重慶市公交線網(wǎng)的評價與優(yōu)化.doc

重慶市主城區(qū)公交線網(wǎng)的評價與優(yōu)化 2011年7月29日星期五重慶市主城區(qū)公交線網(wǎng)的評價與優(yōu)化【摘要】：隨著城市軌道交通的普及和進步，城市地面公交系統(tǒng)的職能面臨著從主體位置到鏈接功能的轉(zhuǎn)型，在轉(zhuǎn)型期間如何優(yōu)化設計地面公交路線網(wǎng)，對于城市公共交通發(fā)展有著重要意義。我們以重慶市軌道交通建設為例，用模糊綜合評價方法對現(xiàn)有的公交線路網(wǎng)進行了評價，然后對2011年地面公交路線進行了設計，最后考慮遠景對2020年的地面公交路線進行了重新設計。在對城市當前公交路線網(wǎng)進行評價的模型中我們選擇的是模糊綜合評價方法，同時用層次分析法構(gòu)建指標體系并確定權(quán)重，然后基于公交運行數(shù)據(jù)資料對各指標進行打分形成評判集，進行了綜合評價。用MATLAB軟件編程處理，結(jié)果顯示綜合評價值為5.3844，當前公交路線網(wǎng)處于較好的運行狀態(tài)。考慮到2011年和2020年軌道交通對整體公共交通系統(tǒng)的影響程度不同，故對于兩個階段的公交路線的優(yōu)化采用了不同分析思路。在2011年公交路線優(yōu)化模型中，認為此時地面公交仍然是公共交通系統(tǒng)的主體，只需對軌道交通產(chǎn)生影響的公交路線進行調(diào)整，其余公交路線有較高的效率保持不變。同時考慮公交路線與軌道路線產(chǎn)生回路的情形是需要重點處理的問題，運用“破圈法”去除公交路線與軌道交通多余的交點，使得公交路線為軌道交通提供集散渠道，而非競爭渠道。整個優(yōu)化處理過程用MATLAB軟件實現(xiàn)，共調(diào)整了202條公交線，25個公交站點，具體調(diào)整結(jié)果見正文。在2020年公交路線優(yōu)化模型中，認為此時軌道交通是公共交通系統(tǒng)的主體，定位公交線路為短程運輸和連接軌道渠道的主要方式，需要重新對公交線路網(wǎng)進行重新設計。在此把主城區(qū)劃分為18個組團和8個功能區(qū)兩類人口密集區(qū)，同時定義20個一級換乘點和23個二級換乘點，由于換乘點自身通過軌道交通練成一體，那么現(xiàn)在公交線路網(wǎng)的作用就是用盡可能短的路線連接功能區(qū)與一級換乘點及組團與二級換乘點。搜索最優(yōu)線路是通過MATLAB編程實現(xiàn)的，運行結(jié)果如下圖：（“”代表一級換乘點，“”代表二級換乘點，“+”代表功能區(qū)，五角星代表組團，連線代表公交線路，詳細解釋見正文）關(guān)鍵詞：模糊綜合評價法 層次分析法 破圈法 最優(yōu)路徑一、問題的重述大力發(fā)展公共交通己經(jīng)成為實現(xiàn)“暢通重慶”的關(guān)鍵性舉措。在公共交通系統(tǒng)中，城市軌道交通因其大容量、高速度、準時和高效的優(yōu)勢，發(fā)展軌道交通已成為城市客運交通的趨勢性選擇。但是城市軌道交通的投入運營勢必會給原本區(qū)域內(nèi)的常規(guī)公交線路來沖擊，因此圍繞城市軌道交通調(diào)整常規(guī)公交線網(wǎng)的布局己經(jīng)成為當前城市發(fā)展的客觀需要。伴隨著重慶市輕軌地鐵“九線一環(huán)”的城市軌道交通網(wǎng)絡的逐漸開通，對重慶市公交線網(wǎng)的優(yōu)化設計已成為一個緊迫的問題，本文在這個背景下本文對重慶市主城區(qū)公交線網(wǎng)進行了整體評價，并嘗試對公交線網(wǎng)進行了優(yōu)化設計。二、模型的假設1） 2011年除與軌道線相關(guān)的公交線需要優(yōu)化設計外，其余公交線路均運行穩(wěn)定，不需要進行優(yōu)化調(diào)整。2） 這里的公交路線設計是常規(guī)民用路線的設計，不考慮額外的應急公交路線的設計方案。3） 重慶市規(guī)劃方案對重慶市為了交通需求的預測是相對準確的。4) 2011年時地面公交依然是公共交通的主體，2020年時軌道交通已經(jīng)成為公共交通的主體。5） 重慶市組團和功能區(qū)（衛(wèi)星城）內(nèi)部的交通是自成一體的，在此不考慮組團和功能區(qū)內(nèi)部的公交線路連接，只關(guān)注與組團之間和功能區(qū)之間的公交路線連接。三、符號說明1. 模糊層次分析法評價模型 ij : 第i個指標層中的第j個指標 Fuil（uik）： 因素uik相對于uil的重要程度的量化值 VK(K=1,2,L)： 第k個可能的服務水平的評價結(jié)果 Wi： W歸一化處理后的結(jié)果 A=akl： 模糊判斷矩陣 Ci： 評判矩陣，由打分法獲得。B: 最終評價分數(shù)2. 公交路線優(yōu)化設計模型dn： 經(jīng)過第n個站點的公交車號碼形成的矩陣dn： 對dn進行零元素填補后形成的矩陣D： n個dn矩陣組合形成的（nm）矩陣四、模型的建立1、建立模糊層次分析法的評價模型模糊綜合評判方法是一種常用的解決定性和定量分析的方法,在工程設計、管理和技術(shù)上已經(jīng)得到廣泛應用。層次分析法（AHP法）能夠解決在復雜系統(tǒng)中,眾多評判因素下權(quán)數(shù)的分配問題,能夠很好的反映各因素在整體的地位。