高新区公交线路优化

高新技术开发区公交路线的优化设计摘要随着城市经济的发展、城市化进程的加快及小汽车逐步进入家庭，城市交通的拥挤现象日益严重，已经影响到城市的可持续发展。

理论研究与国内外城市交通建设实践表明，解决城市交通拥挤问题的根本出路在于：通过优先发展公共交通，优化城市交通结构，实现道路资源的高效利用。

要大力发展公共交通，必须要进行公交系统的优化，大力提高公共交通的吸引力。

本文就郑州市高新区公交线网建立了数学模型，以此进行优化处理，获得优化方案，解决以下四个问题：第一问：建立评价体系对公交路线设置的合理性和科学性进行评价；第二问：在考虑人口密度、交通路况等基础上，建立模型评价现有公交线路，选择可优化方案，对该区域的公交路线进行合理的规划设计，以满足居民在该区域内或区域外工作和生活的需要；第三问：在考虑公交公司运营成本和居民出行方便的基础上，结合第一问的评价体系对公交线路进行评价，重新规划该区域的公交线路；第四问：考虑地铁换乘和未来该区域发展，根据地铁站点的设置和公交站点的设置，对该区域的公交线路进行优化。

问题一是根据所建数学模型进行评价的问题，方向即采用综合评价法，选择合理的评价指标，建立一个评价体系，对模型中所涉及的各种方案的优劣进行判断，从而找出能最大程度满足各方面要求的满意方案。

在查阅资料后决定依据国家标准《城市道路交通规划设计规范GB 50220-95》中所规范的指标，选择公交线路长度、平均站距、非直线系数和公交线网密度作为评价指标。

对于问题二，该问题属于优化问题，根据问题要求，应当以居民出行时间为目标函数来描述公交线路对居民出行需求的满足程度，即出行时间应尽量短。

所以这一问以居民出行时间为目标函数。

而且要求考虑人口密度和交通路况，则需模拟系数对出行时间进行修正。

利用Floyd算法得到任意两点间最短路径后与现有公交线路进行对比，得出优化方案。

问题三中公交公司运营成本表现在所设置公交线路长度和运营效率上，公交车运营时在首末站点之间停靠次数越多，公交线路越长，相对应运营成本越高。

居民出行方便一般首要考虑出行时耗，而出行过程中公交车停靠次数越多花费的时间也就越多。

综合考虑道路长度和停靠次数，作为线路合理性的评价标准。

停靠次数与线路中站点的设置有关，根据国家标准《规范》，公共交通站距不应小于500m。

为了避免某条线路过长，考虑线路长度尽可能接近。

思路与问题一一致，将新的指标并入问题一中所建立的指标评价体系，重新调整各个指标的权重，构建评价函数，进行综合评价，得出优化方案。

第四问涉及地铁站与公交站的关系。

地铁站覆盖的公交站点，公交客流量将会减少，地铁分去部分出行人流也降低了公交线路的运营压力。

考虑地铁的影响，应尽量使公交站点与地铁站对接，提高地铁站的服务能力，进一步缩短居民出行时间；考虑地区发展，可改变站点或新增站点以满足人们出行的需要。

关键词：郑州高新区公交线路优化地铁发展规划综合评价法 Floyd算法郑州高新技术产业开发区位于郑州市西北部，南临西流湖，北接邙山，东与环城快速路相联，西四环穿区而过，距市中心约12公里，南距310国道2公里，北邻连霍高速公路，距新建郑州国际航空港30公里，对外交通条件优越。

