CN103942948A - 基于分段拼接的城市公交线路网络的生成方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了基于分段拼接的城市公交线路网络的生成方法，包括以下步骤：先将城市公交站点作为网络节点，利用用户均衡分配方法获得各公交站点通行点流量；利用公交中心点确定方法获得公交中心节点集合，并生成公交中心节点间、公交单中心节点的公交网络线路段集合；以此为基础采用初始线网生成方法，设定各公交线路的发车频率，获得初始公交线网规划方案；然后利用模拟退火算法进行优化；每次通过线网调整和频率调整方法形成新的公交线网规划方案，并采用基于有效频率的策略均衡分配方法对其进行模拟和评价，直至获得优化后的城市公交线路网络。本发明具有步骤简化、实用性强、可标准化实施、规划路线合理科学等优点。

Description

基于分段拼接的城市公交线路网络的生成方法

技术领域

本发明涉及一种城市交通线路的规划布置方法，尤其涉及一种城市公共交通线路的规划布置方法。

背景技术

常规公交由于设置灵活、投资少、覆盖面大，是城市公共交通系统的主导方式之一。现今城市交通日益拥堵，乘客出行环境日益恶化，合理地规划公交线网可以改善公共交通服务质量，提高公共交通的使用率，促进城市交通系统健康、稳定、可持续发展。

公交线网如何规划布置是一直是本领域长期存在的技术难题，专家学者在客流分配、公交线网设计、公交线网和频率综合优化等方面做了大量研究（参见Kepaptsoglou,K.,Karlaftis,M.Transit route network design problem:review.Journal of Transportation Engineering,2009,135(8):491–505.）。

在客流分配方面，有学者提出假定乘客总是选择费用最小的路径出行并建立均衡分析模型，也有学者是基于出行策略的思想，建立了基于有效频率的公交客流策略均衡分配模型及其算法，利用有效频率来进行客流分配，考虑了共线及站台拥挤等问题（参见De Cea,J.,Ferández,E,.1993.Transit assignment for congested public transport system:an equilibrium model.Transportation Science27,133-147；Cominetti R.Correa,J.,2001.Common-lines and passengerassignment in congested transit networks.Transportation Science35(3),250-267；Cepeda M.Cominetti R.Florian,M.2006.A frequency-based assignment model for congested transitnetworkswith strict capacity constraints:characterization and computation of equilibria.TransportationResearch Part B40,437-459.）。还有学者设计了几种形式的换乘网络，构造的换乘网络能够同时表现线路能力限制和旅客的换乘行为（参见史峰，邓连波.旅客换乘网络优化设计[J].铁道科学与工程学报，2004,1(1)78-82.）。

乘客乘车选择行为分析是公交线网规划的基础，其难点在于解决共线、能力约束及拥挤效应等问题。De-Cea和Ferández指出乘客希望选择那些事先已确定好的具有“吸引力”的公交线集中最先随机到达的公交线出行，从而确保乘客的期望出行费用最小。Cominetti和Correa选择公交线路的概率与发车频率有关，具有吸引力的公交线路集由乘客的平均等待时间和乘车时间的期望费用最小而确定。考虑线路的能力限制时，客流量较大会导致部分乘客无法上车，候车时间增加，进而影响乘客的选择行为，即站台拥挤效应。

在公交线网优化设计方面。Ceder和Wilson提出分别考虑用户和运营商效益的两层次公交网络模型（参见Ceder,A.,Wilson,N.H.M.Bus network design.Transportation Research Part B,1986,20(4):331–344.）；Baaj和Mahmassani采用Lisp生成的线路设计算法，进行公交线路分析和改进（参见Baaj,M.H.,Mahmassani,H.S.An AI-based approach for transit route systemplanning and design.Journal of Advanced Transportation,1991,25(2):187–210.）；并研究了公交网络中混合线路生成的启发式算法（参见Baaj,M.H.,Mahmassani,H.S.Hybrid route generationheuristic algorithm for the design of transit networks.Transportation Research Part C,1995,3(1):31–50.）；还有学者提出解决公交网络设计问题的线路集生成算法和寻找满意解的遗传算法等启发式算法；以及用遗传算法和模拟退火算法的混合启发式算法来优化公交线网规划。这些公交线网的优化设计方案都偏重于理论研究和数学算法的改进，实用性不强，难以有效进行产业应用和推广。

在公交线网和发车频率综合优化设计方面，也有人提出以社会效益为目标，考虑开行频率、载客率、车辆总数、线路长度和路线规模的限制，建立基于可变交通需求的最优公交线网规划模型，并设计模拟退火和遗传算法对模型求解。这些设计思路的出发点固然是好的，但现实中并没有专家学者提出切实可行的公交线网规划方法以可资借鉴和利用。

城市公共交通道路网络N＝(S，E)和城市公交出行OD需求是城市公交线网规划的基础数据，其中S＝{s₁，s₂，…，s_n}为公交车站集，E为路段集，路段e∈E的里程为D（e)。假定公交线路l∈L，分别表示公交线路l的发车频率f_l，公交线网规划问题就是基于道路网络和高峰时段的OD需求，确定最优的公交线网规划方案，主要包括公交线路集L和各线路的发车频率f_l，记为F_A＝{(l，f_l)|l∈L}。公交线网规划问题涉及乘客乘车选择行为分析、公交线网设计、发车频率综合优化及公交线网方案评价等问题。

乘客乘车选择行为分析是公交线网规划的基础，其难点在于解决共线、能力约束及拥挤效应等问题。乘客在当前车站与目的地车站间存在共线选择时，并不总是选择出行费用最小的线路，而是采用策略思想出行，即希望选择那些事先已确定好的具有“吸引力”的公交线集中最先随机到达的公交线出行，从而确保乘客的期望出行费用最小。选择公交线路的概率与发车频率有关，具有吸引力的公交线路集由乘客的平均等待时间和乘车时间的期望费用最小而确定。考虑线路的能力限制时，客流量较大会导致部分乘客无法上车，候车时间增加，进而影响乘客的选择行为，即站台拥挤效应。有学者提出有效频率的概念，认为乘客选择线路的概率不仅与发车频率有关，还随着上线客流量增加而减少，通过构造有效频率函数替换发车频率能够准确地描述城市公交在能力约束下拥挤效应引起的乘车选择行为。

公交线网设计和发车频率的综合优化是公交线网规划的重点和难点。公交线网设计和发车频率的综合优化是指同时调整线网和发车频率两类决策变量，实现两者的同步优化。公交线网是离散公交站点的有序组合；线路发车频率一般看成是在某个区间内连续变化，也可以简化为区间的整数变化。由于两类决策变量的离散性组合方案数目是巨大的，综合优化是一个N-P难题。故如何简化公交线网设计和频率优化方法显得尤为重要。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种步骤简化、实用性强、可标准化实施、规划路线合理科学、可通过软件程序简易实现的一种基于分段拼接的城市公交线路网络的生成方法。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为一种基于分段拼接的城市公交线路网络的生成方法（特别是大中型城市），包括以下步骤：

