[发明专利]基于层次规划的城市常规公交线网设计方法

摘要

本发明公开了一种基于层次规划的城市常规公交线网设计方法，本发明根据乘客出行模式对线网进行层次划分，并根据“层次规划”结果，依次搜索各层次的可选线路，并进行需求分配；以需求分配结构为依据，构建一个以发车频率为变量，以乘客和运营者成本最小为目标函数，以线路长度、发车频率、运输能力、线路数量等限制条件为约束的城市常规公交线网设计模型；采用模拟退火算法对模型进行求解，最终可同时确定线网结构和线路发车频率，实现“层次规划”公交线网设计模型的一次成网。本发明中还将交通小区对应到多个出发或到达站点，与交通小区周边站点的实际设置情况更吻合，同时模型的计算结果较稳定。

主权项

一种基于层次规划的城市常规公交线网设计方法，其特征在于，包括如下步骤：S1对已知公交线网进行简化和处理，具体是通过增加中心节点与分配节点，使各个交通小区对应多个出发点或到达站点；S2采用Dijkstra算法求解各分配节点OD对间的最短路径，并应用K最短路算法对候选线路集合进行扩充，根据长度约束条件对求解得到的最短路径进行初始筛选，将满足条件的最短线路作为初始候选线路，存储到集合A中；S3确定初始候选线路的集合，按乘客的出行模式对公交线网进行层次划分及流量分配，在层次划分过程中，按乘客的换乘次数和长步行次数进行层次划分；S4根据层次划分结果，搜索各层次乘客可选的线路，按各候选线路上乘客的总出行时间进行需求分配；S5以乘客的出行成本及企业营运成本最小化为目标，建立目标函数，其中，乘客的出行成本包括等车成本、车内成本和换乘成本三部分；Min TC＝C_W+C_R+C_I+C_o，其中，C_W是乘客的等车成本，C_R为乘客的换乘成本，C_I是乘客的车内成本，C_o车辆运营成本；S6设定相关约束条件，所述约束条件包括：(1)线路长度l_ij约束，200≤l_ij≤3000，单位是米；(2)发车频率f_k，同一线路双向发车频率相等，约束为：f_k＝f_k+1 k＝1,3,5,……；30≥f_k≥0；f_k is integer；(3)运输能力约束，q_kmax≤f_k·cap·load其中，q_kmax是线路k上的最大流量；cap是车辆容量；load为允许的最大负载因子；(4)最大线路数量N_R≤N_Rmax其中，N_R表示路网中的线路数量；N_Rmax表示允许的路网解中的最大线路数量；S7由上述目标函数及约束条件，整理可得如下的公交线网设计的非线性数学规划模型：Min TC＝C_W+C_R+C_I+C_Os.t.200≤l_ij≤3000f_k＝f_k+1 k＝1,3,5,……30≥f_k≥0f_k is integerq_kmax≤f_k·cap·loadN_R≤N_RmaxS8采用模拟退火算法对上述非线性数学规划模型进行求解，确定公交线网中的线路结构及发车频率。