银川市BRT2号线选线研究.docx
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银川市BRT2号线选线研究
1.绪论
1.1研究背景
现在的交通环境状况明显已经对人类生命安全、财产以及生存环境构成了威胁，现阶段的交通问题已经成为了各国城市面临的极其严重的病症之一，成为城市可持续发展的主要障碍之一。
修建道路是解决城市交通拥挤等问题的传统办法，但是无论哪个国家的城市，空间都越来越小，没有更多的土地资源可提供修建道路。
国内外多年来的实践研究表明，单单依靠改善交通设施来解决城市交通问题这一问题，不仅成本投资昂贵，而且效果不大。
虽然近10多年来大规模的为解决交通拥挤的交通建设使恶劣的情况有所改善，但基于缺乏有效的交通科学理论为基础，交通拥堵现象依旧存在，作为快速干道的高架路也经常成为拥堵的道路。
由于欠缺科学的规划设计和有效的管理模式，现有的交通资源未获充分利用，造成了许多浪费损失。
比如，北京四环路设计通行能力为每车道1500辆/小时机动车，而实际通行的车辆仅为500辆/小时！
即便是这样，道路上仍经常交通拥堵。
除了修建必要的道路网以外，还尝试了许多新的方法来解决道路堵塞问题。
譬如，改善道路信号控制的运用，采用一种新的方式：
道路可变信号。
在上下班交通高峰期通过改变道路线路以增加进出车道数目，而在大城市中则建立交通控制中心来监控管理公路网络的全部交通现实情况，这大大缓解了交通拥堵等不良状况。
但是在许多城市中，这些方法实施的情况是针对预先检查的日常重复的交通情况而建立的模型制定的，对交通拥堵实际状况并不能作出动态反应计算，也不能对于即使发生的交通情况迅速改变交通处理方案[1]。
为了解决交通拥挤、延误等问题，发达国家投入大额资金，吸引各种领域的科学家对道路交通进行交通科学的基础研究探索，采用高端科技和各学科领域专家合作研究相结合的办法，研制、开发，构建和其国情相适应的科学的交通系统。
例如美国在20世纪90年代后研究的智能交通系统（IntelligentTransportationSystem,简称ITS），德国启用的高级运输信息和管理系统等。
其中，现代交通流科学的研究发挥了重大作用。
我国今年来增强了对交通研究的投入，但始终存在着“重技术，轻科学”、“重硬件，轻软件”的倾向，交通科学的研究严重滞后于交通工程的发展，科学性预研的投入在交通减少中的比例微乎其微。
我国正在实施经济大发展，因此减少现代化交通运输系统和交通信息管理系统已成为当务之急[2]。
城市交通系统是一个复杂的大系统，单独从车辆方面考虑或单独从道路方面考虑，都很难完美解决城市交通问题。
在此背景下，把交通参和者、车辆和道路系统综合起来研究，并使用各种高新技术来系统地解决城市交通问题的思想就应运而生了，这就是智能交通系统产生的动机。
同样，对于智能交通系统的研究也就伴随着社会经济发展对交通运输系统的要求而全面展开了。
在人口和机动车迅速增长的情况下，城市交通拥挤状况日趋严重，直接导致交通拥挤现象更为严重、道路交通事故频繁发生、车辆废气污染越发触目惊心等。
为进一步改变现在交通拥挤现象，各城市不约而同的利用更多的土地资源以建设更为宽敞的道路。
这样的结果导致，交通设施所占的土地资源在城市中比例越来越大，届时如果还要修建更多的交通设施只会使城市可持续发展受到严重阻碍，并不会对日趋严重的交通状况带来改善[3]。
1.2BRT在国内外实践概况
一、巴西的库里蒂巴（Curitiba）
巴西是世界上BRT系统网络实施建设最完善的国家。
位于巴西海拔3000m的马尔高原上的帕拉纳州首府库里提巴由于其特色的快速公交系统而闻名于世。
该市采用公共交通代替小汽车座位城市主要的交通方式，城市沿着主要公共交通线路向外扩展，呈现出“手指状”的增长形式。
其中其BRT系统由5条放射状轴线构成，总长72公里，其上运行着双绞接公交车，线路运输能力可达16000人次以上。
