CN104933479A - 一种基于可达性的城市公交枢纽布点规划方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于可达性的城市公交枢纽布点规划方法，包括以下步骤：提出公交枢纽的初步布点方案；考虑公交枢纽的集散功能建立公交枢纽覆盖人口数量的目标函数，考虑公交枢纽的换乘功能建立公交枢纽与城市中心体系的耦合关系的目标函数，建立基于可达性的城市公交枢纽布点模型；对各个初步布点方案进行调整得到其优化调整方案，计算各个方案的优化调整方案的模型值；比较各个方案的优化调整方案的模型值，取具有最大模型值的方案为城市公交枢纽布点的最终优化方案。本发明可达到促使更多的出行者利用公交枢纽转换公交网络完成出行，提高公交出行的可达性，促进公交优先发展的目的。本发明简单实用，可操作性和有效性强。

Description

一种基于可达性的城市公交枢纽布点规划方法

技术领域

本发明涉及根据公交枢纽的集散功能和换乘功能，提高出行者利用公交枢纽转换公交网络出行的可达性，确定城市公交枢纽的布点规划方案，以达到促使更多的出行者利用公交枢纽转换公交网络完成出行，提高公交出行的可达性，促进公交优先发展的目的。属于城市交通规划领域。

背景技术

城市公交枢纽是城市交通网络的重要组成部分，对提高城市交通系统整体运行效率、衔接城市内外交通、调整公交线网布局、合理引导客流走向、方便乘客换乘以及带动地区开发都有着举足轻重的作用。常用的城市公交枢纽布点规划方法有重心法、节点流量法等方法，这些传统的公交枢纽布点方法主要考虑研究区域的空间几何特征、枢纽客流量等因素，机械地采用空间几何特征、客流分布等因素来确定枢纽布点，未能与城市用地布局、人口出行相结合，造成公交枢纽的使用不便和可达性较差，并且公交网络的整体可达性也较差、公交网络辐射范围有限。

经发明人长期研究发现，城市公交枢纽在公交网络中主要发挥集散功能和换乘功能，并且城市公交枢纽与人口分布、城市中心体系等因素密切相关。因此，如果能建立一种基于可达性的城市公交枢纽布点规划方法，使公交枢纽与其覆盖人口的可达性最大、公交枢纽与城市中心体系的耦合关系最优，充分发挥城市公交枢纽的集散功能和换乘功能，提高出行者利用公交枢纽转换公交网络出行的可达性，促进公交优先发展。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种基于可达性的城市公交枢纽布点规划方法，本发明将城市公交枢纽布点与人口分布、城市中心体系紧密结合，能充分发挥城市公交枢纽的集散功能和换乘功能，具有针对性强的优点。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

一种基于可达性的城市公交枢纽布点规划方法，包含以下步骤：

步骤1)，根据公交出行OD确定公交枢纽的N个初步布点方案，N为大于等于1的自然数；

步骤2)，建立公交枢纽覆盖人口数量的目标函数；

步骤3)，建立公交枢纽与城市中心体系的耦合关系的目标函数；

步骤4)，根据步骤2)中和步骤3)中建立的目标函数，建立基于可达性的城市公交枢纽布点模型；

步骤5)，根据步骤2)中和步骤3)中建立的目标函数对各个初步布点方案进行调整，得到各个初步布点方案的优化调整方案；

步骤6)，根据步骤4)中建立的基于可达性的城市公交枢纽布点模型计算各个初步布点方案的优化调整方案的模型值；

步骤7)，比较各个初步布点方案的优化调整方案的模型值，取具有最大模型值的初步布点方案为城市公交枢纽布点规划方案。

作为本发明一种基于可达性的城市公交枢纽布点规划方法进一步的优化方案，所述步骤2)的详细步骤如下：

步骤2.1)，根据以下公式计算公交枢纽所覆盖区域内各个交通小区的中心点对公交枢纽的影响度λ_r(k)：

${\mathrm{\λ}}_r\left(k\right)=\underset{i=1}{\overset{I}{\Σ}}\frac{3}{\mathrm{\π}r}{\[1-\frac{d(s_i-k)}{r}\]}^2$

