多目标公交线网优化模型与算法分析

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1、1．1研究背景第一章绪论．帚一旱三百了匕城市是一定区域的政治、经济和文化中心。1993年，《雅典宪章》明确了城市的四大功能：居住、工作、游憩和交通。其中交通成为其它三项功能之间联系的纽带，体现着城市的动态功能关系⋯。城市的交通功能依靠交通运输系统来实现，客运交通系统是交通运输系统的最主要组成部分。根据人们自发的意愿，城市客运交通大致可分为步行交通、单独使用私人交通工具的自行车交通、摩托车交通、小汽车交通以及使用公共交通系统的公共交通等几种。公共交通系统作为城市客运交通主要载体，与城市的形成、发展和兴衰紧密相

2、连。同时城市公共交通体系又是国家综合客运网络的重要组成部分，是衔接城市对外交通和城市内部交通的关键环节。城市公共交通是城市经济社会活动的“动脉"，是联接城市工业区、居住区、公用区、文教区、商业区、服务区、公园以及市郊的纽带，在发挥城市功能、组织经济和社会发展方面起着十分突出的作用。随着全球经济发展以及我国社会经济水平的大幅度提高，城市化进程不断的加快，城市规模成倍的增长，城市社会经济文化活动空前繁荣，居民出行需求增长，导致城市交通拥挤、阻塞、事故和环境污染等问题目益严重，已经影响到城市的可持续发展。究其原因

3、，除城市交通基础设施建设不能满足快速增长的交通需求外，城市交通结构不合理，公共交通服务水平低，竞争力不强，自行车拥有数量持高不下，以及私人小汽车猛增都促使了城市交通问题的日益严重。理论研究与国内外城市交通建设实践表明，解决城市交通拥挤问题的根本出路在于：通过优先发展公共交通以及优化城市交通结构，从而实现道路资源的高效利用。但是优先发展公交并不是强制发展公交，剥夺出行者选择出行工具的权利，所以只能通过优先发展公交、提高公共交通的竞争力和服务水平来吸引出行者。而公交服务水平又与公交线路规模的选择密切相关。经调查

4、，目前许多城市的公交线网覆盖面不广，市区公交普遍存在线路长度不合理、间隔过大、候车过久等一系列问题。公交线路是城市公共交通依托城市道路布设的车辆行驶线路和车辆停靠站点组成的城市客运交通线路船1。而所有这些线路就组成了城市的公交线网。公交线网是公交运行的基础，优化线网是提高公交系统服务水平和公交客流吸引率的根本所在，也是最经济、最有效的手段。从目前国内城市的实际情况来看，公交线网主要存在以下几个方面的问题：1．由于线路过长，导致配车数要求高以及发车间隔大和候车时间长，且满载率过高，准点率和可靠性降低，舒适度极

5、其差；2．由于线路过短，从而形成公交车班车化现象，导致规模效益差，效益一费用比低，折返频率高以及占用道路与站点资源；3．城市居民换乘次数多，导致公交线路在直达性方面尚不能满足乘客的需求；4．车辆绕路现象严重，所以公交线路在快捷性方面不能满足乘客的出行需求；5．线路之间客流拥挤程度差距较大，公交线路在客流分配方面不科学。因此，一个科学合理的公交线网结构，对于提高公交系统的整体效率，减少换乘次数、缩短居民出行时间以及均衡公交客流会产生积极影响；一个科学合理的公交线网结构，也是一个城市改善其公交服务水平，实现城市

6、可持续发展的重要前提之一．1．2国内外相关研究概况1．2．1国外相关研究概况公共交通线网的优化过程有多种线网优化方法。Chua将这些优化方法归纳为规划手册法、系统分析法、市场分析计划法、数学寻优法和交互式图形系统分析法等五类口1。国外对公交线网的研究起步比较早，目前在公交线网的布局及优化技术领域有较多的研究。早在50年代，一些发达国家为了满足大规模城市道路交通规划及其建设的需要，就开始研究城市交通规划，50年代的一些著名交通规划如伦敦、芝加哥、波士顿等不约而同的相继问世。至七十年代初，己经形成了具有代表性的

7、“四阶段"城市交通规划方法H3。在1954年，Mitchell等人就提出，城市交通需要的是对其增长和发展的引导，而不是满足由市场发展带来的对进一步机动性的渴求∞1。在60年代初，由于科技发展水平和投资条件的限制，公交线网的布局优化采用专家定线的方式，即在线网布设过程中，采用某权威机构或专家意见确定线网布局，这种方法只定义了布设公交线网应当遵循的原则，多数为线网功能特性的叙述，很少使用量化的分析№3。从60年代至80年代初，随着工程学和系统工程学科的迅速发展，线路网的确定多是运用系统工程和运筹学的相关原理、方

8、法，在既定的目标函数下进行线网的优化布设H1。具代表性的有Lampkin等以乘客的舒适程度和出行时间一起作为公交线网的服务指标，建立的网络设计模型¨1。Hirsch等所做的公交网络优化问题研究，把公交线网优化模型设计成一个固定需求模型旧1。与此同时，数学寻优法开始运用于线网优化中，此法是将公交线网的结构抽象为简单几何形状，在对出行供需关系分析的基础上，建立数学模型来确定最优的公交线路，一般这种方法适用于简单的路网