一种基于土地利用的大规模公交干线线路自动选择方法技术

本发明专利技术公开了一种基于土地利用的大规模公交干线线路自动选择方法，主要步骤如下：S1公共交通网络简化；S2构建数学模型；S3单目标规划求解；S4双目标规划求解；本发明专利技术的自动选择方法基于已有的公交网络方案和预测起讫点客流矩阵，量化地在已有网络的基础上进行线路选择，以克服主观设计规划方案难度高、站点和线网结构形式繁多、影响因素较多导致方案优选困难等问题，提高公共交通线路规划的科学性和合理性。合理性。合理性。

【技术实现步骤摘要】
一种基于土地利用的大规模公交干线线路自动选择方法


[0001]本专利技术属于公共交通线网规划
，尤其涉及一种基于土地利用的大规模公交干线线路自动选择方法。

技术介绍

[0002]公共交通线路规划概述公共交通线路规划是高效、可靠地建设城市公共交通系统的前提，主要目的是为了以审慎的原则指导城市公共交通线路的合理设置和编排，保证线路的功能适用性、运营效率。现阶段国内许多城市正进行大规模的公共交通规划或者建设，为规划工作者提供科学、定量的公共交通线路规划方法，有助于减少规划工作者的工作量，提高线路规划工作的标准性和科学性。
[0003]公共交通线网规划包含两个主要研究内容：整体网络设计和线路选择，其中线路选择是指基于已有网络决定网络上的公共交通线路及其长度和走向。
[0004]传统线路选择理论研究和实践方法简介如附图1所示，传统线路选择的理论研究主要包括以下三个主要方向，一是基于线路拓扑结构，二是基于线路运营成本，三是基于线路运营效率。
[0005]（1）基于线路拓扑结构在给定目标下（如线路总长度、线路覆盖面积、最大流等），建立数学模型（如整数规划模型）求解最优网络方案。
[0006]（2）基于线路运营成本、效率在已有的网络上或直接设计新的公共交通网络和线路，使在线路方案上运营的公共交通服务成本最小化或效率最大化。
[0007]目前国内公共交通线路规划实践采用定性与定量相结合的方法，即通过定性的方法编制一系列公共交通路线规划备选方案，然后再采用定量的指标评价体系从备选方案中选出优选方案，并对其进行分析调整，具体流程可以概括如图２所示。
[0008]传统公共交通线路规划理论研究和实践方法存在的问题对于传统公共交通线路规划理论研究，线路设计很少考虑大量线路的同时选定，且线路之间的换乘、复线等特殊形态设置缺乏科学标准，国内现有研究主要采用主观方法，线路方案合理性存疑。
[0009]与理论研究的所存在的问题类似，已有的公共交通线路规划实践方法存在以下问题：（1）初期规划规模较小，缺少前瞻性具体问题包括：1.城市土地利用变化频繁，城市更新速度较快，旧线路规划方案对城市发展支持力度不足；2.规划线路预设规模缺乏交通量化方面的分析，没有考虑城市扩张；
3.在轨道交通方面，城市中心区轨道布局未深入思考，线路仅是平均分布在城市各个发展主轴，中心城区的轨道覆盖率低；4.在轨道交通方面，由于缺乏稳定的轨道网络指导，基本未预留换乘条件，导致后续车站与一期工程主要采用通道换乘，换乘不便；5.规划未预留弹性，线网规划指标选择不当，导致现状高峰时期客流拥挤严重；6.线网层次单一，缺乏市域快线，骨干线与普通线区别不明显。
[0010]（2）规划一段，建设一段，运营一段，缺乏整体性具体问题包括：1.后期调整规划在原有线网基础上进行优化调整，原有线网的缺陷弥补难度极高，特别在常规公交方面，基本是在原有城市线网的基础上直接加入新线路，很少进行一定程度规模的调整；2.未预留换乘条件，导致后续车站与前期工程的换乘接驳工程建设困难、换乘冗余不足；3.早期线路规划没有考虑早期线路与后期线路的线路重叠、复线问题；4.在现有国内常规公交、轨道建设运营机制、体制下，未全面统筹考虑共线可能存在的问题，特别是不同层次线路共线问题；5.稳定的公共交通线网是建设规划编制的基础和依据，由于轨道网规划编制滞后，影响二期工程建设项目选择和方案稳定；6.新城线与中心城区线衔接模式单一，城市新城或外围线与中心城线路或现状主要线网的衔接模式较为单一，大部分为单线衔接。这种衔接换乘模式带来的最大问题是由于换乘点位于城市边缘，换乘站周边缺乏大量就业岗位，使得大部分乘客都需要选择换乘至其他线路进入中心城，这给换乘线路及其换乘站带来较大的客流和运营压力；7.换乘站能力不足导致网络瓶颈，由于部分换乘站作为交通枢纽，分段规划可能导致多条线路持续添加至单个枢纽换乘站，造成该换乘站换乘能力不足，成为网络瓶颈。

