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城市交通规划72.基于遗传算法的开放式居住区微型公交选线研究——以北京天通苑社区为例PDF文本

基于遗传算法的开放式居住区微型公交选线研究以北京天通苑社区为例周进摘要：在我国城市居住区逐渐对外开放的背景下，微型公交作为解决居住区居民“最后一公里”出行问题以及填补常规公交服务空白区域的公交系统，将发挥越来越重要的作用。本文以双层理论为基础，运用遗传算法，从公交公司、公交乘客两者之间的利益出发，对微型公交的线路设计进行研究，并以北京天通苑社区为算例，验证了模型的可行性，对微型公交的进一步研究具有一定的指导意义。关键词：微型公交，开放式居住区，遗传算法 1引言曲当津筑麦7.7cCNE 2015年，时隔37年后重启的中央城市工作会议发表了《中其中央国务院关于进一步加强城市规划设管理工作的若干意见》（以下简称《意见》）。其中《意见》的第六部分“完善城市公共服务”一节的第（十六）条指出：优化街区路网结构，新住宅要推广街区制，原则上不再设封闭住宅小区。已成的住宅小区和单位大院要逐步打开，实现内部道路公共化。由此可见，未来我国的城市居住区围墙将逐步拆除，居住区内部的道路网络将逐步融入整个城市道路网络结构，成为其整体的有效组成部分。开放式小区的不断涌现必然会加大城市支路网络的密度，形成“窄马路、密路网”的城市道路布局形态，改善道路网络结构配置。然而，目前我国的常规公交线网主要布设于主干路、次干路等主要路网，很少布设在支路，公交乘客“开始一公里”和“最后一公里”很多靠步行，两端时间占到行程时间的50%以上，因此产生了“最后一公里”出行难问题，而开放式小区的涌现必然会进一步加大常规公交服务的空白区域。较大的人密度以及较高的出行生成量是我国现阶段居住区存在的主要问题，开通微型公交线路，不仅可以使居民出行需求与公共交通的供需矛盾得到缓解，还能填补大运量公交、常规公交的服务空白区域，从而解决居民的“最后一公里”出行问题，保证居民出行的便捷性，合理改善城市交通出行结构。理筑素衬阀Z.Z.ET

2居住区路网现状分析当居住区内部道路逐步对外开放后，其内部道路网密度、布局方式、设标准将会影响到整个城市道路网络系统的运行，因此有必要对目前我国居住区路网现状进行分析。2.1居住区支路网密度低我国居住区内部支路定位比较模糊，根据《城市居住区规划设计规范》(GB50180-93),居住区内部道路分为小区路、组团路、宅间小路三种形式，其中宅间小路宽度为2.5米左右，宽度较窄，不能接入城市道路网络。而居住内道路主要由居住区开发商进行修，开发商为节省造价，导致小区路、组团路较少，宅间小路较多。因此，居住区内有效的支路网络密度较低。2.2居住区支路设标准低我国居住区内大部分支路设计标准低，车道分隔设施设置不合理，道路狭窄，导致多种交通方式之间的冲突，交通功能受到影响。并且，城市居住区往往是成片开发，土地利用结构往往以大尺度地块为主，其内部的支路与城市道路缺乏有效的衔接，不能对城市主干路网交通起到好的疏散作開。坑J.NT 2.3住区内部路网现状分析居住区内部道路网形式很多，有贯通式、环通式、尽端式以及三种基本形式相结合的混合式和自由式等多种形式。受到外国居住区规划设计的影响，我国的住区内部路网多为尽端式，其主要服务于居住区内居民的内部交通出行，如图1所示：居区居住区居住区居住区 (a)贯通式 (b)环通式 (c)尽端式图1居住区道路网形式当城市居住区对外开放后，尽端路存在诸如以下几点问题：道路上存在大量的交通流，容易造成拥堵：居民步行的道路被挤占，居住区生活氛围遭到破坏：住区内部缺乏有效的联興尚理筑素前阀Z.ZC.ET

系，无法保证住区内部良好的生活环境。3微型公交选线研究微型公交服务区域比常规公交小，在进行规划时首先要确定微型公交的合理设置范围，然后对合理范围内进行调查确定合适的路网，并确定合理的公交候选站点，分析线网规划目标，确定合理的规划模型，根据一定的约束条件确定最终微型公交线路，具体流程如图2 所示：确定站点服务半径及合理布设区域调查区域路网条件，确定可用路网确定公交微循环候选站点分析公交线网规划目标及约束条件 ?立公交微循环线网规划模型并选择合适的算法生成公交微循环线路否目标实现>是规划公交微循环线路图2 微型公交线路设置流程 3.1微型公交站点服务面积基于微型公交主要面向小区居民的短距离出行提供服务的特性，因此其服务范围的定义方法与常规公交有所区别，本文定义为小区居民提供短距离出行、为大容量公共交通提供接驳换乘服务。小区居民使用微型公交主要为了减少其步行距离，因此居民步行至微型公交站点的时间要小于步行至常规公交站点的时间，而一般常规公交的服务半径是500m,因此微理罚素前网Z.Z心.ET

