居民出行分布與公交網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)耦合模型研究與應(yīng)用.pdf

1、目前，我國城市客運(yùn)交通結(jié)構(gòu)正處于關(guān)鍵的轉(zhuǎn)型期，突出表現(xiàn)在個(gè)體機(jī)動(dòng)化交通方式快速增長。與之相對(duì)應(yīng)的是，道路利用率最高的公共交通方式?jīng)]有得到充分發(fā)揮，部分城市甚至出現(xiàn)逐年下降的趨勢，這種趨勢直接帶來城市總體客運(yùn)交通運(yùn)輸效率的降低。在技術(shù)層面上，公交網(wǎng)絡(luò)的科學(xué)規(guī)劃、公交運(yùn)營調(diào)度和優(yōu)先控制是提高公共交通整體效率的關(guān)鍵。然而，相關(guān)部門缺乏科學(xué)的公交網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)和資源配置決策支持技術(shù)，無法有效地實(shí)施宏觀調(diào)控及運(yùn)營結(jié)構(gòu)的優(yōu)化。傳統(tǒng)公交網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的思路是：通

2、過現(xiàn)狀調(diào)查預(yù)測交通需求，由需求來確定供給，并以此為依據(jù)進(jìn)行公交線網(wǎng)的布設(shè)及優(yōu)化調(diào)整，是一個(gè)單向的，靜態(tài)的過程。實(shí)際上交通需求與供給之間是相互反饋和影響的，存在著雙向的，動(dòng)態(tài)的相關(guān)關(guān)系。與居民出行分布相耦合的城市公交網(wǎng)絡(luò)，不僅能有效地提高公交方式對(duì)居民出行的吸引力，而且能實(shí)現(xiàn)公交網(wǎng)絡(luò)運(yùn)輸效率的最大化。為此，本文反思傳統(tǒng)公共交通網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃模式中存在的不足，開展居民出行分布與公共交通網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)之間耦合關(guān)系的基礎(chǔ)性研究。
　　 論文依托國家

3、973計(jì)劃項(xiàng)目《城市交通需求生成機(jī)理與瓶頸識(shí)別》（2006CB705501）和國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目《基于系統(tǒng)耦合的城市道路網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃理論研究》（50738001），對(duì)基于居民出行分布與公交網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)耦合的公交網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃理論展開研究，重點(diǎn)研究公共交通需求與供給的總量耦合模型及結(jié)構(gòu)耦合模型，并對(duì)基于結(jié)構(gòu)耦合模型的公交網(wǎng)絡(luò)布局結(jié)構(gòu)及等配配置結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法進(jìn)行了研究。
　　 論文分析了居民出行分布與公交網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)之間因存在著高度的關(guān)聯(lián)性以至聯(lián)

4、合起來的現(xiàn)象，明確了居民出行分布與公交網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)耦合的定義，給出了總量耦合、結(jié)構(gòu)耦合的具體含義，為后續(xù)耦合模型的研究奠定基礎(chǔ)。在深入分析居民出行分布與公交網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)耦合關(guān)系的基礎(chǔ)上，從時(shí)間和空間兩個(gè)方面闡述了耦合的內(nèi)涵，指出了兼顧居民出行的“便捷、易達(dá)”和公交網(wǎng)絡(luò)的“高效、通暢”的耦合發(fā)展目標(biāo)。闡述了居民出行分布與公交網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的直接關(guān)聯(lián)關(guān)系，認(rèn)為居民出行分布與公交網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的關(guān)聯(lián)取決于交通需求與供給分布的空間差異。同時(shí)指出，居民出行分布與公交

5、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)之間的相互作用使得公交網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)表現(xiàn)出圍繞客流分布組織的結(jié)構(gòu)特征和相關(guān)效應(yīng)，在此基礎(chǔ)上，詳細(xì)探討了耦合的四個(gè)發(fā)展階段。最后，從研究城市交通系統(tǒng)的角度，對(duì)耦合的影響因素進(jìn)行了詳細(xì)介紹。
　　 在對(duì)協(xié)同學(xué)基本理論進(jìn)行概述總結(jié)的基礎(chǔ)上，分析了應(yīng)用協(xié)同學(xué)進(jìn)行總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）的建模過程，運(yùn)用協(xié)同學(xué)思想建立公共交通需求與供給的總量耦合模型，解釋二者之間的耦合關(guān)系。耦合模型的研究堅(jiān)持從易