技术实现思路

[0011]要解决传统公共交通线网规划理论研究和实践方法存在的上述问题，技术难点如下：1.网络规模变大，线路规划方案设计难度随之增大，特别是早期线网规划主要以主观设计为主；2.随着站点规模扩大，需要考虑的线路组合越多，现有线路规划方案评价体系难以支撑；3.站点密集部分规划难度较大，选线难度增大，线路走向难以确定；4.在同时规划多条线路时，换乘站点以及换乘形式较难确定；5.城市交通轨道线路规划方案影响因素多，导致枢纽方案难稳定，也使相关轨道方案难稳定。
[0012]针对上述问题，本专利技术提出了一种基于土地利用的大规模公交干线线路自动选择方法，基于已有的公交网络方案和预测起讫点客流矩阵，量化地在已有网络的基础上进行线路选择，以克服主观设计规划方案难度高、站点和线网结构形式繁多、影响因素较多导致
方案优选困难等问题，提高公共交通线路规划的科学性和合理性。
[0013]本专利技术的技术方案如下：一种基于土地利用的大规模公交干线线路自动选择方法，具体步骤如下：S1公共交通网络简化：公共交通网络包括轨道交通网络和常规公交网络，对于轨道交通网络，将已有轨道交通网络简化为只包含起终点站点和换乘点站点的简化网络；对于常规公交网络，将常规公交网络简化为只包含公交站点和连接站点之间最短路径的简化网络；S2构建数学模型：S2.1设已有公共交通网络的站点的集合为，该已有公共交通网络的边的集合用矩阵X表示，矩阵中某一个元素为，其实际意义为：设使所有站点都能被访问的线路编号集合为，选择线路选择模型的决策变量为矩阵，矩阵中的某一元素为，其实际意义为：S2.2对模型进行约束，所述约束包括：线路存在约束、线路连续性约束、站点访问约束、线路长度约束、线路重叠长度约束、线路重叠数量约束、线路重叠发生次数约束、线路断面运能约束、角度约束、环线约束；S2.3构建目标函数：即最大化直达客流比r
d
和一次换乘客流比r
h
，取值范围均为0~100%：式中， ——线路k的直达客流量；——线路k1至k2的一次换乘客流量；——所有线路对 (k1,k2) 的排列；T——客流总生成量，为站点i到站点j间的客流量；S3单目标规划求解：首先基于贪心策略进行初始可行线路方案的生成，获得初始可行线路，再使用禁忌算法结合特殊的邻域构造和修正方法，获得单个目标最优的线路；S3.1初始线路生成：基于贪心策略生成指定运营效率指标较优的初始线路；S3.2初始线路方案作为当前线路方案和最优线路方案，计算运营效率指标，结果作为前目标值和最优目标值；S3.3构造邻域，并进行邻域修复，并从构造的邻域中选出最佳的线路方案，作为当前线路方案；S3.3.1构造邻域；
构造如下领域：1）线路交换邻域：使这两条相互交叉的线路各自交换自身线路的一部分，交换操作仅仅交换线路的组成，不会生成新线路、删除现有线路和改变所有线路的总长度；2）线路拆解邻域：将部分较长的线路进行拆解并与其他较短线路重新连接；3）线路直达邻域：选择两个起终点站点，两点之间的最短路径作为新路线，新线路本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于土地利用的大规模公交干线线路自动选择方法，其特征在于，具体步骤如下：S1公共交通网络简化：公共交通网络包括轨道交通网络和常规公交网络，对于轨道交通网络，将已有轨道交通网络简化