公交路線優(yōu)化

1、山西大學(xué)公交路線優(yōu)化1研究背景隨著我國經(jīng)濟建設(shè)的快速發(fā)展，城市交通供求矛盾I益突出，公共交通所具有的強大優(yōu)勢也越來越受到人們的廣泛關(guān)注。太原市作為山西省的首都，城市人口相對比再較大。太原市城市公共交通在城市交通中起著支撐性的作用，為緩解太原市交通擁堵、解決交通供給矛盾、實現(xiàn)城市交通的可持續(xù)發(fā)展做出了巨大的貢獻(xiàn)。城市不斷發(fā)展的態(tài)勢與城市空間資源有限性之間的摩擦、可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略與不斷惡化的城市環(huán)境之間的矛盾使得人們逐漸認(rèn)識到城市公共交通發(fā)展的市大意義，然而對于如何發(fā)展公共交通事業(yè)，大家卻有不同的看法。盡管公交優(yōu)先發(fā)展策略已經(jīng)實施了十幾年，我國的公共交通系統(tǒng)還很不完善，在很多時候，人們的認(rèn)識往往還停

2、留在多建道路設(shè)施、多建大容量交通以及多引進(jìn)高新技術(shù)等方面，效果總是在短期內(nèi)產(chǎn)生，然而現(xiàn)狀卻得不到有效的改善而使問題呈現(xiàn)此起彼伏的態(tài)勢。隨著城市化進(jìn)程的加快，交通個性化需求不斷增長，社會福利事業(yè)的發(fā)展也對公共交通系統(tǒng)提出越來越高的要求，城市公共交通系統(tǒng)正面臨著重大結(jié)構(gòu)調(diào)整。作為有限的公共資源，公交系統(tǒng)在不斷的發(fā)展過程中，暴露了一系列的問題，主要表現(xiàn)為：城中心地區(qū)線路重復(fù)較多，邊緣地區(qū)線網(wǎng)覆蓋不夠；線路規(guī)劃事實缺乏有效管理，導(dǎo)致線網(wǎng)層次結(jié)構(gòu)不盡合理；公交運行速度偏低。此外，還存在著行車準(zhǔn)點率低、客流不均衡、運營效率不高、換乘不便、覆蓋不夠等問題。這些都影響了公交的整體服務(wù)水平，導(dǎo)致公交方式的吸引力

3、逐年下降，刺激部分公共交通向私人交通（自行車、小汽車交通）轉(zhuǎn)換，從而使得本來就不合理的客運交通結(jié)構(gòu)愈加不合理，城市客運交通發(fā)展陷入了惡性循環(huán)。因此，科學(xué)利用和合理配置公交線路，是目前急需研究和有待解決的課題。此次系統(tǒng)分析主要以山西大學(xué)周圍的公交路線為例，進(jìn)行線路評價體系的研究，通過研究掌握線路運營及服務(wù)水平的優(yōu)劣情況，為線路優(yōu)化調(diào)整提供依據(jù)。山西大學(xué)是太原市公交系統(tǒng)的重要公交站點。同時山大學(xué)子主要是以公交作為主要的出行方式，而且我們出行路線的決定主要是將百度地圖作為選擇工具，但是由于百度地圖是為大眾提供的一種方式并不可以滿足特殊的出行需求，不同的人群對于滿意度的指標(biāo)有著不同的評判標(biāo)準(zhǔn)，所以百度

4、地圖不可以很好的滿足山大學(xué)子的需求。為了對路線進(jìn)行優(yōu)化進(jìn)行系統(tǒng)分析。以下是對山西大學(xué)周圍公交進(jìn)行調(diào)查和統(tǒng)計的結(jié)果，公交情況分析表如下：公交起點收占總站數(shù)距離山大站占票價103路廣場財經(jīng)大學(xué)16131315路崗頭財經(jīng)大學(xué)1613139路下元財經(jīng)大學(xué)252、1502路火車南站勝利橋東348270路財經(jīng)大學(xué)東客站1741817支路五龍溝（武警訓(xùn)練培訓(xùn)中心）體育館25141817路體育館龍城大街東1122131849路火車.南站勝利橋東17131861路東中環(huán)凱旋街口火車南站27201868路小井峪街火車南站27231870路小店育才小學(xué)火車站（五一東街社會主義學(xué)院）33121877路富士康園區(qū)富士康

