公交线网优化研究综述

公交线网优化研究综述

周翱

重庆交通大学 交通运输学院  重庆 400074

摘要：为了明确公交线网优化的研究现状，本文针对公交线网的理论研究和技术实践进行了综述。介绍了公交线网的优化的背景，对公交线网优化在约束条件、优化目标、模型理论研究进行了归纳汇总，对公交线网优化早期到近代的技术实践成果做了整理，最后，提出了公交线网优化现如今存在的问题和展望。结果表明：公交线网优化目前的研究存在局限性，未能考虑到公交线网总体的协调性，结合未来城市公共交通的发展，公交线网优化值得开展更深一步的研究。

关键词：公共交通系统；公交线网；优化方法；综述

0 引言

随着改革开放的推进，我国城市化进程加快，城市的范围不断地扩大，城市的交通问题日益显著，成为城市痛点。城市公共交通系统人均占地少、能耗低、客运量大，并在节能环保和缓解交通拥堵方面有着明显的效果。但我国公共交通系统仍存在一些问题，集中表现在：(1)出行换乘次数多，公交线路的直达性不能满足乘客的出现需求，需进行多次的换乘。(2)客流分配不均匀，同一OD对上的交通流分配不均，过多或过少。(3)站点覆盖率低，居民乘车不方便，步行距离过长。(4)等候时间长，公交运营调度与实际乘客出行需求不符，乘客等待公交的时间较长。公交线网是公交车辆运行的空间范围，而公交线网的优化，是公共交通系统优化的核心部分。通过对公交线网的优化，能够确保公交线网的连续性和可变性，使城市公共交通系统发挥最大效能。公交线网的优化的研究具有很强的现实意义。

1 公交线网优化理论研究

公交线网优化的本质是一个多目标优化问题。通过对公交线网的优化，能够使得城市公交线网分布更加均匀，线网的负荷率更大，同时能够使得交通系统实现高效率、低成本和可持续发展。公交系统作为一个复杂的随机动态系统，主要有两类优化思维方式即验证优化法和求解优化法。验证优化法主要通过对多个方案进行比选，选择并验证最优方案，但主观性较强，依赖专家的经验，存在局限性。求解化解法，主要通过选择优化目标，并提供约束条件，建立优化模型的方式，实现对公交系统的优化。

公交线网优化中常见的模型，主要有线性优化模型、分层优化模型等。线性优化模型通过转化系数，将非线性问题转化为线性优化问题，达到方便求解的目的。线性模型是非常有代表性的模型，且实用价值较高。分层优化模型在交通线网优化中也有使用，其能够针对不同线网类型等相互制约、矛盾的目标主体（如政府与公交用户、乘客与公交企业），进行多个目标主体同时分析，使其层次分明，条理清晰，从而降低规划的难度。针对优化方向，在约束条件上，提出公交线路优化可以将线路重复系数以及线路长度等纳入约束条件。指出可通行路网、线路弯曲系数限制、最大客流量限制、端点客流量限制纳入约束条件。

2 公交线网优化技术方法与工程实践

国内公交线网优化起步于80年代，多采用数学寻优法，即将公交线网抽象为几何图形，搭建数学模型，进行优化。1985年，通过建立数学模型，结合计算机实现对交通线网的优化，但缺乏对乘客对出行行为的选择的考虑，导致其优化在平均换乘次数上存在漏洞。以拓扑理论精确表达城市公交线网，结合专家咨询以及计算机评价软件，从而实现公交线网优化。将广义A*算法进行拓展，应用到了公交线网优化。将乘客集散量直接分配到小区节点，提出了PSO算法对城市线网进行优化。利用计算机运算功能以及遗传算法，基于目标函数进行仿真，实现交通线网的布设。

随着交通的发展，城市公交线网优化聚焦于将常规交通与地铁、轻轨等大运量交通的交通线网相结合，将常规公交与运输线网相结合，将枢纽点系数的概念引入到了交通线网的规划中，提升了公交系统的吸引力。提出了公交接驳线网优化问题，以出行成本呢和运营成本最低为优化目标，利用了遗传算法，建立了接驳线网优化模型，通过比较分析，实现了对轨道交通线网和常规公交线网的优化。针对线网整体协调度，提出了“网络节点重构，线路优化配合”的公交线网优化重构方法，提取出线路优化方案。从遗传算法入手，考虑轨道交通在交通线网中的作用，并结合两者的特点，构建了常规公交线网优化优化模型，实现了优化。

3 结语

3.1 存在的问题

城市化是发展不可避免的趋势，交通需求的增长引起了交通出行呈现了分区化的特点。传统的交通线网难以适应人们出行方式的转变和多样化的需求，导致了公共交通的弊端，如可达性差，准点率低，平均换乘次数多以及客流分配不均匀，线网布设出现了换乘衔接，运力浪费等问题。

如今国内学者针对公交线网优化做了一系列的研究，但大多仅针对某一地区的特定情况进行了分析，其约束条件和优化目标的选取都是基于当地情形考虑，具有一定局限性，模型大多建立在理论的基础上，实践的难度较大。已有的优化方案在线路调整上也存在只针对单条线路进行调整而缺乏对整体线网进行考虑的问题。此外，城乡之间的公共交通衔接优化问题仍有待解决。

3.2 展望

随着快速大容量交通的投入使用，常规交通与BRT系统在线网上的衔接规划和优化的研究需要加强，城市公交线网的协调性，满足居民的出行需求。公交系统的运行效率与运输组织、交通控制息息相关，从运营组织和交通控制的角度实现公交线网优化的研究较少，是值得深入研究的方向。

现如今对于公交线网优化模型的理论研究较多，可以从优化算法的角度进行研究，在已有的算法的基础上进行改进或创新性的提出新的优化算法，实现交通线网优化。对于优化方案，应注意将理论与实际相结合，开发仿真到实际的优化方法。此外，对整体公交线网的优化不应仅局限于路径，从公交调度，道路空间分配等方面着手，也是值得研究的方向。

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