居民出行分布與公交網(wǎng)絡結構耦合模型研究與應用.pdf

1、目前，我國城市客運交通結構正處于關鍵的轉型期，突出表現(xiàn)在個體機動化交通方式快速增長。與之相對應的是，道路利用率最高的公共交通方式?jīng)]有得到充分發(fā)揮，部分城市甚至出現(xiàn)逐年下降的趨勢，這種趨勢直接帶來城市總體客運交通運輸效率的降低。在技術層面上，公交網(wǎng)絡的科學規(guī)劃、公交運營調度和優(yōu)先控制是提高公共交通整體效率的關鍵。然而，相關部門缺乏科學的公交網(wǎng)絡設計和資源配置決策支持技術，無法有效地實施宏觀調控及運營結構的優(yōu)化。傳統(tǒng)公交網(wǎng)絡規(guī)劃的思路是：通

2、過現(xiàn)狀調查預測交通需求，由需求來確定供給，并以此為依據(jù)進行公交線網(wǎng)的布設及優(yōu)化調整，是一個單向的，靜態(tài)的過程。實際上交通需求與供給之間是相互反饋和影響的，存在著雙向的，動態(tài)的相關關系。與居民出行分布相耦合的城市公交網(wǎng)絡，不僅能有效地提高公交方式對居民出行的吸引力，而且能實現(xiàn)公交網(wǎng)絡運輸效率的最大化。為此，本文反思傳統(tǒng)公共交通網(wǎng)絡規(guī)劃模式中存在的不足，開展居民出行分布與公共交通網(wǎng)絡結構之間耦合關系的基礎性研究。
　　 論文依托國家

3、973計劃項目《城市交通需求生成機理與瓶頸識別》（2006CB705501）和國家自然科學基金項目《基于系統(tǒng)耦合的城市道路網(wǎng)絡規(guī)劃理論研究》（50738001），對基于居民出行分布與公交網(wǎng)絡結構系統(tǒng)耦合的公交網(wǎng)絡規(guī)劃理論展開研究，重點研究公共交通需求與供給的總量耦合模型及結構耦合模型，并對基于結構耦合模型的公交網(wǎng)絡布局結構及等配配置結構優(yōu)化方法進行了研究。
　　 論文分析了居民出行分布與公交網(wǎng)絡結構之間因存在著高度的關聯(lián)性以至聯(lián)

4、合起來的現(xiàn)象，明確了居民出行分布與公交網(wǎng)絡結構耦合的定義，給出了總量耦合、結構耦合的具體含義，為后續(xù)耦合模型的研究奠定基礎。在深入分析居民出行分布與公交網(wǎng)絡結構耦合關系的基礎上，從時間和空間兩個方面闡述了耦合的內(nèi)涵，指出了兼顧居民出行的“便捷、易達”和公交網(wǎng)絡的“高效、通暢”的耦合發(fā)展目標。闡述了居民出行分布與公交網(wǎng)絡結構的直接關聯(lián)關系，認為居民出行分布與公交網(wǎng)絡結構的關聯(lián)取決于交通需求與供給分布的空間差異。同時指出，居民出行分布與公交

5、網(wǎng)絡結構之間的相互作用使得公交網(wǎng)絡結構表現(xiàn)出圍繞客流分布組織的結構特征和相關效應，在此基礎上，詳細探討了耦合的四個發(fā)展階段。最后，從研究城市交通系統(tǒng)的角度，對耦合的影響因素進行了詳細介紹。
　　 在對協(xié)同學基本理論進行概述總結的基礎上，分析了應用協(xié)同學進行總量耦合模型研究的可行性。本文借助洛特卡-沃特拉模型（L-V模型）的建模過程，運用協(xié)同學思想建立公共交通需求與供給的總量耦合模型，解釋二者之間的耦合關系。耦合模型的研究堅持從易

6、到難的原則，首先，研究不包含城市軌道交通的城市常規(guī)公共交通系統(tǒng)，建立總量耦合模型用來描述耦合的過程；之后，建立基于投資非平衡理論的公共交通發(fā)展決策模型著重探討軌道交通與常規(guī)公交的投資比例變化對總量耦合的影響。模型反映出公共交通需求與供給之間是一種趨于動態(tài)平衡的過程，既不會無限的偏離供需平衡點，也不會達到理想的供需平衡狀態(tài)的結論，這是比較符合城市公共交通實際的。
　　 參照居民出行分布的OD矩陣表示形式，分別以交通中區(qū)和公交站點為

7、矩陣節(jié)點，對居民出行分布與公交網(wǎng)絡結構的矩陣構造方法進行研究。在結構矩陣構造方法研究的基礎上，運用矩陣相似論及特征值分析理論對居民出行分布與公交網(wǎng)絡結構的耦合關系進行量化研究。給出了居民出行分布與公交網(wǎng)絡結構耦合度的定義，建立了結構耦合模型，對應用結構耦合模型進行耦合關系量化研究的可行性和可靠性進行了論證。鑒于公共交通網(wǎng)絡的復雜性和交通狀況的不確定性，本文提出了“公共交通負荷度”這一概念，并應用負荷度對耦合模型進行了修正，得出了更符合實

8、際網(wǎng)絡情況的修正耦合度。
　　 運用建立的結構耦合模型，研究與居民出行分布相耦合的“多級分區(qū)”公交網(wǎng)絡布局形態(tài)及公交線路資源優(yōu)化配置方法。
　　 1、公交網(wǎng)絡布局形態(tài)優(yōu)化。本文指出公交骨架網(wǎng)絡布局是城市公交網(wǎng)絡布局形態(tài)的主要體現(xiàn)，并基于結構耦合模型對公交骨架網(wǎng)絡布局結構優(yōu)化方法進行了研究，量化研究了公交網(wǎng)絡布局結構與居民公交出行分布之間相互作用、彼此影響的耦合現(xiàn)象。在不同城市形態(tài)下居民出行分布的基本特征以及城市居民公交出

9、行時空分布特征研究的基礎上，分析了城市公共交通網(wǎng)絡布局形態(tài)的適應性，給出了城市形態(tài)與公交骨架網(wǎng)絡布局形態(tài)的基本匹配關系。分析了公交骨架網(wǎng)絡結構模式，并對公交骨架網(wǎng)絡結構模式的基本特征及適用的城市特征進行了深入研究。
　　 2、公交網(wǎng)絡等級配置優(yōu)化。給出了基于結構耦合模型進行公交網(wǎng)絡等級配置優(yōu)化的具體步驟，分析了城市公交線路的功能劃分、各等級線路的交通特性及客運能力，并重點研究了應用結構耦合模型進行各等級公交線路站點OD量優(yōu)化的過