其中，s_i为公交枢纽k所覆盖区域内第i个交通小区的中心点，i为大于零小于等于I的自然数，I为公交枢纽k所覆盖区域内交通小区的个数，d(s_i-k)为中心点s_i到公交枢纽k的距离，r为公交枢纽的影响范围半径；

步骤2.2)，根据以下公式计算每个中心点上的人口数到公交枢纽的可达性：

$T_{{\mathrm{ks}}_i}=P_{ki}*{\mathrm{\λ}}_r\left(k\right)$

其中，为中心点s_i的人口数到公交枢纽的可达性，P_ki为中心点s_i所赋予的人口数；

步骤2.3)，计算公交枢纽对其所覆盖人口的吸引力T_k：

$T_k=\underset{i=1}{\overset{I}{\Σ}}{T}_{ki}=\underset{i=1}{\overset{I}{\Σ}}{P}_{ki}*{\mathrm{\λ}}_r\left(k\right)$

步骤2.4)，建立第n个公交枢纽布点方案覆盖的人口数量的目标函数f_1n：

$f_{1n}={\left(\underset{k=1}{\overset{K}{\Σ}}\underset{i=1}{\overset{I}{\Σ}}{T}_{ki}\right)}_n={\left(\underset{k=1}{\overset{K}{\Σ}}\underset{i=1}{\overset{I}{\Σ}}{P}_{ki}*{\mathrm{\λ}}_r\left(k\right)\right)}_n$

其中，K为城市中公交枢纽的个数，n为大于零小于等于N的自然数，N为城市公交枢纽初步布点方案的个数。

作为本发明一种基于可达性的城市公交枢纽布点规划方法进一步的优化方案，所述步骤3)的详细步骤如下：

步骤3.1)，根据以下公式计算城市中所有交通小区对于各个公交枢纽的连通度：

$D_k=\underset{j=1}{\overset{J}{\Σ}}{l}_{kj}\×{\mathrm{\β}}_{kj},(j=1,...,J)$

其中，D_k为城市中所有交通小区对于公交枢纽k的连通度，J为城市中所有交通小区的个数，j为大于等于1且小于等于J的自然数，l_kj为城市中第j个交通小区与公交枢纽k之间的最短路径，当第j个交通小区与公交枢纽k存在公交直接连接时，β_kj＝1，否则，β_kj＝0；

步骤3.2)，建立第n个公交枢纽布点方案中公交枢纽与城市中心体系的耦合关系的目标函数f_2n：

$f_{2n}={\left(\underset{k=1}{\overset{K}{\mathrm{\Σ}}}{D}_k\right)}_n={(\underset{k=1}{\overset{K}{\Σ}}\underset{j=1}{\overset{J}{\Σ}}{l}_{kj}\×{\mathrm{\β}}_{kj})}_n.$

作为本发明一种基于可达性的城市公交枢纽布点规划方法进一步的优化方案，所述步骤4)中基于可达性的城市公交枢纽布点模型f_n为：

$f_n=\frac{f_{1n}}{\underset{n=1}{\overset{N}{\Σ}}{f}_{1n}}+\frac{f_{2n}}{\underset{n=1}{\overset{N}{\Σ}}{f}_{2n}}=\frac{{(\underset{k=1}{\overset{K}{\Σ}}\underset{i=1}{\overset{I}{\Σ}}{P}_{ki}*{\mathrm{\λ}}_{\mathrm{\τ}}\left(k\right))}_n}{\underset{n=1}{\overset{N}{\Σ}}{(\underset{k=1}{\overset{K}{\Σ}}\underset{i=1}{\overset{I}{\Σ}}{P}_{ki}*{\mathrm{\λ}}_{\mathrm{\τ}}\left(k\right))}_n}+\frac{{(\underset{k=1}{\overset{K}{\Σ}}\underset{j=1}{\overset{J}{\Σ}}{l}_{kj}\×{\mathrm{\β}}_{kj})}_n}{\underset{n=1}{\overset{N}{\Σ}}{\left(\underset{k=1}{\overset{K}{\Σ}}\underset{j=1}{\overset{J}{\Σ}}{l}_{kj}\×{\mathrm{\β}}_{kj}\right)}_n}.$