將兩種方法結(jié)合,可以很方便、快捷的解決復雜系統(tǒng)的評判問題，因此考慮對公交系統(tǒng)的評價采用模糊綜合評判和層次分析法結(jié)合的方法。根據(jù)模糊綜合評判和層次分析法結(jié)合的思路，下面擬定如下步驟構(gòu)建公交線路網(wǎng)的評價模型：1.1 確定影響服務水平的主要因素集(判據(jù)集)及評判集建立因素集(判據(jù)集)U=U1,U2,UN,其中Ui=ui1,ui2,uim，i=1,2,N , 這里i=1NUi=U ,且UiUj=（ij,i,j=1,2,N）,那么uij(i=1,2,N,j=1,2,m)就代表第i類因素的第j個子因素。同時構(gòu)建評判集為V=V1,V2,VL , VK(K=1,2,L)代表第k個可能的服務水平的評價結(jié)果,L代表可能出現(xiàn)的結(jié)果數(shù)。1.2 由專家及決策者的全面分析,構(gòu)造判斷矩陣根據(jù)層次分析法的原理，通過評價指標兩兩比較，建立判斷矩陣。對指標兩兩比較,按重要程度量化。設指標Ui=ui1,ui2,uim，i= 1,2,N,在Ui中任選出一對因素,進行兩兩比較。設Fuil（uik）表示因素 uik相對于uil的重要程度的量化值。在進行比較判斷時,把要素的重要程度賦予1-9這九個數(shù)值,設置由專家和決策者共同決定，形成模糊判斷矩陣A=akl,(akl=Fuil（uik）/Fuik（uil）)。標度描述如下圖所示：Fuil（uik）Fuik（uil）含 義11表示兩個元素相比，具有同等重要性13表示兩個元素相比，前者比后者稍重要15表示兩個元素相比，前者比后者明顯重要17表示兩個元素相比，前者比后者強烈重要19表示兩個元素相比，前者比后者極端重要2，4，6，82,4,6,8表示上述判斷的中間值1.3 采用層次分析法確定影響這些因素的權(quán)重對判斷矩陣采用方根法計算權(quán)重矢量是一個可行的方法。先計算判斷矩陣中每行元素的幾何平均值：Wi=(l=1makl)1m ( k=1,2,m)得到： W=(W1,W2,Wm)T將W進行歸一化處理得：Wi=Wij=1mWj ( i=1,2,m),得到的矩陣W=（W1，W2，,Wm）T，對應著各個因素的權(quán)重。定義重要程度系數(shù) Wk=l=1makl , (l=1,2,m),那么可以得到因素子集Ui的權(quán)重集為:W(i)=W1k=1mWk W2k=1mWk Wmk=1mWk 1.4 模糊分析算子的選用及一級綜合評判的計算設立評判矩陣Ci是由小組評分法確定的,根據(jù)所得評分值將數(shù)據(jù)做歸一化處理,這里設評判集為最佳,良好,一般,較差,分別對應的量化區(qū)間為1.00,0.75,0.75,0.50, 0.50,0.25,0.25,0.00,可以使處理的數(shù)據(jù)落在哪個區(qū)間內(nèi),那個區(qū)間就取1,其它的區(qū)間為0。根據(jù)評斷矩陣Ci，根據(jù)模糊評價方法可以得到綜合評價指標：Bi=WigCiWigCi=(WiCi)這里的模糊分析算子的選擇采用max-min算子，主要對關(guān)鍵因素進行考慮，具體選擇見下表：ab=max(a,b)ab=max(a,b) ab=min (a+b,1)ab=min（a，b）ab=abab=ab1. 5 二級的綜合評判以及方案的打分將最初一步的綜合評價作為下一層的綜合評價中的變換矩陣,重復上述步驟得到最終綜合評價：B=WC=(b1,b2,bl)所得到的結(jié)果作為公交路線網(wǎng)評價的結(jié)果,其結(jié)果反映的是公交路線網(wǎng)評價的一個分布狀況. 此時設置一個量化的轉(zhuǎn)置矩陣DT賦予(7,5,3,1)這些數(shù)值,分別對應于判斷集V=優(yōu),良,中,差,就會更容易通過B=B 7,5,3,1，B的值就是最終方案的打分值。1.6 參考評價準則進行評價計算易知，有如下的結(jié)果：B=7， 當評價集全部是“優(yōu)”時B=5， 當評價集全部是“良”時B=3， 當評價集全部是“中”時B=1, 當評價集全部是“差”時對應的，有如下的評級準則：B值（1,3）（3,5）（5,7）評價較差一般較好因此可以依據(jù)重慶市公交線路網(wǎng)的整體評價值對其進行相應的評價。2、公交線路設計思路說明2.1 軌道交通與公交系統(tǒng)的分工及演變方向針對普遍存在的土地資源非常緊張的國情，越來越多的交通工作者認識到解決我國大城市交通問題的根本出路在于優(yōu)先發(fā)展公共交通，建立一個以城市軌道交通系統(tǒng)為骨架，以常規(guī)公共交通為主體，多種交通方式互相協(xié)調(diào)的綜合客運交通體系，以提高城市的整體客運交通水平。從以地面公交系統(tǒng)為主體，到以軌道交通為主體的轉(zhuǎn)變是一個必然的趨勢，地面交通線網(wǎng)的功能從主體運輸功能演變?yōu)橐詤f(xié)調(diào)功能為主體，如下圖所示:以重慶市的實際情況來看，軌道運輸系統(tǒng)的發(fā)展剛剛起步，第二個問題和第三個問題代表著軌道運輸?shù)牟煌A段。2011年三條軌道線的開通雖然對于調(diào)整公共運輸格局有一定影響，但是目前依然是以地面公交為主體；到2020年“九線一環(huán)”軌道體系的成型，軌道運輸已經(jīng)成為公共交通運輸?shù)闹黧w，地面公交的主要功能為銜接功能。