的乘客最多，其次是小于16岁的乘客，在所有年龄段的乘客当中，公司职员的人数居首位，学生次之。
有以上分析可知，东方宾馆站乘客当中16-30岁之间的年龄段的公司职员的人数最多，所以以年轻人为主上学及工作为主要需求是本站的特色。
（3）电建家属院
通过对东方宾馆站的客流分析，现做出客流分析图如图4-8和图4-9所示：
图4-8电建家属院乘客年龄构成
图4-9电建家属院乘客职业构成
通过图4-8和图4-9可知，电建家属院的乘客在16-30岁之间的乘客居多，在所有乘客中人数居首位的是公司职员，次之是退休老人。
有以上分析知，电建家属院站乘客中在16-30岁之间年龄的公司职员最多，所以本站乘客主要是以年轻人的工作及老年人出行为主的需求。
（4）交警一大队
通过对交警一大队站的客流分析，现做出客流分析图如图4-10和图4-11所示：
图4-10交警一大队乘客年龄构成
图4-11交警一大队乘客职业构成
通过图4-10和图4-11分析可知，交警一大队站的16-30岁之间的乘客居多，但与其他年龄段的乘客相比相差无几，乘客相对比较平均分布，在乘客职业当中，公司职员最多。
以上分析知道，在所有乘客当中，公司职员居首位，所以本站的出行目的仍以公司职员上班为主要需求。
4.3乘客选择9路公交的原因
对9路公交23个站点中选择4个站点进行调查分析。
可知乘客选择9路公交的原因。
（1）交警一大队站。
交警一大队站乘客选择9路公交的原因如图4-12所示：
图4-12交警一大队站选择9路公交原因
通过图4-12调查分析可知，经济是交警一大队站的乘客选择公交9路的主要原因（36%），省时次之（24%），然后是方便（16%）、准时（12%）及其他（12%）。
通分析可知，交警一大队站点的乘客选择9路公交的主要原因是经济，其次是省时间。
出现这种结果的原因是9路公交能够提供高速、快捷、高质量的服务为乘客。
（2）东方宾馆站。
东方宾馆站乘客选择9路公交的原因如图4-13所示：
图4-13东方宾馆站乘客选择9路公交原因
通过图4-13调查分析可知，经济是东方宾馆站乘客选择9路公交的主要原因（33%），并且分析可知乘客选择9路公交的其他原因仅次于经济，省时和方便同样（13%）。
东方宾馆站乘客居多，与新亚商厦之间有河南理工大学万方学院和焦作实验小学两座学校，学生居多，主要是上学行为。
因此这个站点的乘客有强烈的时间观念，对时间的价值比较关注，时间成本较高。
（3）新亚商厦站。
新亚商厦站乘客选择9路公交的原因如图4-14所示
图4-14东方宾馆站乘客选择9路公交原因
通过对9路公交商业中心站点省博览中心站乘客选择107路公交出行原因的调查分析
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