库里提巴的公交路网可分为三种服务层次：
一，快速道路系统。
库里提巴的5条干道轴线包含3条平行的道路，中间主线道路的中央是双向BRT专用道，其两侧为一般机动车道，在快速公交线路两侧一个街区外是一对单向的快速道路，为进出市中心区的过境交通服务。
另外两个层次分别是区间线路和支线公交线路。
区间线路是连接各服务层次的衔接点，而支线的服务则是免除了乘客额外购票的需求，使乘客可以在各线路间换乘而无需购票。
库里提巴公共交通系统的管理是由该市的公共交通总公司一手经营的，该公司负责全市的公交线路规划、车站设计和建设管理，决策线路运营时刻表和车型大小要求，负责票价合理制定，而公交车辆则交由私人公司经营管理和维护使用。
库里提巴实施巴士快速公交运营后,以建设运营地铁成本的6%-8%投入,却承担了60%-70%的地铁运输能力,现在该市市民75%的出行都采用BRT公交。
二、北京的巴士快速交通系统
北京快速公交1线起点为市中心区的前门，连接北京地铁2号线，向南到达大兴区德茂庄，线路全长16km。
该快速公交运营车辆选取长达18m的铰接式左侧开门空调车，采用柴油发动机以减少车辆废气对环境的污染。
以人为本，在车内设置儿童，老人及残疾人专用座。
该线路启用GPS卫星定位、GSM语言通信、GPRS数据传送系统进行远程调控，确保管理者第一时间全面掌握运营线路的情况。
北京快速公交1线正式运营的第一天，客运量超过9万余人次。
根据北京交通发展研究中心的调查研究表明，90%乘客认为快速公交能够减少出行和候车的时间，该线路的35%客流量都选择了快速公交1线。
在目前的情况而言，北京市交通有关部门已经开始规划设计中关村南大街、广乘路等的快速公交线路。
在三环路内行驶5km以上的公交线路有20多条，客运量搞到100多万人次。
每条近百万乘客享有专有路权，优先通行，这才是对道路资源的有效利用，更体现了以人为本的理念[4]。
1.3研究范围、方法、目的及最终选线方案
1.3.1研究范围
广州市作为一个大城市，她的发展总是受到国家和政府的关注，一直以来，广州市的交通状况总是让广州市的相关政府头疼，如何有效地解决广州市的交通问题是一个相当重要的课题。
1.3.2研究方法
本文经过多种选取最总拟用以下研究方法：
1）简要分析BRT构成及优势；
2）阐述BRT线路网的规划；
3）常规公交线路资料的收集；
4）以某条常规公交为例做BRT选线分析；
5）用模型进行优化选取；
1.3.3研究目的
本文主要是通过建设具有便捷群众的快速公交系统（BRT）以实现以下目的：
1）缓解城市的交通拥挤。
2）可以提供舒适的乘车环境，并节约市民的出行时间。
3）相比轨道交通可以节省巨额的投资建设费用。
4）可以平衡城市交通方式的发展。
5）可以提升城市的生活环境质量。
1.3.4最终选线
方案一：
四兴围-上冲-客村立交-大坞站-五羊新村-南方报社站-天河立交站 --动物园南门站-广东工大站-黄花岗站-行政学院（广州）
1.4本章小结
本章简要介绍了快速公交系统的研究背景以及库里蒂巴典型的快速公交系统，为广州BRT选线初步作出了其研究范围、方法、目的及最终选线方案。
2.BRT构成以及优势分析
2.1快速公交系统（BRT）
2.1.1BRT系统
快速公交系统是指通过享有专有路权、采用交叉口有限通行的信号等控制系统、依靠性能较好的新型公交车辆构成的大容量、快捷、舒适的公交服务体系[4]。
2.1.2BRT的组成要素
为了使快速公交系统具有运营速度、服务水平、运营能力以及可靠性，快速公交系统必须应具备以下6个要素。
一、快速公交专用车道
快速公交系统的运营能力和运营速度主要取决于车道和公交专用道路的设置方式。
公交专用道路的设置可以避免公交车辆和机动车辆混杂使用，因此在日益拥挤的城市道路系统中可提高公共交通的运营用道的设置是保证快速公交系统服务可靠性和速度最重要的元素速度[5]。