那么第二個問題和第三個問題的分析思路就有所差異，故以此為突破口分別設計2011年和2020年公交優(yōu)化設計模型。2.2 基于“新定位”公交系統(tǒng)的優(yōu)化設計目標“暢通重慶”，究其本質(zhì)在于發(fā)揮城市公共交通系統(tǒng)的時間效率，使得整體城市的暢通水平得到提升。原有的公交線路有著自身的體系和顧客群，無論其效率是好是壞，它均達到了一定程度的優(yōu)化。但是軌道交通的引入導致了軌道交通與其所在地公交子系統(tǒng)的部分競爭，同時公交系統(tǒng)對軌道交通的鏈接支持也遠遠不夠，因此基于“新定位”公交系統(tǒng)的優(yōu)化設計目標不只是公交系統(tǒng)自身效率，而是“一體化”的軌道交通與地面公交總系統(tǒng)的效率優(yōu)化。2011年公交線路主要優(yōu)化目標是：1) 加強軌道交通系統(tǒng)作為中長距離交通方式的功能特性，原有的公交線路的中長途路線需要保留，但是要注意避免與軌道交通出現(xiàn)重復或重疊的情況；2) 公交線路有效為軌道交通提供乘客快速集散的渠道；3) 公交系統(tǒng)發(fā)揮其原有交通運輸?shù)穆毮?，在軌道交通未普及的區(qū)域正常進行客運服務，保持原有常規(guī)客運服務的穩(wěn)定性。2020年公交線路主要優(yōu)化目標是：1) 進一步幫助軌道交通系統(tǒng)挖掘其中長距離交通大型運輸能力的功能特性，公交線路不再進行中遠距離運輸，而只進行短途運輸，并與軌道交通良好銜接；2) 公交線路有效為軌道交通提供乘客快速集散的渠道；3) 公交線路不再擔任主要運輸任務，而是通過發(fā)揮公交線路網(wǎng)的協(xié)調(diào)作用，使軌道交通與地面公交的“一體化”系統(tǒng)有效運作。4) 提高衛(wèi)星城與主城區(qū)之間交通的通暢程度，提高主城區(qū)對外的擴展能力；5) 提升組團內(nèi)部的緊密程度，并降低組團之間連接成本；6) 充分發(fā)揮一級換乘點對外圍區(qū)域的連接能力和二級換乘點對內(nèi)部區(qū)域的調(diào)度能力，體現(xiàn)統(tǒng)籌效應；3、基于2011年軌道交通的公交線路設計模型如上文所示 ，2011年軌道交通背景下的公交線路的設計只是對與軌道交通有關(guān)系的公交線路進行調(diào)整。就一條公交線路與軌道線路而言，兩者的空間關(guān)系包括相交和不相交兩種情況，對于不與軌道交通相交的公交路線（如下圖公交線1）這里不加以優(yōu)化設計，原因在于原本的公交路線對于調(diào)度客流有著自身的體系，不宜打亂。而對于與軌道線路相交的公交線路，從解析幾何的角度出發(fā)考慮，他們的關(guān)系有兩種情況：有一個交點和有多個交點。當公交線路與軌道線路有一個交點時（如下圖公交線2），其實是一種比較好的狀態(tài)，有利于軌道交通擴大集散能力，協(xié)調(diào)效果更好。當公交線路與軌道交通有多個交點時（如下圖公交線3），這就意味著軌道交通與公交線路存在回路。軌道線與公交線存在回路就意味著資源的浪費，也意味著軌道線與公交線之間存在競爭關(guān)系，則本文對2011年公交線路設計模型就是為了消除公交線路與軌道線路存在多個交點的情況，并對調(diào)整后的路線重新設計。以一條軌道線路為例，設其有n個站點，設第n個軌道站點有kn路公交車經(jīng)過，將經(jīng)過的公交車號形成一個1kn的矩陣，矩陣中的元素就是通過的公交車序列。那么一條軌道交通線路會形成n個1kn的矩陣dn，可以發(fā)現(xiàn)兩兩矩陣之間對比，若存在共同元素，則說明存在至少一條公交線路與軌道交通線路有至少兩個交點，需要進行優(yōu)化改進；若n個站點兩兩矩陣間均不存在共同元素，那么就沒有任何公交線路與軌道線有多于兩個的交點，不需要對其進行優(yōu)化調(diào)整。依此思路，對于與軌道線有多個交點的公交線路的優(yōu)化設計就是為了使之與軌道線只有一個交點，所以設計優(yōu)化步驟如下：1) 查閱數(shù)據(jù)，形成n個1kn的矩陣dn；2) 比較不同站點kn的大小，設kn的最大值為m；3) 對于每一個矩陣dn，在其末尾添加0元素，直到其元素總個數(shù)達到m，形成n個1m的矩陣dn；4) 將這n個矩陣按n從小到大合并，形成新的（nm）矩陣D=d1 d2dn-1 dn5) 將i行的每個元素a與第（i+1）行到n行的每一個元素b相比較，若存在a=b，則令b=b*（-1），不相等時不做調(diào)整，形成新的矩陣；6) 考察新的矩陣，為負數(shù)相對應的站點予以取消，此時形成的新的公交車路線為優(yōu)化后的公交路線。如上的處理步驟就是本文處理2011年公交路線優(yōu)化設計的基本觀點，通過消除公交路線與軌道路線之間的回路來提高整體運營效果?？梢酝ㄟ^MATLAB編程實現(xiàn)，具體代碼見附錄二。4、基于2020年軌道交通的公交線路模型 對公交線路的布局的基礎(chǔ)是城市交通需求的預測，對城市交通需求預測的準確程度影響著公交路線設計的有效性和合理性。