路面公共交通具有高承載、低能耗等特點(diǎn),是居民出行的主要方式之一。這一交通方式仍存在諸如運(yùn)行速度緩慢,站臺(tái)及車內(nèi)擁擠情況較嚴(yán)重,公交車運(yùn)行時(shí)間不確定性較大等問(wèn)題。如何提高公共交通的運(yùn)行效率與服務(wù)水平是城市規(guī)劃與公共交通運(yùn)營(yíng)者關(guān)注的重點(diǎn)問(wèn)題。解決上述問(wèn)題的一個(gè)關(guān)鍵是減少公交運(yùn)行中的不必要干擾或延誤,例如公交車之間的串行(即公交集簇)現(xiàn)象和公交車的不必要站點(diǎn)�？康�。為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo),本論文在掌握公交線路中乘客出行需求分布特征,以及社會(huì)車輛對(duì)公交車、公交車對(duì)公交車干擾機(jī)理的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)出最優(yōu)化的車輛調(diào)控策略,同時(shí)充分理解公交乘客的出行特征和影響因素,進(jìn)而設(shè)計(jì)和評(píng)估交通管控策略。本文結(jié)合仿真手段與優(yōu)化方法,綜合利用交通工程學(xué)、運(yùn)籌學(xué)和計(jì)算機(jī)科學(xué)等學(xué)科的專業(yè)知識(shí),對(duì)公交運(yùn)行理論模型、公交車運(yùn)行機(jī)制及相關(guān)現(xiàn)象的產(chǎn)生機(jī)理、公交控制策略設(shè)計(jì)與優(yōu)化、乘客出行行為等問(wèn)題進(jìn)行研究,相關(guān)研究成果可為路面公共交通的規(guī)劃、設(shè)計(jì)以及運(yùn)營(yíng)管理提供理論基礎(chǔ)。本論文的主要研究工作展開如下:(1)提取并匹配了公交車運(yùn)行相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)而研究驗(yàn)證了公交線路運(yùn)行模型,分析了公交車的運(yùn)行特征。本部分將公交車GPS數(shù)據(jù)、乘客IC卡刷卡數(shù)據(jù)和公交站點(diǎn)相關(guān)數(shù)據(jù)等多源數(shù)據(jù)進(jìn)行了關(guān)聯(lián)和匹配,確定了公交車運(yùn)行的相關(guān)信息如停車時(shí)間、乘客上車時(shí)間和乘客下車時(shí)間,進(jìn)一步利用這三類屬性設(shè)計(jì)了基于Logit方法的站點(diǎn)�？繒r(shí)間估計(jì)算法,最終用于公交線路模型的參數(shù)擬合。研究發(fā)現(xiàn)基于多源數(shù)據(jù)的分析可以更好地反映公交線路中各路段的車輛運(yùn)行狀態(tài),并且此擬合方法的結(jié)果對(duì)公交線路模型的真實(shí)刻畫具有重要的理論指導(dǎo)意義。(2)構(gòu)造了基于雙運(yùn)營(yíng)方向的A/B跳站策略的公交運(yùn)營(yíng)優(yōu)化模型。本部分針對(duì)典型的公交專用道上的單線雙向公交線路提出了綜合考慮客流分布的跳站策略。為了簡(jiǎn)化策略的實(shí)施,本研究采用A/B跳站策略:站點(diǎn)分為A、B和AB三類,車輛分為A、B兩類,且A(或B)車在A(或B)站和AB站�？�。本研究假定每個(gè)乘客在出發(fā)前已經(jīng)確定了起點(diǎn)和終點(diǎn),并會(huì)在跳站運(yùn)營(yíng)模式下直達(dá)或者換乘到達(dá)目的地�；谝陨霞僭O(shè),本部分提出了考慮乘客OD特征的A/B跳站策略的公交車輛控制優(yōu)化模型,并設(shè)計(jì)了解決站點(diǎn)停跳問(wèn)題的遺傳算法,該算法旨在求解最小化乘客平均出行時(shí)間的最優(yōu)跳站模式。通過(guò)實(shí)際公交線路分析可以看出,雙向?qū)嵤┨静呗员葐蜗驅(qū)嵤┨静呗缘男Ч?能夠更大程度的減少乘客的出行時(shí)間。