论文部分内容阅读
摘要：以城市新区用地规划及拟建路网为基础，结合城市公交线路布设特点，首先采用节点重要度法和权的最小平方法相结合，评定新区主要客流集散点的重要度等级；其次，将其作为备选节点集，建立基于线路服务客流密度最大和线路交通阻抗最小的双层公交线路优化模型。最后，文章结合大城市轨道交通换乘需求对前述模型提出了改善思路。
关键词：城市新区;公交线路;节点重要度;最大服务客流密度;交通阻抗
中图分类号：（U491）文献标识码：（A）文章编号：
Abstract: Based on the land use function and the planning road network of new urban area, combining with node important degree and weighted least-square method are adopted on the basis of the characteristic of the urban transit route layout to evaluate the important grades of main accumulating; then it as an alternative set of nodes,building-up bi-level model for route network optimization that based on maximum service dendity and minimal traffic impedance of route.Finally, considering urban rail transit demand of transfer set up improve thinkings of the former model.
Key words: new urban area; transit route; node important degree; maximum passenger service density; traffic impedance
随着我国城市化进程的不断加快，以及人们对城市功能要求的不断提高，城市要素集聚成为趋势，由此产生了大量的经济开发区、产业园和大学城等城市功能相对集中的城市新区。作为城市功能的重要载体之一，交通运输服务需要及时跟进，特别是对公共交通的规划，需要根据新区的不同情况合理地确定线路及公交站点走向，以最大限度地满足区内交通出行和运输的需要。
1 城市新区客流出行特征分析
城市新区聚集了大量企业，导致客流的出行主要以上班出行为主要交通流。上班出行的客流具有明显的潮汐特征，同时城市新区作为技术人才和管理人才等高度聚集的地方，必然吸引主城区及周边区域的人才聚集在此。乘客选择公共交通出行方面，首要考虑的是出行时耗，其次才是出行费用和换乘次数等。因此在下述的公交线路优化模型中，要充分考虑公交线路的有效通达性和快速疏散客流的能力。
2 节点选择
在城市新区公交線路网规划中，确定备选站点即节点是规划的首要环节，因为节点是连通公交线路的基础，是站点布设的重要依据，直接关系到新区公交规划的效果和质量。在综合考虑节点分布均衡、规模相当、数量适宜的基础上，选择具有一定表征的节点集进行线路规划。一般而言，城市新区的规划用地性质、拟建路网和重要建设项目是已知的，节点的选取宜重点考虑三个因素：道路沿线、重要交通产生吸引源、重要换乘枢纽。
2.1 节点集合的优化选取
城市路网节点有异于城际公路网节点，后者往往是城镇或自身存在复杂量化指标的单位，而城市路网节点其性质完全从属于所依附的路网及所属区划，自身不附带任何特征。因此，公交线路节点集合的选择应能有效筛选城市交通属性相对重要的节点对象，可采用节点重要度[2]的计算方法，结合新区路网和土地规划，考虑城市节点影响范围小、影响因素多、同一小区节点具有同质性等特点，拟构建以下节点重要度量化指标。
(1)节点人口数
拟定以节点为圆心，半径为300m～500m的覆盖范围的圆形面积，与不同规划用地性质的人口产生吸引系数之积，作为节点所含人口数，按下式计算：
(1)
式中： 为节点人口数（人）； 为半径； 为人口产生吸引系数（调查取得）。
(2)节点用地性质系数
节点所处地的用地性质决定了节点客流集散量的大小，拟定以节点规划用地性质的人口产生吸引系数 作为节点用地性质系数。
(3)节点连通路段数
节点连通的路段数越多，在该点的换乘可能性就越大，规划为站点的必要性就越强，其重要度就越高，以规划路网的节点连通路段数量为评价指标。
(4)节点连通车道数
车道数是区分城市主干道与次干道的重要标志之一，车道数越多，公交线路选择通过节点的可能性就越大，重要度就越高，以规划路网的节点连通车道数为评价指标。
(5)节点邻接距离