二、车站和枢纽
快速公交系统的车站和枢纽设施具有交通功能以及和城市土地利用相协调两大功能。
交通功能主要包含乘客搭乘和下车、集中换乘等等。
另外，快速公交车站还包括许多其他轨道交通车站的特征，如环式站台、在车站中设置收费系统，车站和车辆地板水平，已方便乘客上下车，还有运营的信息管理系统，操作系统等。
BRT的规划和建设需要和城市的土地利用相结合，和土地利用规划共同发挥作用。
现在以公共交通为发展趋势的城市用地发展原则越来越多地在快速公交系统中有所使用。
这不仅为城市的土地开发提供了快捷方便的公共交通，同时也为快速公交系统提供了客流需求[6]。
三、收费系统的设置
车站外收费可以令所有车门同时上下乘客，减少延误时间，提高了整个系统的效率和运营能力。
现阶段上车前付费系统拥有许多技术，其中：
硬币或智能卡技术、证件系统、磁条技术等。
四、车辆种类的使用
快速公交系统的车辆种类采用低地板的大型铰接车，中型铰接车，以便利于乘客上下车和提高系统的运输能力，减少运行成本的投资。
许多城市还采用新型环保公交车，减少了车辆对环境的污染。
五、ITS在BRT中的使用
ITS运用于快速公交系统很大程度上提高了BRT的效率，而且投资成本不高，可以取代某些昂贵以及难以维护的运输设备和工具，并且为乘客提供车辆运行、所在位置等各种服务信息，为公交车辆提供交叉口信号优先，提升车内和到站的安全性，甚至还可以为快速公交车辆导航，协调BRT系统的车辆控制、运营管理[7]。
六、快速公交网络线路规划
快速公交系统的线路可以选取类似于轨道的单一线路，也可以采取多条线路在主干线上相互协调组合。
从而快速公交线路的结构组成比轨道交通组成拥有更多的灵活性。
2.2BRT的优势
一、成本优秀
快速公交系统和轨道交通系统相比，快速公交系统优势在于其投资金额和运营成本要比轨道交通系统低得多。
一般情况而言，快速公交系统的投资成本相对于轨道交通只占其成本的1/10，快速公交系统以相对较少的造价便可获得轨道交通的服务水平。
快速公交系统的建设周期也比较小，传统的单条BRT专用道的建设只需要1～2年的时间来完成，而同样线路的地铁则需要8～10年完成。
快速公交系统可以不像轨道交通那样，必须在线路、车站、车辆、运营控制系统等建设完善后才可以投入运营收益，它可以在系统某些部分功能设施建设完成以后就投入运营，然后才进行分阶段地逐步完成建设。
此外，快速公交系统具有其灵活性的特点，就是可以在不同时间内运行不同的线路，而轨道交通却只能在已建成的线路上运营。
二、速度快、可靠度高、安全性好
基于快速公交系统车辆的运行在指定的道路上，其受其他交通方式的影响基本不可见，所以车辆运行的速度一般比常规交通快得多，畅顺的道路上交通事故发生的频率也会降低。
另外，乘客水平上下车、上车前售票也大大减少了时间延误。
快速公交系统的这些优势提供给乘客最直接的便利，因此吸引了更多乘客选择其为出行方式。
三、服务高、低耗能、环保好
快速公交系统采用的车辆具有噪声低、振动小、排放低、耗能少、宽敞舒适等特点，站台和车辆地板的良好匹配能够实现乘客水平上下车，这对于幼儿、老年、残疾人而言，这体现了以人为本的服务理念。
快速公交系统专用道避免了车辆频繁地在加、减速和停车之间变换，这便减少了车辆的排放和能耗。
即节约了能源，又缓解了道路交通拥堵现象。
四、促进土地资源利用
快速公交和轨道交通相似，其可使市区交通的发展进一步提高，促进关于交通土地利用开发拓展。
便捷、高速的交通为土地的进一步开发创造了有利条件；另一方面，客流的激增又携带着土地开发的进一步完善。
所以快速公交的发展是和土地利用相辅相成的，这一特性使快速公交可以在城市中可持续发展。
BRT的以上优点，使得其在城市道路发展中起到了砥柱中流的作用，结合传统交通在城市道路中的布设，相辅相成，完善城市道路交通网络、提升整个道路建设的进展、使市民出行有了更多的选择、降低了交通对环境的污染、促使城市交通控制水平提升等[8]。
