基于服务分区的城市常规公交换乘枢纽布局优化理论与方法

公交换乘枢纽的合理布局是提升公交系统运输效能与服务质量的关键基础。本研究面向城市公共汽（电）车交通网络，针对以往仅从网络流量或土地利用单一角度求解最优布局问题的局限性，从解析枢纽"服务分区"与"层级耦合"特性（即枢纽服务范围受需求分布、用地布局、线网级配、枢纽功能等因素影响所呈现出的区域性与交叠性）入手，建立常规公交换乘枢纽布局优化理论体系。研究首先构筑符合公交发展近期（基于现状线网约束的系统调整性优化）与远期（满足未来出行需求的系统结构性优化）不同需求的枢纽网络布局模式；建立基于"枢纽服务分区、线路干支分离"数学表述的已知线网枢纽布局优化模型和基于"公交枢纽分级、公交线路分类、公交服务分区"数学表述的未知线网枢纽布局优化模型；设计高效求解算法；研制决策优化系统原型并结合实际案例验证模型与算法普适性。成果对于完善城市公共交通系统规划理论、优化常规公交换乘枢纽网络布局具有理论意义与实用价值。

公共交通枢纽作为锚固城市公共交通网络体系的基础以及各种客运交通方式衔接的纽带，是公共交通系统的重要基础设施。功能完善、级配合理、分布有序的公共交通枢纽是城市一体化综合客运系统得以正常运行的前提与基础。本课题主要针对现有理论与方法的空白点和薄弱点，在大量查阅相关文献和研究成果的基础上，综合利用系统工程理论、交通工程学、网络优化理论及计算机软件工程理论等对城市公共交通枢纽布局选址理论与方法展开系统研究，以期推动和完善城市公共交通枢纽的规划设计理论。. 首先，从机理解析层面，依据公共交通发展不同时期（近期与远期）的特点，分别构筑了已知线网与未知线网条件下的公共交通枢纽网络布局模式。已知线网条件下公共交通枢纽网络布局模式可概括为“枢纽服务分区、线路干支分离”；未知线网条件下公共交通枢纽网络布局模式可概括为“枢纽分级、线路分类、服务分区”。. 再次，从网络优化层面分别提出了公交线网已知与公交线网未知条件下的公共交通枢纽布局选址的研究思路、建立了以系统运输效率最大化为优化目标的公共交通枢纽布局选址模型并设计了模型的求解算法。在公交线网已知的条件下，本研究提出了“基于站点上下客人数”的一阶段布局选址优化方法，该方法实现了“枢纽服务分区、线路干支分离”的数学表述；在公交线网未知的条件下，本研究提出了“宏观布局、微观选址”的二阶段布局选址优化方法，该方法实现了“公交枢纽分级、公交线路分类、公交服务分区”的数学表述。. 再次以所提出的公交枢纽布局优化模型及算法为理论依据，研制出了城市常规公交换乘枢纽布局决策优化原型系统。最后基于该原型系统，依托山东大学智能交通系统实验室已拥有的宏观交通仿真平台以及“济南市公共交通基础信息数据平台” 进行了实际应用案例研究， 以检验模型的科学性和普适性。. 通过本课题的研究，可以进一步完善我国城市公共交通系统规划与设计理论，研究成果的应用可以更好地发挥枢纽的联网运作能力，有利于优化公共交通资源的配置与利用并实现公共交通网络运输的规模经济效应。同时研究过程中提出的模型与算法可以为进一步开发有我国自主知识产权的城市常规公交换乘枢纽布局优化决策支持系统提供理论与方法指导。