任一节点距相邻最近两节点的距离越远，其设置为站点的必要性就越高，以任一节点与其相邻最近的两节点间的路段距离之和为节点邻接距离。
2.2节点重要度指标计算分析
上述五个指标从不同方面反映了备选节点的功能强弱及地位高低。本文通过权的最小平方法对五个指标的权重进行量化，对新区众多节点可采用加权求和计算各节点的重要度，从而将重要度较高的节点纳入线路串联的节点集合。指标权重的计算结果[3]如下表所示。
表1各指标权重表
指标 人口系数 用地性质系数 连通路段数 连通车道数 邻接距离
权重 0.336 0.232 0.172 0.097 0.163
3 公交线网优化模型的建立
3.1 公交线网服务客流密度
公交线网的功能就是高效地满足公交需求，线网的布设应满足以下原则[4]：（1）出行时间短；（2）线路长短适中；（3）客流尽量均衡；（4）线网效率高。
公交线网的设计问题其实就是起终点之间的优化配对与中途站点的组合问题，不同的起终点站配对、选择不同的途经站点即构成不同的公交线路。
在满足上述原则的基础上，在可接受的路线非直线系数范围内，以服务客流密度最大为目标，不仅能服务于更多的客流，而且线路的运营效率也越高。对于一个路段，定义其客流密度：
(2)
式中： 为路段 的流量； 为路段 的长度。
根据上述定义，服务客流密度为规划公交线路服务的路段客流密度，下文如无特指，客流密度均为服务客流密度。
3.2 双层公交线网优化模型
上层优化的目标是找到客流密度最大的公交线路集合。事实上确定一条公交线路需要确定它所经过的站点和路段，这样，线路优化问题即转化成为寻找相应的站点和路段集合。这里，令 为所有站点的集合， 为所有路段的集合。因此，所有候选的公交线路都是 的子集，记为 ，另外定义2个变量 、 分别表示 是否通过 点对和是否通过 点间的路段[5]。即
然后依据上节的公交线设置原则，建立如下公交线网优化模型，以线路服务客流密度最大为目标的公交线路优化模型：
(3)
式中： 为客流密度； 为网络内从节点 到节点 的客流量； 为公交非直线系数[6]； 为两点间路线的道路长度； 为节点 的人口数（人）； 为人口数平均值（人）； 为节点 的用地性质系数； 为用地性质系数的平均值； 为道路公交复线系数；为公交线路的长度； 为公交线路长度的上下限； 为路段 的断面客流量和断面允许通过的最大客流量； 为路网的换乘系数和最大限值， 。
利用聚类分析法，依节点重要度值大小顺序将所选节点分为两个层次：重要节点层（人口系数、用地性质系数）和一般节点层（连通路段数、连通车道数、邻接距离等），以作为近期、远期公交站点设置的参考依据[7]。
下层模型根据具体路网强调阻抗作用的不同，公交阻抗数值 可取时间值与费用值两种。但是对于城市新区公交，公交出行主要以工作出行为主要目的，则阻抗函数更多地强调在时间值上，由 、 和 建立起函数量纲上的统一。取线路的路阻函数值 为时间值量纲， 为无量纲参数；费用值的量纲是元，则 的量纲是min/yuan；心理阻抗主要是指乘客对步行换乘、换乘次数、拥挤程度等的忍受程度，这项值因人而异，外地人的心理阻抗比本地人大，行动不灵活的人比行动灵活的人大，此值以时间进行计算，则 为无量纲参数[8]。建立以线路交通阻抗最小值为目标的公交线路优化模型：
(4)
式中： 为公交线路的总阻抗值； 为时间阻抗，指乘客在车内外消耗的时间总和； 为交通费用阻抗； 为乘客心理阻抗；
4 模型的改进
随着城市化的不断加快，城市新区对轨道交通的引入成为必然。在对公交线路的规划过程中，必须考虑与城市轨道交通的接驳，以提高城市公共交通的综合换乘效率，更加快速、方便的服务乘客出行。因此可以把轨道换乘枢纽作为重要的客源节点，从而在城市新区的公交线网中增加了一系列的节点。通过上述公交线路优化模型对其进行优化，以达到线路服务客流密度最大为目标。
5 结论
本文根据城市新区特点，提出了基于线路服务客流密度最大和线路交通阻抗最小为目标的双层公交线路优化模型，用以优化城市新区的公交线路，提高公共交通的服务能力，具有一定的运用价值。在模型改善方面，通过引入更多类型的重要节点，增加了模型在求解方面的复杂程度，是下一步开展算法研究和完善的地方。
参考文献
[1]冯小辉等.公交线路选择的优化设计[J].四川文理学院学报：自然科学版，2008(2):122-124.
[2]王静梅等.基于节点需求重要度的交通区位路网布局研究[J].交通标准化，2007(7):69-70.
[3]程申等.城市新区公交线路及站点规划方法研究[J] 交通标准化, 2010(1):96-99.
[4]王煒等.城市公共交通系统规划方法与管理技术[M].北京：科学出版社，2002.
[5]李志涛等.基于最大服务客流密度的公交线路优化设计模型研究[J] 现代交通技术,2009(8):82-85.
[6]GB50220—95城市道路交通规划设计规划[S].