步骤1（确定公交中心节点）：将城市公交站点作为网络节点，结合城市道路路段构成城市道路网络，将道路网络通行能力乘以城市公交用户占有率，转换得到公交道路通行能力，采用BPR函数作为费用函数，基于公交需求，利用用户均衡分配方法获得各公交站点通行点流量，然后利用公交中心点确定方法，从所述网络节点中筛选出公交中心节点（简称中心节点），获得公交中心节点集合；

步骤2（确定公交节点公交线路段集）：基于步骤1确定的公交中心节点集合，生成公交中心节点间公交线路段集，以及公交中心节点与其服务范围内其他节点的公交单中心节点公交线路段集合，进而组合成公交节点公交线路段集；

步骤3（主要采用模拟退火算法优化公交线网和发车频率）：利用上述步骤2生成的公交网络节点线路段集合，通过拼接公交线路段生成初始公交线网，同时设定各公交线路的发车频率，获得初始公交线网规划方案；然后利用模拟退火算法对初始公交线网规划方案进行优化；在模拟退火算法中，每次通过线网调整方法和频率调整方法（邻域解搜索策略）进行邻域解构造，形成新的公交线网规划方案并采用基于有效频率的策略均衡分配方法对其进行模拟和评价；接着利用模拟退火原理，在一定温度下、以一定概率选择邻域中的有效解，每进行一次邻域解构造操作，对得到的公交线网规划方案进行判断，若公交线网规划方案在进行操作之后不满足约束条件，则返回到操作前的结果；若满足，得到邻域解，从而获得公交线网和发车频率同时优化的城市公交线路网络。

上述本发明的城市公交线路网络的生成方法，所述步骤1中，利用用户均衡分配方法获得各公交站点通行点流量的具体操作优选包括：利用用户均衡分配（现有方法）获得各公交站点间路段的流量，据此同时计算进入各公交站点的进入流量和以各公交站点为起点的OD需求流量总和得到各公交站点的通行点流量v_s。更进一步的，所述步骤1中，所述公交中心点确定方法的具体操作包括：以计算得到的所述各公交站点的通行点流量为基础，设置一阈值ψ（阈值可以由本领域技术人员根据小城市规模和节点密度等因素自行确定）；如果v_s大于等于阈值ψ，确定站点s为候选中心节点，从而获得候选中心节点集合C′＝{s∈S|v_s≥ψ}；对于候选中心节点s∈C′，如果v_s都大于相邻节点s′的流量αv_s′，其中α＞1，则可确定该候选中心节点s为备选中心节点，从而获得备选中心节点集合C″＝{s∈C′|v_s≥αv_s′，(s，s′)∈E}。

作为进一步的改进，如果备选中心节点集合过多，即所述备选中心节点数量占总节点个数的比例大于ψ₁，则执行如下步骤：

对于备选中心节点s∈C″，执行以下步骤：找出集合C″中点流量最大的点s_max，对于s∈C″且s≠s_max，如果点s_max到点s的最短路径D(s_max，s)＜θ₁，则执行C″＝C″-{s}从而获得中心点集合C＝C″：

如果备选中心节点集合过少，即所述备选中心节点数量占总节点个数的比例少于ψ₂，则执行如下步骤：

(1)令公交中心节点集合

(2)找出集合C′中通行点流量最大的点s_max，将点s_max加入集合C并从集合C′去掉点s_max，即令C＝C∪{s_max}且C′＝C′-{s_max}；对于每个点s∈C′且s≠s_max，如果点s_max到点s的最短路径D(s_max，s)＜θ₁，则令从集合C′去掉点s，即C′＝C′-{s}；

(3)重复步骤(2)直至为止。

通过上述的优化调整，可以获得公交中心节点集合C。同时利用上述公交中心节点服务半径概念进行优化，可防止公交中心节点局部区域过密或过稀，尽量让公交中心节点在城市中布局相对均匀。

上述本发明的城市公交线路网络的生成方法，优选的，所述步骤2中，公交中心节点间公交线路段集的生成方法主要包括：在所述城市道路网络上，基于某一路段的断面客流量v_s，选取任意两个公交中心节点i，j∈C，利用没有重复点的K-最短路算法，获得i，j间的K条路径作为候选线路段，删除其中经过其他公交中心节点的线路段和不满足长度约束或非直线系数约束的线路段，得到该公交中心节点间公交线路段集合：其中n(i，j)为中心点对(i，j)间实际生成的线路段数。对所有的公交中心节点重复上述操作，所有公交中心节点对应的线路段集合构成了R_cc＝∪_{i，j∈C，i≠j}R_ij，生成公交中心节点间公交线路段集合R_cc。

上述本发明的城市公交线路网络的生成方法，优选的，所述步骤2中，公交单中心节点公交线路段集合的生成方法主要包括：通过连接某一公交中心节点与该服务半径θ范围内所有节点的最短路逐一生成节点内的公交线路段，然后去除该公交线路段内经过其他公交中心节点的线路段以及不满足长度约束或非直线系数约束的线路段，得到该公交单中心节点公交线路段集合。其中，通过两点的物理最短距离确定公交中心节点的服务区域，该公交中心节点i∈C与其他非中心节点s的最短路小于服务半径θ，即

$z_{{\mathrm{zs}}_i^q}\≤\mathrm{\θ}---\left(1\right)$

其中θ为服务区域半径，则为公交中心节点i的服务区域内其他节点的集合，即 $S_i=\{s_i^1,...,s_i^q,...,s_i^{q\left(i\right)}\},$ 其中q(i)为服务区域的节点数，因此， $r_{{\mathrm{is}}_i^q}=(i,s_1,s_2,...,s_i^q),$ 再对其他各公交中心节点重复前述操作得到所有公交中心节点的公交单中心节点公交线路段集合R_cs＝∪_i∈CR_i。

上述本发明的城市公交线路网络的生成方法，优选的，所述步骤3中，通过拼接公交线路段生成初始公交线网的具体操作方法包括：首先在步骤2生成的公交网络节点线路段集合中对任意两个公交中心节点之间随机选取一个公交线路段，以确定线网基本框架，然后扩展公交中心节点间的线路段，以及扩展过一个公交中心节点的线路段，再生成不过公交中心节点的线路段以提高覆盖率，设置各条线路的频率与流量匹配，获得初始公交线网。所述步骤3中，初始公交线网是由步骤2生成的公交网络节点线路段集合R中线路段组合拼接而成的过公交中心节点对、过一个公交中心节点及不过任何公交中心节点三类线路组成，分别表示为l_cc∈L_cc，l_cs∈L_cs，l_ss∈L_ss，通过以下操作生成初始公交线路集L＝L_cc∪L_cs∪L_ss：