6、到難的原則，首先，研究不包含城市軌道交通的城市常規(guī)公共交通系統(tǒng)，建立總量耦合模型用來描述耦合的過程；之后，建立基于投資非平衡理論的公共交通發(fā)展決策模型著重探討軌道交通與常規(guī)公交的投資比例變化對(duì)總量耦合的影響。模型反映出公共交通需求與供給之間是一種趨于動(dòng)態(tài)平衡的過程，既不會(huì)無限的偏離供需平衡點(diǎn)，也不會(huì)達(dá)到理想的供需平衡狀態(tài)的結(jié)論，這是比較符合城市公共交通實(shí)際的。
　　 參照居民出行分布的OD矩陣表示形式，分別以交通中區(qū)和公交站點(diǎn)為

7、矩陣節(jié)點(diǎn)，對(duì)居民出行分布與公交網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的矩陣構(gòu)造方法進(jìn)行研究。在結(jié)構(gòu)矩陣構(gòu)造方法研究的基礎(chǔ)上，運(yùn)用矩陣相似論及特征值分析理論對(duì)居民出行分布與公交網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的耦合關(guān)系進(jìn)行量化研究。給出了居民出行分布與公交網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)耦合度的定義，建立了結(jié)構(gòu)耦合模型，對(duì)應(yīng)用結(jié)構(gòu)耦合模型進(jìn)行耦合關(guān)系量化研究的可行性和可靠性進(jìn)行了論證。鑒于公共交通網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜性和交通狀況的不確定性，本文提出了“公共交通負(fù)荷度”這一概念，并應(yīng)用負(fù)荷度對(duì)耦合模型進(jìn)行了修正，得出了更符合實(shí)

8、際網(wǎng)絡(luò)情況的修正耦合度。
　　 運(yùn)用建立的結(jié)構(gòu)耦合模型，研究與居民出行分布相耦合的“多級(jí)分區(qū)”公交網(wǎng)絡(luò)布局形態(tài)及公交線路資源優(yōu)化配置方法。
　　 1、公交網(wǎng)絡(luò)布局形態(tài)優(yōu)化。本文指出公交骨架網(wǎng)絡(luò)布局是城市公交網(wǎng)絡(luò)布局形態(tài)的主要體現(xiàn)，并基于結(jié)構(gòu)耦合模型對(duì)公交骨架網(wǎng)絡(luò)布局結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法進(jìn)行了研究，量化研究了公交網(wǎng)絡(luò)布局結(jié)構(gòu)與居民公交出行分布之間相互作用、彼此影響的耦合現(xiàn)象。在不同城市形態(tài)下居民出行分布的基本特征以及城市居民公交出

9、行時(shí)空分布特征研究的基礎(chǔ)上，分析了城市公共交通網(wǎng)絡(luò)布局形態(tài)的適應(yīng)性，給出了城市形態(tài)與公交骨架網(wǎng)絡(luò)布局形態(tài)的基本匹配關(guān)系。分析了公交骨架網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)模式，并對(duì)公交骨架網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)模式的基本特征及適用的城市特征進(jìn)行了深入研究。
　　 2、公交網(wǎng)絡(luò)等級(jí)配置優(yōu)化。給出了基于結(jié)構(gòu)耦合模型進(jìn)行公交網(wǎng)絡(luò)等級(jí)配置優(yōu)化的具體步驟，分析了城市公交線路的功能劃分、各等級(jí)線路的交通特性及客運(yùn)能力，并重點(diǎn)研究了應(yīng)用結(jié)構(gòu)耦合模型進(jìn)行各等級(jí)公交線路站點(diǎn)OD量優(yōu)化的過