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1、华中科技大学 硕士学位论文 基于多模式公共交通最优路径算法研究 姓名：潘星 申请学位级别：硕士 专业：系统工程 指导教师：张征 2011-02-24 I 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 摘 要 随着经济和社会的快速发展，城市交通进入快速发展的阶段，城市交通拥堵问 题成为城市发展过程中亟待解决的难题。缓解城市交通拥堵有效办法之一是优先发 展公共交通，提升公交运行服务水平。轨道交通拥有速度快、运量大、污染小、效 率高等特点，成为城市公共交通结构中不可或缺的组成部分，是解决城市交通日趋 严重的供需矛盾和满足城市化需求的一种有效手段。本文通过问卷调查分析乘客出 行心理，探讨多模式公共交
2、通出行的最优路径选择原则，为出行者提供最优出行方 案。 结合当前城市公交系统的发展情况，论文分析了多模式公共交通网络系统的组 成及网络特性，从运行速度、票价、客运能力、可靠性等方面对常规公交、轨道交 通和 BRT 公交这三种模式做了详细的分析与比较。本文同时对乘客在多模式公交系 统中的出行心理进行了分析，分别从最少换乘次数、最少出行时间和最少出行费用 等出行路径选择原则来对出行时间、出行费用和舒适度等因素进行综合评估。 本文详细介绍了启发式策略中的层次策略及广度优先算法，并分析比较二者在 公交网络中最优路径分析的优缺点。在此基础上提出了改进的层次策略和改进的广 度优先算法，通过分析多模式公共交
3、通的特点，构建广义出行阻抗函数，进而结合 可步行范围及换乘次数提出一种基于多模式公共交通系统的出行路径选择算法模 型，并给出了算法具体步骤流程。最后结合多模式公共交通系统的特点，对出行路 径选择模型进行实例分析，并与其它路径寻优算法所得的结果进行对比分析，表明 本文提出的算法模型能更好的反映乘客的出行行为心理和最优路径选择原则，为从 传统公共交通模式向多模式公共交通转变情况下的乘客出行路径选择提供了一种思 路方法。 关键词关键词：多模式，公交网络，出行行为，层次策略，广度优先，模型算法 II 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 Abstract With the developme
4、nt of economy and community, urban transport has come into the period of rapid development. The traffic jams have become a problem which is difficult to resolve. Giving priority to develop public transport and enhancing its service are the most effective way to relieve traffic jams. Rail transportat
5、ion becomes an indispensability of urban public transport with the features of faster, larger capacity, lower pollution and highly efficient. It becomes an effective way to solve the traffic jam problem. In this paper , we analyze travelers psychology and discussed the principles of choosing the opt
6、imal path based on multi-modal public transport, in order to help travelers to choose the best way. Combining the current levels of urban public transport systems, we analyze the multi-modal public transport network system components. A comparison between the models of conventional public transit, r
7、ail and BRT buses is given in the aspects of speed, fares, capacity, reliability. From the behavior psychological processes of the passengers traveling, we summarize and analyze the impact factors, principles of selection and measurement standards of trip path, and re-defines the principle of the op
8、timal path selection. The level strategy and the Breadth first algorithm are described in detail, and both of advantages and disadvantages are compared. On the basis of analysis, we put forward the improved Level strategy algorithm and improved Breadth first algorithm, and then build a generalized i
9、mpedance function model of path. A route choice model based on multi-modal public transport is given in consideration of both walking distance and transfer times. Specific steps of the algorithm processes are also given as well as the empirical in this thesis. Comparing with the results obtained fro
10、m the other algorithms and principles, the results show that the proposed model algorithm can reflect passenger travel behavior psychological processes and the optimal choice principles much better. Under the situation of changing form the traditional bus transit models to multi-mode, we can provide
11、 an III 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 alternative method for the selection of passengers trip path in this thesis. Key words: Multi-Modal; Public Transit Network; Travel Behavior; Level Strategy; Breadth-First Search; Model Algorithm 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研 究成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何
12、其他个人或 集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在 文中以明确方式标明。本人完全意识到，本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名： 日期： 年 月 日 学位论文版权使用授权书学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权 保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。 本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检 索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 保密 ，在_年解密后适用本授权书。 不保密。 （请在以上方框内打“” ） 学位论
13、文作者签名： 指导教师签名： 日期： 年 月 日 日期： 年 月 本 论 文 1 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 1. 绪 论 1.1 研究背景 近几年来，随着我国社会经济的快速发展以及城市化进程的加快，交通需求不 断增大，机动车数量急剧增加，因而城市交通问题日趋严重，汽车造成的道路拥挤， 以及产生的空气污染和噪音污染，严重影响了城市环境和发展。由于我国城市交通 存在基础设施条件、公共交通供给、交通管理水平相对不足的情况，这使原本严峻 的交通安全、环境污染、道路拥挤、车祸频繁等问题更加严重 1。 目前，城市公共交通利用率及效率问题在我国城市交通问题中更为突出。世界 上公认的效率
14、最高的交通方式是公共交通，而在我国大中型城市公共交通系统发展 比较滞后，特别是常规公共交通的准点性、方便性、舒适性等，解决城市交通拥堵 问题的根本出路在于：优先发展公共交通，建立一个以轨道交通系统为骨架，以常 规公交为主体，多种交通方式互相协调运行的客运交通体系，优化城市交通结构， 实现道路资源的高效利用，提高城市的整体客运交通水平 2。 拥有快速、大运量、污染小、效率高等特点的轨道交通方式成为城市公共交通 结构中不可或缺的组成部分，成为解决大城市交通日趋严重的供需矛盾和满足城市 化需求的一种有效手段。我国很多大城市北京、上海、广州等都纷纷修建城市轨道 交通，在缓解城市交通拥挤、改善城市交通环
15、境、促进轨道交通沿线开发取得很好 效果。 在城市通勤交通中，由于客流分散、出行距离远，大多数人不得不选择多种交 通方式来完成出行。以城市快速轨道交通网络（如地铁和轻轨）为骨干的多元立体 化交通体系，是实施新型城市发展战略的重点，可以满足日益增长的交通需求。国 家交通部 2008 年 1 月 9 日在官方网站上发布的关于加快发展现代交通业的若干意 见中强调，要发展优质的公共客运，提供安全便捷的出行服务。提供安全好、效 率高、质量优、成本低、污染小的公共客运服务，引导交通消费，鼓励公共交通出 行。近几年，全国各大城市已经启动了大型的轨道交通项目，随着新的轨道线路不 2 华 中 科 技 大 学 硕
16、士 学 位 论 文 断通车，城市轨道交通成网并向市域范围延伸。相对轨道交通投资较小，灵活性好 的大容量快速公交（BRT）已在北京上海等地建设并投入运营。 “公交优先”发展战 略，将使城市各交通方式融为一个巨大的直通城市每个角落的多模式交通网络。 考虑到未来的城市公交系统发展趋势，在多模式公交系统逐渐发展成熟的大背 景下，通过充分考虑并尊重出行者的出行心理，本文重新定义出行者出行的最优公 交出行选择原则，期望得到满足出行者要求的最优出行方案。 1.2 研究目的及意义 1.2.1 研究目的 虽然轨道交通给出行者带来极大地方便，可是大运量轨道交通具有灵活性较差 的缺点，使得出行者出行时需要换乘较为灵活的交通方式。在大部分出行者的出行 选择中，使用步行-