为只包含起终点站点和换乘点站点的简化网络；对于常规公交网络，将常规公交网络简化为只包含公交站点和连接站点之间最短路径的简化网络；S2构建数学模型：S2.1设已有公共交通网络的站点的集合为，该已有公共交通网络的边的集合用矩阵X表示，矩阵中某一个元素为，其实际意义为：设使所有站点都能被访问的线路编号集合为，选择线路选择模型的决策变量为矩阵，矩阵中的某一元素为，其实际意义为：S2.2对模型进行约束，所述约束包括：线路存在约束、线路连续性约束、站点访问约束、线路长度约束、线路重叠长度约束、线路重叠数量约束、线路重叠发生次数约束、线路断面运能约束、角度约束、环线约束；S2.3构建目标函数：即最大化直达客流比r
d
和一次换乘客流比r
h
，取值范围均为0~100%：式中， ——线路k的直达客流量；——线路k1至k2的一次换乘客流量；——所有线路对 (k1,k2) 的排列；T——客流总生成量，为站点i到站点j间的客流量；S3单目标规划求解：首先基于贪心策略进行初始可行线路方案的生成，获得初始可行线路，再使用禁忌算法结合特殊的邻域构造和修正方法，获得单个目标最优的线路；S3.1初始线路生成：基于贪心策略生成指定运营效率指标较优的初始线路；S3.2初始线路方案作为当前线路方案和最优线路方案，计算运营效率指标，结果作为前目标值和最优目标值；S3.3构造邻域，并进行邻域修复，并从构造的邻域中选出最佳的线路方案，作为当前线路方案；S3.3.1构造邻域；
构造如下领域：1）线路交换邻域：使这两条相互交叉的线路各自交换自身线路的一部分，交换操作仅仅交换线路的组成，不会生成新线路、删除现有线路和改变所有线路的总长度；2）线路拆解邻域：将部分较长的线路进行拆解并与其他较短线路重新连接；3）线路直达邻域：选择两个起终点站点，两点之间的最短路径作为新路线，新线路如果与部分原有线路发生冲突，则产生不满足约束的重叠部分；对于发生冲突的这些原有线路，剔除所有重叠部分，产生的新线路替换原有线路的重叠部分；4）复线更换邻域：尝试更换线路重叠的位置和方式将部分较长的线路进行拆解并与其他较短线路重新连接；5）线路合并邻域：前述1）
‑
4）中四种邻域中的较短线路会在满足约束的条件下，尽可能被合并为较长线路；S3.3.2邻域修复：上述各个邻域中如果包含不满足部分约束的线路，将使用与构造上述线路交换邻域、线路合并领域相同的方法进行修正；S3.4计算当前线路方案的运营效率指标，更新当前目标值，若当前目标值大于最优目标值，更新最优目标值、最优线路方案，并更新禁忌表；S3.5若迭代次数未达到上限，回到步骤S3.3，否则进行下一步；S3.6移除最优线路方案的超短、冗余线路，结束流程，得到目标最优的线路，并记录最优线路对应的最优直达客流比r
d
和一次换乘客流比r
h
；S4双目标规划求解：经过单目标规求解后，得到最优直达客流比和一次换乘客流比，采用理想点法将双目标规划问题转化为单目标规划问题，再进行一次单目标规划求解，得到最佳线路；其中，转化为单目标规划问题对应的目标函数为...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘明敏，金安，李彩霞，刘新杰，宋程，陈嘉超，卢泰宇，陈建均，唐清，曾德津，王譞，熊建辉，
申请(专利权)人：广州市交通规划研究院，
类型：发明
国别省市：