毕业设计论文 基于公交乘客流构成的9路公交调度研究 精品.docx

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毕业设计论文基于公交乘客流构成的9路公交调度研究精品

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

学号：

310902030206

姓名：

曹阳威

专业：

交通工程

指导老师：

宋晖颖

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,urbantrafficcongestionproblemshavebeenincreasinglyserious，publictransportbecomesevermorecrucial．Animportantissueincurrentcitydevelopmentishowtoalleviatetrafficcongestion、枋thscientificandrationalbusschedulingschemeandhigherbusservicelevel．thispaperanalyzesbusschedulingmodelanditsdeterminingmethod．Choosereasonableschedulingmodelandestablishbusschedulingoptimizationmodelrespectivelyontransferandno-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/h）；lI---线路I的长度（km）；

---线路I站点i,j间的距离（km）；

---经过节点i,j的客运需求量在线路I上的分配比例；R---线路集合；AI---线路I的节点集合。

城市公交线网优化方法很多,但大多数方法仅限于理论研究,很难在实际工程中操作。

相比较而言,王炜教授于1989年提出的“逐条布设、优化成网”则是一种简便实用的线网优化方法“逐条布设、优化成网”的思路是以直达客流量最大为主要目标,通过分析被选路线的起终点位置及客流分布,确定线路的最佳配对及各条线路的最佳走向,实现其它目标，并满足约束条件。

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外部因素的挑站,而公共交通本身的运营技术含量又过低,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。

鉴于研究对象和篇幅所限,本文仅针对现状公交线网中“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。

优化公交车辆车型构成,发展低地板化、环保化、人性化的公交车辆,以提高公交服务质量,增强公交吸引力。

（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,

逐步建立智能化的运营调度优化系统!

乘客信息服务系统和电子收费系统。

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。

尤为值得注意的是,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或凡乎为零的现象颇为突出，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。

2.2.2公交线路布设基本原则与方法

2.2.2.1公交线路布设影响因素

现状公交线网优化调整是在现有的条件下，针对公交网络的缺陷进行优化调整,以满足乘客需求及增进系统整体效益,同时为公交线网的近、远期优化打下基础。

然而，公交线路调整必然会对原有使用者造成负面影响，因此，公交线路的调整应慎重进行,以降低调整产生的风险。

就调整机制的分析发展来看，公交线路调整的研究应该朝有效、实用与具备弹性的目标迈进。

本文认为在对既有线路进行调整或布设新线的过程中，应综合考虑三个方面的影响因素：

（1）硬件设施：

一般来说，城市的用地是非常紧张的，在短期调整的范围不会有新的公交停车场出现，所以在调整公交线路时，只能以现有的首末站停车场作为公交线路至少一端的停车场，除此以外的区域只能作为中间站点,但不能成为开行线路的首站；现有的城市道路条件是进行公交现状调整的基础，一般来说,应尽量避免在路宽不到7米的支路上布线。

（2）乘客利益：

既有线路的调整势必对线路的原有使用者造成影响，因此在线路调整时应当尽可能的减小调整对使用者所带来的不便；新线布设应在保证直达率的基础上，尽量选取最短距离线路，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）企业效益：

公交线路的调整，涉及到线路走行区域和走向,将会直接影响营运企业的营运效益，所以调整路线对企业的影响应列入调整限制条件进行综合考虑,在保证线路技术合理性的条件下，适当降低对业者的负面冲击，将可减少路线调整时来自企业的阻力。

2.2.2.2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凡条线路。

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其起起点的两个端点,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。

2.2.2.3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凡个特点：

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；

长度适当的联系城市外围片区或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；

接驳轨道交通（包括BTR）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

对于联系城市外围片区或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；速度或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上，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。

2.2.3公交站选址

公交站点的位置、间距、管理和设计对公交线路功能的发挥有着重大的影响，尤其是公交站点间距，是影响乘客乘车便利程度、车辆运营速度和公交运营调度计划的重要因素。

公交站点（主要指中途停靠站）尽管只占城市道路很短的一段，但却是道路和交叉口通行能力的重要影响因素。

公交站点的选址应在保证公交乘客候车安全的基础上,尽量减少对路段和交叉口的影响。

在公交线路的起讫点及线路走向确定后,应按照以下原则选择公交站点位置：

（1）应设置在公共交通线路沿途所经过的各主要客流集散点上；

（2）应沿街布置,选择在能按要求完成车辆的停和行两项任务的地方；

（3）一般设在过交叉口50m以外处,在大城市车辆较多的主干道上,宜设在100m以外处。

2.2.4公交车辆配置基本内容与方法

2.2.4.1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。

若线路运力不足，则线路的运输能力不能满足乘客正常的出行需求，即使能够满足出行需要，那么满载率也会较高，公交服务水平保持在较低的水平上；若运力过剩，则会导致公交车辆闲置，公交运营成本增加，从而影响公交企业的经济效益。

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