基于多層次多模式的公交線網(wǎng)規(guī)劃方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種基于多層次多模式的公交線網(wǎng)規(guī)劃方法，包括如下步驟：采集基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，根據(jù)城市規(guī)模確定交通運(yùn)輸方式，并分析公交線網(wǎng)規(guī)劃所需的影響因素；建立公交線網(wǎng)規(guī)劃模型，設(shè)定相關(guān)參數(shù)；求解所述公交線網(wǎng)規(guī)劃模型；輸出規(guī)劃結(jié)果。通過(guò)實(shí)施本發(fā)明的規(guī)劃方法，本發(fā)明能夠更好地貼合不同公交線網(wǎng)的客流特征與設(shè)置特點(diǎn)，因此具有更好的效果，在直達(dá)客流量、乘客需求比例以及總行程時(shí)間等評(píng)價(jià)指標(biāo)方面均優(yōu)于現(xiàn)有方法。
【專利說(shuō)明】基于多層次多模式的公交線網(wǎng)規(guī)劃方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于交通領(lǐng)域，尤其是一種基于多層次多模式的公交線網(wǎng)規(guī)劃方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 現(xiàn)階段，城市交通擁堵已成為嚴(yán)重的社會(huì)問(wèn)題，每年造成的經(jīng)濟(jì)損失約占我國(guó)GDP 總值的5%?8%。此外，交通污染尤其是機(jī)動(dòng)車尾氣污染，已成為城市環(huán)境面臨的嚴(yán)峻挑 戰(zhàn)。與此同時(shí)，交通能源消耗巨大，直接影響到國(guó)計(jì)民生的保障與改善，制約了國(guó)家節(jié)能減 排與可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的實(shí)施。因此，開(kāi)展城市高效能公共交通系統(tǒng)的規(guī)劃建設(shè)研究，將為優(yōu) 先發(fā)展公共交通、提高運(yùn)輸效率、緩解交通擁堵、減輕霧霾污染、節(jié)約能源消耗提供重要技 術(shù)支撐。而公交線網(wǎng)規(guī)劃作為交通系統(tǒng)規(guī)劃與發(fā)展的重要組成部分，就顯得尤為重要。
[0003] 隨著城市規(guī)模的不斷擴(kuò)大，公交線路根據(jù)服務(wù)功能和客流特征形成不同的等級(jí)， 若將不同等級(jí)的公交線路放在一個(gè)層面同時(shí)進(jìn)行優(yōu)化，效率難免低下，更會(huì)造成主次不清。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 發(fā)明目的：提供一種基于多層次多模式的公交線網(wǎng)規(guī)劃方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)的 上述問(wèn)題。
[0005] 技術(shù)方案：一種基于多層次多模式的公交線網(wǎng)規(guī)劃方法，包括如下步驟：
[0006] 步驟1.采集基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，根據(jù)城市規(guī)模確定交通運(yùn)輸方式，并分析公交線網(wǎng)規(guī)劃所 需的影響因素；
[0007] 步驟2.建立公交線網(wǎng)規(guī)劃模型，設(shè)定相關(guān)參數(shù)；
[0008] 步驟3.求解所述公交線網(wǎng)規(guī)劃模型；輸出規(guī)劃結(jié)果。
