一种基于多目标优化模型的城市公交走廊设计方法技术

本发明专利技术公开了一种基于多目标优化模型的城市公交走廊设计方法，该方法能够融合城市土地利用

【技术实现步骤摘要】
一种基于多目标优化模型的城市公交走廊设计方法


[0001]本专利技术涉及公共交通网络计算机
，特别是涉及一种基于多目标优化模型的城市公交走廊设计方法
。

技术介绍

[0002]随着城市化进程的加快，居民出行需求不断激增，私家车的数量也在急剧增加，这带来了交通拥堵，对城市出行的流动性产生了负面影响
。
大量的研究证明，公共交通在减少交通拥堵和提高出行效率方面具有明显的优势
。
因此，优先发展公共交通模式已成为促进城市可持续发展的最经济的选择之一
。
[0003]城市公交走廊是公交系统的骨干，连接着主要的公交交通起点
/
终点站，客流密集
。
它通常配备有专用的地面公交车道
、
大容量的公交车厢
、
公交信号优先和优越的服务计划，以达到较高的通行能力
。
以往案例显示，城市交通走廊往往只占城市土地和交通资源的
20
％左右，却承载了
80
％左右的交通需求
。
如果这些交通走廊建设得好，城市交通问题实际上将在很大程度上得到解决
。
此外，公交走廊周围往往有大量的居民活动节点，从而有利于公交系统发展与土地利用的结合，优化城市的空间布局
。
因此，合理的公交走廊设计不仅有利于提高城市交通效率，也有利于促进城市的可持续发展
。
[0004]基于公交走廊的概念，可以总结出其设计的两个关键问题，一个是走廊选线，另一个是走廊建设规模
。
然而，要科学地解决这两个问题并不容易，因为它需要综合考虑成本
、
出行需求
、
容量和周边环境等多种因素
。
现有的走廊设计主要包括经验判断法和聚类算法，经验判断法缺少数理化公式，聚类算法依赖于初始聚类位置的选择
。
因此，需要在充分考虑走廊建设多种影响因素的基础上，提出一种数理化的走廊设计方法
。