规划面积70平方公里，建成区面积30平方公里，总人口20万，是河南省、郑州市发展高新技术产业的核心区域。

随着郑州市高新技术开发区经济文化的蓬勃发展，越来越多的居民居住在此。

不仅如此，在该区域也区聚集了越来越多的企业、学校和商业网点。

随着该区域的开发，一个问题越来越凸显出来——公共交通网络不够完善。

现有的公交路线覆盖范围主要涉及主城区，但郊区的公交路线和数量都较少，无法满足人民群众日益增加的出行要求。

鉴于此况，我们希望通过建立合理的数学模型来分析解决以下问题：1、收集目前相关信息，建立数学模型对公交路线设置的合理性和科学性进行评价；2、在考虑人口密度、交通路况等基础上，对该区域的公交路线进行合理的规划设计，以满足居民在该区域内或区域外工作和生活的需要；3、在考虑公交公司运营成本和居民出行方便的基础上，重新规划该区域的公交线路；4、以地铁路线为依据，考虑地铁换乘和未来该区域发展，重新对该区域的公交线路进行规划设计。

随着人民生活需求的日益增长和城市发展速度的加快，公共交通在城市发展过程中所充当的角色越来越重要。

公共交通影响居民出行和生产生活，进一步反映在对经济效益和社会效益的影响。

因此优化城市公交线网系统有十分重要的意义，城市发展也依托于公共交通的发展状况，合理科学的公共交通线网系统有利于实现道路资源的有效利用。

1、问题1的分析问题1是根据所建数学模型进行评价的问题，方向即采用综合评价法，选择合理的评价指标，建立一个评价体系，对模型中所涉及的各种方案的优劣进行判断，从而找出能最大程度满足各方面要求的满意方案。

综合评价法是指运用多个指标对多个参评单位进行评价的方法，称为多变量综合评价方法，或简称综合评价方法。

其基本思想是将多个指标转化为一个能够反映综合情况的指标来进行评价。

其一般步骤为：第一，选择模型的评价指标。

关于公交线路设置的评价指标，在查阅资料后决定依据国家标准《城市道路交通规划设计规范GB 50220-95》中所规范的指标，选择公交线路长度、平均站距、非直线系数和公交线网密度作为评价指标。

第二，收集数据，将评价指标量化为数据，并将数据规范化、标准化。

第二，确定各评价指标在评价体系中所占权重。

相对于某种评价目的来说，评价指标相对重要性是不同的。

权重系数确定的合理与否，关系到综合评价结果的可信程度。

确定权重系数的一般方法有主观经验法、专家打分法、调查统计法、序列综合法、公式法、数理统计法、层次分析法、复杂度分析法等，考虑到指标数较少和可行性，本文选择主观经验法确定各个评价指标的权重系数。