[0009] 進(jìn)一步的，所述基礎(chǔ)數(shù)據(jù)包括城市人口、城市規(guī)模、實(shí)際道路網(wǎng)絡(luò)、乘客分布情況 和出行意愿；所述交通運(yùn)輸方式包括骨架線網(wǎng)、主干線網(wǎng)和支撐線網(wǎng)；
[0010] 所述影響因素包括：對(duì)于骨架線網(wǎng)，影響因素包括安全條件、道路寬度條件和線路 長(zhǎng)度條件；對(duì)于主干線網(wǎng)，影響因素包括安全條件、車輛特性和道路通行能力；對(duì)于支撐線 網(wǎng)，影響因素包括安全條件、步行時(shí)間條件和線路重復(fù)條件。
[0011] 進(jìn)一步的，建立所述公交線網(wǎng)規(guī)劃模型的過(guò)程為：
[0012] 步驟21、根據(jù)安全條件、道路寬度和線路長(zhǎng)度影響因素規(guī)劃骨架線網(wǎng)，建立如下時(shí) 間阻抗：

【權(quán)利要求】
1. 一種基于多層次多模式的公交線網(wǎng)規(guī)劃方法，其特征在于，包括如下步驟： 步驟1.采集基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，根據(jù)城市規(guī)模確定交通運(yùn)輸方式，并分析公交線網(wǎng)規(guī)劃所需的 影響因素； 步驟2.建立公交線網(wǎng)規(guī)劃模型，設(shè)定相關(guān)參數(shù)； 步驟3.求解所述公交線網(wǎng)規(guī)劃模型；輸出規(guī)劃結(jié)果。
2. 如權(quán)利要求1所述的基于多層次多模式的公交線網(wǎng)規(guī)劃方法，其特征在于， 所述基礎(chǔ)數(shù)據(jù)包括城市人口、城市規(guī)模、實(shí)際道路網(wǎng)絡(luò)、乘客分布情況和出行意愿；所 述交通運(yùn)輸方式包括骨架線網(wǎng)、主干線網(wǎng)和支撐線網(wǎng)； 所述影響因素包括：對(duì)于骨架線網(wǎng)，影響因素包括安全條件、道路寬度條件和線路長(zhǎng)度 條件；對(duì)于主干線網(wǎng)，影響因素包括安全條件、車輛特性和道路通行能力；對(duì)于支撐線網(wǎng)， 影響因素包括安全條件、步行時(shí)間條件和線路重復(fù)條件。
3. 如權(quán)利要求2所述的基于多層次多模式的公交線網(wǎng)規(guī)劃方法，其特征在于，建立所 述公交線網(wǎng)規(guī)劃模型的過(guò)程為： 步驟21、根據(jù)安全條件、道路寬度和線路長(zhǎng)度影響因素規(guī)劃骨架線網(wǎng)，建立如下時(shí)間阻 抗：
β?;?+1e[〇, 1] (6) 其中，t為時(shí)間阻抗；為節(jié)點(diǎn)i和i+1間的行程時(shí)間；Vi，i+1表示節(jié)點(diǎn)i和i+1間的 自由流速度；N為車道數(shù)；1代表線路長(zhǎng)度；Imax為線路長(zhǎng)度上限值；ai;i+1，bi;i+1為節(jié)點(diǎn)i和 i+Ι間的安全影響系數(shù)；βu+1表示節(jié)點(diǎn)i和i+Ι間的安全得分；qu+1為節(jié)點(diǎn)i和i+Ι間的 交通流量；Ci，i+1為節(jié)點(diǎn)i和i+ 1間的設(shè)計(jì)通行能力；μΜμi為BPR系數(shù)；li，i+1為節(jié)點(diǎn)i和i+Ι間的線路長(zhǎng)度； 步驟22、規(guī)劃主干線網(wǎng)，從乘客角度，行程時(shí)間可分為四部分，包括：運(yùn)行時(shí)間、公交站 點(diǎn)?？繒r(shí)間、乘客等車時(shí)間和乘客換乘時(shí)間； 從運(yùn)營(yíng)方角度和交通環(huán)境角度，分別可用車輛運(yùn)行時(shí)間和車輛排放時(shí)間表征： 運(yùn)行時(shí)間