型公交的服务半径要小于500加才合适。目前国内规划的居住小区普遍较大，采用尽端式路网结构，居民从小区步行到至公交站点距离往往较长，平均距离225m。因此，微型公交站点的服务范围应为以距离微型公交站点300m范围内。3.2微型公交线路布设区域在进行微型公交线路规划时，首先需要确定微型公交线路的布设区域。本文将居住区内部的小区道路、组团路作为城市支路网的一部分，通过TRANSCAD软件立常规公交线网的 300米站点覆盖率，来选择线路较少、覆盖率较低的区域设置微型公交线路，如图3所示：Mp1·道经网路公交站点300米覆盖率 52e 图3公交站点300米覆盖率 3.3微型公交站点选取方法目前我国居住区公交站点的设置多为外围式，即公交站点是设置在居住区周围道路上，导致居民出行步行距离过长，公交的吸引力下降。而当居住区逐步对外开放后，微型公交可以进入小区内部运行，并且微型公交系统是一套短线、高效率的区域公交系统，其主要目的是解决居住区居民换乘或短距离出行不便问题。因此，其站点的设置可以采用穿越式，设置依据有如下三点：興尚理筑素前阀Z.ZC.ET

3.3.1根据实际需求设站微型公交主要服务于居住区居民出行，由于线路周围居住区规模不同导致每个居住区的出行量不同。因此，应该充分考虑站点服务范围，综合考虑居民出行量以及步行距离两个影响因素，进行公交站台的设置。3.3.2根据客流量设站根据客流量大小，在周边的居民区、学校、社区服务中心、医院、大型商场设施等客流较为集中的客流聚集点设置站点，充分发挥微型公交的集散作用，为其他公共交通方式汇集和疏散客流。3.3.3参照现有站，点设站现有公交站点在一定程度上反映了该地区的公交出行需求，居民公交出行的习惯受到影响。根据现有站点来进行微型公交站点的设置，不仅能满足居民出行需求，增加线路的出行吸引力，又能在一定程度减少公交线路基础设施的设成本。微型公交线路不能在所有需求点设置公交站点，这会增加乘客出行时间。因此微型公交线路要在一定范围内以较少的站点满足尽可能多的出行需求点，同时站点应尽量避免对道路交通产生影响，N上T 3.3.4微型公交站点调整最优站点由于受到各种因素的影响，往往不能作为实际公交站点，必须要根据道路的实际通行条件对微型公交站点进行调整。(1)起终点的设置起终点调度站的选择需要一定的场站进行车辆的停放，而微型公交通常需要通过街道、小巷等，受道路条件影响较大，更需要慎重进行起终点的选择。(2)交叉的影响微型公交主要填补常规公交空白，道路的交通量较小，因此，微型公交的站点在方便居民出行的前提下尽量减少对交叉交通的影响。(3)道路通行条件的影响微型公交主要是方便居民出行，还要考虑道路通行情况。若微型公交线路在较窄的道路上通行，路段的通行能力较低，应以减少对道路交通影响来调整公交站点设置位置。(4)周围大型交通吸引点的影响大型交通吸引点周围交通流量大，微型公交的站点设置会影响大型吸引点的人车的出理筑素衬阀Z.Z.ET

行，要避开大型吸引点的出入位置，在不影响车辆和行人分流的前提下对公交站点进行调整。3.3.5微型公交站台及站牌设置微型公交主要服务于居住区居民换乘和短距离出行，道路通行能力较低。议只在停靠站点设置公交站牌，在不影响道路通行的前提下，安置在乘客方便识别的位置。站牌要详细列出所经路线公交站点和可能的换乘线路方便居民乘车及换乘，并要根据客流不同写明各个时间段运行时间及发车间隔。同时由于微型公交车辆较小、底盘要低，不需要设计专门的站台形式。有条件下可以安装智能公交站牌方便居民的候车及换乘。如图4所示：公交站台 U 图4公交站台设置位置 3.4微型公交线路设计对于公交线路的设置，乘客和公交企业的考虑角度不同。乘客希望能以最短的时间、最快的速度达到目的地，希望线路直达率较高：而公交企业需要综合考虑公交运营成本较低的前提下为更多的乘客提供服务，提高线网的服务面积，公交乘客与公交企业之间存在着相互矛盾和冲突之处。双层规划模型可以同时反映公交企业和公交乘客的利益，同时又可以体现他们之间的互相作用。3.4.1双层规划理论城市公交系统的规划，是由公交企业和公交用户相互博弈之后产生的。公交企业作为决策者，为公交用户提供公交线路和公共交通基础设施，而居民出行需求又反过来影响公交企业的线路设置。上层目标函数不仅受到上层的约束，同时也会受到下层问题的影响，上层为下层提供指引，而下层的最优解也会受到上层条件的制约。興尚理筑素前阀Z.ZC.ET