(1)对任意两个中心节点i，j∈C之间随机选取一条公交线路段r_ij∈R_cc确定线网的基本框架L′；

(2)扩展线路l_cc：针对每条线路段r_cc，选择其两端节点起始客流量较小的一端i进行扩展；从线路段集合R_i中选出覆盖节点数最多的线路段r_is进行组合拼接，判断是否满足线路约束条件；如果不满足，重新从剩余的线路段集合R_i-{r_is}中选节点数最多的公交线路段r_is′进行组合拼接，直至满足线路约束条件或者线路段集合为空；若满足，对线路段r_cc的另一端j同样进行扩展操作，生成公交中心节点间的线路l_cc，依此生成过公交中心节点对的线路集L_cc；

(3)扩展线路l_cs：对于每一个公交中心节点i，随机从线路段集合R_i中选取一条未被使用线路段r_is，从剩余的线路段集合R_i-{r_is}中，随机选取未被使用公交线路段r_is′进行组合拼接，直至满足线路的约束条件，生成过一个公交中心节点的线路l_cs，或者直至线路段集合为空，依次生成过一个公交中心节点的线路集L_cs；

(4)生成线路l_ss：判断是否满足覆盖率，若满足，结束线路生成；若不满足，从所有未被覆盖的路段中，选择路段流量v(e)最大的路段，在非直线系数和线路总长的限制下，从该路段出发向两端延伸搜索，获得不通过任何中心节点的公交线路；在延伸搜索时，选择与之相邻且实际路段流量大的线路段延伸；若所有与之相邻的实际路段客流量小于一定值时，停止延伸；其中，若路段e无线路覆盖时，实际断面客流量若有线路覆盖时，则如果不满足覆盖率，则按照上述方法再生成一条线路l_ss，否则终止；

设置上述生成各线路为最大频率，通过均衡配流获得各条线路流量，设置各条线路的频率与流量匹配，然后优选执行如下满足站场能力约束的频率调整方法和车队数限制约束的频率调整方法，使得初始解满足站场能力约束和车队数限制约束。

上述本发明的城市公交线路网络的生成方法，优选的，所述步骤3中，所述线网调整方法至少包括以下a)～g)中的任意一种：

a)删除公交中心节点至其服务区域内其他非节点间线路段；对于公交线路l∈L_cc∪L_cs，若(公交线路长度越长，被选择的概率越大)，若l∈L_cc，且线路中只包含公交中心节点间的线路段r_cc时，则对线路不作任何处理；否则，删除该线路中心节点间线路段r_cc两侧客流密度较小的线路段。若l∈L_cs，且线路l仅由一个线路段r_cs构成，删除该线路，否则删除中心节点两侧客流密度较小的线路段。生成的新线路发车频率由其线路上断面流量最大的路段确定。

b)延伸或组合拼接公交中心节点至服务区域内其他节点间线路段；对于公交线路l∈L_cc∪L_cs，若(公交线路长度越短，被选择的概率越大)，如果l∈L_cc，删除线路两端客流密度较小的线路段r_cs，从相应的线路段集合中随机选取一条拼接到该线路上，其发车频率不变。如果l∈L_cs，删除公交中心节点两侧客流密度较小的线路段r_cs，从相应的线路段集合中随机选取一条拼接到该线路上，其发车频率不变。其中，若线路的一端无线路段r_cs时，则将该段客流密度假定为零。如图1所示，过中心节点1和3的线路0-1-2-3-4由中心间线路段r_1，3和中心节点至其他节点线路段r_3，4，r_0，1连接而成。由于r_3，4比r_0，1的客流量小，则从线路段集合中随机搜索到线路段r_3，6，则删除线路段r_3，4，将线路段r_1，3与线路段r_3，6进行组合拼接得到新的线路0-1-2-3-5-6。

c)删除或替换公交中心节点间线路段；对于公交线路l∈L_cc，若(公交线路l的中心节点间线路段客流密度越小，被选择的概率越大)，若该线路对应的中心点对还有其他线路经过时，则删除该线路；否则，从该线路两中心节点间线路段集合中随机选择一条公交线路段替换该线路段；其中表示为公交线路l∈L_cc中线路段r_cc的客流密度。

d)添加公交中心节点间线路段；对于公交线路l∈L_cc，若(公交线路l_cc的中心节点间线路段客流密度越大，被选择的概率越大)，则从该线路两中心节点间线路段集合中随机选择一条公交线路段添加至两中心节点间，并单独构线，发车频率定为最小发车频率。

e)基于公交中心节点的交换拼接公交线路段；对于公交线路l∈L_cc∪L_cs，随机选择某个中心节点的两条公交线进行基于中心节点的交换交叉，交换交叉后的线路发车频率由新形成线路上最大线路段流量所确定。如图2所示，选取基于中心节点3的两条线路，线路l₁为0-1-2-3-4-5，线路l₂为7-6-3-8。以l₁为基准线路，共有2种交换拼接的方式。其中方式一：0-1-2-3-6-7和8-3-4-5、方式二：0-1-2-3-8和7-6-3-4-5。通过判断线路长度和非直线系数，去除不可行的方式。若两种都可行，选择客流特征较好的一种作为交换的结果。

f)基于公交中心节点的删除公交线路段；对于任意的公交线路l∈L_ss，若(公交线路客流量越小，被选择的概率越大)，则删除该线路，并将线路流量匹配到相应的路段上，作为生成线路的客流数据。

g)基于公交中心节点的生成公交线路段。在删除线路后，所有未被覆盖的路段中选取流量最大的路段，从此路段出发向两端延伸，在线路约束条件的限制下，选取相邻路段流量较大的一端进行延伸扩展。若所有端点相邻路段的流量均小于一定值，则停止延伸。若满足一定的覆盖率，则停止生成线路。

上述本发明的城市公交线路网络的生成方法，优选的，所述步骤3中，所述基于站场能力和车队数量约束的频率调整方法具体包括：

(1)基于客流分配的频率调整。基于下层配流模型的客流分配方法获得当前线网下线路、路段及节点的客流信息。利用公交线路的路段断面客流平均值和标准差σ(l)描述线路的客流密度和客流分布的均衡性特征，综合考虑客流分布特征、线路客流量和线路能力的关系，对公交线路做以下频率调整：