5、園區(qū)42281903支路下元省高校新區(qū)49234901路太原火車站晉中公交南2032系統(tǒng)環(huán)境城市公共交通系統(tǒng)在功能上局限于衍生性需求的綜合交通系統(tǒng)，城市公共交通系統(tǒng)按運輸方式主要包括地鐵、輕軌、公電汽等各個子系統(tǒng)，按供需關(guān)系則包括由各種交通設(shè)施、運輸工具等組成的供給系統(tǒng)和由各種空間上集聚擴散作用所產(chǎn)生的需求系統(tǒng)。此外還有由規(guī)劃、決策、實施等構(gòu)成的管理系統(tǒng)等。這些子系統(tǒng)相互作用彼此協(xié)調(diào)，但同時也受到系統(tǒng)環(huán)境如社會經(jīng)濟、政策、生態(tài)環(huán)境及城市大交通體系等的深刻影響。這些系統(tǒng)環(huán)境共同構(gòu)成了公交系統(tǒng)發(fā)展的大背景，從另外一面也映射出公交系統(tǒng)的環(huán)境。3系統(tǒng)分析過程主要以城市公交系統(tǒng)作為研究對象，以客觀的數(shù)據(jù)

6、資料為依據(jù)，以系統(tǒng)分析的相關(guān)理論為工具對以山西大學(xué)為主，常去站點為輔的公交系統(tǒng)進(jìn)行分析，利用了層次分析法、模糊綜合評判法、MATLAB求最大值以及系統(tǒng)仿真分析等工具,最終對山西大學(xué)公交以及整個公交系統(tǒng)進(jìn)行了一定程度的分析，分析過程如下。山西大學(xué)公交情況初步分析總體系統(tǒng)的界定AHP層次分析確定權(quán)重規(guī)范分析關(guān)聯(lián)矩陣法分析滿意度MATLAB-flovd計算最短距離綜合分析系統(tǒng)的分析4影響公交滿意度的因素分析一般對于公交的評價指標(biāo)或因素有以下幾點：乘坐的滿意度A、舒適度可達(dá)性B?、快捷性B3、經(jīng)濟性B4、等車時間Ci、換乘次數(shù)C2、票價C3、步行時長C4、運行時間C5、車內(nèi)環(huán)境等因素C5。根據(jù)實際經(jīng)驗

7、，確定各要素的遞階層級結(jié)構(gòu)，如下：分析方法：(1)分析系統(tǒng)中各基本要素的關(guān)系，建立系統(tǒng)的遞階層級矩陣：(2)對同一層次上的各元素關(guān)于上一層次的重要性進(jìn)行分析，構(gòu)造兩兩比較的判斷矩陣，并進(jìn)行一致性檢驗；公式：a.計算權(quán)重嗎=-J一b.計算一致性指標(biāo)CI=嗎0一一1計算一致性比例C.R.=Q4<0.1(3)判斷矩陣計算比較要素之間的相對權(quán).重。i-T11：111,t1因素A,比因素A,<|很重要記為：""15"重要記為：3：稍重要記為：2：同等重耍記為：1稍次要記為：1/21次要記為：1/3很次要記為：1/5(4)計算各層要素對系統(tǒng)的合成權(quán)重，并對指標(biāo)進(jìn)行

8、排序。a.準(zhǔn)則層權(quán)重ABib2b3b4w1Wi04g/I=4.055C.I.=0.018R.I=0.89C.R=0.02<0.1Bi13111.3160.2914309B，3113J.30.5770.1273.291Bs13111.3160.2914.309Ba131113160.2914.309(4.525)b.B要素分析BiCiC2WiWx°'max=2C.I=0C.R=0<0.1Ci131.7320.7502c21310.5770.2502(2309)c.Bz要素分析B，c3c4c5c6w1Wt°mi4gx=4.011C.I.=0.004C.R.=