對城市交通預測的方法很多，比如神經(jīng)網(wǎng)絡方法、“四階段法”等等，但是需要意識到重慶市交通需求的變化不僅僅是系統(tǒng)內(nèi)部自身變化，而是受大經(jīng)濟系統(tǒng)環(huán)境和政府政策影響嚴重的，簡單從系統(tǒng)內(nèi)部的預測往往是失效的?；趯煌ㄐ枨罅款A測的難度和不確定性，在此本文考慮接受重慶市政府報告中對重慶市交通需求的預測。因為政府對經(jīng)濟系統(tǒng)的把握能力強，政策的內(nèi)生性強，于是考慮政府自身對交通需求預測比筆者從純理論角度對其進行預測的準確度要高得多，因此采用政府重慶市主城區(qū)綜合交通規(guī)劃之交通發(fā)展戰(zhàn)略規(guī)劃中對2020年重慶市主城區(qū)交通需求的預測數(shù)據(jù)思路。根據(jù)重慶市重慶市主城區(qū)綜合交通規(guī)劃之交通發(fā)展戰(zhàn)略規(guī)劃中對于2020年重慶市交通情況的布局和預期，可以對2020年公交路線優(yōu)化設計起到很好的指導作用。正如前文所述，到2020年時重慶市“九線一環(huán)”的軌道交通的格局基本形成，以軌道交通為核心的公共交通體系基本形成，此時公交線路的優(yōu)化設計可以采取大規(guī)模改動的方式，主要用于完成短距離運輸和對軌道交通的有效銜接。這就意味著軌道交通與常規(guī)公交的一體化發(fā)展，公交路線的設計不僅僅出自身出發(fā)，而是服務于公共交通大系統(tǒng)。主城區(qū)根據(jù)預測，對交通資源分布采取分區(qū)發(fā)展策略，共劃分為6個分區(qū)，其中，中央槽谷劃分為嘉陵江-長江南、北和渝中半島3個分區(qū)，城市東部槽谷劃分為北部御臨、南部茶園兩個分區(qū)，西部槽谷自成一個分區(qū)。各區(qū)區(qū)域情況如下圖所示：對應的，交通系統(tǒng)按照三級分層組織，三級之間利用綜合交通樞紐組織轉(zhuǎn)換。第一級是區(qū)間快速交通系統(tǒng)聯(lián)系；第二級是區(qū)內(nèi)的組團間聯(lián)系交通；第三級是組團內(nèi)集散和本地交通組織，以可達性為核心。 因此本文需要重點說明的是，在根據(jù)重慶市重慶市主城區(qū)綜合交通規(guī)劃之交通發(fā)展戰(zhàn)略規(guī)劃設計公交線路（如下圖所示）時，對出發(fā)點和目的地定義為大類，也就是組團和衛(wèi)星城（也就是功能區(qū)）兩大類；公交樞紐也分為一級樞紐和二級樞紐兩大類。組團一級樞紐是軌道交通與主要對外客運站接合處的車站、多條軌道線相交的車站和城市中心等客流集散量非常大的軌道車站，按照規(guī)劃均分布在軌道交通線路上；二級樞紐是僅次于一級換乘樞紐的乘客相對集中的區(qū)域，也分布在軌道交通線路上，一級二級換乘點的確定是基于重慶市對整體公共交通網(wǎng)絡的布局。因此，本文對地面交通路線規(guī)劃的思路是把軌道交通運用與中遠程運輸，地面交通用于短程運輸；同時一級換乘點用于連接功能區(qū)（衛(wèi)星城），二級換乘點用于連接組團，從一級換乘點出發(fā)可以到達任意的二級換乘點；組團內(nèi)部公交路線的具體布置由當?shù)貙嶋H情況而定，這里的設計不考慮具體車次的設置而是關(guān)注公交路線。故進行優(yōu)化設計的步驟如下：1） 把所有的一級換乘點（共20個）、二級換乘點（共23個）、組團（共18個）、功能區(qū)（衛(wèi)星城）（共8個）的位置放到同一個坐標系中，標出所有點的坐標；2） 計算出每個一級換乘點和每個功能區(qū)（衛(wèi)星城）之間的幾何距離，形成820的矩陣；3） 計算每個二級換乘點和每個組團之間的幾何距離，形成1823的矩陣；4） 確定最短路徑，即選擇矩陣中每一行的最小值，把其代表的路徑定位最優(yōu)公交路線。進而通過重慶市地圖采集數(shù)據(jù)，運用MATLAB處理數(shù)據(jù)并繪圖，形成最終優(yōu)化路徑，具體代碼見附錄三。五、模型的求解1、模糊層次分析法的評價模型求解1.1 指標體系的構(gòu)建本文在對公交線路網(wǎng)的評價指標選擇時，考慮到重慶市建設“暢通重慶”的實際情況，設立了便捷性、高效性和效益型三個準則層。便捷性準則層主要以乘客在公交系統(tǒng)中對于“暢通重慶”的體驗為基準進行指標選擇，挑選了路網(wǎng)寬度、站點覆蓋率和乘客平均出行時耗三個指標：1） 路網(wǎng)寬度指每平方公里城市用地面積上有公共交通線路經(jīng)過的道路中心線長度，路網(wǎng)寬度在一個適度的區(qū)間內(nèi)是有效的，過小或者過大均不利于提高便捷性；2） 站點覆蓋率指公交線路全部?？空军c總數(shù)N個與服務區(qū)域面積F值比，用于表示公交站點在公交服務區(qū)域內(nèi)平均分布狀況和反映居民接近公交站點的程度。顯然，區(qū)域內(nèi)站點覆蓋率越高，便捷性就越好；3） 乘客平均出行時耗指居民在交通行為中人均需要耗費的時間，反映了公交系統(tǒng)對居民生活的實際影響情況。當然乘客平均出行時耗越小，就說明公交線網(wǎng)對于居民而言便捷性越高。高效性指標層主要分析城市公交系統(tǒng)運行效率情況，挑選了路網(wǎng)覆蓋率、車輛滿載率和道路飽和度三個指標：1） 路網(wǎng)覆蓋率越高，對于公交系統(tǒng)而言效率越高；2） 車輛滿載率指運營車輛全天載運乘客的平均滿載程度，計算公式為乘客周轉(zhuǎn)率/客位行程，反映了公交資源的利用程度。