接驳地铁系统的公共交通站台线路布置优化研究

摘要

城市轨道交通具有运量大、运行时间可靠、运输效率高、节能环保等优势，成为缓解城市交通拥堵的重要交通方式。城市轨道交通系统效能的充分发挥通常依赖其他交通方式的协同，特别是与地面公交的衔接和配合。
　　本文针对地铁站出入口附近公交站台因线路设置不合理而引起的泊位利用率不均衡、乘客服务水平较低、公交车辆排队等待进站时间过长等问题，考虑以站台通过能力等为约束，以乘客总换乘距离最短、公交车辆排队进站总等待时间最短为目标。使用ε约束方法建立帕累托边界，利用权重系数反映不同决策者对两个目标的偏好，建立接驳地铁系统的公共交通站台线路布置的双目标优化模型。以实际车站为对象开展案例研究，验证本文模型的有效性，并对不同可行方案进行了敏感性分析。论文的主要工作，包括如下几个方面。
　　(1)对公交车辆停靠特征及站台线路布置影响因素进行分析。不同位置的公交停靠站及不同类型的公交站台对道路交通流的影响程度存在差异。考虑接驳地铁的公交停靠站具有公交线路多、乘降量大、公交车辆停站时间长的特点，将停靠站设置在交叉口附近，港湾式公交停靠站更适合接驳地铁的公交停靠站。
　　(2)以换乘乘客总换乘距离最短为主要优化目标之一。一个公交站台拥有两个或者两个以上的公交泊位，同一站台的不同公交泊位乘降乘客换乘地铁的距离差异不大。与地铁接驳地面公交的换乘过程相比，公交站台内各公交线路间换乘关系十分复杂，且对地铁与地面公交换乘的影响不显著。主要考虑地铁和地面公交换乘客流量，计算乘客总换乘距离。
　　(3)以全部公交站台的公交车辆排队进站总等待时间最短为主要优化目标之二。多线路公交停靠站的公交车辆到达服从泊松分布，服务时间即公交车辆停靠时间服从爱尔朗分布。认为不同站台的公交车辆之间交叉干扰不显著，利用排队论M/M/C模型计算每个站台的公交车辆排队进站等待时间，叠加得到全部公交站台的公交车辆排队进站总等待时间。
　　(4)利用使用ε约束方法构建帕累托边界，通过权重系数反映不同决策者对两个目标的偏好。使用ε约束方法将双目标模型转化得到单目标模型属于非线性模型，不能使用单纯性法等线性规划问题的解法。考虑0-1整形算法适用对象为整数线性规划，本文对0-1整形算法加以改进，用以求解非线性的整数规划。采用Lingo软件，得到Pareto边界，使用基于距离的方法从备选方案中找到最优的方法。
　　(5)以接驳北京地铁四号线西苑站的公交线路为例进行案例分析，验证模型的有效性。对不同权重系数下的方案，进行灵敏度分析，不同方案对权重系数变化的反应存在差异。方案的分目标标准值相差大，导致方案在不同权重系数下总目标值标准差较大，方案对权重变化敏感。

目录

声明

致谢

摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景

1．2 国内外研究现状

1．2．1 国外研究现状

1．2．2 国内研究现状

1．3 研究意义

1．4 论文主要内容及研究框架

第2章 公交停靠特征及站台线路布置影响因素分析

2．1 公交车辆停靠特征分析

2．1．1 公交车辆到达频率

2．1．2 公交车辆停站时间

2．2 站台线路布置影响因素分析

2．2．1 公交停靠站类型分析

2．2．2 公交停靠站位置分析

2．3 小结

第3章 多目标优化模型建立

3．1 目标函数

3．1．1 乘客总换乘距离最小

3．1．2 公交车辆排队进站总等待时间最小

3．2 约束条件

3．2．1 公交停靠站理论通过能力约束

3．2．2 公交停靠站系统稳定约束

3．2．3 公交车辆排队不影响社会车辆通过上游交叉口约束

3．3 小结

第4章 多目标优化模型求解

4．1 多目标问题基本概念

4．2 构建Pareto边界

4．2．1 参考目标法

4．2．2 模型算法设计及实现

4．3 多目标分析

4．4 小结

第5章 案例分析

5．1 现状分析

5．1．1 车站交通环境

5．1．2 数据调查

5．2 线路布置优化方案

5．2．1 方案组成

5．2．2 效果评估

5．3 方案灵敏度分析

5．4 小结

第6章 结论和展望

6．1 主要研究成果

6．2 研究展望

参考文献

附录

作者简历

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