完整版交通拥堵中的车辆调度优化方案毕业设计.docx
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完整版交通拥堵中的车辆调度优化方案毕业设计
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,theurbantrafficcongestion,importanttopicinthecurrenturbandevelopment.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，目前每天运行20个台班，135个车次，平均发车间隔9分钟，
4.1.1乘客构成分析
59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4-1所示：
图4-1新亚商厦站乘客职业构成
通过图4-5可知，新亚商厦站的乘客公司职员人数最多，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4-2所示：
图4-2东方宾馆站乘客职业构成
通过对图4-7分析可知，东方宾馆站公司职员的人数居首位，学生次之.有以上分析可知，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4-3所示
图4-3电建家属院乘客职业构成
通过图4-3可知，电建家属院的乘客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，乘客主要是以年轻人的工作及老年人出行为主的需求.
（4）交警大队
通过对东方宾馆站的客流分析，现做出客流分析图如图4-4所示：
图4-4交警大队乘客职业构成
通过图4-4分析可知，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.
4.1.2乘客选择59路公交的原因
对59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59路公交的原因.
（1）交警大队.交警大队乘客选择59路公交的原因如图4-5所示：
图4-5交警大队选择9路公交原因
通过图4-5调查分析可知，经济是交警大队的乘客选择公交59路的主要原因，省时次之，然后是方便、准时及其他.
通分析可知，交警大队站点的乘客选择59路公交主要原因是经济，其次是省时间.出现这种结果的原因是59路公交能够提供高速、快捷、高质量的服务.
（2）东方宾馆站.东方宾馆站乘客选择59路公交的原因如图4-6所示：
图4-6东方宾馆站乘客选择59路公交原因
通过图4-6调查分析可知，经济是东方宾馆站乘客选择59路公交的主要原因，并且分析可知乘客选择59路公交的其他原因仅次于经济，省时和方便同样.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59路公交的原因如图4-7所示
图4-7东方宾馆站乘客选择59路公交原因
通过对4-7调查分析可知，选择59路公交的主要原因是省时，其次是准时.出现这个结果的原因是59路公交能够提供高速、快捷、高质量的服务为乘客.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.
（4）电建家属院.电建家属院乘客选择59路公交原因如图4-8所示
图4-8电建家属院站乘客选择9路公交原因
通过图4-8调查分析可知，省时是电建家属院站的乘客选择9路公交的主要原因，准时次之，然后是经济、方便及其它.
4.1.359路公交存在的问题调查
对59路公交23个车站中所选的4个车站进行调查分析，可知乘客对59路公交存在问题：
（1）交警大队.交警大队59路公交存在的问题如图4-9所示：
图4-9交警大队公交存在的问题
通过图4-9调查分析可知，站距太远是59路存在的主要问题，其次是不准时与舒适性差班次不合理，然后依次为上下车不方便、太拥挤及其他.通过对59路公交交警一大队站点乘客就59路公交存在问题的调查可知，站距太远是关注度最高的，其次是舒适性差与不准时.
（2）东方宾馆站.东方宾馆站59路公交存在的问题如图4-10所示：
图4-10东方宾馆站59路公交存在的问题
通过图4-10调查分析可知，站距太远是59路存在的主要问题，不准时次之，然后依次为班次不合理、上下车不方便、舒适性差、太拥挤及其他.通过对59路公交东方宾馆乘客就59路公交存在问题的调查可知站距太远是关注度最高的，其次是不准时.
（3）新亚商厦站.新亚商厦站59路公交存在的问题如图4-11所示：
图4-11新亚商厦59路公交存在的问题
通过图4-11调查分析可知，站距太远是59路存在的主要问题，不准时次之，然后依次为班次不合理、上下车不方便、舒适性差、其他及太拥挤.通过对9路公交新亚商厦站乘客就59路公交存在问题的调查可知，站距太远是关注度最高的，其次是不准时.
（2）电建家属院.电建家属院59路公交存在的问题如图4-12所示：
图4-12电建家属院59路公交存在的问题
通过图4-12调查分析可知，站距太远是59路存在的主要问题，不准时次之，然后依次为班次不合理、上下车不方便、舒适性差、其他及太拥挤.通过对59路公交新亚商厦站乘客就59路公交存在问题的调查可知，站距太远是关注度最高的，其次是不准时.
通过公交乘客流调查，可以得到公交乘客流的原始数据，但这些数据不能直接用于公交规划和攻击奥运营决策，必须要对公交客流原始数据进一步分析处理，才能得到可以直接用于直到公交规划和公交运营决策的公交客流数据指标.
4.2公交车客流信息处理内容
为了提高公交运营效率，制定更加合理的公交调度模式和调度计划.需要对客流信息进行数据处理，得到所需要的公交乘客流信息.拟得到以下5条重要的客流信息：
1.单条公交线路上各站点上下车乘客数；2.单条公交线上任意相邻两站点间的乘客流量；3.客流峰值曲线；4.断面客流量；5.客流不均衡性.
4.2.1单条公交线路上各站点上下车乘客数
统计单条公交线路上各站点上下车乘客数可以了解线路上乘客的分布情况，可以为选择科学合理的公交调度模式提供可客流依据.
（1）单条公交线路上各站点的上车乘客流量；
（2）单条公交线路上各站点的下车乘客流量.
4.2.2单条公交线上任意相邻两站点的客流量
统计单条公交线
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