式中，δ为校准参数，一般取1-2；σ′＝max{σ(l)，c}，表示大于x的最小整数。若σ(l)≥c时，表明线路客流分布不均衡，故通过大幅减小频率。若σ(l)＜c时，表明线路客流分布趋于均衡，则有线路饱和及能力剩余两种情形：饱和时，断面客流平均值接近线路能力，则由σ′＝c，故f_l′≥f_l，频率增加；能力剩余时，断面客流平均值较小，可以推出f_l′＜f_l，故频率降低。在每次调整频率的操作中，按照一定的概率对每条公交线路进行以上处理，从而调整线路发车频率，提高负载系数。

(2)基于站场能力和车队数量约束的频率调整。分别执行初始解生成算法中的满足站场能力约束的频率调整方法和车队数限制约束的频率调整方法。

优选执行如下满足站场能力约束的频率调整方法：对于各公交站点，当初始公交线网或优化后公交线网不满足该公交站点能力约束时，对于通过该公交站点的线路，按照该公交站点最大停留车辆数与现停留车辆数的比例，同步缩小通过该公交站点的各线路的车辆数，将缩小后各线路的发车频率记为临时频率；如果存在某一线路的临时频率低于最小发车频率要求，则删除该线路，释放该线路的车辆数重新分配给其他线路；然后重复本步骤的操作继续调整各线路的发车频率，直至各线路的临时频率均高于最小发车频率要求后，以该临时频率作为各线路新的发车频率。

基于上述调整频率后的线网方案，优选执行车队数限制约束的频率调整方法：对于各公交站点，当初始公交线网或优化后公交线网不满足某一线路的车队数限制时，对于通过公交站点的该线路，按照车队现有车辆总数与所需车辆总数的比例，同步缩小该线路的发车频率记为临时频率；如果该临时频率低于最小发车频率要求，则删除该线路，释放该线路的车辆数重新分配给其他线路；然后重复本步骤的操作继续调整各线路的发车频率，直至各线路的临时频率均高于最小发车频率要求后，以该临时频率作为各线路新的发车频率。

上述本发明的城市公交线路网络的生成方法，所述步骤3中，对得到的公交线网规划方案进行判断的具体操作方法优选包括：评价目标使出行者、城市公交运营管理部门两者受益，主要体现在出行者总费用、运营成本费用以及公交系统未能满足客流需求的惩罚费用三者之和最小，从而使整个城市公交系统的效益最大。

出行者总费用是指包括车站候车等待时间费用、车内运行时间费用、票价、换乘费用等乘客广义出行费用，同时还包括公交系统未能满足客流需求的惩罚费用等于公交线网规划方案下的乘客走行人公里数与相应的惩罚参数的乘积。城市公交作为公共基础设施，应尽量满足所有人的出行需求，若运营频率过低，出行者无法上车，没有公交站点覆盖，出行者需步行一段很长距离。这些费用等于均衡条件下最优策略费用与客流需求的乘积，见下式(3)，其中为节点i≠d∈D为起始点到达终点d的OD需求；为基于有效频率的策略均衡分配方法获得的节点i≠d∈D为起始点到达终点d的费用。

$C_1={\mathrm{\Σ}}_{d\∈D}{\mathrm{\Σ}}_{i\≠d}{g}_i^d{\mathrm{\τ}}_i^d---\left(3\right)$

公交运营成本费用主要包括车辆的折旧费、维修费、燃油费、工作人员工资和营业税等，公交部门统一将这些费用全部计入单位车小时成本中，所得的单位车小时成本是一个相对固定的值，设为C_v所以，公交运营成本费用为下式(4)所示：

C₂＝2·C_v·(∑_l∈Lf_l·T_l·Y_l)    (4)

式中，f_l为公交线l的频率；Y_l为公交线路l的日常运营时间。

公交运营成本还包括线路的管理费用。线路的管理费用为开通和运营一条线路所产生的固定费用，记为C_y。

C₃＝C_y·N_L    (5)

式中，N_L为公交线网的线路总数。

通过权重因子λ₁，λ₂，λ₃，将上述三个目标转换为一个综合目标如下式(6)所示：

${\min }_{R,L,F}{C}_L={\mathrm{\λ}}_1\·\left({\mathrm{\Σ}}_{d\∈D}{\mathrm{\Σ}}_{i\≠d}{g}_i^d{\mathrm{\τ}}_i^d\left(v\right)\right)+{\mathrm{\λ}}_2\·(2\·C_v\·({\mathrm{\Σ}}_{l\∈L}{f}_l\·T_l\·Y_l))+{\mathrm{\λ}}_3\·(C_y\·N_L)---\left(6\right)$

上述本发明的城市公交线路网络的生成方法，所述步骤3中，初始公交线网方案和邻域解搜索过程中，生成的线路和相应的发车频率应满足的约束条件特别包括：线路段的组合拼接约束、线路长度约束、线路非直线系数约束、线路运营频率的限制、线路负载效率系数的限制、中心节点间线路数限制、线网车队数的限制、场站存车能力限制、线网直达率的限制、线网覆盖率的限制，其具体如下：

(1)线路段的组合拼接的约束条件：组合拼接的所有相邻两个线路段的结合点都必须仅有一个公共点，且为端点；

$r_{k\left(i\right)}\∩r_{k(i+1)}=r_{k\left(i\right)}^h=r_{k(i+1)}^t{r}_{k\left(i\right)},r_{k(i+1)}\∈R,i=\mathrm{1,2},...,m\left(l\right)-1,$

$l=r_{k\left(1\right)}\⊕r_{k\left(2\right)}\⊕...\⊕r_{k\left(m\left(l\right)\right)},l\∈L---\left(7\right)$

其中r_k(i)为线路l拼接中排列在第i位的线路段，第分别表示线路段r_k(i)的头节点和线路段r_k(i+1)尾节点，令线路段中第一个端点为尾节点，最后一个端点为头节点；其中线路满足拼接关系，即：基于公交线路段集合R，r∈R，可以拼接出不同形式的公交线路，为线网设计提供大量的组合方案。在线路段的拼接过程中，线路段必须有且只有一个相同的端点，拼接后没有重复节点，并且满足线路长度和非直线系数约束。为了阐述该思想并建立数学模型，定义线路段组合拼接函数关系：存在以下的两个线路段：

$u=(u_1,u_2,...,u_{m_u}),v=(v_1,v_2,...,v_{m_v}),$ 若 $u_{m_u}=v_1,$

则运算表示为 $u\⊕v=(u_1,u_2,...,u_{m_u}=v_1,v_2,...,v_{m_p});$

如果存在 $w=[w_1,w_2,...,w_{m_w}],$ 且 $v_{m_v}=w_1$ 时，则

$u\⊕v\⊕w=(u\⊕v)\⊕w=u\⊕(v\⊕w)=(u_1,u_2,...,u_{m_u}=v_1,v_2,...,v_{m_v}=w_1,w_2,...,w_{m_w});$