作为本发明一种基于可达性的城市公交枢纽布点规划方法进一步的优化方案，所述步骤5)的详细步骤如下：

步骤5.1)，对于第n个公交枢纽布点方案，分别计算其覆盖人口数量的目标函数f_1n、布点方案中公交枢纽与城市中心体系的耦合关系的目标函数f_2n，当f_1n＜f_1min时，调整方案中覆盖人口数量最小的公交枢纽的布点；当f_2n＜f_2min时，调整方案中与城市所有交通小区连通度最小的公交枢纽的布点；通过调整得到新的规划布点方案，计算新的规划布点方案的目标函数值；

其中，f_1min为预先设定的公交枢纽覆盖人口数量的最小阈值；f_2min为预先设定的公交枢纽与城市所有交通小区连通度的最小阈值；

步骤5.2)，重复执行步骤5.1)，直至f_1n＞f_1min并且f_2n＞f_2min时，结束优化调整过程，得到第n个公交枢纽布点方案的优化调整方案；

步骤5.3)，对所有公交枢纽布点方案执行步骤5.1)和步骤5.2)，得到各个公交枢纽布点方案的优化调整方案。

本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：

1、基于可达性的城市公交枢纽布点规划方法综合考虑了公交枢纽的集散功能和换乘功能，有利于公交枢纽功能的发挥。

2、将城市公交枢纽与城市用地布局、人口出行等要素紧密结合，有利于促进更多的出行者利用公交枢纽转换公交网络完成出行，提高公交出行的可达性。

附图说明

图1是基于可达性的城市公交枢纽布点规划的流程图；

图2是案例的公交枢纽覆盖交通小区示意图。

具体实施方式

以《苏州工业园区综合交通规划(2012-2030)》中的公交枢纽布点规划为例，下面对本发明的技术方案做进一步的详细说明：

如图1所示，本发明公开了一种基于可达性的城市公交枢纽布点规划方法，包含以下步骤：

1、根据规划城市中心体系、公交出行OD和轨道交通线路的初步规划方案，提出公交枢纽布点的三个初步方案。

2、建立基于可达性的城市公交枢纽布点模型，以方案一中月亮湾枢纽为例：

2.1)首先确定枢纽的影响范围。公交枢纽主要考虑采用常规公交来接驳轨道交通，常规公交运营速度按照16-20公里/小时计算，则10分钟可达的范围区域半径为3公里左右，因此预先设置区域半径r＝3公里。由于布设的枢纽和划分的交通小区较多，园区内部交通小区共539个，选取某个枢纽在预设区域范围内交通小区为对象进行分析。以月亮湾枢纽为例，枢纽编号为k＝1，该枢纽为城市内部的公交换乘枢纽，月亮湾枢纽覆盖交通小区示意图如下所示，在月亮湾枢纽3公里半径范围内覆盖46个交通小区，具体状况如图2所示。

2.2)根据各交通小区中心点s_i与枢纽之间的距离采用核密度估计法计算各交通小区中心点对枢纽的影响度λ_r(k)。各交通小区的居住人口及其在枢纽影响范围内的比例如下表所示，计算各交通小区居住人口与枢纽的可达性以交通小区2为例，其对与月亮湾枢纽之间的影响度λ_i＝2＝0.352，在枢纽影响范围内的居住人口P₁₂＝7391，则交通小区2的居住人口与枢纽之间的可达性T₁₂＝P₁₂*λ_i＝2＝7391*0.352＝2586.9。

2.3)计算枢纽与交通小区的连通度D_k，进而计算目标函数值f₂。交通小区2对于月亮湾枢纽的连通度D₁₂＝l₁₂×β₁₂＝2.8，依次计算城市各交通小区与枢纽的连通度D_{1j(j＝1...539)}，进而得到月亮湾枢纽与城市所有交通小区的连通度D₁＝10.7。