2.3本章小结
本章收集相关资料对BRT的构成，BRT的优缺点进行了重点的介绍，为以下BRT选线方案初步指引方向。
3.快速公交系统的网络规划
3.1快速公交规划目标及原则
快速公交系统的网络规划目标主要可以分为三类：
1）实现运输工作量最大化。
运输工作量通常用人-次数或人-公里衡量。
这就意味着快速公交系统需要提供快速、便捷的服务来吸引乘客。
对一个既有网络进行规划时，如果不同设计方案的平均出行长度相近，那么人-次数和人-公里的值夜相近。
但将城市内部的公交系统和区域公交系统进行比较时，则应该同时考虑人-次数和人-公里的取值，因为这两者在不同设计中的取值可能相差很大。
2）达到运营效益最大化。
即达到公交系统要求的运营水平所消耗的费用最少。
3）创造积极影响。
积极影响包含很多方面，从短期影响（如环节道路的拥堵）到长期影响（如满足人口高流动率、徒弟合理利用、可持续法杖、高生活质量等的需要）。
这三类目标是分别针对三个不同的群体提出的：
乘客、运营机构、社会。
这些目标的实现均受到线路的网络几何设计的影响。
3.1.1乘客吸引
使用快速公交系统的人越多，越能说明快速公交系统可以很好的满足市民的需要和为城市服务；快速公交系统运送的人-公里越多，运营的单位费用越低，系统的效益就越好，社会小汽车的利用率就越低。
因此，快速公交系统网络规划最重要的目标就是吸引尽可能多的乘客。
在快速公交系统网络的设计特性中，影响服务质量和乘客吸引力的因素主要有以下几个：
1）网络覆盖率。
2）运营速度和路权和站间距有关。
3）线路走向尽可能地沿主要客流方想确定，便于吸引大量的客流，为更多的乘客提供良好的服务。
3.1.2网络运营效率
一般情况下，较高的投资能提供较低的运营费用、较高的服务水平，进而吸引更多的客流。
尽管投资成本可能数额很大，但对总得年均系统成本的影响却不大，因为设备的使用寿命长，能降低每年的成本。
增加的乘客吸引率同样能证明高投资的正确的。
图3.1不同到站方式的可接受到达范围
3.2快速公交线路的几何要素
在对快速公交单条线路进行设计并将这些线路添进网络之前，应对影响线路设计的几何要素进行分析，这些要素主要有线间距、线路长度、线路布局、线间联系等。
3.2.1平行线路间距
在一个给定的交通走廊中，平行线路间的距离和乘客到达线路的走行距离、线路的发车频率有关。
假设该交通走廊的宽度为W，总发生频率为F（辆/h），人口均匀分布，线路运营情况和线路位置无关，线路的设置位置满足总走行距离最小，如图3.3所示。
图3.3线路间距和发车频率的关系
假设该交通走廊共有n条线路（n=1，2，3），为使总走行距离最小，线路的设置位置应分别如图4.3中情形A、情形B、情形C所示。
每条线路距该交通走廊左边界的距离
为
（3-1）
当该交通走廊设计两条线路时，第2条线路（i=2）距离左边界的距离为
；当设置3条线路时，第3条线路（i=3）距离左边界的距离为
。
每条线路的发车频率
，，乘客不行到各线路的平均距离
和最大距离
分别为
（3-2）
（3-3）
如果交通走廊的宽度W=1200m，总发车频率f=12辆/h，且在该走廊内的任意位置都可以设置公交线路，那么不同线路条数的设计参数见表3-1。
表3-1不同线路条数的设计参数
情形
线路条数n
步行距离/m
发车频率f/（辆/h）
发车间隔h/（min/辆）
平均步行距离
最大行走距离
A
1
300
600
12
5
B
2
150
300
6
10
C
3
100
200
4
15
3.2.2线路长度
城市规模和线路的类型是影响块数公交线路长度的主要因素。
和短线路相比，长线路有一下两个优点：
第一，能提供较多的站站直接连接。
一条有k个车站的线路可提供的站站直接连接有k（k-1）/2条，每增加一个车站，就会增加k条直接连接线。
