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原文传递居民出行分布与公交网络结构耦合模型研究与应用

论文题名：	居民出行分布与公交网络结构耦合模型研究与应用
关键词：	出行分布;公交网络结构;耦合模型;布局形态;等级配置
摘要：	目前，我国城市客运交通结构正处于关键的转型期，突出表现在个体机动化交通方式快速增长。与之相对应的是，道路利用率最高的公共交通方式没有得到充分发挥，部分城市甚至出现逐年下降的趋势，这种趋势直接带来城市总体客运交通运输效率的降低。在技术层面上，公交网络的科学规划、公交运营调度和优先控制是提高公共交通整体效率的关键。然而，相关部门缺乏科学的公交网络设计和资源配置决策支持技术，无法有效地实施宏观调控及运营结构的优化。传统公交网络规划的思路是：通过现状调查预测交通需求，由需求来确定供给，并以此为依据进行公交线网的布设及优化调整，是一个单向的，静态的过程。实际上交通需求与供给之间是相互反馈和影响的，存在着双向的，动态的相关关系。与居民出行分布相耦合的城市公交网络，不仅能有效地提高公交方式对居民出行的吸引力，而且能实现公交网络运输效率的最大化。为此，本文反思传统公共交通网络规划模式中存在的不足，开展居民出行分布与公共交通网络结构之间耦合关系的基础性研究。　　论文依托国家973计划项目《城市交通需求生成机理与瓶颈识别》（2006CB705501）和国家自然科学基金项目《基于系统耦合的城市道路网络规划理论研究》（50738001），对基于居民出行分布与公交网络结构系统耦合的公交网络规划理论展开研究，重点研究公共交通需求与供给的总量耦合模型及结构耦合模型，并对基于结构耦合模型的公交网络布局结构及等配配置结构优化方法进行了研究。　　论文分析了居民出行分布与公交网络结构之间因存在着高度的关联性以至联合起来的现象，明确了居民出行分布与公交网络结构耦合的定义，给出了总量耦合、结构耦合的具体含义，为后续耦合模型的研究奠定基础。在深入分析居民出行分布与公交网络结构耦合关系的基础上，从时间和空间两个方面阐述了耦合的内涵，指出了兼顾居民出行的“便捷、易达”和公交网络的“高效、通畅”的耦合发展目标。阐述了居民出行分布与公交网络结构的直接关联关系，认为居民出行分布与公交网络结构的关联取决于交通需求与供给分布的空间差异。同时指出，居民出行分布与公交网络结构之间的相互作用使得公交网络结构表现出围绕客流分布组织的结构特征和相关效应，在此基础上，详细探讨了耦合的四个发展阶段。最后，从研究城市交通系统的角度，对耦合的影响因素进行了详细介绍。　　在对协同学基本理论进行概述总结的基础上，分析了应用协同学进行总量耦合模型研究的可行性。本文借助洛特卡-沃特拉模型（L-V模型）的建模过程，运用协同学思想建立公共交通需求与供给的总量耦合模型，解释二者之间的耦合关系。耦合模型的研究坚持从易到难的原则，首先，研究不包含城市轨道交通的城市常规公共交通系统，建立总量耦合模型用来描述耦合的过程；之后，建立基于投资非平衡理论的公共交通发展决策模型着重探讨轨道交通与常规公交的投资比例变化对总量耦合的影响。模型反映出公共交通需求与供给之间是一种趋于动态平衡的过程，既不会无限的偏离供需平衡点，也不会达到理想的供需平衡状态的结论，这是比较符合城市公共交通实际的。　　参照居民出行分布的OD矩阵表示形式，分别以交通中区和公交站点为矩阵节点，对居民出行分布与公交网络结构的矩阵构造方法进行研究。在结构矩阵构造方法研究的基础上，运用矩阵相似论及特征值分析理论对居民出行分布与公交网络结构的耦合关系进行量化研究。给出了居民出行分布与公交网络结构耦合度的定义，建立了结构耦合模型，对应用结构耦合模型进行耦合关系量化研究的可行性和可靠性进行了论证。鉴于公共交通网络的复杂性和交通状况的不确定性，本文提出了“公共交通负荷度”这一概念，并应用负荷度对耦合模型进行了修正，得出了更符合实际网络情况的修正耦合度。　　运用建立的结构耦合模型，研究与居民出行分布相耦合的“多级分区”公交网络布局形态及公交线路资源优化配置方法。　　 1、公交网络布局形态优化。本文指出公交骨架网络布局是城市公交网络布局形态的主要体现，并基于结构耦合模型对公交骨架网络布局结构优化方法进行了研究，量化研究了公交网络布局结构与居民公交出行分布之间相互作用、彼此影响的耦合现象。在不同城市形态下居民出行分布的基本特征以及城市居民公交出行时空分布特征研究的基础上，分析了城市公共交通网络布局形态的适应性，给出了城市形态与公交骨架网络布局形态的基本匹配关系。分析了公交骨架网络结构模式，并对公交骨架网络结构模式的基本特征及适用的城市特征进行了深入研究。　　 2、公交网络等级配置优化。给出了基于结构耦合模型进行公交网络等级配置优化的具体步骤，分析了城市公交线路的功能划分、各等级线路的交通特性及客运能力，并重点研究了应用结构耦合模型进行各等级公交线路站点OD量优化的过程。运用居民出行分布与公交网络结构矩阵来表示优化目标函数和约束条件，构建了实现道路资源优化利用与公交线网运输效率最大化为综合耦合优化目标，并兼顾公交企业效益的多目标城市公交网络等级配置优化模型。
作者：	芦方强
专业：	交通运输规划与管理
导师：	陈学武
授予学位：	博士
授予学位单位：	东南大学
学位年度：	2010
正文语种：	中文