接駁杭州地鐵的公交線路優(yōu)化方案設(shè)計(jì)

摘要：本項(xiàng)目通過(guò)對(duì)現(xiàn)有的關(guān)于城市地鐵與公交接駁問(wèn)題的現(xiàn)狀進(jìn)行分析，總結(jié)城市地鐵與公交接駁的相關(guān)理論、原則及接駁方式，以此對(duì)公交接駁站點(diǎn)的設(shè)置以及公交班次設(shè)置進(jìn)行具體研究。首先通過(guò)對(duì)杭州市地鐵一號(hào)線沿路的交通狀況進(jìn)行具體分析，分別以地鐵線路和公交線路最少重疊、居民的最少行走距離、最少等待時(shí)間為目標(biāo)函數(shù)構(gòu)建規(guī)劃模型，根據(jù)規(guī)劃模型求解結(jié)果以及現(xiàn)有的地鐵站點(diǎn)與班次時(shí)間，得到接駁地鐵的公交路線的最優(yōu)化方案。對(duì)該方案進(jìn)行計(jì)算機(jī)模擬仿真，根據(jù)仿真結(jié)果，對(duì)杭州市地鐵一號(hào)線沿路的公交路線進(jìn)行優(yōu)化分析建議。

關(guān)鍵詞：通行能力；函數(shù)擬合；車流波動(dòng)；時(shí)空交互模型

0 引言

對(duì)對(duì)于機(jī)械動(dòng)力的智慧征服，是人類進(jìn)入了汽車文明時(shí)代。但是21世紀(jì)的中國(guó)，在北京，在上海，在幾乎所有大城市，“堵車就像一種城市病，在各大城市愈演愈烈，該“病癥”嚴(yán)重影響了社會(huì)發(fā)展的步伐和時(shí)代運(yùn)行的效率。如果說(shuō)把“堵車”這一交通現(xiàn)象，“堵”的不僅是車不能前進(jìn)，還“堵”住社會(huì)的進(jìn)步和市民的。

1 問(wèn)題重述

1.1 問(wèn)題背景

放眼望去，我國(guó)這十幾年來(lái)，各大一線城市都已建立了地鐵，并加以使用；近幾年來(lái)，其它二、三線城市也陸續(xù)的在建立或適用了地鐵。地鐵因其有綠色環(huán)保、節(jié)能、噪音少等特點(diǎn)，這一交通工具得到了人們廣泛的認(rèn)可與贊賞，并有成為主流交通工具的趨勢(shì)。地鐵的使用雖然為人民帶來(lái)了便利、促進(jìn)了城市的發(fā)展，但是地鐵自身的局限性，未能在根本上解決我國(guó)交通問(wèn)題。眾所周知，公交車和地鐵這兩種是人們出行最常用、也是最方便的交通工具，為此，只有把地鐵和公交車結(jié)合起來(lái)，才能解決好我國(guó)城市交通擁堵這一難題。

杭州規(guī)劃的地鐵規(guī)模路線總長(zhǎng)為375.6千米，總路線為10條路線，此外，還有四條軌道交通，就是瓜瀝線、瓶窯線、臨浦線和杭臨線。地鐵的第一期工程全廠68.79千米，由地鐵1號(hào)線和地鐵2號(hào)線、以及地鐵四號(hào)部分線路組成。杭州地鐵一號(hào)線于2007年3月28日開(kāi)始建設(shè)，2012年11月建成通車。杭州地鐵二號(hào)線東南段將于2013年底前建成通車。地鐵二期工程，杭州地鐵二號(hào)線西北段，地鐵4號(hào)線將于2011年8月開(kāi)工建設(shè)。預(yù)計(jì)至2020年杭州至少能使用或開(kāi)工十條地鐵路線，部分線路中還會(huì)延伸及瓜瀝鎮(zhèn)線。為此，杭州迎來(lái)地鐵時(shí)代。根據(jù)調(diào)查，杭州市已擁有較為完善的快速公交系統(tǒng)，杭州地鐵一號(hào)線與快速公交線路有很多重疊部分，從而導(dǎo)致公共交通資源不必要的浪費(fèi)。

2 問(wèn)題分析

基于以上背景，有以下四個(gè)問(wèn)題需要解決：

第一，城市交通里面地鐵線路和公交線路有很多互相重疊的路線，這就意味著乘客在搭乘地鐵和公交時(shí)走了很多相同的路線，這同時(shí)浪費(fèi)了乘客的時(shí)間和公共交通資源，同時(shí)也不利于城市的交通規(guī)劃。因此，當(dāng)務(wù)之急是科學(xué)、合理的設(shè)置地鐵線路和公交線路，合理地配置公共交通的資源。

第二，公交站點(diǎn)和地鐵站的設(shè)置不合理，例如公交站與地鐵站之間的路程較遠(yuǎn)，為乘客的搭乘造成了很多的不便，進(jìn)而可能滋生非法的營(yíng)運(yùn)，如非法“摩的”。因此必須優(yōu)化地鐵站點(diǎn)和公交站點(diǎn)的設(shè)置，盡量減短兩者之間的距離。

第三，公交車末班車時(shí)間比地鐵早，出現(xiàn)了一個(gè)不合理的現(xiàn)象——搭最后一班地鐵回家的乘客卻沒(méi)有公交車可以搭。因此合理安排公交車和地鐵的末班車時(shí)間是非常必要的。

第四，私家車數(shù)量與日俱增，交通擁堵問(wèn)題嚴(yán)重，嚴(yán)重影響人們的出行，地鐵與公交的高效接駁將為人們出行提供快捷便利的方式，從而減少私家車的數(shù)量，緩解交通擁堵現(xiàn)象，改善汽車尾氣對(duì)環(huán)境的污染狀況。

3 車輛排隊(duì)長(zhǎng)度模型的建立與求解

根據(jù)二流理論，首先建立單車道路段排隊(duì)長(zhǎng)度模型，然而根據(jù)實(shí)際情況任意一條車道都不存在超車現(xiàn)象的單車道路段，因此所有車道可以看做一個(gè)車道組，這一車道組就成為單人口單出口的單車道路段，可以通過(guò)計(jì)算一個(gè)平均值描述多車道路段的車輛排隊(duì)長(zhǎng)度，建立多車道排隊(duì)長(zhǎng)度與實(shí)際通行能力、事故持續(xù)時(shí)間、上游車流量關(guān)系的模型。

定理1：車輛需求與實(shí)際通行能力、地鐵到達(dá)時(shí)間和地鐵周邊車流量的關(guān)系：