很顯然，車輛的滿載率越高，公交系統(tǒng)的高效性體現(xiàn)越充分；3） 道路飽和度越好，導致的是整體公交系統(tǒng)資源利用效率的上升。效益性指標層主要考察城市公交系統(tǒng)資源利用效率水平，在此本文挑選了路線重復度、土地利用吻合度和人均樞紐用地面積三個指標進行評價：1） 路線重復度指公共交通線路總長度與線路網(wǎng)長度之比，反映了公交線路在城市道路上的密集程度，是說明公交網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)的合理性一個重要指標。2） 土地利用吻合度反映的是公交對于土地利用的效率指標，該指標越大，代表整體的效益越高；3） 人均樞紐用地面積指公交系統(tǒng)樞紐的資源消耗水平，該指標越低代表整體資源消耗水平低，整體效益指數(shù)高。 那么U=便捷性U1,高效性U2,效益性U3。其中,路網(wǎng)寬度的影響是U11，站點覆蓋率的影響是U12，乘客平均出行時耗的影響是U13；路網(wǎng)覆蓋率的影響是U21，車輛滿載率的影響是U22，道路飽和度的影響是U23；路線重復度的影響是U31，土地利用吻合度的影響是U32，人均樞紐用地面積的影響是U33。1.2 指標權(quán)重的確定通過同一指標層內(nèi)各個指標之間的兩兩比較，形成如下的模糊判斷矩陣：A=akl,(akl=Fuil（uik）/Fuik（uil）)：形成相應的模糊判斷矩陣如下：U11U12U13U11133U121/311U131/311U21U22U23U2111/31/5U22311/3U23531U31U32U33U31111/3U32111/3U33331根據(jù)上文提及的思路，通過MATLAB編程實現(xiàn)，求得便捷性、高效性和效益型三個層次內(nèi)部的權(quán)重為 W1= 0.6000 0.2000 0.2000 , W2=0.0760 0.4620 0.4620 ，W3= 0.2000 0.2000 0.6000 。三個層次在目標層的權(quán)重W= 0.308 0.384 0.308 1.3 評級集的確定很顯然，指標U12（站點覆蓋率）、U21（路網(wǎng)覆蓋率）、U22（車輛滿載率）、U23（道路飽和度）、U32（土地利用吻合度）的數(shù)值均在0到1之間，同時指標優(yōu)度在（0,1）取值上是單調(diào)的，那么根據(jù)具體指標情況，就可以對其進行相應的評價。把（0,1）分成（0,0.25）、（0.25,0.5）、（0.5,0.75）、（0.75,1）四個區(qū)域，分別對應差、中、良、優(yōu)四種評價，在評價值中對應的評級就賦值1，未獲得的評價級就賦值為1，比如值為0.1，那么其評價集就是 1 0 0 0 ，值為0.9，那么評價集就是 0 0 0 1 。而U11（路網(wǎng)寬度）、U13（乘客平均出行時耗）、U31（路線重復度）和U33（人均樞紐用地面積）的指標數(shù)值卻不局限在（0,1）的區(qū)間內(nèi)，這里本文通過查詢國家標準得出相應指標最優(yōu)數(shù)值，考察現(xiàn)值與理想值的偏差程度來對其進行評價，簡單國家標準說明如下：1. 公交路網(wǎng)寬度最優(yōu)在3至4公里每平方千米之間；2. 乘客平均出行時耗在30至60分鐘之間最優(yōu)；3. 路線重復度在1.8到2.5之間最優(yōu)；4. 人均樞紐用地面積最好在9平方米以上。本文的數(shù)據(jù)來源重慶市規(guī)劃局網(wǎng)站向公眾公布的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，處理得到各個指標的結(jié)果，如下所示：U11=5.6115（公里每平方千米）U12=0.39U13=32.1（分鐘）U21=0.82U22=0.503U23=0.7U31=1.67U32=0.72U33=12.8（平方米）因此其對應的評價集（矩陣）如下圖：優(yōu)良中差U111000U120010U131000優(yōu)良中差U210100U220010U230100優(yōu)良中差U310100U320100U3310001.4評價結(jié)果的確定根據(jù)上文的思路，運用MATLAB編程，可以計算得：一級綜合評價指標B1= 0.8000 0 0.2000 0B2= 0 0.5380 0.4620 0B3= 0.6000 0.4000 0 0二級評價指標B=WB1，B2，B3T = 0.4312 0.3298 0.2390 0計算得到綜合評價值B=B7，5，3，1T=5.3844依據(jù)評價準則，5.3844處于（5，7）區(qū)間內(nèi)，因此認為重慶市公交線路網(wǎng)處于較好的運營狀態(tài)。2、 基于2011年軌道交通的公交線路設計模型求解通過重慶市公交查詢系統(tǒng)查得重慶市內(nèi)公交車路線與重慶市地鐵一號線和地鐵三號線的關(guān)系,對其關(guān)系進行梳理。