9、0.04<0.1Cs11321.5650.3514.009C411321.5650.3514.009c$1313120.4860.1094.014c6J_21_2210.8/110.1894.011(4.457)d.B3要素分析b3Cic2c3w：W?%皿%nux=3.039C.I.=0.02C.R=0.04<0.1Ci115130.4060.1053.036c25132.4660.6373.04C3313110.2583.04(3.872)e.B4要素分析B4CiC2CiC6w1Wx°437max=4.03C11151310.5080.0964.031C.L=0.015

10、R.L=0.02<0.1C：51352.9430.5584.065C333131310.254.065C61151310.590.964.031(5.275)f.指標(biāo)層的各指標(biāo)的權(quán)重Bi(0.291)b2(0.291)b3(0.291)b4(0.127)權(quán)重Ci0.750.0960.1050.26c20.250.5580.637032c30.250.3510.2580.21C40.3510.1C50.1090.03C60.0960.1890.08（5）各個指標(biāo)層的權(quán)重指標(biāo)權(quán)重運行時長0.26換乘次數(shù)032步行距離0.21等待時長0.1票價0.03車廂舒適度0.084.2對山西大學(xué)常去路線

11、分析模糊綜合評判法分析方法：（1）路線實施結(jié)果例表：起點目的地車輛時間（分）步行時長（米）價格（元）換乘次數(shù)車廂舒適度山西大學(xué)北美849路2618310等車時間長、人多火車站868路48122710等車時中等，人少柳巷502-10路539031等車時間短、人多火車南站868路37120010等車時中等，人少北美山西大學(xué)849路2618310等車時間長、人多火車站21路4785910等車時間長、人多柳巷610路5099110等車時中、人中等火車南站51路4786710等車時中等、人特多火車站北美21路4785910等車時中、人特多山西大學(xué)868路48122710等車時間長、人多柳巷10路2782

12、410等車時中、人中等火車南站901路4663530等車時間長、人特多火車南站北美51路4786710等車時中等、人特多火車站901路4663530等車時中等、人多柳巷51路6338810等車時中等、人特多山西大學(xué)868路37120010等車時中等，人少柳巷北美610路5099110等車時特長、人中等火車站10路2782410等車時中、人中等山西大學(xué)502-10路539031等車時間短、人多火車南站51路6338810等車時中等、人特多（2）設(shè)立評價尺度例表:滿意(100)較滿意（85）一般（70）不滿意（55）運行時長0-3030-4545-6060以上換乘次數(shù)0123步行距離0-10010

13、0-500500-10001000以上等待時長等車時短等車時中等等車時長等車時特長票價1234車廂舒適度人少人中等人多人特多（3）建立各地區(qū)滿意度評價表公式：綜合滿意度6麗（a】j為路線1的指標(biāo)j的權(quán)重，Cij為路線i的個指標(biāo)j的分?jǐn)?shù)）y-i起點目的地運行時長換乘次數(shù)步行距離等待時長票價車廂舒適度綜合滿意度山西大學(xué)北美10010085701007091.45火車站85100558510010085.15柳巷7085100100707084.10火車南站85100558510010085.15北美山西大學(xué)10010085701007091.95火車站7010070701007064.12火車站北

14、美SO.S11.15山西大學(xué)77.3514.6柳巷88.63.35火車南站78.113.55火車南站北美80.811.15火車站829.95柳巷80.0511.9山西大學(xué)85.156.8柳巷北美80.211.75火車站910.95山西大學(xué)84.17.85火車南站80.0511.9(2)算法程序-floyd算法functionD,R=floyd(a)n=size(aj);D=afori=l:nfbrj=l:nRQj)=j；endendRfbik=l:nfori=l:nfdrj=l:nifD(iJc)+D(kj)<D(ij)D(i,j)=D(i,k)+D(kJ);R(ij)=R(i,k);e

