城市公交线网的优化设计研究

张鹏

【摘要】当前，我国大多数城市面临交通拥挤、道路堵塞等交通问题，一方面对城市居民的正常生活造成干扰，另一方面，还阻碍城市及其经济的稳健发展。而城市公交线网设计不合理是造成这些交通问题的关键因素之一，所以新时期必须采取积极措施优化城市公交线网的设计，从而提升公交线网的整体效率。文章据此提出基于蚁群算法的"分层建模，优化成网"设计策略，全面提升公交线路的覆盖范围，提升整体效率。

【关键词】城市交通；公交线网；分层建模

现阶段，我国大部分城市均是依托城市公交系统来规划公共客运方式，而城市公交系统的重要载体便是城市公交线网。所以，城市公交线网设计的合理与否直接影响着城市居民的正常出行及线网的运营效率。但是，随着现代化进程的不断加快，城市现有公交线网已不能充分满足城市发展的需求，这就需要积极实现城市公交线网的优化设计，从而提升整体效率。

一、城市公交线网设计思路

（一）公交线路层次划分

本研究详细调查城市公交线路客流特征及居民公交出行需求，认为居民的不同出行目的对公交服务水平有较大影响，因此提出基于蚁群算法的"分层建模，优化成网"优化设计策略，即分城市公交线路为公交主干层、次干层及支线层。其中主干层流量大、站距长，速度快，以公交专用车道及城市主干道为线路分布，服务于中长距离出行乘客。次干层则是辅助主干层，协助主干层运送客流，集散主干层往周围地区输送的客流，服务于中短距离出行乘客。

（二）不同层次公交网络优化模型

针对上述三种不同层次的特点及作用，应分别构建不同规划模型，并制定个性化约束条件。通常情况下，乘客出行便捷与否直接决定这公交线网的合理性，这就需要运用到公交线网优化的基础模型决策变量，其定义涉及任意两点间配对决策包含与否，如下：

1、主干层

根据主干层流量大、站距长，速度快的特点，本研究将确保最大直达客流量作为其优化目标。

其中，代表两节点之间总的直达客流量；L、、、、、ATT、、分别代表单条线路长度、非直线系数、线路k在两节点之间的断面流量、线路断面客流不均匀系数、公交线网密度、平均换乘次数、路线重复系数、路段复线条数。

2、次干层

根据次干层辅助主干层，集散客流的特点，本研究将确保最少乘客出行换乘次数为优化目标，优化模型则是根据确保最短的乘客总出行时间构建。

其中，T、、、分别代表公交总出行时间（h）、两节点间公交乘客量（人）、两节点公交出行总时间（h）、城市中95%居民出行单程的最大时耗量。

3、支线层

补充公交线网是支线层的关键作用，所以在进行优化过程中必须采取措施把与已规划线路的重复度尽量进行缩减，进而扩大整体线网服务范围，所以本研究将确保最大化的线网覆盖率作为优化目标。

在该公式中，代表整个公交线路的总长度，其单位是km；代表两条相互重叠的公交线路的总长度，其单位是km；代表可用于通行的线路总长度，其单位是km。

按照上述城市公交路线不同层次的不同特点及作用，本研究构建出与之相符的模型，以便促使公交线路网有更为合理的规划和布局，提升整体公交线路的服务水平。

（三）城市公交线网设计方法流程

本研究基于上述公交线网层次的划分，认为较为合理的公交线路设计方法便是在分层基础上进行"分层建模，优化成网"。该设计方法的流程主要是先划分城市交通大、中、小区，预测各区的OD量，根据OD量确定一、二、三级公交枢纽，并确定各公交层次优化目标模型及相关约束条件。然后确定公交主干层的拟设起降点，并利用蚁群算法对主干层进行优化，优化目标为最大直达客流量。在充分确定主干层优化完成后，将原起终点中的主干线起终点进行去除，确定次干层气终站点，对相应参数进行调节，重新利用蚁群算法对次干层进行优化，优化目标是最短出行时间。次干层优化完成后，将已有线路的连接点对进行去除，搜索剩下的起终站点中符合线网覆盖率最大的公交支线。并对路线是否存在剩余、重复现象及所设路网合理与否进行检查，对比现状公交线网，做出适当调整，从而实现对整个城市公交线网的优化。

二、算例分析

为了进一步说明本研究所阐述的优化方法，探究其在具体实践中的应用，本研究基于C城路网结构来进行算例分析。C城路网中交通区有9个，本研究节省部分中间节点，共选择公交节点35个，确定乘客OD量。

根据本研究提出的优化设计方法对C城的城市公交线网进行层次划分，并根据分层结果结合优化模型及蚁群算法进行整体优化。优化后公交线网密度明显增加，從优化前的0.787增加到优化后的1.063。这就代表着优化完成以后，C城的公交覆盖范围大幅度提升，极大便利了C城居民的日常出行，促使公交线网布局更为合理。结果还显示，优化完成后的公交线网中公交线路重复系数不断下降，说明公交线路在城市道路上的密集程度降低，公交线网布局更为合理。且优化后平均换乘次数大幅降低，确保C城居民出行直达性，便利出行。非直线系数降低，站点覆盖率提升，均便利居民出行，提升城市公交网线整体服务水平和经营效率。

三、结论

综上所述，本研究针对城市公交线网客流特征及居民公交出行需求，提出基于蚁群算法的"分层建模，优化成网"优化设计策略，并通过算例分析进行证实，认为该优化设计策略能全面提升城市公交线网的整体效率，实现城市公交线网的合理规划与布局，极大便利居民出行，提升出行效率。

参考文献：

[1]周媛，邓卫，胡启洲.基于遗传禁忌算法的城市公交线网优化研究[J].武汉理工大学学报（交通科学与工程版），2011，01：42-45.

[2]王佳，符卓，杜靖毅.基于遗传算法的城市公交骨架线网优化设计[J].计算机应用研究，2012，12：4518-4521+4533.

[3]王佳，符卓.双层城市公交网络设计及优化方法研究[J].计算机工程与应用，2012，36：1-8.