2.1 軌道交通與公交車關(guān)系梳理1） 地鐵一號線中d1、d2d23分別代表地鐵一號線依次的23個站點，后面矩陣中的元素代表著經(jīng)過該站點的公交車號碼，整理如下（元素為0代表沒有公交車經(jīng)過該站點）：d1=609 608 130 172 349 602 603 476 401 466 436 248 414 875 871 866 832 418 268 265 262 224 151 120 702 719 702 704d2=418 151 114 703d3=0d4=109 601 602 603 413 476 405 401 466 436 124 152 465 875 871 463 461 418 268 224 114 702 704 703d5=109 819 863 615 602 413 412 403 402 873 282 875 871 463 421 416 418 268 138 702 704 703d6=109 819 128 413 412 476 403 402 466 436 873 875 871 829 815 463 462 421 416 418 411 268 224 138 702 703d7=837 839 819 128 873 702d8=109 819 128 402 467 873 839 139 875 873 871 839 836 815 462 421 418 438 702d9=109 819 128 402 467 873 839 139 875 873 871 839 836 815 462 421 418 138 702d10=109 819 222 467 873 839 139 464 269 876 875 873 871 839 836 815 462 418 231 720 702d11=0d12=404 402 464 454 875 860 820 806 462 429 418 231 148 9800 702 716d13=318 220 205 820 808 265 261 210d14=404 402 214 220 216 166 805 803 202d15=467 220 503 237 261 202d16=0d17=0d18=0d19=0d20=888 456 266d21=266 272 276 277 288 289 291d22=247 266 276 277 279 288 289 291 456 888d23=276 2772） 同理，地鐵3號線中21個站點用q1到q21表示，后面矩陣元素為經(jīng)過站點的公交車號碼，整理如下：q1=0q2=701 790 798 301 303 308 302 611 319 320 348 349 475 841 464 809 859q3=0q4=305 366 751 701 790 798 145 301 303 308 611 839 302 307 312 314 317 319 320 348 349 383 386 475 809 859 386389 386389 386388 386387 841 252 q5=701 717 719 115 121 125 145 149 303 321 338 611 808 819 838 839 872 873 318 322 323 347 348 354 363 365 372 373 611 841 9880 346 368 809 810 371 384 361 828q6=0q7=381q8=405 811 9833 702 703 704 811 9833 118 138 224 268 411 416 418 421 462 463 815 818 819 829 871 873 875 282 109 128 401 402 403 412 413 436 466 615 461 476 875q9=0q10=704 811 114 115 125 132 138 465 818 872 319 868 405 811q11=704 811 412 605 114 115 118 125 132 138 181 416 461 465 601 603 606 608 611 812 815 817 818 866 872 319 610 405 811 617 618 609 868 108 128 q12=149 151 201 202 601 611 868 110 111 471 604q13=145 411 861 881 116 139 602 117 809 859 124 870 811 125 149 151 465 606 608 619 630 818 886 610 618 821 126 426 502 502537 609 111 612 835 882 786q14=0q15=0q16=0q17=704 709 869 9800 622 461 820 119 q18=0q19=0q20=0q21=0q22=0q23831 786q24=0q25=786 610 621 781 782 686q26=0q27=6892.2 MATLAB編程實現(xiàn)優(yōu)化調(diào)整通過MATLAB程序?qū)崿F(xiàn)優(yōu)化選擇，代碼見附錄二，顯示運行結(jié)果。