15、ndendendkDRend(3)建立帶賦權(quán)圖，其鄰接矩陣A=(%).,其中:“若（匕，匕）W瓦且“為其權(quán)%=0若i=j8若（匕，匕）石（4）根據(jù)輸入的賦權(quán)圖的矩陣A（ij）,得出D（ij）、R（ij）：-D（iJ）：i至Ijj的最短距離;-R（ij）：i到j(luò)之間的插入點。（5）對比結(jié)果，分析1到j(luò)之間本身是否是最短距離，如果是最短距離則可初步分析得出百度地圖分析出來的最優(yōu)路線是符合山西大學(xué)同學(xué)的最大滿意度的；如果不是，則說明百度地圖在路線的算法上應(yīng)該有所改進(jìn)。5.3 分析結(jié)果（1）賦權(quán)圖如下：（Si.山西大學(xué)，S2北美，S3火車站，S4柳巷，Ss-火車南站）1_1SiS2S3S4朵iSii廠

16、0.0.56.87.856.8、:S200-.-127.8312.253.8S314.611.1503.3513.55:S47.8511.7510.95.一011.9S5一一(6.8一11.159.9511.9»一，2（2）得出的D&j）、R（i,j）的矩陣，如下:15S1S2S3S4S5:1!QS111廠00.56.87.85S21006.87.853.8j.|S311.1511.15033513.55|；S47.858.350.95011.911S5!叱7.3»«»一«,9.9511.9°J一«»

17、71;L&IS1«0«0«0一S2S3S4IS11234»*WV*«H*«5%|S21124115IS322L34*5_S4113-4.5S5134(3)結(jié)論：根據(jù)運行出來的結(jié)果，除了S3-S1,S4-S2,S5-S2,S2-S4這幾條路線與百度地圖的結(jié)果不同，其他的路線都是最優(yōu)的路線。同時可以得出結(jié)論，針對山大的學(xué)生來說從S3-S1時，由S2轉(zhuǎn)一站會獲得更大的滿意度：從S4-S2,S5-S2,S2-S4的時候有S1轉(zhuǎn)一站會更滿意。5.4 總體評價百度地圖的最優(yōu)路線的計算方式主要是通過整體的大眾來進(jìn)行設(shè)計的，并不一定可以滿足所

18、有的特定的群體的需求，根據(jù)山大學(xué)生的特殊需求，我們對幾條常用路線進(jìn)行優(yōu)化。經(jīng)過路線的優(yōu)化，對于有著特定需求的學(xué)生來說，經(jīng)過優(yōu)化處理的路線可以大大的提高出行的滿意度，但是同時不足是對于有些對于十分不愿意轉(zhuǎn)站的同學(xué)來說，可能不愿意采用這種轉(zhuǎn)站的方式。這是對山大的總體來進(jìn)行的分析，對于百度地圖的優(yōu)化提供了一定建議。6系統(tǒng)仿真分析6.1建立敷學(xué)模型進(jìn)行仿印分析，SD工作程序示意圖：6.2認(rèn)識問題通過上述的要素的分析'，分析得出來了運行時長、換乘次數(shù)、步行距離、等待時長、票價、車廂舒適度等指標(biāo)對于公交系統(tǒng)的重要意義，同時通過背景中系統(tǒng)的環(huán)境分析進(jìn)行結(jié)合對整個系統(tǒng)進(jìn)行分析。對于因素進(jìn)行因果分析，除

19、了公交路線的管理等因素外，系統(tǒng)中公交設(shè)施、公交運營、公交調(diào)度等因素都有一定的因果關(guān)系。因果關(guān)系圖，如下:因果關(guān)系分析：公交的滿意度可以大大提高公交的客運量，從而使公交公司擴大公交規(guī)模增加運行的班次，減少了客戶的等車時間使服務(wù)水平大大提高，更加提高了滿意度情況。但是車輛的擁堵情況會大大降低客戶的滿意度，所以公交公司的首要任務(wù)是對路線進(jìn)行改善，減少車輛的擁堵情況。流圖如下：6.3系統(tǒng)分析綜合太原市城市公共交通系統(tǒng)的特點，以山西大學(xué)為例建立了公交線路評價指標(biāo)體系，運用系統(tǒng)動力學(xué)，層次分析法進(jìn)行了詳細(xì)的系統(tǒng)分析，并且利用現(xiàn)有數(shù)據(jù)進(jìn)行了線路優(yōu)化應(yīng)用研究。主要的研究成果和結(jié)論如下：（1）線路層次化分析是公