表1月亮湾枢纽覆盖交通小区居住人口与枢纽的可达性

2.4)按照2.2)和2.3)的步骤计算所有公交枢纽的覆盖人口数量和连通度，得到方案一初步布点方案的目标函数值f₁₁＝25008和f₂₁＝52；

3、根据苏州工业园区城市规模，确定城市所要求的公交枢纽覆盖人口数量的最大阈值f_1min＝30000，城市所要求的公交枢纽与城市所有交通小区连通度的最大阈值f_2min＝60，f₁₁＜f_1min并且f₂₁＜f_2min，调整覆盖人口数量最小的公交枢纽的布点，并且调整与城市所有交通小区连通度最小的公交枢纽的布点；

4、重复以上的优化调整过程，当f₁₁＞f_1max并且f₂₁＞f_2min时，结束方案一的优化调整过程，得到方案一的优化调整方案。

5、对于方案二、方案三，采用同样的计算过程，得到三个方案的优化调整方案。

6、比较三个方案的优化调整方案的模型值，取具有最大模型值的方案为城市公交枢纽布点的最终优化方案。

7、通过对三个方案的优化调整方案的模型值的比较，得到方案一为最终优化方案。苏州工业园区共规划三类客运枢纽：综合交通换乘枢纽、公交换乘枢纽和停车换乘枢纽，其中公交换乘枢纽29处。

本技术领域技术人员可以理解的是，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种基于可达性的城市公交枢纽布点规划方法，其特征在于，包含以下步骤：

步骤1)，根据公交出行OD确定公交枢纽的N个初步布点方案，N为大于等于1的自然数；

步骤2)，建立公交枢纽覆盖人口数量的目标函数；

步骤3)，建立公交枢纽与城市中心体系的耦合关系的目标函数；

步骤4)，根据步骤2)中和步骤3)中建立的目标函数，建立基于可达性的城市公交枢纽布点模型；

步骤5)，根据步骤2)中和步骤3)中建立的目标函数对各个初步布点方案进行调整，得到各个初步布点方案的优化调整方案；

步骤6)，根据步骤4)中建立的基于可达性的城市公交枢纽布点模型计算各个初步布点方案的优化调整方案的模型值；

步骤7)，比较各个初步布点方案的优化调整方案的模型值，取具有最大模型值的初步布点方案为城市公交枢纽布点规划方案。

2.根据权利要求1所述的基于可达性的城市公交枢纽布点规划方法，其特征在于，所述步骤2)的详细步骤如下：

步骤2.1)，根据以下公式计算公交枢纽所覆盖区域内各个交通小区的中心点对公交枢纽的影响度λ_r(k)：

${\mathrm{\λ}}_r\left(k\right)=\underset{i=1}{\overset{I}{\Σ}}\frac{3}{\mathrm{\π}r}{\[1-\frac{d(s_i-k)}{r}\]}^2$

其中，s_i为公交枢纽k所覆盖区域内第i个交通小区的中心点，i为大于零小于等于I的自然数，I为公交枢纽k所覆盖区域内交通小区的个数，d(s_i-k)为中心点s_i到公交枢纽k的距离，r为公交枢纽的影响范围半径；

步骤2.2)，根据以下公式计算每个中心点上的人口数到公交枢纽的可达性：

$T_{{\mathrm{ks}}_i}=P_{ki}*{\mathrm{\λ}}_r\left(k\right)$

其中，为中心点s_i的人口数到公交枢纽的可达性，P_ki为中心点s_i所赋予的人口数；

步骤2.3)，计算公交枢纽对其所覆盖人口的吸引力T_k：

$T_k=\underset{i=1}{\overset{I}{\Σ}}{T}_{ki}=\underset{i=1}{\overset{I}{\Σ}}{P}_{ki}*{\mathrm{\λ}}_r\left(k\right)$

步骤2.4)，建立第n个公交枢纽布点方案覆盖的人口数量的目标函数f_1n：

$f_{1n}={\left(\underset{k=1}{\overset{K}{\Σ}}\underset{i=1}{\overset{I}{\Σ}}{T}_{ki}\right)}_n={(\underset{k=1}{\overset{K}{\Σ}}\underset{i=1}{\overset{I}{\Σ}}{P}_{ki}*{\mathrm{\λ}}_r(k\left)\right)}_n$

