基于手机定位数据的公交线路规划方法研究

论文摘要

随着我国城市化进程的加速,交通拥堵和机动车尾气排放等问题愈发严重,提升公共交通在出行中的分担率是解决该问题的有效办法。而目前大部分城市的公共交通的现状远不能满足居民的日常出行需求。在国家大力倡导公交优先的政策下,需要借助先进的计算机技术规划满足居民实际出行需求的公交线路,以此提升公交出行吸引力,缓解城市交通压力。规划公交线路需要获取居民的出行信息,传统的出行调查方式费时费力,难以获取全面的数据。利用手机作为出行数据探测手段,可以准确的获取大范围的居民出行信息,将手机定位数据分析处理后应用于公交线路规划之中将大大提高规划的科学性。基于此,本文主要利用通信运营商提供的手机定位数据,分析得到居民出行信息,建立公交线路规划模型,并设计了求解算法。本文主要研究内容如下:首先,分别总结了手机定位数据在交通领域的应用和公交线路规划的研究现状,分析了现有研究成果的局限性,提出了利用手机定位数据分析居民出行信息,并以此作为公交供需数据的公交线路规划方法。在传统交通区域划分方法基础上结合公交线路规划的需要,提出一种改进的交通区域划分方法。通过手机定位数据判别居民一次出行过程中的起讫点,将起讫点映射至交通区域,计算得到各个交通区域之间居民出行OD矩阵。其次,阐述了公交线路规划的理论,分析了几种典型的公交线路规划目标函数的科学性和合理性,综合考虑出行居民和公交运营企业双方的利益,选择出行居民乘车时间最小化和公交企业日收益率最大化为目标函数,使用线性加权法将上述两方面的目标函数转化为单目标函数。设置公交线路的里程、非直线系数、换乘次数等限制作为约束条件,构建公交线路规划模型。然后,针对建立的模型,设计求解算法。将模型的求解分为两个部分:第一部分,在约束条件限制下,利用最短路径算法、K最短路径算法,得到合规的备选公交线路集合;第二部分,使用遗传算法对备选公交线路集合中的线路进行组合,求解最优公交线路规划方案,并且针对标准遗传算法随机生成的初始种群中可行解占比少的问题进行了优化改进。最后,以青岛西海岸新区(西区)为例进行了公交线路规划的案例分析。根据通信运营商提供的手机定位数据,结合交通区域的划分,得到各个交通区域之间居民出行OD矩阵,作为求解公交线路规划模型算法的输入数据。使用MATLAB软件编写求解算法,实现模型的求解,通过得到的最优公交线路规划方案和现有公交线路评价指标的对比,验证了本文所建立模型和求解算法的有效性、合理性。

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摘要

ABSTRACT

第一章绪论

1.1 研究背景和意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 手机定位数据获取出行信息的研究现状

1.2.2 公交线路规划的研究现状

1.2.3 国内外研究现状总结与分析

1.3 研究目的和主要内容

1.3.1 研究目的

1.3.2 主要内容

1.4 论文研究技术路线

第二章基于手机定位数据的居民出行OD矩阵推导

2.1 利用手机定位数据分析公交出行需求的优点

2.1.1 手机定位数据获取公交出行需求的功能特性

2.1.2 手机定位数据获取公交出行需求的技术优点

2.2 居民交通出行行为分析

2.3 手机定位技术及数据格式介绍

2.3.1 常用手机定位技术介绍

2.3.2 手机定位数据结构

2.3.3 手机定位数据的处理

2.4 改进的交通区域划分方式

2.5 基于手机定位数据的居民出行OD矩阵推导方法

2.5.1 居民出行OD矩阵推导原理

2.5.2 居民出行OD矩阵推导方法

2.6 本章小结

第三章公交线路规划相关问题分析

3.1 公交线路规划的原则和目标

3.1.1 公交线路规划的原则

3.1.2 公交线路规划的目标

3.2 公交线路规划的影响因素

3.3 公交线路规划的常用方法

3.4 本章小结

第四章公交线路规划模型的建立

4.1 模型基本假设

4.2 公交线路规划的目标函数

4.2.1 常见公交线路规划目标函数分析

4.2.2 多目标规划问题解决方案

4.2.3 公交线路规划模型目标函数的确定

4.3 公交线路规划的约束条件

4.3.1 单条公交线路的约束条件

4.3.2 公交线路网络的约束条件

4.4 公交线路规划模型的数学表达式

4.5 本章小结

第五章公交线路规划模型的求解算法

5.1 备选线路集合的生成

5.1.1 备选线路的特征指标

5.1.2 备选线路生成算法

5.1.3 备选线路合规性的判别

5.1.4 备选线路集合生成流程示意图

5.2 基于遗传算法的目标函数求解

5.2.1 算法求解所需基础数据

5.2.2 遗传算法介绍

5.2.3 遗传算法优缺点的评价

5.2.4 遗传算法的基本操作

5.2.5 遗传算法种群初始化的改进

5.2.6 改进遗传算法的公交线路规划方案求解步骤

5.3 本章小结

第六章案例分析

6.1 青岛西海岸新区（西区）城市公交现状分析

6.1.1 公交线路分析

6.1.2 公交场站现状

6.1.3 公交运营现状

6.2 基于手机定位数据的出行需求分析

6.2.1 基于城市路网的交通区域划分

6.2.2 手机定位数据预处理

6.2.3 计算居民出行OD矩阵

6.3 青岛西海岸新区（西区）城区公交线路规划方法

6.3.1 模型参数设置分析

6.3.2 求解公交线路最优规划方案的过程分析

6.3.3 最优公交线路规划方案

6.3.4 最优公交线路规划方案的评价

6.4 本章小结

第七章总结与展望

7.1 全文总结

7.2 研究展望

参考文献

作者在读期间科研成果简介

致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 韩天齐

导师: 宋波

关键词: 手机定位数据,公交线路规划,矩阵,遗传算法

来源: 成都信息工程大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅱ辑

专业: 数学,公路与水路运输

单位: 成都信息工程大学

分类号: U491.17;O221

DOI: 10.27716/d.cnki.gcdxx.2019.000148

总页数: 69

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