[7]陆化普.交通规划理论与方法（第2版）[M].北京：清华大学出版社，2006.
[8]蒋忠海 邹志云.城市公交网络阻抗函数模型[J] 华中科技大学学报（城市科学版）,2006（12）：109-111
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。
关键词：城市新区;公交线路;节点重要度;最大服务客流密度;交通阻抗
中图分类号：（U491）文献标识码：（A）文章编号：
Abstract: Based on the land use function and the planning road network of new urban area, combining with node important degree and weighted least-square method are adopted on the basis of the characteristic of the urban transit route layout to evaluate the important grades of main accumulating; then it as an alternative set of nodes,building-up bi-level model for route network optimization that based on maximum service dendity and minimal traffic impedance of route.Finally, considering urban rail transit demand of transfer set up improve thinkings of the former model.
Key words: new urban area; transit route; node important degree; maximum passenger service density; traffic impedance
随着我国城市化进程的不断加快，以及人们对城市功能要求的不断提高，城市要素集聚成为趋势，由此产生了大量的经济开发区、产业园和大学城等城市功能相对集中的城市新区。作为城市功能的重要载体之一，交通运输服务需要及时跟进，特别是对公共交通的规划，需要根据新区的不同情况合理地确定线路及公交站点走向，以最大限度地满足区内交通出行和运输的需要。
1 城市新区客流出行特征分析
城市新区聚集了大量企业，导致客流的出行主要以上班出行为主要交通流。上班出行的客流具有明显的潮汐特征，同时城市新区作为技术人才和管理人才等高度聚集的地方，必然吸引主城区及周边区域的人才聚集在此。乘客选择公共交通出行方面，首要考虑的是出行时耗，其次才是出行费用和换乘次数等。因此在下述的公交线路优化模型中，要充分考虑公交线路的有效通达性和快速疏散客流的能力。
2 节点选择
在城市新区公交線路网规划中，确定备选站点即节点是规划的首要环节，因为节点是连通公交线路的基础，是站点布设的重要依据，直接关系到新区公交规划的效果和质量。在综合考虑节点分布均衡、规模相当、数量适宜的基础上，选择具有一定表征的节点集进行线路规划。一般而言，城市新区的规划用地性质、拟建路网和重要建设项目是已知的，节点的选取宜重点考虑三个因素：道路沿线、重要交通产生吸引源、重要换乘枢纽。
2.1 节点集合的优化选取
城市路网节点有异于城际公路网节点，后者往往是城镇或自身存在复杂量化指标的单位，而城市路网节点其性质完全从属于所依附的路网及所属区划，自身不附带任何特征。因此，公交线路节点集合的选择应能有效筛选城市交通属性相对重要的节点对象，可采用节点重要度[2]的计算方法，结合新区路网和土地规划，考虑城市节点影响范围小、影响因素多、同一小区节点具有同质性等特点，拟构建以下节点重要度量化指标。
(1)节点人口数
拟定以节点为圆心，半径为300m～500m的覆盖范围的圆形面积，与不同规划用地性质的人口产生吸引系数之积，作为节点所含人口数，按下式计算：
(1)
式中： 为节点人口数（人）； 为半径； 为人口产生吸引系数（调查取得）。
(2)节点用地性质系数
节点所处地的用地性质决定了节点客流集散量的大小，拟定以节点规划用地性质的人口产生吸引系数 作为节点用地性质系数。
(3)节点连通路段数
节点连通的路段数越多，在该点的换乘可能性就越大，规划为站点的必要性就越强，其重要度就越高，以规划路网的节点连通路段数量为评价指标。
(4)节点连通车道数
车道数是区分城市主干道与次干道的重要标志之一，车道数越多，公交线路选择通过节点的可能性就越大，重要度就越高，以规划路网的节点连通车道数为评价指标。
(5)节点邻接距离
任一节点距相邻最近两节点的距离越远，其设置为站点的必要性就越高，以任一节点与其相邻最近的两节点间的路段距离之和为节点邻接距离。
2.2节点重要度指标计算分析