该式表示为三个线路段的拼接运算，其中m_u，m_v，m_w分别为线路段u，v，w的节点数。

由拼接运算可知，公交线路l∈L是由多个线路段r∈R组合拼接而成，有序的线路段集合R_l＝{r_k(1)，r_k(2)，…，r_k(m(i))}；通过运算可以描述线路l中线路段的组合拼接方式：

$l=r_{k\left(1\right)}\⊕r_{k\left(2\right)}\⊕...\⊕r_{k\left(m\left(l\right)\right)},r_{k\left(1\right),}{r}_{k\left(2\right)},...,r_{k\left(m\left(l\right)\right)}\∈R,l\∈L$

$l=r_{k\left(1\right)}\⊕r_{k\left(2\right)}\⊕...\⊕r_{k\left(m\left(l\right)\right)},l\∈L---\left(8\right)$

式(8)中，m(l)表示为线路l包含的路段数。拼接成线路的所有不相邻公交线路段不能有重复节点。

(2)线路长度的约束条件：线路长度与城市的规模、城市居民的平均乘距等有关。线路过长，会增加系统的运营费用；线路过短则不利于运营调度。一般限制：

$D_{\min }\≤D_l={\mathrm{\Σ}}_{i=1}^{m\left(l\right)}{d}_{r_{k\left(i\right)}}\≤D_{\max },l=r_{k\left(1\right)}\⊕r_{k\left(2\right)}\⊕...\⊕r_{k\left(m\left(l\right)\right)},l\∈L---\left(9\right)$

式(9)中，D_min为线路长度的下限，D_max为线路长度的上限，D_l为公交线路l的长度，为线路段的长度。

(3)线路非直线系数的约束条件：公交线路长度与起、终点站间最短路长度之比称为线路的非直线系数。线路拐弯过多，行驶不便，会增加乘客的出行时间，也容易引起道路阻塞和交通事故，但由于城市地理形势实际限制，不可能所有线路都走最短路。一般限制：

$D_l/l{z}_{r_{k\left(1\right)}^t{r}_{k_{m\left(l\right)}}^h}\≤P_l,l=r_{k\left(1\right)}\⊕r_{k\left(2\right)}\⊕...\⊕r_{k\left(m\left(l\right)\right)},l\∈L---\left(10\right)$

式(10)中，为拼接后线路的起终点间的最短距离，P_l为最大非直线系数参数。

(4)线路运营频率的限制：线路运营频率直接反应了乘客在站台的候车等待时间间隔，为确保等待时间为乘客的可接受范围，故运营频率具有最低限制；当线路运营频率过大时，会增加列车运营管理的难度，故设上限值。一般限制：

f_min≤f_l≤f_max，l∈L    (11)

式(11)中，f_min为线路运营频率的下限，f_max为线路运营频率的上限。

(5)线路负载效率系数的限制：线路的负载效率系数是用来描述公交线路的不同路段间负载客流的均匀性。线路的负载效率系数越大，表示客流分布均匀，线路利用率越高；但超过一定值时，则存在一定的安全隐患和给乘客带来不舒适。故有

式(12)中，n(l)为线路l包含的路段数，分别为线路的负载系数的下限和上限。

(6)中心节点间线路数限制：在线路集L中，高需求中心节点对间开行直达公交，则任意中心节点对间至少开行一趟公交线路，故有

${\mathrm{\Σ}}_{r\∈R_{\mathrm{ij}}}{\mathrm{\Σ}}_{l\∈L}{\mathrm{\δ}}_r^l\≥1,i\≠j,i,j\∈C---\left(13\right)$

式(13)中，为线路段与线路的关联变量，若公交线路l经过线路段r∈R_cc时，否则为 ${\mathrm{\δ}}_r^n=0.$

(7)线网车队数的限制：城市公交运营成本费用主要取决于车辆使用数，运营车队过大会导致成本费用增加；线网规划后的运营车队一般优于当前网络的车辆使用数，故有

2·∑_l∈Lf_l·T_l≤W    (14)

式(14)中，T_l＝D_l/v_l为线路l从起点到终点的运营时间，其中v_l为线路l的车辆运行速度，则2·f_l·T_l表示高峰时段线路l运营的总车辆数。W为公交线网提供的最大车辆使用数。

(8)车站存车能力限制：一般而言，线路上所有运行的车辆都将存放在线路两端具有存车能力的车站停车场，故车站存车能力直接影响线路始发终到站的分布。线路两端车站按其作业技术车站可分为始发站和折返站，所有线路的车辆将停放在始发站，而折返站只折返技术作业，不停放车辆。故在线路两端存放的车辆等于线路高峰时段运营的总车辆数。

$b_{r_{k\left(1\right)}^t}+b_{r_{k\left(m\left(l\right)\right)}^h}=2\·f_l\·T_v,l=r_{k\left(1\right)}\⊕r_{k\left(2\right)}\⊕...\⊕r_{k\left(m\left(l\right)\right)},l\∈L---\left(15\right)$

式(15)中，车站表示线路l在起始车站和终点车站的停放车辆数.。线路设置包含两种类型：一类是两端均为可以存车的始发站，另一类是一端为始发站另一端为折返站。故在车站s∈S处停放了两类线路的车辆总数不能超过其存车能力。故有

${\mathrm{\Σ}}_{\left\{l:,\begin{array}{c}l=r_{k\left(1\right)}\⊕...\⊕r_{k\left(m\left(l\right)\right)}\\ r_{k\left(1\right)}^t=s\end{array}\right\}}{b}_{r_{k\left(1\right)}^t}+{\mathrm{\Σ}}_{\left\{l:,\begin{array}{c}l=r_{k\left(1\right)}\⊕...\⊕r_{k\left(m\left(l\right)\right)}\\ r_{k\left(m\left(l\right)\right)}^h=s\end{array}\right\}}{b}_{r_{k\left(m\left(l\right)\right)}^h}\≤B_s,s\∈S---\left(16\right)$

式(16)中，不等式左边第一部分表示以车站s为起点的所有线路l∈L在该站的停放车辆数，第二部分表示为以车站s为终点的所有线路l∈L在该站的停放车辆数，B_s为车站s的车辆存放能力。

(9)线网直达率的限制：线网直达客流任意OD间可以不通过换乘而直接到达乘客量，为线网中任意两点由同一条线路连接的所有OD需求量减去线路共线的OD对间重复计算的需求量。直达客流占规划区域总OD需求量的比例为线路直达率，直接反应线网的服务质量。线网应满足一定的直达率，故有