本文将公交运营成本和乘客出行成本列为上层模型，将乘客直达率列为下层模型。这样，不仅考虑企业和乘客的利益，同时也因为有着乘客直达率的约束，使得本次模型能够充分考虑到乘客和公交企业的共同利益，如图5所示：上层模型公交运营成本乘客出行成本公交站乘客从车辆固车辆运乘客在乘客步点的固起点步公交站乘客在行到达定成本营成本定成本行到公公交车交站点点等车上的时目的地的时间时间成间成本的时间成本本成本成本最小直达率最大筑素下层模型不7 Z.J.NE 乘客直达率图5双层规划模型 3.4.2线路规划模型设计微型公交主要解决居住区居民换乘或短距离出行的问题，线路设计在满足居民出行需求的前提下保证公交运营成本最低，本文将公交运营成本和乘客出行成本最小作为上层模型，将乘客直达率最大作为下层模型，最终来确定微型公交线路。3.4.2.1上层规划模型分析上层规划目标包括两部分：公交运行成本和乘客出行成本，目标函数为两者加权之和最小。C=aC1+@2C2 (1)其中a1、2为权重系数興尚理筑素前阀Z.ZC.ET

(1)公交运营成本C 公交运营成本包括车辆固定成本、车辆运营成本和公交站点的固定成本三部分。C1=l×0×Fa+u×E+∑%=1yem (2)式中：S为起点集合 T为终点集合 N为节点集合 W为所选线路站点集合 4为公交线路的运力配置司为公交线路一天内的总运行次数 F为公交线路每一辆车的固定成本 F为公交线路每一辆车每公里的运行成本 1为线路长度 '=筑(3)式中：d,为节点1与节点j之间的距离 em为将候选站点m作为停车站点的一天的固定费用 (1若s、t间有公交线路且经过弧(1，j)X=(0 否则 (1若s、t间有公交线路且在m点停 ya=(0 否则 (2)乘客出行成本C2 乘客出行成本包括乘客从起点步行到公交站点的时间成本、乘客在公交站点等车时间成本、乘客在公交车上的时间成本、乘客步行到达目的地的时间成本四部分。乘客出行成本可表示为：C2=aEYEYxyjDy(Piti+pztz+pata+pata)(4)式中：興尚理筑素前阀Z.ZC.ET

(3)上层优化模型相关约束条件 ①线路长度约束公交线路长度决定乘客出行时间及换乘需求，应选择合适的公交线路长度。线路较短，会增加居民的换乘次数，减少公交线路覆盖范围，影响居民正常出行。而线路太长，则会增加出行绕行时间，降低公交运营准时性和快捷性。还会增大对公交的投入，对线路的排班和调度造成影响。Imin≤l≤lmax (6)微型公交线路长度较小，一般在3一5千米，本文将线路长度设为最小2千米，最大为 8千米。②线路非直线系数约束线路非直线系数，是指线路的实际长度与线路起终点的空间直线距离的比。目s图a (7)式中，L为线路的实际长度，d为线路起终点的空间直线距离。由于微型公交主要解决居民出行最公里同题，直线系数可以比常规公交非直线系数高，本文将非直线系数最大值取为1.7。③公共交通发车频率约束线路的发车频率关系到居民出行的便捷性，同时也影响公交企业的运营成本。发车频率高，线路配车数量增加，增大了企业的运营成本。而发车频率低则会对增大居民等车时间，影响居民的出行。因此微型公交线路的发车频率必须得到合理的约束，从而保证企业运营成本较低和乘客正常的出行需求。fmin≤f≤fmax (8)其中：品6f (9)微型公交的发车频率受居民出行规律影响，本文将发车频率取为最小5分钟，最大为 20分钟。④公交站点约束微型公交线路公交站点设置过少，会影响沿线乘客出行，使得这些乘客无法便捷的享受興尚理筑素前阀Z.ZC.ET

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