接駁杭州地鐵的公交線路優化方案設計

摘要：本項目通過對現有的關于城市地鐵與公交接駁問題的現狀進行分析，總結城市地鐵與公交接駁的相關理論、原則及接駁方式，以此對公交接駁站點的設置以及公交班次設置進行具體研究。首先通過對杭州市地鐵一號線沿路的交通狀況進行具體分析，分別以地鐵線路和公交線路最少重疊、居民的最少行走距離、最少等待時間為目標函數構建規劃模型，根據規劃模型求解結果以及現有的地鐵站點與班次時間，得到接駁地鐵的公交路線的最優化方案。對該方案進行計算機模擬仿真，根據仿真結果，對杭州市地鐵一號線沿路的公交路線進行優化分析建議。

關鍵詞：通行能力；函數擬合；車流波動；時空交互模型

0 引言

對對于機械動力的智慧征服，是人類進入了汽車文明時代。但是21世紀的中國，在北京，在上海，在幾乎所有大城市，“堵車就像一種城市病，在各大城市愈演愈烈，該“病癥”嚴重影響了社會發展的步伐和時代運行的效率。如果說把“堵車”這一交通現象，“堵”的不僅是車不能前進，還“堵”住社會的進步和市民的。

1 問題重述

1.1 問題背景

放眼望去，我國這十幾年來，各大一線城市都已建立了地鐵，并加以使用；近幾年來，其它二、三線城市也陸續的在建立或適用了地鐵。地鐵因其有綠色環保、節能、噪音少等特點，這一交通工具得到了人們廣泛的認可與贊賞，并有成為主流交通工具的趨勢。地鐵的使用雖然為人民帶來了便利、促進了城市的發展，但是地鐵自身的局限性，未能在根本上解決我國交通問題。眾所周知，公交車和地鐵這兩種是人們出行最常用、也是最方便的交通工具，為此，只有把地鐵和公交車結合起來，才能解決好我國城市交通擁堵這一難題。

杭州規劃的地鐵規模路線總長為375.6千米，總路線為10條路線，此外，還有四條軌道交通，就是瓜瀝線、瓶窯線、臨浦線和杭臨線。地鐵的第一期工程全廠68.79千米，由地鐵1號線和地鐵2號線、以及地鐵四號部分線路組成。杭州地鐵一號線于2007年3月28日開始建設，2012年11月建成通車。杭州地鐵二號線東南段將于2013年底前建成通車。地鐵二期工程，杭州地鐵二號線西北段，地鐵4號線將于2011年8月開工建設。預計至2020年杭州至少能使用或開工十條地鐵路線，部分線路中還會延伸及瓜瀝鎮線。為此，杭州迎來地鐵時代。根據調查，杭州市已擁有較為完善的快速公交系統，杭州地鐵一號線與快速公交線路有很多重疊部分，從而導致公共交通資源不必要的浪費。

2 問題分析

基于以上背景，有以下四個問題需要解決：

第一，城市交通里面地鐵線路和公交線路有很多互相重疊的路線，這就意味著乘客在搭乘地鐵和公交時走了很多相同的路線，這同時浪費了乘客的時間和公共交通資源，同時也不利于城市的交通規劃。因此，當務之急是科學、合理的設置地鐵線路和公交線路，合理地配置公共交通的資源。

第二，公交站點和地鐵站的設置不合理，例如公交站與地鐵站之間的路程較遠，為乘客的搭乘造成了很多的不便，進而可能滋生非法的營運，如非法“摩的”。因此必須優化地鐵站點和公交站點的設置，盡量減短兩者之間的距離。

第三，公交車末班車時間比地鐵早，出現了一個不合理的現象——搭最后一班地鐵回家的乘客卻沒有公交車可以搭。因此合理安排公交車和地鐵的末班車時間是非常必要的。

第四，私家車數量與日俱增，交通擁堵問題嚴重，嚴重影響人們的出行，地鐵與公交的高效接駁將為人們出行提供快捷便利的方式，從而減少私家車的數量，緩解交通擁堵現象，改善汽車尾氣對環境的污染狀況。

3 車輛排隊長度模型的建立與求解

根據二流理論，首先建立單車道路段排隊長度模型，然而根據實際情況任意一條車道都不存在超車現象的單車道路段，因此所有車道可以看做一個車道組，這一車道組就成為單人口單出口的單車道路段，可以通過計算一個平均值描述多車道路段的車輛排隊長度，建立多車道排隊長度與實際通行能力、事故持續時間、上游車流量關系的模型。

定理1：車輛需求與實際通行能力、地鐵到達時間和地鐵周邊車流量的關系：