$\frac{1}{G_{\mathrm{od}}}({\mathrm{\Σ}}_{i\∈N,d\∈D}{g}_i^d\·{\mathrm{\ρ}}_{(i,d)}^L)\≥P_z---\left(17\right)$

式(17)中，G_od为规划区域的总OD需求量，路网中至少有一条公交线路通过(i，d)时，否则P_z为设计者预先设定线网应满足的最小直达率。

(10)线网覆盖率的限制：线网覆盖率表示线网覆盖区域的总OD需求量占规划区域的总OD需求比例，是衡量线网服务范围的指标，线网应满足一定覆盖率，故有

$\frac{1}{G_{\mathrm{od}}}({\mathrm{\Σ}}_{d\∈D}{\mathrm{\Σ}}_{i\∈N:i\≠d}{g}_i^d\·{\mathrm{\ζ}}_{(i,d)}^L)\≥P_g---\left(18\right)$

式(18)中，如果OD对(i，d)的有公交服务时，则否则P_g为设计者预先设定系统网络应满足的最小覆盖率。

本发明的上述技术方案是以以往的理论研究为基础，为追求公交线网规划与客流需求相吻合，利用策略和有效频率解决公交共线、能力约束和拥挤效应等条件下的乘客乘车选择行为分析。根据城市区域布局、城市交通中心节点的层次关系以及乘客的出行规律分析城市公交线路段的层次结构关系，提出以城市交通中心节点为界，生成的公交线路段为基本单元构造公交线路集，以线路段组合拼接关系运算为基础，最大发车频率作为初值，建立筛选组合拼接线路段、优化频率的双层规划模型；构造了删除、延伸或组合拼接中心节点至服务区域内节点间线路段，删除或替换、添加中心节点间线路段，基于中心节点的交换拼接公交线路段，删除线路，生成线路等7种线网调整和2种基于客流分配、站场能力和车队数量约束的频率调整的邻域解搜索策略；利用了公交线网设计和发车频率综合优化的模拟退火算法。

与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明通过结合城市区域布局、交通中心节点层次关系和乘客出行规律，分析了公交线路网的特征，生成以交通中心节点为界且具有层次结构关系的公交线路段，构造了公交线路段组合拼接生成公交线路的方法。基于发车频率的公交线网均衡配流模型对乘客乘车选择行为进行分析，在线路合理性约束和公交线网服务指标等约束条件下，综合考虑乘客和运营管理部门两方面的利益，建立了以公交线路段集为中间决策变量，线路集和发车频率为最终决策变量的公交线网规划双层规划模型；还设计了模拟退火求解算法，并在优选的方案中构造了七种线网调整和两种频率调整的邻域解搜索策略。我们的实验和研究结果表明，通过采用本发明的公交线网规划双层规划模型与规划方法生成得到的城市公交线路网具有良好的科学性、合理性，且整个规划过程简单高效。本发明的生成方法可结合使用计算机软件生成的本发明的公交线路网，使其能够很好地服务于现今的城市公交系统管理者和运营者，使得这一对城市道路管理者来说具有偶然性、随机性的决策工作变成一项具有规律性和可操作性的具体生成方法，这对于现今的交通规划、公交站点设置、公交线路规划等具有显著的经济指标和重要意义。

附图说明

图1为本发明中组合拼接线路段的操作示意图。

图2为本发明中基于中心节点的交换拼接操作示意图。

图3为本发明实施例1中调整后的Sioux Falls城市道路网络图。

图4为本发明实施例1中基于中心节点线路生成算法的Sioux Falls初始公交线网图。

图5为本发明实施例1中优化后的Sioux Falls公交线网规划方案图。

图6为本发明实施例2中某城市道路网络结构图。

具体实施方式

以下结合说明书附图和具体优选的实施例对本发明作进一步描述，但并不因此而限制本发明的保护范围。

实施例1：

一种本发明的基于分段拼接的城市公交线路网络的生成方法，包括以下步骤：

1.将某一城市公交站点作为网络节点，在Sioux Falls网络的基础上，结合城市道路路段适当调整后构成城市道路网络（参见图3）。将该城市道路网络通行能力乘以该城市公交用户占有率，转换得到公交道路通行能力，采用BPR函数作为费用函数，基于公交需求，利用用户均衡分配方法获得各公交站点通行点流量，然后利用公交中心点确定方法，从城市公交站点中筛选出公交中心节点，获得公交中心节点集合。具体到本实施例中，该城市道路网络包含24个节点，76条有向边，528个O-D对。以城市道路网络节点为基础，将有向网络转化为无向网络（图3中路段以实线表示），原OD量的0.5倍作为高峰时段客流量（见下表2），将原路段自由流行驶时间通过转换成路段长度（图3中标注在相应实线的一侧），同时设定该城市道路网络的公交用户占有率为0.5，则转换原始道路网络通行能力为公交道路通行能力（见下表1）。

表1Sioux Falls路段数据

表2：本实施例城市道路网络中的OD数据

确定公交中心节点集合：根据上述OD需求以及相应的城市道路网络图，利用上述发明内容部分提到的公交中心点确定方法，选出四个公交中心节点(简称中心节点)，包括图3中的中心节点4、中心节点10、中心节点18和中心节点22。

2.生成公交网络节点线路段集合：基于上述确定的公交中心节点集合，生成公交中心节点间公交线路段集合，以及公交中心节点与其服务范围内其他节点的公交单中心节点公交线路段集合，进而组合成公交网络节点线路段集合。根据上述发明内容部分描述的线路段生成方法，获得其公交线路段集R＝R_cc∪R_cs。

2.1公交中心节点间公交线路段集的生成方法主要包括：在城市道路网络上，基于某一路段的断面客流量v_s，选取任意两个公交中心节点i，j∈C，基于最短路径生成公交中心节点i，j间第一条公交线路段然后，基于第一条公交线路段，断开第一条公交线路段中断面客流量最小的子路段，再基于最短路径生成第二条公交线路段如此反复操作直到生成第条线路段或者无法再生成线路段为止；每次生成的公交线路段满足长度约束及非直线系数约束，同时保证不经过其他公交中心节点，即去除经过其他公交中心节点的线路段和不满足长度约束或非直线系数约束的线路段，得到该公交中心节点间公交线路段集合：其中n(i，j)为中心点对(i，j)间实际生成的线路段数。对所有的公交中心节点重复上述操作，所有公交中心节点对应的线路段集合构成了R_cc＝∪_{i，j∈C，i≠j}R_ij，生成公交中心节点间公交线路段集合R_cc。本实施例中的公交中心节点间公交线路段集合R_cc如下表3所示。

