[发明专利]基于多层次多模式的公交线网规划方法

权利要求书

1.一种基于多层次多模式的公交线网规划方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1.采集基础数据，根据城市规模确定交通运输方式，并分析公交线网规划所需的影响因素；

步骤2.建立公交线网规划模型，设定相关参数；

步骤3.求解所述公交线网规划模型；输出规划结果。

2.如权利要求1所述的基于多层次多模式的公交线网规划方法，其特征在于，

所述基础数据包括城市人口、城市规模、实际道路网络、乘客分布情况和出行意愿；所述交通运输方式包括骨架线网、主干线网和支撑线网；

所述影响因素包括：对于骨架线网，影响因素包括安全条件、道路宽度条件和线路长度条件；对于主干线网，影响因素包括安全条件、车辆特性和道路通行能力；对于支撑线网，影响因素包括安全条件、步行时间条件和线路重复条件。

3.如权利要求2所述的基于多层次多模式的公交线网规划方法，其特征在于，建立所述公交线网规划模型的过程为：

步骤21、根据安全条件、道路宽度和线路长度影响因素规划骨架线网，建立如下时间阻抗：

mint=Σi=1n-111-[llmax]·ti,i+1·(1+ai,i+1·(qi,i+1ci,i+1·N)bi,i+1)·yi,i+1---(1)]]>

s.t.,ti,i+1=li,i+1vi,i+11+μ0·(qi,i+1ci,i+1·N)μ1---(2)]]>

ai,i+1=1βi,i+1∀qi,i+1ci,i+1·N∈[0,0.5)1∀qi,i+1ci,i+1·N∈[0.5,+∞)---(4)]]>

bi,i+1=1∀qi,i+1ci,i+1·N∈[0,0.5)βi,i+1∀qi,i+1ci,i+1·N∈[0.5,1)1βi,i+1∀qi,i+1ci,i+1·N∈[1,+∞)---(5)]]>

β_i,i+1∈[0,1]                (6)

其中，t为时间阻抗；t_i,i+1为节点i和i+1间的行程时间；v_i,i+1表示节点i和i+1间的自由流速度；N为车道数；l代表线路长度；l_max为线路长度上限值；a_i,i+1,b_i,i+1为节点i和i+1间的安全影响系数；β_i,i+1表示节点i和i+1间的安全得分；q_i,i+1为节点i和i+1间的交通流量；c_i,i+1为节点i和i+1间的设计通行能力；μ₀,μ₁为BPR系数；l_i,i+1为节点i和i+1间的线路长度；

步骤22、规划主干线网，从乘客角度，行程时间可分为四部分，包括：运行时间、公交站点停靠时间、乘客等车时间和乘客换乘时间；

从运营方角度和交通环境角度，分别可用车辆运行时间和车辆排放时间表征：

运行时间：T1=Σi=1nΣj=1nQij·(lij′vij1+μ0·(qijcij·N)μ1+vij1+μ0·(qijcij·N)μ1(12aij+12bij))---(7)]]>

其中，Q_ij为节点i和j间的乘客流量；v_ij为节点i和j间的自由流速度；a_ij,b_ij表示节点i和j间的安全影响系数；l'_ij为节点i和j间的线路长度；q_ij为节点i和j间的交通流量；c_ij表示节点i和j间的设计通行能力；

公交站点停靠时间：T2=Σi=1nΣj=1nQij·(max{Pup·tupNup,Pdown·tdownNdown}+toc)---(8)]]>

其中，P_上为上车乘客数；P_下为下车乘客数；N_上表示上车车门数；N_下表示下车车门数；t_oc为停靠站附加延误时间；t_up和t_down为乘客平均上车时间和平均下车时间；

乘客等车时间：T3=Σk=1m12fkΣi=1nΣj=1nQij·xijk---(9)]]>

其中，f_k为第k条线路公交车的发车频率；

乘客换乘时间：T4=λa·Σk=1mΣi=1nΣj=2n(Qi,j-1·xijk-Qij)---(10)]]>

其中，λ_a为换乘时间换算系数；Q_i,j-1表示节点i和j-1间的乘客流量；

车辆运行时间成本：T5=λb·Σk=1mfkΣi=1nΣj=1nlij·xijk---(11)]]>

其中，λ_b为运行成本换算系数；

车辆排放时间成本：T6=λc·Σk=1mfkΣa∈EΣi=1nΣj=1n(hl·lij+hd·da)---(12)]]>

da=Ta2(1-ga)2+1980c·ga-qc·ga-q,qc·ga≤0.95Ta2(1-ga)2-198.55×3600c·ga+220×3600·q(c·ga)2,qc·ga>0.95---(13)]]>

其中，λ_c为车辆排放换算系数；h_l为路段排放因子；h_d为交叉口排放因子；d_a表示交叉口延误；T_a为信号周期长度；g_a表示绿信比；c表示设计通行能力；l_ij表示路段长度。

主干线网优化问题相当于多目标优化求最优解，具体模型可建立为：

min  T＝ω₁·T₁+ω₂·T₂+ω₃·T₃+ω₄·T₄+ω₅·T₅+ω₆·T₆        (14)

s.t.,fk≥1,∀k∈{1,2,···,m}---(15)]]>

lij′=lij∀βij≥βmin∞∀βij<βmin---(17)]]>

Σa∈Edga=1,∀Ed⋐E---(18)]]>

f_min≤f_k≤f_max             (19)

l_min≤l≤l_max             (20)

Σk=1m2fk·T1≤S---(22)]]>

m≤M_max                     (23)

其中，β_ij为节点i和j间的安全得分；Q_k表示截面最大客流量；为满载率上限；C_k表示额定载客人数；β_min为安全得分下限值；E_d表示与交叉口相连的所有路段的集合；S为运行车辆数上限值；M_max为最大线路数；ω₁为运行时间权重系数；ω₂为公交站点停靠时间权重系数；ω₃为乘客等车时间权重系数；ω₄为乘客换乘时间权重系数；ω₅为车辆运行时间成本权重系数；ω₆为车辆排放时间成本权重系数。

步骤23：规划支撑线网，结合安全、步行时间和线路重复等影响因素，时间阻抗可表示为：

mint=Σi=1n-111-min{1,[d2Rs]}·ti,i+1·(1+ai,i+1·(qi,i+1ci,i+1·N·(1-xi,i+1))bi,i+1)·yi,i+1---(24)]]>

s.t.,ti,i+1=li,i+1vi,i+11+μ0·(qi,i+1ci,i+1·N)μ1---(25)]]>

ai,i+1=1βi,i+1∀qi,i+1ci,i+1·N·(1-xi,i+1)∈[0,0.5)1∀qi,i+1ci,i+1·N·(1-xi,i+1)∈[0.5,+∞)---(28)]]>

bi,i+1=1∀qi,i+1ci,i+1·N·(1-xi,i+1)∈[0,0.5)βi,i+1∀qi,i+1ci,i+1·N·(1-xi,i+1)∈[0.5,1)1βi,i+1∀qi,i+1ci,i+1·N·(1-xi,i+1)∈[1,+∞)---(29)]]>

β_i,i+1∈[0,1]                   (30)

其中，d为乘客步行距离；R_s表示公交服务半径。