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原文传递多目标公交线路和发车频率一体化设计

论文题名：	多目标公交线路和发车频率一体化设计
关键词：	公共交通;线路规划;发车频率;k-最短路算法;集合覆盖;迭代计算
摘要：	公交线路规划是一个多目标优化问题，通常涉及用户出行成本和公交企业运营成本两个目标。这两个目标之间的关系是此消彼长，一个目标得到最优解，会导致另外一个目标解的增大，反之亦然，两个目标解不能同时达到最优。以往的研究中对于公交线路的规划只针对单一的目标进行优化，单目标优化的结果只能兼顾到某一方的利益，而舍弃另一方的利益。本文尝试从用户和公交企业的角度，进行公交线网规划，从二个目标中找到一个折中解，可以兼顾各方的利益。从而使运营者和用户达到双赢的局面。　　多目标公交线路和发车频率一体化设计是从公交用户和公交运营者两方面建立含有两个目标函数的模型，目的是尽可能减少用户出行成本和公交企业的运营成本。从公交用户的角度考虑用户出行成本，建立目标函数一，用户出行成本用平均社会总出行时间表示;从公交运营者的角度考虑公交运营成本，建立目标函数二，运营成本用车队规模表示。目标函数一满足社会总出行成本最小，目标函数二满足公交运营成本最小，因此这是一个多目标公交线路和发车频率一体化设计问题，内容包括公交线路的确定和公交线路对应发车频率的确定。　　论文的主要内容包含以下几个方面: 　　k-最短路算法确定公交路径集合。本文使用k-最短路算法，按照一定的约束条件，生成公交线路集合。k-最短路算法是寻找道路网络中起点到讫点间的多个备选路径，这些备选路径形成最短路径组，这些路径组形成了公交路径的集合。　　集合覆盖算法确定公交线路。需要从公交路径集合中确定一组公交路径子集，而该公交路径子集就是确定的公交线路。本文把公交线路的确定转化为一个集合覆盖问题进行研究，集合覆盖问题用矩阵表示，矩阵的行代表OD对，矩阵的列代表公交线路。集合覆盖问题的求解使用了贪心选择策略和冗余列处理策略，贪心选择策略是选择一些列（公交线路）去覆盖行(公交OD)，直到所有行都被覆盖住或剩下的列中已没有列可盖住那些未被盖住的行;我们使用贪心选择策略得到的结果中某些组合列会覆盖同样的行，我们只需要其中的一种组合，其他组合列，就是冗余列，我们可以使用冗余列处理策略将冗余的列剔除，从而降低问题的规模。通过这两个策略可以从公交线路集合中找出一个公交线路子集，使得公交线路的子集覆盖所有OD对，从而满足公交乘客需求。　　公交客流分配。本文进行公交客流分配考虑了用户出行选择行为，基于用户出行最优策略进行公交客流分配;对于直达公交路径，按照频率共享的原则，选择公交路径，进行客流分配。对于换乘的公交路径，用户选择换乘路径按照最短换乘出行时间原则，选择换乘路径，进行换乘客流分配。　　发车频率的迭代计算算法。为了进行公交客流分配，需要事先确定初始发车频率，进而得到公交路径各个路段的流量。一条公交路径由各个公交路段组成，断面最大客流为经过该条公交路径上客流量最大的公交路段上的客流。断面最大客流除以公交车的通行能力，就可以得到新的发车频率，有了新的发车频率，重新分配公交客流，从而更新发车频率，通过设置收敛判别条件得到最终的发车频率。　　建立了多目标公交线路和发车频率一体化设计的模型。多目标公交线路和发车频率一体化设计的模型的两个方面是公交线路设计和公交客流分配。通常将公交线路设计归结为一个非线性规划或凸规划问题。本文融合了公交用户出行成本和公交企业运营成本两方面，建立了含有两个目标函数的模型。模型包含两个决策变量，分别是公交线路和路段流量。由于该模型中公交线路的设计是离散决策变量，路段的公交客流是连续决策变量。对于同时含有离散变量和连续变量模型的求解，本文借鉴以往的方法将该类问题的求解转化为双层规划模型，上层进行单独的公交网络设计，下层进行公交客流的分配。从而分别得到公交线路和路段流量。　　算例分析。本文最后以经典的Mandl线路为例，进行了算例分析，在算例中给出了三种公交路线的方案，得到三组解集，需要从这些解集中确定一组最优解。文中用理想点法确定最优解。本文的研究结果和其他作者以前的研究成果进行了对比，对比结果显示，无论是运营成本还是用户成本，本文提出的方法都要优于其他三种研究方法。
作者：	华东升
专业：	交通运输工程
导师：	程琳
授予学位：	硕士
授予学位单位：	东南大学
学位年度：	2017
正文语种：	中文