公交網(wǎng)絡(luò)站距優(yōu)化范文
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隨著交通問題的日益突出，優(yōu)先發(fā)展公共交通是解決城市交通問題的根本出路、實(shí)現(xiàn)城市可持續(xù)交通發(fā)展的必然選擇，目前已在科學(xué)研究與工程應(yīng)用領(lǐng)域得到了廣泛共識(shí)。公交網(wǎng)絡(luò)和道路網(wǎng)絡(luò)一樣，是一種具有拓?fù)湫再|(zhì)的網(wǎng)絡(luò)圖，它依附于路網(wǎng)，但又區(qū)別于路網(wǎng)，由公交線路和站點(diǎn)構(gòu)成。站點(diǎn)之間的連接以及站距的設(shè)置直接影響了換乘的便利程度和整個(gè)公交出行的時(shí)間鏈，因此站距是公交線網(wǎng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵變量，它的設(shè)置直接影響了公交車輛的平均速度，決定了乘客的出行時(shí)間和運(yùn)營(yíng)企業(yè)的運(yùn)營(yíng)成本，本文對(duì)公交站點(diǎn)、站距進(jìn)行了較詳細(xì)的研究和探討。
1系統(tǒng)總成本最小站距模型概念
公交線路系統(tǒng)總成本最小站距模型，是利用全局最優(yōu)化方法，并以時(shí)間價(jià)值理論與系統(tǒng)總成本的觀念，建立站距對(duì)乘客總出行時(shí)間成本及車輛營(yíng)運(yùn)成本之間的關(guān)系模型，并將這兩者成本之和當(dāng)作系統(tǒng)總成本，并使系統(tǒng)總成本最小。根據(jù)車輛行駛狀態(tài)的不同，將每日車輛營(yíng)運(yùn)總成本劃分為車輛正常行駛時(shí)的營(yíng)運(yùn)成本及車輛在站點(diǎn)停站時(shí)的營(yíng)運(yùn)成本。筆者從站點(diǎn)、站距的選取對(duì)整個(gè)公交網(wǎng)絡(luò)的影響為出發(fā)點(diǎn)，以乘客、運(yùn)營(yíng)企業(yè)兩者利益達(dá)到最優(yōu)為目標(biāo)，建立優(yōu)化模型，為求解最佳站距提供參考。
2公交出行過程分析
一個(gè)完整的出行時(shí)間應(yīng)取決于5個(gè)因素的總和，可表示為
T＝WoTo＋WwTw＋WsTs＋WrTr＋WdTd（1）
其中，T是總的加權(quán)出行成本（s）；To是乘客步行到站的步行時(shí)間，也就是從出行點(diǎn)到相應(yīng)車站的步行時(shí)間；Tw為等車時(shí)間；Ts為車內(nèi)行程時(shí)間，即實(shí)際乘車時(shí)間；Tr為車輛停靠時(shí)間；Td為下車后乘客步行到達(dá)目的地的時(shí)間；Wx為相關(guān)的因素x的時(shí)間價(jià)值（元／s）。乘客每次出行都包含一個(gè)完整的出行時(shí)間鏈。
2．1乘客到站和下車后的步行成本
乘客對(duì)于公交站點(diǎn)的選取（見圖1），假設(shè)乘客按照乘客到站時(shí)間和下車后到達(dá)目的地的時(shí)間最小選擇站點(diǎn)。故乘客步行到站的步行時(shí)間和下車后乘客步行到達(dá)目的地的時(shí)間可表示為：
To＝min（（d－x）／Vw，x／Vw）（2）
Td＝min（（y／Vw，（d－y）／Vw）（3）
其中，Vw為乘客的平均步行速度（m/s），d為最優(yōu)站距，x，y為乘客到站點(diǎn)的距離m。
2．3等車時(shí)間
等車時(shí)間Tw是由線路的發(fā)車頻率來決定的，可表示為：
Tw＝fwFw（4）
其中，fw為等車系數(shù)（0－1），F(xiàn)w為發(fā)車間隔。
2．3車內(nèi)行程時(shí)間
車內(nèi)行駛時(shí)間包括車輛出站加速時(shí)間Ta（s）、站間正常車速行駛時(shí)間Tv（s）和車輛進(jìn)站減速時(shí)間Tb（s）。假設(shè)乘客共需要做車經(jīng)過i個(gè)站牌，車內(nèi)行程時(shí)間則可表示為：
Ts＝i（Ta＋Tv＋Tb）
＝i（d／Vb＋Vb／2a＋Vb／2b）（5）
其中，Vb為公交車勻速行駛的速度（m／s），a為車輛出站的加速度（m／s2），b為車輛進(jìn)站的減速度（m／s2）。
2．4車輛停靠時(shí)間
停靠時(shí)間包括上下客時(shí)間和開關(guān)門時(shí)間。其中，開關(guān)門時(shí)間是與車輛性能相關(guān)的固定值；而上下客時(shí)間受車輛上、下乘客數(shù)量和乘客上、下車方式的影響較大。本文不考慮上下班高峰、上下點(diǎn)乘客數(shù)量不一致，為了便于計(jì)算，車輛停靠時(shí)間都取均值。故車輛停靠時(shí)間可表示為：
Tr＝iTri（6）