如下是軌道交通站點中刪除的公交車站數(shù)目：站臺名稱調(diào)整數(shù)量調(diào)整公交車班次朝天門0無小什字2418、151較場口0無七星崗15602、603、476、401、466、436、875、871、418、268、244、114、702、704、703兩路口11109、602、413、875、871、463、418、268、702、703、704、鵝嶺21109、819、413、412、476、403、402、466、436、873、875、871、463、421、411、418、268、224、138、702、703大坪4819、128、873、702石油路13109、819、128、402、873、839、875、871、815、462、421、418、702歇臺子19109、819、128、402、467、813、839、139、875、873、871、839、836、815、462、421、418、138、702石橋鋪12109、819、467、873、839、139、875、871、836、815、462、418高廟村4402、464、875、462馬家?guī)r3418、231、702小龍坎2820、265沙坪壩3404、402、220瓷器口4467、270、261、202雙碑南0無雙碑北0無賴家橋0無土主0無虎溪0 無大學城0 無西永7276、277、288、289、291、456、888、璧山2276、277二塘0 無六公里0 無五公里0 無四公里16701、790、798、301、303、308、302、611、319、320、348、349、475、809、859、841南坪8701、145、303、611、839、348、841、809、會展中心0 無銅元局0 無兩路口2819、873牛角沱0 無華新街9704、811、125、115、138、818、872、319、405、觀音橋20704、811、412、114、115、118、125、132、138、416、461、165、611、815、818、872、319、405、128、868紅旗河溝4149、601、611、868加州16145、411、809、859、811、125、149、151、465、606、608、818、610、618、609、111鄭家院子0無唐家院子0無獅子坪0無重慶火車北2704、461重慶北場1786童家院子2786、610經(jīng)開園0無鴛鴦0無渝北南山0無長安福特0無桐巖0無兩路0無兩路中學0無江北機場0無如上表所示，“調(diào)整公交車班次”下列的公交車不再通過左端對應的軌道站點，通過刪減公交車站點，實現(xiàn)優(yōu)化局部路線，實現(xiàn)了2011年軌道交通開通后對公交車運行線路的調(diào)整。3、基于2020年軌道交通的公交線路設計模型求解3.1 坐標系的引入和坐標的確定用坐標系處理得到一級換乘點、二級換乘點、組團和功能區(qū)的坐標。一級換乘點： （38,53）;（109,126）;（166,130）;（96,135）;（130,135）;（110,140）;（87,147）;（122,145）;（118,147）;（130,145）;（135,148）;（116,152）;（130,152）;（111,159）;（30,169）;（52,169）;（100,167）;（120,168）;（162,211）;（64,248）二級換乘點：（39,39）;(113,72);(41,81);(108,86);( 146,100);(82,110);(91,108);(101,107);(116,107);(54,129);(88,127);(99,132;(110,130);(139,146);101,152）;128,159）;(139,159);(95,178); (99,191); (124,188);(166,185);（201,181）;（101,211）組團：（110,140）;90,140）;85,160）;80,105）;(105,160);(140,196);(100,206);(95,170);(160,180);(125,130);(95,105);(40,160);(65,250);(40,45);(165,130);(200,180); (145,80);(170,230)功能區(qū)：（70,150）;（150,150）;（130,90）;（28,105）;(240,185);（130,30）;（160,65）;（184,105） 下圖為重慶市一級換乘點和二級換乘點的地圖位置，很顯然從圖上可以發(fā)現(xiàn)一級換乘點和二級換乘點均在軌道線網(wǎng)上，也就是說一級換乘點和二級換乘點是通過軌道線網(wǎng)連接成整體的，不需要公交路線的設置來連接他們。下圖是重慶市規(guī)劃的組團的地圖位置，根據(jù)規(guī)劃說明，組團內(nèi)部的公交連接是自成一體的，在此本文考慮的是組團之間的連接，而不考慮組團內(nèi)部的公交線路的連接： 本文的公交路線的設計關(guān)注組團之間、功能區(qū)之間的連接，而不考慮組團和功能區(qū)內(nèi)部的公交線設置，這也體現(xiàn)了對交通規(guī)劃對重慶市未來發(fā)展的關(guān)注，因為發(fā)展來自于對外的及時便捷聯(lián)系，而非局限于內(nèi)部的聯(lián)系。3.2 距離矩陣的確定一級換乘點與功能區(qū)之間的距離矩陣和二級換乘點與組團之間的矩陣分別為820矩陣和1823矩陣，由于矩陣過大，就不在正文列出，詳見附錄。