上述五个指标从不同方面反映了备选节点的功能强弱及地位高低。本文通过权的最小平方法对五个指标的权重进行量化，对新区众多节点可采用加权求和计算各节点的重要度，从而将重要度较高的节点纳入线路串联的节点集合。指标权重的计算结果[3]如下表所示。
表1各指标权重表
指标 人口系数 用地性质系数 连通路段数 连通车道数 邻接距离
权重 0.336 0.232 0.172 0.097 0.163
3 公交线网优化模型的建立
3.1 公交线网服务客流密度
公交线网的功能就是高效地满足公交需求，线网的布设应满足以下原则[4]：（1）出行时间短；（2）线路长短适中；（3）客流尽量均衡；（4）线网效率高。
公交线网的设计问题其实就是起终点之间的优化配对与中途站点的组合问题，不同的起终点站配对、选择不同的途经站点即构成不同的公交线路。
在满足上述原则的基础上，在可接受的路线非直线系数范围内，以服务客流密度最大为目标，不仅能服务于更多的客流，而且线路的运营效率也越高。对于一个路段，定义其客流密度：
(2)
式中： 为路段 的流量； 为路段 的长度。
根据上述定义，服务客流密度为规划公交线路服务的路段客流密度，下文如无特指，客流密度均为服务客流密度。
3.2 双层公交线网优化模型
上层优化的目标是找到客流密度最大的公交线路集合。事实上确定一条公交线路需要确定它所经过的站点和路段，这样，线路优化问题即转化成为寻找相应的站点和路段集合。这里，令 为所有站点的集合， 为所有路段的集合。因此，所有候选的公交线路都是 的子集，记为 ，另外定义2个变量 、 分别表示 是否通过 点对和是否通过 点间的路段[5]。即
然后依据上节的公交线设置原则，建立如下公交线网优化模型，以线路服务客流密度最大为目标的公交线路优化模型：
(3)
式中： 为客流密度； 为网络内从节点 到节点 的客流量； 为公交非直线系数[6]； 为两点间路线的道路长度； 为节点 的人口数（人）； 为人口数平均值（人）； 为节点 的用地性质系数； 为用地性质系数的平均值； 为道路公交复线系数；为公交线路的长度； 为公交线路长度的上下限； 为路段 的断面客流量和断面允许通过的最大客流量； 为路网的换乘系数和最大限值， 。
利用聚类分析法，依节点重要度值大小顺序将所选节点分为两个层次：重要节点层（人口系数、用地性质系数）和一般节点层（连通路段数、连通车道数、邻接距离等），以作为近期、远期公交站点设置的参考依据[7]。
下层模型根据具体路网强调阻抗作用的不同，公交阻抗数值 可取时间值与费用值两种。但是对于城市新区公交，公交出行主要以工作出行为主要目的，则阻抗函数更多地强调在时间值上，由 、 和 建立起函数量纲上的统一。取线路的路阻函数值 为时间值量纲， 为无量纲参数；费用值的量纲是元，则 的量纲是min/yuan；心理阻抗主要是指乘客对步行换乘、换乘次数、拥挤程度等的忍受程度，这项值因人而异，外地人的心理阻抗比本地人大，行动不灵活的人比行动灵活的人大，此值以时间进行计算，则 为无量纲参数[8]。建立以线路交通阻抗最小值为目标的公交线路优化模型：
(4)
式中： 为公交线路的总阻抗值； 为时间阻抗，指乘客在车内外消耗的时间总和； 为交通费用阻抗； 为乘客心理阻抗；
4 模型的改进
随着城市化的不断加快，城市新区对轨道交通的引入成为必然。在对公交线路的规划过程中，必须考虑与城市轨道交通的接驳，以提高城市公共交通的综合换乘效率，更加快速、方便的服务乘客出行。因此可以把轨道换乘枢纽作为重要的客源节点，从而在城市新区的公交线网中增加了一系列的节点。通过上述公交线路优化模型对其进行优化，以达到线路服务客流密度最大为目标。
5 结论
本文根据城市新区特点，提出了基于线路服务客流密度最大和线路交通阻抗最小为目标的双层公交线路优化模型，用以优化城市新区的公交线路，提高公共交通的服务能力，具有一定的运用价值。在模型改善方面，通过引入更多类型的重要节点，增加了模型在求解方面的复杂程度，是下一步开展算法研究和完善的地方。
参考文献
[1]冯小辉等.公交线路选择的优化设计[J].四川文理学院学报：自然科学版，2008(2):122-124.
[2]王静梅等.基于节点需求重要度的交通区位路网布局研究[J].交通标准化，2007(7):69-70.
[3]程申等.城市新区公交线路及站点规划方法研究[J] 交通标准化, 2010(1):96-99.
[4]王煒等.城市公共交通系统规划方法与管理技术[M].北京：科学出版社，2002.
[5]李志涛等.基于最大服务客流密度的公交线路优化设计模型研究[J] 现代交通技术,2009(8):82-85.
[6]GB50220—95城市道路交通规划设计规划[S].
[7]陆化普.交通规划理论与方法（第2版）[M].北京：清华大学出版社，2006.
[8]蒋忠海 邹志云.城市公交网络阻抗函数模型[J] 华中科技大学学报（城市科学版）,2006（12）：109-111
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。