表3：中心节点间公交线路集

2.2公交单中心节点公交线路段集合的生成方法主要包括：通过连接某一公交中心节点与该服务半径θ范围内所有节点的最短路逐一生成节点内的公交线路段，然后去除该公交线路段内经过其他公交中心节点的线路段以及不满足长度约束或非直线系数约束的线路段，得到该公交单中心节点公交线路段集合。其中，通过两点的物理最短距离确定公交中心节点的服务区域，该公交中心节点i∈C与其他非中心节点s的最短路小于服务半径θ，即θ为服务区域半径，则S_i为公交中心节点i的服务区域内其他节点的集合，即 $S_i=\{s_i^1,...,s_i^q,...,s_i^{q\left(i\right)}\},$ 其中q(i)为服务区域的节点数，因此， $r_{{\mathrm{is}}_i^q}=(i,s_1,s_2,...,s_i^q),$ 再对其他各公交中心节点重复前述操作得到所有公交中心节点的公交单中心节点公交线路段集合R_cs＝∪_i∈CR_i。本实施例中，我们利用中心节点与区域内节点间的最短路，设置服务半径为7.5km，生成各个中心节点与区域内节点间公交线路段集R_cs如下表4所示。

表4：公交单中心节点公交线路段集

3.利用上述步骤生成的公交网络节点线路段集合，通过拼接公交线路段生成初始公交线网，同时设定各公交线路的发车频率，然后通过线网调整方法和频率调整方法对初始公交线网进行优化，并采用基于有效频率的策略均衡分配方法对每次优化生成的公交线网方案进行模拟和评价。利用模拟退火原理，在一定温度下、以一定概率选择邻域中的有效解，每进行一次邻域解构造操作，对得到的公交线网规划方案进行判断，若公交线网规划方案在进行操作之后不满足约束条件，则返回到操作前的结果；若满足，得到邻域解，从而获得公交线网和发车频率同时优化的城市公交线路网络。本实施例中具体的操作过程如下。

3.1确定初始公交线网规划方案。从中心节点间公交线路段集合(上表3)中选取每个点对间的第一条公交线路段构成线网的基本框架；再从公交单中心节点公交线路段集合(上表4)中选取合适的公交线路段与之组合拼接，获得过中心节点的线路集；最后，利用断面客流最大的路段处延伸生成线路。本实施例中共生成七条线路，满足路段覆盖率达73.68％，站点覆盖率95.83％，平均换乘次数0.53，目标函数值为3.81×10⁵。本实施例中获得较好的初始公交线网，如图4所示。初始公交线网规划方案信息如下表5所示，同时初始公交线网规划方案各站场停车量如下表6所示。

表5：实施例1中初始公交线网规划方案信息

表6：实施例1中初始公交线网规划方案各站场停车量

3.2线网方案和发车频率综合优化。利用模拟退火算法进行优化。在优化过程中，每次更新线网方案后进行相应的频率调整次数，得到当前线网下较优的发车频率。优化后获得的公交线网规划方案信息如下表7所示，同时优化后的公交线网规划方案各站场停车量如下表8所示。本实施例中优化后的公交线网规划方案如图5所示，共生成8条线路，满足路段覆盖率达89.5％，站点覆盖率100％，平均换乘次数0.52，目标函数值为3.43×10⁵。

表7：实施例1中优化后公交线网规划方案信息

表8：公交线网规划方案各站场停车量

在上述实施例的线路生成算法中，约束条件参数设置如下：线路长度上限和下限为D_max＝15km，D_min＝5km，非直线系数P_l＝1，4，线路运营频率的上限和下限为f_max＝30辆/h，f_min＝6辆/h，线路负载效率系数的上限和下限为公交车的额定载客数为85人，各中心节点的场站存车能力为45辆，而其他节点的存车能力为15辆，线网车队数W＝200辆，线网直达率P_z＝0.75，线网覆盖率P_g＝0.9，车速为20km/h。目标函数的权重因子λ₁＝1，λ₂＝1，λ₃＝1。目标函数中各公交线路的日常运营时刻为早上6:00至晚上10:00，则运营时间为16小时，单位车小时成本C_v＝62.5，各条线路固定费用C_y＝10000。

在上述实施例的模拟退火算法中，设置初始温度T₀＝100000，温度下降比例为η＝0.95，终止温度T_f＝100，同一温度下用线网方案迭代次数U＝30，频率调整的迭代次数U′＝5，当前解保持不变的最大容许次数N＝100。在均衡配流子算法中：MSA的迭代次数为20，计算策略费用时，票价为2元，换乘惩罚费用5分钟，停车时间为0.25分钟，走行时间为公交车的路段行驶时间的10倍，时间转化费用参数0.2元/分钟。

在上述实施例的利用Matlab实现公交线网规划双层规划模型的模拟退火求解算法时，主要设计了线路段生成模块、均衡配流模块、线网方案和发车频率综合优化的模拟退火算法模块。(所有涉及的算例都可在Windows7×64系统CPU为Inter(R)Core(TM)i5-2310 CPU2.90GHz的PC上通过MATLAB 7.11.0软件进行求解。)

实施例2：

将上述本发明的城市公交线路网络的生成方法应用到某一具体城市的公交线路网络中，如图6，有305个节点，430条双向路段，92720个公交O-D对，各O-D需求分布在0至1314之间，平均O-D需求为5.0。利用中心节点确定方法，选出12个中心节点9，13，114，126，141，146，179，203，216，245，275，282。同时生成1416条线路段，其中包括317条公交中心节点间的线路段和1099条公交单中心节点公交线路段集合的线路段。在本实施例生成的初始公交线网中，生成了60条线路(见下表9)，满足路段覆盖率达72.6％，站点覆盖率81.6％，目标函数值为7.79×10⁶。采用模拟退火算法优化后获得的公交线网规划方案信息如下表10所示，共生成61条线路，满足路段覆盖率达75.8％，站点覆盖率84.6％，目标函数值为6.93×10⁶。

表9：实施例2中城市初始公交线网数据

表10：实施例2中优化后的城市公交网络规划方案

Claims (10)

1.一种基于分段拼接的城市公交线路网络的生成方法，包括以下步骤：

步骤1：将城市公交站点作为网络节点，结合城市道路路段构成城市道路网络，将道路网络通行能力乘以城市公交用户占有率，转换得到公交道路通行能力，采用BPR函数作为费用函数，基于公交需求，利用用户均衡分配方法获得各公交站点通行点流量，然后利用公交中心点确定方法，从所述城市公交站点中筛选出公交中心节点，获得公交中心节点集合；

步骤2：基于步骤1确定的公交中心节点集合，生成公交中心节点间公交线路段集合，以及公交中心节点与其服务范围内其他节点的公交单中心节点公交线路段集合，进而组合成公交网络节点线路段集合；