第三，建立综合评价体系。

评价指标体系是从多个视角和层次反映特定评价客体数量规模与数量水平的。

它是一个“具体一抽象一具体”的辩证逻辑思维过程，是人们对现象总体数量特征的认识逐步深化、求精、完善、系统化的过程。

建立综合评价体系即构造综合评价函数，将处理后的指标数据进行汇总计算出综合评价指数或综合评价分值，根据评价指数或分值对参评单位进行排序，并由此得出结论。

2、问题2的分析理论研究与国内外城市交通建设实践表明，解决城市交通拥挤问题的根本出路在于：通过优先发展公共交通，优化城市交通结构，实现道路资源的高效利用。

居民时间观念的增强和生活水平的提高促使人们对公共交通设施提出了新要求，他们不仅要到达目的地，而且要求更方便更快捷更舒适的到达目的地。

而相对应的，城市公共交通的服务水平却基本处于停滞不前的状态，降低了公共交通的吸引力。

公交线路自身的设置影响了其存在的合理性和科学性，同时也影响了人们对公共交通优化设计的需要。

为了使居民能从公共交通中获取最大的便利，公交线路在设置时需要考虑诸多问题。

城市道路是公交线路优化的物质基础和前提，对于常规公交线路，如果没有道路网，公交线路就没有存在的依托。

同时，即便道路网存在，也并非所有的道路都适合公交车辆行驶。

城市客运交通需求包括出行数量、出行分布和出行路径的选择，是影响公交线路优化的首要因素。

在一定的服务水平要求下，客运需求量大的区域要求布设的公交线路客运能力较大；客运需求量过小的区域，由于布设线路是不经济的，因而不宜开设。

该问题属于优化问题，根据问题要求，应当以居民出行时间为目标函数来描述公交线路对居民出行需求的满足程度，即出行时间应尽量短。

所以这一问以居民出行时间为目标函数。

而且要求考虑人口密度和交通路况，则需模拟系数对出行时间进行修正。

利用Floyd算法得到任意两点间最短路径后与现有公交线路进行对比，得出优化方案。

3、问题3的分析公交公司运营成本表现在所设置公交线路长度和运营效率上，公交车运营时在首末站点之间停靠次数越多，公交线路越长，相对应运营成本越高。

居民出行方便一般首要考虑出行时耗，而出行过程中公交车停靠次数越多花费的时间也就越多。

综合考虑道路长度和停靠次数，作为线路合理性的评价标准。

停靠次数与线路中站点的设置有关，根据国家标准《规范》，公共交通站距不应小于500m。

为了避免某条线路过长，考虑线路长度尽可能接近，将标准化之后的表示路线长度的离散程度的指标并入问题1中所建立的指标评价体系，重新调整各个指标的权重，构建评价函数，进行综合评价，得出优化方案4、问题4的分析地铁站覆盖的公交站点，公交客流量将会减少，地铁分去部分出行人流也降低了公交线路的运营压力。

考虑地铁的影响，应尽量使公交站点与地铁站对接，进一步缩短居民出行时间；考虑地区发展，可改变站点或新增站点以满足人们出行的需要。

三、模型假设1、假设收集的数据均真实有效。

2、人口平均分布在每条线路中，不考虑乘客步行到点的时间。

3、不考虑红绿灯的影响。

4、假设快速公交线路与其他公交无差别。

5、假设每辆公交车的服务水平是相同的，且速度无差别，车型均为标准车型。

6、不考虑公交线网分层。

7、十字路口四个方向距离较近车站视为同一车站。

四、术语、符号的定义及说明（一）术语1、线路长度：公交线路所经过的道路的总长度。

2、公共交通线路网密度：每平方公里城市用地面积上有公共交通线路经过的道路中心线长度，单位为km/km2。

3、公共交通标准车：以车身长度7-10m的 640型单节公共汽车为标准车。

4、线路非直线系数：公共交通线路首末之间实地距离与空间直线距离之比。

5、平均站距：平均站距是指某条线路统计期内公交停靠站点之间的平均距离。

6、出行时耗：居民从甲地到乙地在交通行为中所耗费的时间。

（二）符号N——公交线路总条数M——公交站点数k——第k条公交线路l——第k条公交线路长度kα(k)——第k条公交线路平均站距β(k)——第k 条公交线路非直线系数 ρ——公交线网覆盖密度 w 1——线路长度权重系数 w 2——非直线系数权重系数 w 3——平均站距权重系数w 4——线路长度离散程度权重系数 t ij ——从i 站点到j 站点所需时间 p ——人口系数q ——交通路况影响系数 S ——线路长度离散程度kl -————k 条线路的平均长度d ——两站点之间直线距离五、模型的建立与求解（一）问题1的模型 1、建模前的准备根据国家公布的《城市道路交通规划设计规范》，城市公交线路网络的规划设计应遵循以下几条原则： （1）公交线路的长度应适中线路过长会导致客流分布不均匀、行车时间难以保证等不良后果，影响线路的运输效率；线路过短会增加公交车辆的调车转向总时间，降低公交车辆使用率，使公交车速下降、居民的换乘次数增加根据《规范》标准,一般取公交线路的线长约束为8 km ≤L ≤10 km,中小城市线路相对大城市应更短。

（2）公交线网密度应当符合规范根据《规范》标准,中心市区公交线网密度应在3~4 km/km 2左右,城市边缘区公交线网密度应在2.0~2.5 km/km 2左右。