20、交線路優(yōu)化的重要內(nèi)容，也是公交線路優(yōu)化的基礎(chǔ)。合理、科學(xué)的劃分現(xiàn)狀公交線路層次結(jié)構(gòu)，可以有效的提高公交線路的效率。層次分析法是一種定性定量分析相結(jié)合的方法，可以根據(jù)需要把各個指標(biāo)的重要程度納入到評價模型中，比較適合公交線路評價這種多目標(biāo)、多決策的綜合評價。本文按照公交的評價指標(biāo)或因素：乘坐的滿意度A1、舒適度Bi、可達(dá)性B2、快捷性B3、經(jīng)濟性Bj、等車時間Cl、換乘次數(shù)C2、票價C3、步行時長C4、運行時間C5、車內(nèi)環(huán)境等分析使乘客滿意度最高的方案，提出優(yōu)化線路功能的層次分析的實用功能。（2）線路優(yōu)化與仿真分析。系統(tǒng)動力學(xué)仿真分析也是公交線路優(yōu)化的重要內(nèi)容，同時也是公交線路優(yōu)化的基礎(chǔ)依據(jù)，根

21、據(jù)上述的要素的確定，明白了運行時長、換乘次數(shù)、步行距離、等待時長、票價、車廂舒適度等指標(biāo)對于公交系統(tǒng)的重要意義，通過分析系統(tǒng)構(gòu)成要素的因果關(guān)系和流圖，進(jìn)行仿真計算結(jié)果定量分析得出公交滿意度、車輛擁堵情況、運營收入三者之間的關(guān)系，以便與公交線路的現(xiàn)狀進(jìn)行比較分析與評價。（3）本文對于整個系統(tǒng)重點對于公交系統(tǒng)的分析指標(biāo)進(jìn)行了一定的評價，當(dāng)公交的運營車輛增加的時候，公交公司的運營收入也會增加將會減少用戶的候不時間同時會大大提高公司的服務(wù)水平，同時也會大大增加公交的滿意度，是一個正循環(huán)過程，雖然也會大大增加車輛的擁堵情況，但是整體仍然起到了正提高的作用，所以整體對于公交公司來說，適當(dāng)?shù)奶岣哌\營的公交數(shù)

22、對丁整體將會有大大的提高。公共交通整體功能的發(fā)揮，是有效利用道路資源，緩解城市交通擁擠的重要方法。公交線路優(yōu)化方法是公交優(yōu)化的核心內(nèi)容，利用系統(tǒng)動力學(xué)優(yōu)化與仿真分析僅限于理論研究，在實際應(yīng)用中的效果不明顯。城市公交線網(wǎng)是城市公交系統(tǒng)運行的物質(zhì)載體，對公交線網(wǎng)的評價尤為重要。運用層次分析的評價方法的科學(xué)性、準(zhǔn)確性、直觀性和易操作性在各個領(lǐng)域的綜合評價中得到廣泛引用。通過系統(tǒng)分析評價，得出評價結(jié)果是：百度路線選擇總體是令人滿意的，但是由于個人的需求不同，在對城市公交線網(wǎng)規(guī)劃進(jìn)行綜合評價中必須涉及到參照標(biāo)準(zhǔn)的選擇和確定，提高科學(xué)性、合理性和客觀性，還有待進(jìn)一步深入探討。附錄:MATLAB的運行結(jié)果:

23、D,R=floyd(a)D=0014.60007.85006.80000.5000011.150011.750011.15006.800027.830000.95009.95007.850012.25003.3500011.90006.80003.800013.550011.90000R=11111D=0014.60007.85006.80000.500011.15008.35007.30006.80007.85006.80006.800000.95009.95007.85003.3500011.90003.800013.550011.9000023452345234523452345R=11111234521