基于蚁群算法的城市公交线网优化设计研究

论文摘要

优先发展城市公交系统是解决大、中城市交通问题的最佳途径。城市公交线网的规划设计问题一直是交通领域的重要研究方向。如何合理规划设计公交系统对公交系统服务水平和人们出行的改善都具有十分重要的作用。本文的主要内容如下:本文分析了城市公交系统的特性以及公交出行者的特点,对城市公交线网进行了描述,构建了实用网络,分析了公交出行者路阻函数的不对称性,设计了能够更加真实反映公交出行者行为的阻抗函数,并构造了变分不等式模型及求解算法。基于公交客流分配的变分不等式UE模型,本文构建了公交OD需求估计的双层规划模型,利用部分公交站点的客流数据,反推公交系统的OD需求矩阵。本研究采用双层规划模型来解决公交网络优化设计问题。通过对城市公交系统中用户平衡分配方法进行研究,为公交网络优化设计模型的下层优化奠定了基础。以公交线网直达客流密度与基于优化线网公交UE配流的出行费用综合效用最优为目标,建立了求解公交线网优化设计问题的上层模型,通过一种模拟进化算法—蚁群算法,来优化该上层模型,并将得到的优化网络作为下层模型进行公交客流分配的基础。为了提高蚁群算法的搜索效率,采用了综合考虑全局和局部信息的信息素增量更新策略:Ant—Weight信息素更新策略,通过算例研究表明,蚁群算法虽然在前期搜索效率上不如粒子群算法,但是良好的正反馈性使得蚁群算法能得到更优的解。基于以上理论研究进行了算例设计和模拟系统开发,采用蚁群算法,对公交线网优化设计模型进行了求解,并在最后概括性地阐述了模拟系统的构架、功能和工作流程。

论文目录

• 致谢
• 中文摘要
• ABSTRACT
• 序
• 1 引言
• 1.1 研究背景
• 1.2 国外研究现状
• 1.3 国内研究现状
• 1.4 研究目标与意义
• 1.5 论文主要研究内容
• 2 公交客流分配研究
• 2.1 公交网络描述与阻抗函数研究
• 2.1.1 城市公交网络描述
• 2.1.2 弧段阻抗函数研究
• 2.1.3 出行策略
• 2.2 公交UE配流的变分不等式模型及算法
• 2.2.1 公交UE配流的变分不等式模型
• 2.2.2 求解算法设计
• 2.3 公交OD反推研究
• 2.3.1 公交OD反推的双层规划模型
• 2.3.2 启发式算法
• 2.3.3 算例
• 2.4 本章小结
• 3 公交线网优化研究
• 3.1 公交线网优化研究现状
• 3.2 公交线网设计思路
• 3.2.1 公交网络特性
• 3.2.2 公交线路起终站点的选定
• 3.3 公交线网设计双层规划模型
• 3.4 公交线网优化模型
• 3.4.1 公交线网优化的目标及原则
• 3.4.2 优化模型
• 3.4.3 模型实例分析
• 3.5 蚁群算法
• 3.3.1 基本蚁群算法概述
• 3.3.2 蚁群算法描述
• 3.3.3 蚁群算法研究现状
• 3.3.4 蚁群算法工作原理
• 3.3.5 改进的信息素增量更新策略
• 3.6 应用蚁群算法优化公交线网
• 3.7 算例
• 3.7.1 算例公交线网描述
• 3.7.2 求解结果分析
• 3.7.3 算法分析
• 3.8 本章小结
• 4 公交线网优化设计系统
• 4.1 系统架构
• 4.2 系统功能
• 5 结论与展望
• 5.1 研究结论
• 5.2 研究展望
• 参考文献
• 作者简历
• 学位论文数据集