其中，K为城市中公交枢纽的个数，n为大于零小于等于N的自然数，N为城市公交枢纽初步布点方案的个数。

3.根据权利要求2所述的基于可达性的城市公交枢纽布点规划方法，其特征在于，所述步骤3)的详细步骤如下：

步骤3.1)，根据以下公式计算城市中所有交通小区对于各个公交枢纽的连通度：

$D_k=\underset{j=1}{\overset{J}{\Σ}}{l}_{kj}\×{\mathrm{\β}}_{kj},(j=1,\mathrm{...},J)$

其中，D_k为城市中所有交通小区对于公交枢纽k的连通度，J为城市中所有交通小区的个数，j为大于等于1且小于等于J的自然数，l_kj为城市中第j个交通小区与公交枢纽k之间的最短路径，当第j个交通小区与公交枢纽k存在公交直接连接时，β_kj＝1，否则，β_kj＝0；

步骤3.2)，建立第n个公交枢纽布点方案中公交枢纽与城市中心体系的耦合关系的目标函数f_2n：

$f_{2n}={\left(\underset{k=1}{\overset{K}{\Σ}}{D}_k\right)}_n={(\underset{k=1}{\overset{K}{\Σ}}\underset{j=1}{\overset{J}{\Σ}}{l}_{kj}\×{\mathrm{\β}}_{kj})}_n.$

4.根据权利要求3所述的基于可达性的城市公交枢纽布点规划方法，其特征在于，所述步骤4)中基于可达性的城市公交枢纽布点模型f_n为：

$f_n=\frac{f_{1n}}{\underset{n=1}{\overset{N}{\Σ}}{f}_{1n}}+\frac{f_{2n}}{\underset{n=1}{\overset{N}{\Σ}}{f}_{2n}}=\frac{{(\underset{k=1}{\overset{K}{\Σ}}\underset{i=1}{\overset{I}{\Σ}}{P}_{ki}*{\mathrm{\λ}}_{\mathrm{\τ}}(k\left)\right)}_n}{\underset{n=1}{\overset{N}{\Σ}}{(\underset{k=1}{\overset{K}{\Σ}}\underset{i=1}{\overset{I}{\Σ}}{P}_{ki}*{\mathrm{\λ}}_{\mathrm{\τ}}(k\left)\right)}_n}+\frac{{(\underset{k=1}{\overset{K}{\Σ}}\underset{j=1}{\overset{J}{\Σ}}{l}_{kj}\×{\mathrm{\β}}_{kj})}_n}{\underset{n=1}{\overset{N}{\Σ}}{(\underset{k=1}{\overset{K}{\Σ}}\underset{j=1}{\overset{J}{\Σ}}{l}_{kj}\×{\mathrm{\β}}_{kj})}_n}.$

5.根据权利要求4所述的基于可达性的城市公交枢纽布点规划方法，其特征在于，所述步骤5)的详细步骤如下：

步骤5.1)，对于第n个公交枢纽布点方案，分别计算其覆盖人口数量的目标函数f_1n、布点方案中公交枢纽与城市中心体系的耦合关系的目标函数f_2n，当f_1n＜f_1min时，调整方案中覆盖人口数量最小的公交枢纽的布点；当f_2n＜f_2min时，调整方案中与城市所有交通小区连通度最小的公交枢纽的布点；通过调整得到新的规划布点方案，计算新的规划布点方案的目标函数值；

其中，f_1min为预先设定的公交枢纽覆盖人口数量的最小阈值；f_2min为预先设定的公交枢纽与城市所有交通小区连通度的最小阈值；

步骤5.2)，重复执行步骤5.1)，直至f_1n＞f_1min并且f_2n＞f_2min时，结束优化调整过程，得到第n个公交枢纽布点方案的优化调整方案；

步骤5.3)，对所有公交枢纽布点方案执行步骤5.1)和步骤5.2)，得到各个公交枢纽布点方案的优化调整方案。