第二，长线路中车辆掉头等操作所耗时间和运营时间相比很少，因此，车辆在首末站所消耗的时间占总运营时间的比例很小，车辆和劳动力的利用率较高。
在规划放射式块数公交网络时，存在着线路长度如何确定的问题。
当有接驳公交或停车换乘设施时，放射式块数公交线路能够更好地为城市服务。
如果放射式线路过短，那么就会有大量的乘客在该线路的末端换乘接驳线，搭乘接驳公交，如果3.4（a）所示。
如果放射式线路过长，那么沿该线路方向就不需要设置接驳线，而在该线路两侧设有直线，如果3.4（b）。
图3.4（c）介于以上两种情况之间，即长度适中的放射线路不仅设有接驳线，还设有支线[9]。
图3.4不同长度的放射式线路
3.3本章小结
本章着重论述了在网络选线规划中的目标和原则，不同道路情况的选线要求，对以下选线提供理论原理。
4.以220线路为例作南箕路到动物园BRT选线分析
4.1调查细节
调查细节包括以下几方面：
1.调查时间：
2011年4月15日至2011年4月18日。
2.调查路段：
由线路220：
从动物园总站到南箕路总站。
（重点：
珠江医院站，凤凰新村,江南西路,江湾桥南,小北,广东电视台。
）
3.调查对象：
220线路的状况
4.调查方式：
纪录车辆到达每个站点时所达到的人数
5.调查内容：
车辆不同站点的拥挤度[10]。
4.2调查情况
2011年4月16日调查情况所得，如下表4-1。
图4.1为道路拥挤情况。
表4-1线路车辆上人数调查表
时间
4时50分
5时08分
5时36分
5时53分
6时06分
6时10分
地点
珠江医院
凤凰新村
江南西路
江湾桥南
小北
广东电视台
车上人数
15
42
65
73
84
91
图4.1线路道路上拥挤情况
4.3调查结果
经过调查员的调查，可以看出从南箕路到动物园的交通状况还是很令人不满意的，特别是部分站点乘客排很长的队在等候车辆，而且还有部分的乘客等半个多小时也上不了车的现象很严重。
这些交通不便的现象基本覆盖了广州市繁忙路段，所以急需要寻找一种解决交通拥挤状况的办法。
4.4原有公交线路
从南箕路到动物园的公交路线220路最为简洁：
220路经过的站点：
1.南箕路总站2.纸厂邮局3.纸厂路4.纸路5.珠江医院6.基建新村7.沙园8.凤凰新村9.梅园西10.工业大道口11.宝业路12.江南新村（骨伤..13.江南西路14.南村15.基立下道16.江湾桥南17.法政路18.小北花圈19.小北20.广东电视台21.白云宾馆22.区庄23.黄花岗24.动物园总站。
图4.2为220线路图：
图4.2220线路图
4.5选线依据
公交车快速线路以提供干线运输服务为主，其服务对象主要是城市中心区域和郊区之间的干线道路。
用以提高车辆在道路中的运行速度以及增加客运量为目的，为适应沿线长距离乘车需要而采取的一种快速运行线路，具有畅通性和准时性。
在选线时应注意以下几点：
（1）道路条件。
道路是快速路的基础，并非所有道路都适合大站快车行驶，要考虑道路的几何线型、路面条件和容量限制等因素，要因地制宜，不要机械地照搬其他地方的情况。
（2）沿线土地利用情况。
城市土地利用决定了城市不同社会经济活动在不同区域的集散程度和分布特性，也决定了城市客运交通发生、吸引源的分布特性，对城市客运交通需求、客运交通网络布局具有决定性的影响。
合理的用地结构有利于客运交通的发展，而客运交通系统的发展将促进用地结构的调整。
（3）客流结构及客流量分布。
借鉴常规公交系统的客流结构和服务对象，客流的分布情况及时段。
总的要求是有中长距离流量大、短途流量低的稳定客流[11]。
4.6模拟从南箕路到动物园的BRT线路
选取道路环境和已有公交线路进行选线
4.6.1根据环境模拟起终点
由于南箕路周边土地资源已经利用殆尽，所以考虑周边可利用的土地，就近原则，在南箕路东北侧3.1公里四兴围建立一个BRT枢纽。
而在动物园周边可选择靠近永福路邮局处建立一个和四兴围BRT枢纽相对应的枢纽站点。
4.6.2根据现有道路拟定BRT站点布设