此外,雙向?qū)嵤┨静呗钥梢杂行У販p少車輛集簇現(xiàn)象、改善車內(nèi)擁堵環(huán)境并提高車輛運(yùn)行穩(wěn)定性。研究同時(shí)發(fā)現(xiàn)乘客可能會(huì)因?yàn)楣贿\(yùn)營(yíng)模式改變其出行行為,而這一現(xiàn)象又會(huì)反向影響當(dāng)前的控制策略模式。(3)小汽車和公交車混行的公交系統(tǒng)下的公交線路建模及控制策略設(shè)計(jì)與評(píng)估。本部分主要考慮了當(dāng)前城市公交系統(tǒng)中小汽車與公交車普遍混合行駛的情況,建立了不同類型車輛相互作用的雙車道元胞自動(dòng)機(jī)模型。該模型中小汽車可以在兩側(cè)道路上換道運(yùn)行,而公交車只能在一側(cè)道路上行駛。為了改善公交車運(yùn)行中的集簇現(xiàn)象,文章提出了基于閾值的駐站和限人數(shù)的組合控制策略,主要在公交車車頭時(shí)距過(guò)大或過(guò)小時(shí)對(duì)后車實(shí)施限人數(shù)或駐站策略。本部分還進(jìn)一步基于實(shí)際線路數(shù)據(jù)標(biāo)定了模型中的相關(guān)參數(shù)。研究結(jié)果表明不同擁堵條件下的最優(yōu)控制策略的模式不同,合適的公交控制模式不僅可以減少乘客平均出行時(shí)間,降低公交車的平均運(yùn)行時(shí)間,還可以改善小汽車的運(yùn)行環(huán)境,并且越擁堵的環(huán)境該控制策略的改善效果越好。(4)研究了跳站策略下的早高峰公交通勤者出行時(shí)間選擇行為。本部分對(duì)比了采用A/B跳站模式和采用無(wú)控制策略的公交通勤者費(fèi)用,并提出了考慮不同全局信息比例的基于后悔值最小的Q學(xué)習(xí)算法,用以描述通勤者在早高峰出行過(guò)程中的強(qiáng)化學(xué)習(xí)特征。通過(guò)一條理想的多起點(diǎn)-單訖點(diǎn)公交線路仿真驗(yàn)證了該算法的有效性,并分析了不同全局信息比例對(duì)乘客的出行行為的影響,并探究了在跳站控制下跳站位置布局、公交車容量以及站點(diǎn)數(shù)量對(duì)公交通勤者的出行時(shí)間選擇及其通勤收益的影響。本研究補(bǔ)充了控制策略對(duì)乘客出行行為特征影響的理論分析。
【學(xué)位單位】：北京交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TP391.9;U491.17
【部分圖文】：

經(jīng)濟(jì)和環(huán)境問(wèn)題嚴(yán)重制約著城市的健康發(fā)展。逡逑大力發(fā)展城市公共交通系統(tǒng)是目前最受廣泛認(rèn)可的解決城市交通擁堵的方逡逑案。２０１６年（如圖１－１所示），深圳市公共交通管理局進(jìn)行了邋“公共汽車與小汽車逡逑資源占有率大比拼”的活動(dòng)，并用無(wú)人機(jī)設(shè)備進(jìn)行了高空拍照［２］。實(shí)驗(yàn)表明，同樣逡逑載有９０名乘客，６０輛小汽車在一條道路上排列長(zhǎng)達(dá)３００米，占用道路面積達(dá)到了逡逑１６００平方米；而一輛長(zhǎng)達(dá)１２米的公交車只占地面積６５平方米。顯然，在承載相逡逑同的乘客時(shí)，公交車在道路資源的占有率、消耗燃油和尾氣排放等方面均遠(yuǎn)遠(yuǎn)小逡逑于小汽車。由此可見(jiàn)，優(yōu)先發(fā)展公共交通不僅可以緩解城市交通擁堵問(wèn)題，還可逡逑以有效地改善環(huán)境污染等現(xiàn)狀。逡逑ＨＢ逡逑（ａ）邐（ｂ）逡逑圖１－１邋（ａ）小汽車和（ｂ）公交車承載相同乘客的資源占有率的對(duì)比圖［２］逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋１－１邋Ｔｈｅ邋ｒｅｓｏｕｒｃｅ邋ｏｃｃｕｐａｎｃｙ邋ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ邋ｂｅｔｗｅｅｎ邋（ａ）邋ｃａｒｓ邋ａｎｄ邋（ｂ）邋ｂｕｓｅｓ邋ｗｈｅｎ邋ｌｏａｄｉｎｇ逡逑ｔｈｅ邋ｓａｍｅ邋ｎｕｍｂｅｒ邋ｏｆ邋ｐａｓｓｅｎｇｅｒｓ逡逑雖然近年來(lái)我國(guó)已經(jīng)加大了對(duì)公共交通的投入，但其運(yùn)行效率與服務(wù)水平還逡逑遠(yuǎn)未達(dá)到令乘客滿意的程度。主要表現(xiàn)為：公交車的運(yùn)行速度緩慢；站臺(tái)及車內(nèi)逡逑