3.3 最優(yōu)路徑的篩選和圖示利用MATLAB編程，運用計算機的搜索技術(shù)，分別求出距離矩陣中每一行中的最小值。一級換乘點與功能區(qū)之間的最小距離分別為17.2627、15.1327、41.6773、52.9529、82.2192、94.8314、65.2763、30.8058，二級換乘點與組團之間的最小距離分別為10.0、12.0416、17.885、5.3852、8.9443、17.8885、5.099、8.0、7.8102、15.0、5.0、34.0147、53.0754、6.0828、30.5287、1.4142、20.025、45.1774。對于最短路徑的兩者連線，即公交最優(yōu)路線，如下圖所示:圖中“”代表一級換乘點，“”代表二級換乘點，“+”代表功能區(qū)（衛(wèi)星城），五角星代表組團。六、模型的評價1. 模型的優(yōu)點1） 在對公交路線網(wǎng)進行評價時把模糊綜合評價法與層次分析法結(jié)合在一起，很巧妙地處理了對復雜系統(tǒng)的評價，并提高了評價的可靠性。2） 在對公交路線進行設計時考慮了不同發(fā)展水平的軌道交通對公共交通系統(tǒng)的影響不同，進而考慮優(yōu)化設計有著不同原則。3） 發(fā)現(xiàn)了公交系統(tǒng)與軌道系統(tǒng)之間的資源浪費在于在站點上形成了回路，并通過算法實現(xiàn)了對回路的消除。4） 設計出“一級換乘點對應功能區(qū)”和“二級換乘點對應組團”的公交布置形式，大大簡化了公交路線選擇的難度。2.模型的缺點1） 在指標選擇中主觀性較強，有可能出現(xiàn)選擇偏差，而使得評價不夠客觀。2） 避開了局部的公交路線設置，只考慮了大區(qū)域之間的公交連接形式，在局部公交路線中也存在很多可以優(yōu)化之處。3） 參考了重慶市對交通需求預測的方案，沒有提出自己對未來交通需求預測的方案。七、模型的推廣與改進1.模型的推廣1） 本文建立的對公交路線網(wǎng)的評價指標體系有良好的普遍適用性，在對各類機動運輸大型復雜網(wǎng)絡的運行效果的評價中都可以采用類似的指標體系，用模糊層次分析法對其加以評價。2） 本文在建立2011年公交線路優(yōu)化模型時，采用的是局部調(diào)整的方法，這種保留主干、局部調(diào)整的思路在對待臨時變量對系統(tǒng)產(chǎn)生沖擊時是一種較好的處理方法。3） 對待公交線路處理中站點過密難以下手的情況，采取了大類分析，劃分為組團和功能區(qū)的方式，這種聚類思考以簡化問題的方法對于處理復雜系統(tǒng)和龐雜數(shù)據(jù)是一種很好的方法。2. 模型的改進1）對2011年公交路線優(yōu)化設計時可把需要調(diào)整的公交車路線加以總體考慮，運用網(wǎng)絡分析的方法重新設計新的路線；2）在考慮一級換乘點連接功能區(qū)、二級換乘點連接組團時，不僅僅考慮時間效率，還需加入對系統(tǒng)可靠性的分析，從安全角度進行再設計；3）可以考慮在常規(guī)公交線路優(yōu)化設計的基礎(chǔ)上，考慮可能的風險，設計應急公交路線與常規(guī)公交線路共同運作。八、政策建議關(guān)于公交系統(tǒng)改進建設的建議在本次競賽題目中，我們分別做了關(guān)于重慶市現(xiàn)有公交交通系統(tǒng)的定量評估、并且對現(xiàn)已經(jīng)通車的軌道交通和在2020年重慶市所有軌道交通均投入使用的情況下公交系統(tǒng)的改進進行了深入的研討。在重慶市的現(xiàn)有條件下，重慶市的公交系統(tǒng)在定量評估時得到了優(yōu)的評價，但是目前的重慶市正面臨著公共交通的重大變革。這是重慶市是發(fā)展的必要的轉(zhuǎn)型過程即由現(xiàn)有的地面公交為主的運輸體系改進為以更快跟安全的軌道交通為主題的公共交通運輸系統(tǒng)。根據(jù)重慶市的現(xiàn)有的整體發(fā)展的規(guī)劃和發(fā)展的速度，我們做出了關(guān)于公共交通的近期和遠期兩份發(fā)展意見，以適應現(xiàn)階段的需求，以試圖將公共交通資源的利用率得到進一步的提高。（一） 關(guān)于現(xiàn)有的城市交通的狀況的公交線路的改進方案現(xiàn)狀：在原有的公交系統(tǒng)的基礎(chǔ)上新增開通了一條地鐵線路和兩條輕軌線路任務分配：以原有公交運輸為主體，新增的軌道交通緩解現(xiàn)有的交通的壓力。我們的改進方案：盡量減少公交路線與軌道交通的重合的線路，使得每一項的運輸能力得到最大化的利用，并且在軌道交通的中轉(zhuǎn)站點加強中轉(zhuǎn)的公交運輸力量。即裁剪和軌道交通重合的交通路線（詳細的裁剪規(guī)劃和裁剪的依據(jù)見本課題的第二課題的具體算法和處理結(jié)果）。（二） 關(guān)于長期的城市交通狀況和公交線路的改進方案交通狀況：軌道交通已經(jīng)大量投入使用，成為城市運輸?shù)闹饕α俊９贿\輸起到輔助運輸?shù)淖饔?。任務分配：軌道交通承擔了大重慶的客流的主要運輸任務，公交系統(tǒng)主要負責承擔在該體系下各軌道交通站的客流聚集和疏散的任務。我們的設計的方案：在重慶的軌道交通的“九線一環(huán)”的全部投入使用的環(huán)境下，此時重慶的經(jīng)濟也發(fā)展的初具規(guī)模，可以發(fā)展