其中，Qij為節(jié)點(diǎn)i和j間的乘客流量；Vij為節(jié)點(diǎn)i和j間的自由流速度；Bij,h表示 節(jié)點(diǎn)i和j間的安全影響系數(shù)；1、為節(jié)點(diǎn)i和j間的線路長(zhǎng)度；為節(jié)點(diǎn)i和j間的交 通流量；Cij表示節(jié)點(diǎn)i和j間的設(shè)計(jì)通行能力； 公交站點(diǎn)?？繒r(shí)間：
其中，P±為上車乘客數(shù)；PT為下車乘客數(shù)；N±表示上車車門數(shù)；NT表示下車車門數(shù)；t。。 為?？空靖郊友诱`時(shí)間；tUI^Ptd_為乘客平均上車時(shí)間和平均下車時(shí)間； 乘客等車時(shí)間：= .? (9) (η ?- i'-4 /---I 其中，fk為第k條線路公交車的發(fā)車頻率； in η η 乘客換乘時(shí)間：ι=4 'ΣΣΣ(β..，-ι?#) (10) k-\?-/-2 其中，λa為換乘時(shí)間換算系數(shù)；QiK表示節(jié)點(diǎn)i和j-l間的乘客流量； 車輛運(yùn)行時(shí)間成本：
其中，λb為運(yùn)行成本換算系數(shù)； 車輛排放時(shí)間成本：
其中，λ。為車輛排放換算系數(shù)為路段排放因子；hd為交叉口排放因子；4表示交叉 口延誤；Ta為信號(hào)周期長(zhǎng)度；ga表示綠信比；c表示設(shè)計(jì)通行能力；Iu表示路段長(zhǎng)度。 主干線網(wǎng)優(yōu)化問(wèn)題相當(dāng)于多目標(biāo)優(yōu)化求最優(yōu)解，具體模型可建立為： minT=O1*T1+ω2 ·T2+ω3 ·T3+ω4 ·T4+ω5 ·T5+ω6 ·T6 (14)
其中，βu為節(jié)點(diǎn)i和j間的安全得分；Qk表示截面最大客流量；(％)_為滿載率上限；Ck表示額定載客人數(shù)；βmin為安全得分下限值；Ed表示與交叉口相連的所有路段的集合；S 為運(yùn)行車輛數(shù)上限值;Mmax為最大線路數(shù)；ωi為運(yùn)行時(shí)間權(quán)重系數(shù)；ω2為公交站點(diǎn)?？繒r(shí) 間權(quán)重系數(shù)；ω3為乘客等車時(shí)間權(quán)重系數(shù)；ω4為乘客換乘時(shí)間權(quán)重系數(shù)；ω5為車輛運(yùn)行 時(shí)間成本權(quán)重系數(shù)；ω6為車輛排放時(shí)間成本權(quán)重系數(shù)。 步驟23 :規(guī)劃支撐線網(wǎng)，結(jié)合安全、步行時(shí)間和線路重復(fù)等影響因素，時(shí)間阻抗可表示 為·

其中，d為乘客步行距離；RS表示公交服務(wù)半徑。
4. 如權(quán)利要求3所述的基于多層次多模式的公交線網(wǎng)規(guī)劃方法，其特征在于， 步驟31、用標(biāo)號(hào)法求解骨架線網(wǎng)和支撐線網(wǎng)模型： 從起點(diǎn)開(kāi)始，每一個(gè)節(jié)點(diǎn)給定一個(gè)標(biāo)號(hào)，分為臨時(shí)標(biāo)號(hào)和固定標(biāo)號(hào)兩類，已得到固定標(biāo) 號(hào)的節(jié)點(diǎn)不再改變，凡是沒(méi)有標(biāo)上固定標(biāo)號(hào)的節(jié)點(diǎn)，標(biāo)上臨時(shí)標(biāo)號(hào)，算法的每一步都會(huì)把某 一點(diǎn)的臨時(shí)標(biāo)號(hào)修改為固定標(biāo)號(hào)，經(jīng)過(guò)有限步后，就可給所有的節(jié)點(diǎn)標(biāo)上固定標(biāo)號(hào)，求出從 起點(diǎn)到終點(diǎn)的最短路權(quán)以及從起點(diǎn)到任意一點(diǎn)的最短路權(quán)； 步驟32、采用混合啟發(fā)式算法求解主干線網(wǎng)模型，包括k最短路算法、模擬退火算法和 人工蟻群優(yōu)化算法。