方案一：
四兴围→上冲→客村立交→大坞站→五羊新村→南方报社站→天河立交站→动物园南门站→广东工大站→黄花岗站→行政学院（广州）
图4.3为方案一线路设计图：
图4.2方案一线路图
方案二中有：
四兴围→上墩和→客村→康乐村→中山大学→省荣军医院→怡乐村→梅印桥南→大沙头→白云路→越秀中路→东风大酒店→先烈酒店→黄花岗→行政学院
图4.4为方案二线路设计图。
图4.3方案二线路图
方案三中有：
四兴围→南约社→佳南商场→晓港综合楼怡乐村→梅印桥南→大沙头→白云路→越秀中路→东风大酒店→先烈酒店→黄花岗→行政学院
图4.4为方案三线路设计图。
图4.4方案三线路图
方案四：
四兴围→南约社→广州市旅游商贸职业学校→纸厂站→珠江医院站→基建新村站→沙园站→梅园西站→基立下道站→江湾桥南站→东华南路站→东山口站→农林东站→梅花村商店→慧富通商贸大厦→缘怡居花园→欧亚酒店→行政学院（广州）
图4.5为方案四线路设计图。
图4.5方案四线路图
4.7本章小结
本章收集调查了220公交线路运营情况，并加以分析，在此基础上以BRT选线原则对南箕路到动物园进行BRT选线作出方案。
5.利用BRT系统选线模型对上述方案进行分析
根据快速公交系统选线要求，对四兴围到行政学院（广州）路段采用网络路段删除的原理进行数字化处理。
5.1基于网络路段删除的算法
该算法求解的思路如下：
在快速公交网络G中求解从O到D的最短P1；然后将网络G-{P1}划分成子网络G1,G2,…，Gm，并用最短路算法在某一个子网络中求出最短路，则这些最短路中的最短者就是从O到D的第2条最短路P2；假设P2∈Gj，像划分G-{P1}一样继续将Gj-{P2}划分成若干个子网路，并将对Gj-{P2}划分所得的子网络分别和G1,G2,…，Gj-1，Gj+1，…，Gm合并且顺次重新编号，构成G-{P1,P2}的一个划分，G-{P1,P2}的划分中的每一个子网络的最短路中的最短者就是第3条最短路P3；一般地，求出第1,2，…，h最短路P1,P2,…，Ph后，将G-{P1,P2,…,Ph}划分成子网络G1,G2,…，Gm,从每一个子网络中求出最短路，这些最短路中的最短者就是从O到D的第h+1最短路Ph+1。
如果Ph+1∈Gj，讲Gj-{Ph+1}划分所得的子网络分别和G1,G2,…，Gj-1，Gj+1，…，Gm合并且顺次重新编号，构成G-{P1,P2,…,Ph}的一个划分。
这样，基于网络路段删除的算法的步骤如下：
第一步 初始化，令K=1。
第二步 第K条路径搜索网络，在Gj-{P}所划分的各个子网络中分别求从O到D的最短路，这些最短路中的最短者为第K条路径。
第三步 停止规则，如果K等于所需的路径数目，则转至第六步。
第四步 改变搜索网路假设Pk∈Gj,则将Gj-{Pk}划分所得的子网络分别和G1,G2,…，Gj-1，Gj+1，…，Gm顺次重新编号，构成G-{P1,P2,…,Ph}的一个划分。
第五步 递增计数，判断第K条路径的各项属性是否满足约束条件，如果满足，令K=K+1,否则令K=K，并转至第二步。
第六步 计算路径的广义费用和各类专项费用，并分析K条路径的属性。
为了求解K短路，组多需要求解O（Kn）条最短路，因此，该算法的时间复杂度为多项式时间，算法为有效算法。
图6.1为算法简易图[12]：
图6.1算法简易图
5.2根据算法计算第五章的方案
方案一中有：
四兴围（0km）→上冲（1km）→客村立交（1.9km）→大坞站（0.79km）→五羊新村（1.4km）→南方报社站（0.5km）→天河立交站（1.4km）→动物园南门站（0.785km）→广东工大站（0.6km）→黄花岗站（1km）→行政学院（0.6km）
方案二中有：
四兴围（0km）→上墩和（1.7km）
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