基于ＧＰＳ數(shù)據(jù)和１Ｃ卡刷卡數(shù)據(jù)的公交運(yùn)行特性分析邐逡逑（１）邋ＧＰＳ數(shù)據(jù)逡逑數(shù)據(jù)錯(cuò)誤、數(shù)據(jù)重復(fù)以及數(shù)據(jù)缺失是ＧＰＳ數(shù)據(jù)中常見(jiàn)的三類問(wèn)題。逡逑①錯(cuò)誤數(shù)據(jù)。當(dāng)ＧＰＳ設(shè)備收到外界強(qiáng)信號(hào)的干擾時(shí)，會(huì)造成獲取的經(jīng)緯度信逡逑遠(yuǎn)遠(yuǎn)偏離真實(shí)值的情況。例如，經(jīng)度為０（或６１１４．１４８）度，緯度為０（或４１９．７５８１邋）逡逑。由于本章的研宄對(duì)象是北京市公交線路，可以在地圖上任意選定Ａ、Ｂ兩個(gè)點(diǎn)逡逑成一個(gè)矩形大致包含北京區(qū)域，將坐標(biāo)不在矩形內(nèi)的ＧＰＳ數(shù)據(jù)定義為錯(cuò)誤數(shù)據(jù)逡逑行刪除。例如圖２－２中所選的Ａ、Ｂ兩點(diǎn)的坐標(biāo)（／ａＧ，／ｏ；＾）、分別逡逑（１１５．２６６，邋４１．０８２）、（１１７．４５５，３９．４９０），設(shè)任意邋ＧＰＳ邋點(diǎn)的坐標(biāo)為（／0ｎ，．），貝ｌｊ逡逑效站點(diǎn)的判斷依據(jù)為：逡逑ｌａｔｊ邋＞ｌａｔ４＾邋ｌａｔｔ邋＜邋ｌａｔＢ邋ＷＬ邋ｌｏｎｔ邋＜邋ｌｏｎＡ邋＾邋／0？，．邋＞邋ｌｏｎＢ．邐（２１）逡逑

（２）邋ＩＣ卡刷卡數(shù)據(jù)的里程站號(hào)轉(zhuǎn)化為實(shí)際物理站號(hào)逡逑本部分的內(nèi)容是基于站點(diǎn)計(jì)價(jià)編號(hào)表，乘客上、下車時(shí)間，以及算法１處理逡逑的車次ＧＰＳ數(shù)據(jù)的對(duì)應(yīng)情況，將１Ｃ卡刷卡數(shù)據(jù)中的里程站點(diǎn)編號(hào)轉(zhuǎn)化為實(shí)際的逡逑理站點(diǎn)編號(hào)。其主要流程算法見(jiàn)表２－７中介紹的算法２，主要包括車輛運(yùn)行車次逡逑匹配、上車站點(diǎn)獲取和下車站點(diǎn)獲取三個(gè)步驟。逡逑步驟１旨在將１Ｃ卡刷卡數(shù)據(jù)與ＧＰＳ數(shù)據(jù)獲取的車輛運(yùn)行車次進(jìn)行匹配，其關(guān)逡逑點(diǎn)是同一輛車在兩種原始數(shù)據(jù)中的編碼相同（Ｆｅ／ｆ邋＝邋Ｆｅ／ｆｓ）。在同一輛車中尋逡逑對(duì)應(yīng)的行程，本研宄定義的條件是乘客上車時(shí)間或乘客下車時(shí)間在車輛運(yùn)行車逡逑的時(shí)間范圍［ｒ／ｍｅｋ°，７７ｍｅｋＥ］內(nèi)。采用“或”而不是“與”的關(guān)系是考慮到ＧＰＳ數(shù)逡逑丟失可能造成部分站點(diǎn)數(shù)據(jù)丟失，上車時(shí)間和下車時(shí)間對(duì)應(yīng)的站點(diǎn)ＧＰＳ數(shù)據(jù)同逡逑丟失的概率較小。如當(dāng)前１Ｃ卡刷卡數(shù)據(jù)）未成功匹配到車次，則記為執(zhí)％．邋＝－１邋，逡逑繼續(xù)依據(jù)站點(diǎn)里程計(jì)價(jià)編號(hào)完成站點(diǎn)匹配，具體規(guī)則將在下面內(nèi)容詳細(xì)說(shuō)明。逡逑表２－７算法２：某一線路的刷卡數(shù)據(jù)中的里程站點(diǎn)編號(hào)轉(zhuǎn)化為實(shí)際物理站點(diǎn)編號(hào)過(guò)程逡逑Ｔａｂｌｅ邋２－７邋Ａｌｏｒｉｔｈｍ邋２：邋Ｔｈｅ邋ｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ邋ｆｒｏｍ邋ｍｉｌｅａｅ邋ｓｔｏｎｕｍｂｅｒ邋ｏｆ邋ｓｍａｒｔ邋ｃａｒｄ邋ｄａｔａ邋ｔｏ邋ａｃｔｕａｌ逡逑

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2831202