技术实现思路

[0005]本专利技术所要解决的技术问题：针对以上
技术介绍
中的问题，本专利技术提出一种基于多目标优化模型的城市公交走廊设计方法，本方法结合居民出行需求
、
走廊建设成本，使用多目标优化模型理论对电子道路地图与公交路线实现自动匹配
。
[0006]为解决以上技术问题，本专利技术采用以下技术方案：
[0007]本专利技术提出一种基于多目标优化模型的公交走廊设计方法，具体包括如下步骤：
[0008]S1
：输入研究城市区域范围内的电子道路地图数据
、
居民出行需求
OD
数据
、
城市兴趣点
POI
数据，具体包括：
[0009]G
＝＜
A,N
＞
,a∈A,n∈N
[0010]J
＝＜
J
i
＞
,j∈J
i
[0011]其中，
G
为电子道路地图网络；
A
为道路路段集合；
N
为道路起终点集合；
J
为六种类型城市兴趣点
POI
数据集合，
j
为城市
POI
点；
[0012]S2
：根据
POI
分布情况评估各条路段的公交走廊发展潜力值，由三项指标组成，包括道路服务密度
、
道路服务多样性和道路服务可达性；
[0035]其中，
F3为城市公交走廊发展潜力的评估值，
λ1为道路服务密度的权重系数，
λ2为道路服务多样性的权重系数，
λ3为道路服务可达性的权重系数，
d
max
为全网络道路服务密度的最大值，
m
max
为全网络道路服务多样性的最大值，
s
max
为全网络道路服务可达性的最大值；
[0036]S4
：进行归一化处理，将多目标函数转化为单目标函数；
[0037]将城市公交走廊设计问题建模为一个混合整数非线性问题
(MINLP)
，包含三个目标函数：交通网络通行时间最小化
、
城市公交走廊建设成本最小化
、
城市公交走廊发展潜力最大化；
[0038][0039]α1,
α2,
α3＞0[0040]其中，
F
1max
为城市交通网络通行时间的最大值，
F
2max
为城市公交走廊建设成本的最大值，
F
3max
为城市公交走廊发展潜力的最大值，
α1、
α2、
α3分别为
F1、F2、F3的权重系数；
[0041]S5
：设置模型的约束条件；
[0042]S5.1
：设置模型中路段公交走廊建设的约束；
[0043][0044][0045]其中，
f
a
、
为二元变量，
f
a
＝1表示路段
a
开发公交走廊，否则为0，表示路段
a
开发
h
等级的公交走廊，否则为0；
[0046]S5.2
：设置模型中路段通行能力的约束；
[0047][0048][0049]其中，
c
a
为考虑公交走廊影响下道路
a
的通行能力，为道路
a
的初始通行能力，
ξ
h
为
h
等级公交走廊对于道路通行能力的修正系数，
x
a
为道路
a
的流量；
[0050]S5.3
：设置模型中节点出入流量相等的约束；
[0051][0052]其中，为节点
n
的进入流量，为节点
n
的出发流量，为以节点
n
为终点的路段，为以节点
n
为起点的路段；
[0053]S5.4
：设置模型中每个节点仅能通过一条走廊的约束；
[0054][0055][0056][0057]其中，
u
n
、
为二元决策变量，
u
n
＝1表示节点
n
经过公交走廊，表示节点
n
是公交走廊的终点，表示节点
n
是公交走廊的起点，表示节点
n
是公交走廊的中间节点，否则为0，
z
为预设的公交走廊数量；
[0058]S5.5
：设置模型中走廊连续性的约束；
[0059][0060]其中，表本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种基于多目标优化模型的城市公交走廊设计方法，其特征在于，具体包括如下步骤：
S1、
输入研究城市区域范围内的电子道路地图数据
、
居民出行需求
OD
数据
、
城市兴趣点
POI
数据；
S2、
根据
POI
分布情况评估各条路段的公交走廊发展潜力值，所述潜力值由三项指标组成，包括：道路服务密度
、
道路服务多样性和道路服务可达性；
S3、
设置城市公交走廊设计的多目标优化函数，包括：城市交通网络通行时间最小化目标函数，城市公交走廊建设成本最小化目标函数
、
城市公交走廊发展潜力最大化目标函数；
S4、
进行归一化处理，将步骤
S3
的多目标函数转化为单目标函数；
S5、
设置目标优化模型的约束条件，包括：路段公交走廊建设的约束
、
路段通行能力的约束
、
节点出入流量相等的约束
、
每个节点仅能通过一条走廊的约束，以及走廊连续性的约束；
S6、
根据约束条件求解步骤
S4
的单目标函数模型，并根据结果绘制城市公交走廊的设计路线图
。2.
根据权利要求1所述的基于多目标优化模型的城市公交走廊设计方法，其特征在于，步骤
S1
具体包括：
G
＝＜
A,N
＞
,a∈A,n∈NJ
＝＜
J
i
＞
,j∈J
i
其中，
G
为电子道路地图网络；
A
为道路路段集合；
N
为道路起终点集合；
J
为城市兴趣点
POI
数据集合，
j
为城市
POI
点
。3.
根据权利要求1所述的基于多目标优化模型的城市公交走廊设计方法，其特征在于，步骤
S2
包含以下子步骤：
S2.1、
设置道路一定范围的步行缓冲区为道路服务范围，则道路服务密度等于道路步行缓冲区内
POI
加权总数除以道路长度，其计算公式为：其中，
d
a
为道路
a
的服务密度，
σ
i
为第
i
类
POI
点的权重系数，
r
ai
为道路
a
步行缓冲区内第
i
类
POI
点的数量，
l
a
为道路
a
的长度；
S2.2、
道路服务多样性的计算采用香农熵模型，其计算公式为：其中，
m
a
为道路
a
的服务多样性指数，
m
a
越高则道路服务类型的多样性水平就越高，
p
ai
为道路
a
在步行缓冲区内包含的第
i
类
POI
点的比例；
S2.3、
道路服务可达性的计算采用重力模型，其计算公式为：其中，
s
a
为道路
a
的服务可达性指数，
e
aj
为
POI
点
j
到达路段
a
的旅行距离，
λ
为距离衰减参数并根据
POI
点和路段的相对位置进行取值
。4.
根据权利要求3所述的基于多目标优化模型的城市公交走廊设计方法，其特征在于，
步骤
S3
包含以下子步骤：
S3.1、
构建城市交通网络通行时间最小化目标函数；构建城市交通网络通行时间最小化目标函数；构建城市交通网络通行时间最小化目标函数；其中，
F1为城市交通网络通行时间，
x
a
为路段
a
的机动车流量，
t
a
为引入公交走廊后路段
a
的通行时间，为引入公交走廊前路段
a
的通行时间，为二元变量，表示路段
a
开发
h
等级的公交走廊，
η
h
为建设
h
等级公交走廊对于公交车辆运行速度的修正参数，
v

【专利技术属性】
技术研发人员：王炜，龙薇一，金坤，华雪东，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：