[01674184]面向低密度区域的半弹性公交线路结构与运行设计的模型与算法

一、课题来源与背景 课题来源于“黑龙江省自然科学基金青年项目（QC2017039）”。随着城市化进程的加速推进,许多大城市城区规模不断扩大,出现了一些低密度开发区域,如新兴建成区、外围郊远区域等。传统定点定线公交模式能够通过行车计划的合理安排满足高客流密度的出行需求,而对于这些低密度区域,由于居民出行需求规模较小且空间分布零散,传统运行模式会产生一系列问题：一方面,线路只能按固定站点停靠,乘客直达率低,造成许多客运服务的盲区,而且客流不足,车辆空驶严重,难以培育起稳定的线路功能客流;另一方面,居民在面对公交供给不能满足出行需求的情况下,不得不选择其他出行方式,为私家车增加和非法运营活动提供了条件和存在空间。因此,在现实生活中,迫切需要一种灵活经济的运输组织方式来为这类区域居民服务。 二、研究目的与意义 半弹性公交是一种介于传统公交和需求响应式公交之间的运营模式,其线路既包含固定站点和时刻表,又存在动态服务响应,允许车辆在满足时间窗的情况下驶离既定路线为乘客提供门到门出行服务。虽然半弹性公交模式有近30年的实践经验,但是在基础理论和应用实践中仍然存在大量没有解决的问题,目前国际上还没有针对这类公交服务的指导手册或运营指南,大部分线路的运营更多地还是依靠经验来完成,这对于提高服务水平和运行效率是十分不利的,阻碍了这类服务模式在可行区域的进一步推广。因此,有必要针对代表性的半弹性公交模式,以现实路网条件和客观需求分布为基础,构建其线路结构设计和运行设计关键参数的理论模型与方法,形成一套完整的方法体系指导实践。 在一体化城市综合客运交通体系得到大力提倡和推广的背景下,项目旨在从运营者与用户综合最优的角度探索低密度区域半弹性公交系统设计的理论与方法,促进”需求导向型“公共交通系统规划理论的研究及应用,同时为推进和实现综合一体化公共交通规划与设计理论提供完善的运筹学理论表述,这也是对城市公共交通系统规划设计理论与方法的拓展与完善。 三、主要论点和论据 以现实应用条件为基础,从系统最优的设计初衷出发,综合运用交通规划与设计理论、系统工程学、运筹学、概率论、算法设计等方法,提出半弹性公交系统规划设计理论与方法体系,为完善公共交通运能分级化整合,促进”需求导向型“公共交通系统应用,提高居民出行的可达性和多样性提供理论与方法指导。 根据公共交通系统规划设计的流程,研究路线遵循：站点设计→时间窗设计→车辆路径设计→车辆规模设计→仿真验证。 四、创见与创新 （1）半弹性公交线路参数设计 现有研究主要是侧重弹性公交系统实施条件和可行性分析,缺少控制站点、时间窗、弹性服务区域等线路结构设计关键参数方面的研究,国内在这方面更是甚少研究。本项目以代表性的DAS系统为对象,参考传统固定线路站点设置原则（如站点吸引范围300-500m、站距500-800m）,结合用地性质、需求量及道路条件等因素,提出了固定站点和可选择站点设置方法;提出了可选择站点排序优化模型并提出多目标TSP问题的启发式算法。线路结构设计关键参数的模型及算法的建立将填补国内外半弹性公交线路规划设计理论与方法的不足。 （2）建立半弹性公交车辆运行路径优化模型与算法 现有车辆路径模型的前提假设（矩形服务区域、需求均匀分布）、目标因素（目标不全面）和求解算法（单一算法效率较低）不能适用于现实路网条件、需求特性以及多因素实时决策的要求。本项目以不规则服务区域、离散非聚集需求为基础网络,通过客观地描述和分析动态运行问题,建立多目标车辆路径动态优化模型,同时提出了一种满足实时决策要求的智能高效率算法。该算法既能对实时请求做出快速反应又能获得较满意的成本目标,使之付诸于实践成为可能。 五、社会经济效益,存在的问题 我国在半弹性公交模式运营方法才刚刚起步,理论研究和实践经验都十分匮乏,对于半弹性公交线路的布局参数设计、车辆运营调度以及系统的运行影响缺乏深入研究,这与全社会大力发展公共交通的理念是不相称的。本项目从规划设计的角度出发,从半弹性公交线路布局参数设计和车辆运营调度研究入手,提出一套可以应用于实践的方法体系,指导半弹性公交的本土化设计,推动我国半弹性公交出行服务的发展,完善我国城市公共交通体系。 未来在进一步推进城乡公交一体化的过程中,交通设计部门和公交运营管理部门可以使用这套方法指导半弹性公交线路的设计以及线路的运营调度,为低密度区域居民出行提供一种新的模式。 半弹性公交作为一种新型公交模式,其线路结构和运行特征决定了它有特定的适用条件。如何在规划阶段缺少相关数据条件下,利用仿真实验和理论推导方法,确定不同条件下半弹性公交和常规公交转换的临界需求密度以及各影响因素对两种模式敏感性规律是本项目未来研究的一个重点。 六、历年获奖情况 无