步骤3：利用上述步骤2生成的公交网络节点线路段集合，通过拼接公交线路段生成初始公交线网，同时设定各公交线路的发车频率，获得初始公交线网规划方案；然后利用模拟退火算法对初始公交线网规划方案进行优化；在模拟退火算法中，每次通过线网调整方法和频率调整方法进行邻域解构造，形成新的公交线网规划方案并采用基于有效频率的策略均衡分配方法对其进行模拟和评价，接着利用模拟退火原理，在一定温度下、以一定概率选择邻域解；每进行一次邻域解构造操作，对得到的公交线网规划方案进行判断，若公交线网规划方案在进行操作之后不满足约束条件，则返回到操作前的结果；若满足，得到邻域解，从而获得公交线网和发车频率同时优化的城市公交线路网络。

2.根据权利要求1所述的城市公交线路网络的生成方法，其特征在于：所述步骤1中，利用用户均衡分配方法获得各公交站点通行点流量的具体操作包括：利用用户均衡分配获得各公交站点间路段的流量，据此同时计算进入各公交站点的进入流量和以各公交站点为起点的OD需求流量总和得到各公交站点的通行点流量v_s。

3.根据权利要求2所述的城市公交线路网络的生成方法，其特征在于：所述步骤1中，所述公交中心点确定方法的具体操作包括：以计算得到的所述各公交站点的通行点流量为基础，设置一阈值ψ，如果v_s大于等于阈值ψ，确定站点s为候选中心节点，从而获得候选中心节点集合C′＝{s∈S|v_s≥ψ}；对于候选中心节点s∈C′，如果v_s都大于相邻节点s′的流量αv_s′其中α＞1，则确定该候选中心节点s为备选中心节点，从而获得备选中心节点集合C″＝{s∈C′|v_s≥αv_s′，(s，s′）∈}。

4.根据权利要求3所述的城市公交线路网络的生成方法，其特征在于：如果所述备选中心节点数量占总节点个数的比例大于ψ₁，则执行如下步骤：

对于备选中心节点s∈C″，执行以下步骤：找出集合C″中点流量最大的点s_max，对于s∈C″且s≠s_max，如果点s_max到点s的最短路径D(s_max，s)＜θ₁，则执行C″＝C″-{s}，从而获得中心点集合C＝C″；

如果所述备选中心节点数量占总节点个数的比例少于ψ₂，则执行如下步骤：

（1）令公交中心节点集合

（2）找出集合C′中通行点流量最大的点s_max，将点s_max加入集合C并从集合C′去掉点s_max，即令C＝C∪{s_max}且C′＝C′-{s_max}；对于每个点s∈C′且s≠s_max，如果点s_max到点的最短路径D(s_max，s)＜θ₁，则令从集合C′去掉点s，即C′＝C′-{s}；

（3）重复步骤（2）直至为止。

5.根据权利要求1所述的城市公交线路网络的生成方法，其特征在于：所述步骤2中，公交中心节点间公交线路段集合的生成方法主要包括：在所述城市道路网络上，基于某一路段的断面客流量v_e，选取任意两个公交中心节点i，j∈C，利用没有重复点的K-最短路算法，获得i，j间的K条路径作为候选线路段，删除其中经过其他公交中心节点的线路段和不满足长度约束或非直线系数约束的线路段，得到该公交中心节点间公交线路段集合：其中n(i，j)为中心点对(i，j)间实际生成的线路段数；对所有的公交中心节点重复上述操作，所有公交中心节点对应的线路段集合构成了R_cc＝∪_{i，j∈C，i≠j}R_ij，生成公交中心节点间公交线路段集合R_cc。

6.根据权利要求1所述的城市公交线路网络的生成方法，其特征在于：所述步骤（2）中，公交单中心节点公交线路段集合的生成方法主要包括：通过连接某一公交中心节点与该服务半径范围内所有节点的最短路逐一生成节点内的公交线路段，然后去除该公交线路段内经过其他公交中心节点的线路段以及不满足长度约束或非直线系数约束的线路段，得到该公交单中心节点公交线路段集合；再对其他各公交中心节点重复前述操作得到所有公交单中心节点公交线路段集合。

7.根据权利要求1～6中任一项所述的城市公交线路网络的生成方法，其特征在于：所述步骤3中，通过拼接公交线路段生成初始公交线网的具体操作方法包括：首先在步骤2生成的公交网络节点线路段集合中对任意两个公交中心节点之间随机选取一个公交线路段，以确定线网基本框架，然后扩展公交中心节点间的线路段，以及扩展过一个公交中心节点的线路段，再生成不过公交中心节点的线路段以提高覆盖率，设置各条线路的频率与流量匹配，获得初始公交线网。

8.根据权利要求1所述的城市公交线路网络的生成方法，其特征在于：所述步骤3中，所述线网调整方法至少包括以下a）～g）中的任意一种：

a）删除公交中心节点至其服务区域内其他非中心节点间线路段；

b）延伸或组合拼接公交中心节点至服务区域内其他节点间线路段；

c）删除或替换公交中心节点间线路段；

d）添加公交中心节点间线路段；

e）基于公交中心节点的交换拼接公交线路段；

f）基于公交中心节点的删除公交线路段；

g）基于公交中心节点的生成公交线路段。

9.根据权利要求1所述的城市公交线路网络的生成方法，其特征在于：所述频率调整方法包括基于客流分配的频率调整方法和/或基于站场能力和车队数量约束的频率调整方法。

10.根据权利要求9所述的城市公交线路网络的生成方法，其特征在于：所述基于站场能力和车队数量约束的频率调整方法具体包括：

（1）满足站场能力约束的频率调整方法：对于各公交站点，当初始公交线网或优化后公交线网不满足该公交站点能力约束时，对于通过该公交站点的线路，按照该公交站点最大停留车辆数与现停留车辆数的比例，同步缩小通过该公交站点的各线路的车辆数，将缩小后各线路的发车频率记为临时频率；如果存在某一线路的临时频率低于最小发车频率要求，则删除该线路，释放该线路的车辆数重新分配给其他线路；然后重复本步骤的操作继续调整各线路的发车频率，直至各线路的临时频率均高于最小发车频率要求后，以该临时频率作为各线路新的发车频率；

（2）基于执行车队数限制约束的频率调整方法：对于各公交站点，当初始公交线网或优化后公交线网不满足某一线路的车队数限制时，对于通过公交站点的该线路，按照车队现有车辆总数与所需车辆总数的比例，同步缩小该线路的发车频率记为临时频率；如果该临时频率低于最小发车频率要求，则删除该线路，释放该线路的车辆数重新分配给其他线路；然后重复本步骤的操作继续调整各线路的发车频率，直至各线路的临时频率均高于最小发车频率要求后，以该临时频率作为各线路新的发车频率。