5. 如權(quán)利要求4所述的基于多層次多模式的公交線網(wǎng)規(guī)劃方法，其特征在于，所述混 合啟發(fā)式算法的具體流程為： 步驟321、采用k最短路算法生成備選線路集； 步驟322、在備選線路集中刪除不滿足約束條件的路段或線路：排除對(duì)βu<βmin的 路段；刪除不滿足設(shè)置公交專用道的路段，即少于單向雙車道或雙向四車道的路段； 步驟323、根據(jù)出行意愿，將上一步驟中已刪除的路段，但需求強(qiáng)烈的路段或線路重新 添加到備選線路集； 步驟324、對(duì)于每一個(gè)OD點(diǎn)對(duì)，采用上述方法生成乘客初始線路集IP，并計(jì)算IP中每 一條路徑的運(yùn)行時(shí)間，記下運(yùn)行時(shí)間最短的路徑；若路徑ip被選為最短，則nip =nip+l，對(duì) 于每一個(gè)OD點(diǎn)對(duì)，按照IP中各路徑的nip值進(jìn)行排序，選擇最優(yōu)的10條線路進(jìn)入乘客候選 線路集CR; 步驟325、在乘客候選線CR中，利用人工蟻群優(yōu)化算法對(duì)乘客需求進(jìn)行分配，在初始狀 態(tài)下，網(wǎng)絡(luò)中每條線路的信息素濃度相同，螞蟻在網(wǎng)絡(luò)上隨機(jī)爬行，線路上的信息素濃度隨 著通過(guò)螞蟻數(shù)量增加而增強(qiáng)，隨著時(shí)間延續(xù)而減弱，螞蟻u從節(jié)點(diǎn)i到j(luò)的選擇概率為：
其中，P為信息素剩余系數(shù)，Pe(〇, 1) ;τU節(jié)點(diǎn)i,j間的信息素濃度；D為常數(shù),表 示螞蟻釋放的激素強(qiáng)度；α'表示信息濃度的相對(duì)重要性；β'為能見(jiàn)度的相對(duì)重要性；Su 表示螞蟻U允許訪問(wèn)的節(jié)點(diǎn)集合； 步驟326、計(jì)算得到公交線路k的客流量及其發(fā)車頻率./?？捎糜谟?jì)算相對(duì)應(yīng)的 目標(biāo)函數(shù)，記為Z(1)，若溫度<尸_ ,則停止并輸出結(jié)果，為設(shè)定的溫度下限值，否 貝0<η<1，用于控制算法的迭代次數(shù)，令H=H+1; 步驟327、對(duì)于每一個(gè)OD點(diǎn)對(duì)，在在乘客候選線CR中任選3條線路進(jìn)入乘客優(yōu)選線路 集0R，并進(jìn)行公交客流分配，計(jì)算得到發(fā)車頻率和目標(biāo)函數(shù)值Z(H)，若Z(H) <Ζ(ΙΗ)，則 Z(H) =Z(H)，;否則，Ζ(Η) =Ζ(ΗΛ =/『---11，轉(zhuǎn)向步驟 326 ; 步驟328、利用上述模擬退火算法生成待驗(yàn)證的優(yōu)化線網(wǎng)結(jié)果，若該結(jié)果滿足所有約束 條件，即公式15?公式23,則輸出最終的主干線網(wǎng)優(yōu)化結(jié)果，若不滿足約束條件，則需重新 確定備選線路集，并轉(zhuǎn)向步驟324。
【文檔編號(hào)】G08G1/00GK104318758SQ201410617815
【公開(kāi)日】2015年1月28日 申請(qǐng)日期:2014年11月5日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月5日
【發(fā)明者】葉智銳, 王超, 王煒, 于泳波 申請(qǐng)人:東南大學(xué)