其中，Tri為每個(gè)站牌的平均停靠時(shí)間（s）。
2．5乘客總出行時(shí)間成本
把式（2）～（6）代入式（1），可得一個(gè)乘客的出行時(shí)間成本：
T＝Wo×min（（d－x）／Vw，x／Vw）＋WwfwFw＋Ws×i×（d／Vb＋Vb／2a＋Vb／2b）＋Wr×i×Tri＋Wd×min（（y／Vw，（d－y）／Vw）（7）
為了方便計(jì)算總乘客的出行時(shí)間成本，下面假設(shè)乘客沿公交線路均勻分布，并且目的地為公交終點(diǎn)站。
先把公交線路均勻的分為2×L／d（個(gè)）（L為線路的總長(zhǎng)度）路段（見圖2）。
由圖2可以看出，乘客處于奇數(shù)路段的會(huì)選擇靠左的站點(diǎn)、處于偶數(shù)路段的會(huì)選擇靠右的站點(diǎn)，這樣就可以統(tǒng)計(jì)出總乘客出行的時(shí)間成本。可表示為：
C1＝Wo＋WwfwFw+Ws（+1-n）（++）+Wr（+1-n）+Wo＋WwfwFw+Ws（-n）（++）+Wr（-n）（8）
因此，使乘客的出行時(shí)間成本最小的目標(biāo)函數(shù)為：min（C1）。
3車輛每日運(yùn)營(yíng)成本
根據(jù)車輛行駛狀態(tài)的不同，將每日車輛營(yíng)運(yùn)總成本劃分為車輛正常行駛時(shí)的營(yíng)運(yùn)成本，車輛在加減速時(shí)的營(yíng)運(yùn)成本和車輛在站點(diǎn)停站時(shí)的營(yíng)運(yùn)成本。這樣劃分每日車輛營(yíng)運(yùn)總成本，是因?yàn)檐囕v以正常車速行駛，加減速和停站三種情況下，三者單位時(shí)間的油耗及輪胎的損耗不同。將乘客各階段的出行時(shí)間分別乘以不同的單位時(shí)間價(jià)值，即可得到公交線路每日乘客出行時(shí)間成本。每日車輛營(yíng)運(yùn)成本等于車輛加減速的時(shí)間乘以其時(shí)間成本和車輛正常行駛的時(shí)間乘以其時(shí)間成本和車輛在站點(diǎn)停靠的時(shí)間乘以其時(shí)間成本。計(jì)算車輛單線總成本可表示為：
C2＝（Cab（L／d）（Ta＋Tb）＋Cr（L／d）Tri＋Cv（L／d）Tv）（Ty／Fw）（9）
其中，C2為車輛每日運(yùn)行成本（元），Cab是加減速的時(shí)間成本（元／s），Cr是停靠的時(shí)間成本（元／s），Cv是正常行駛的時(shí)間成本（元／s），Ty為每日總營(yíng)運(yùn)時(shí)間（s）。因此，使車輛每日運(yùn)營(yíng)成本最小的目標(biāo)函數(shù)為：min（C2）。
4系統(tǒng)總成本最小站距模型建立
分別對(duì)以上部分進(jìn)行討論，據(jù)此建立目標(biāo)函數(shù)，以便計(jì)算出線路最佳站距設(shè)計(jì)值。對(duì)于乘客來說，最優(yōu)的目標(biāo)對(duì)于運(yùn)營(yíng)企業(yè)來說未必是最優(yōu)的，反之亦然。所以，網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)的主要特點(diǎn)是平衡多方的利益，尋求一個(gè)乘客出行時(shí)間最短、公交企業(yè)運(yùn)營(yíng)成本最低最大的平衡點(diǎn)。因此對(duì)該目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行加權(quán)計(jì)算，以便尋找出最合適的公交站距，那么加權(quán)后的目標(biāo)函數(shù)可表示為：
minC＝α1C1＋α2C2（10）
其中，α1、α2分別為乘客出行時(shí)間成本和車輛每日運(yùn)營(yíng)成本的權(quán)重。對(duì)于具體情況對(duì)它們?cè)O(shè)定具體的值，這樣才能使系統(tǒng)總成本達(dá)到最優(yōu)化的解。
5結(jié)語
公共交通系統(tǒng)是大城市交通的發(fā)展趨勢(shì)，特別是對(duì)于北京、上海這樣的大城市來說，公交線路多達(dá)幾百條，公交站就有上千個(gè)，涵蓋了很多復(fù)雜的因素。因此優(yōu)先發(fā)展公共交通是解決城市交通問題的根本出路、實(shí)現(xiàn)城市可持續(xù)交通發(fā)展的必然選擇。本文以乘客平均出行時(shí)間和車輛每日運(yùn)營(yíng)成本最小化為目標(biāo)，建立了公交站距優(yōu)化模型。應(yīng)當(dāng)指出的是，在實(shí)際應(yīng)用中，為使本文所建模型更接近實(shí)際，還需利用實(shí)際客流量對(duì)模型進(jìn)行校正，并可將部分假設(shè)參數(shù)化，使模型更加實(shí)際化。為公交網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)和站點(diǎn)站距的確定提供理論依據(jù)。
