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考虑乘客选择行为的城际需求响应式公交服务设计优化方法

杨鸿泰 杨子健 刘祥 郑镕 刘政 葛乾 嵇昂

杨鸿泰, 杨子健, 刘祥, 郑镕, 刘政, 葛乾, 嵇昂. 考虑乘客选择行为的城际需求响应式公交服务设计优化方法[J]. 交通信息与安全, 2025, 43(4): 168-180. doi: 10.3963/j.jssn.1674-4861.2025.04.017
引用本文: 杨鸿泰, 杨子健, 刘祥, 郑镕, 刘政, 葛乾, 嵇昂. 考虑乘客选择行为的城际需求响应式公交服务设计优化方法[J]. 交通信息与安全, 2025, 43(4): 168-180. doi: 10.3963/j.jssn.1674-4861.2025.04.017
YANG Hongtai, YANG Zijian, LIU Xiang, ZHENG Rong, LIU Zheng, GE Qian, JI Ang. A Design & Optimization Method for Intercity Demand-responsive Transit Considering Passengers' Choice Behavior[J]. Journal of Transport Information and Safety, 2025, 43(4): 168-180. doi: 10.3963/j.jssn.1674-4861.2025.04.017
Citation: YANG Hongtai, YANG Zijian, LIU Xiang, ZHENG Rong, LIU Zheng, GE Qian, JI Ang. A Design & Optimization Method for Intercity Demand-responsive Transit Considering Passengers' Choice Behavior[J]. Journal of Transport Information and Safety, 2025, 43(4): 168-180. doi: 10.3963/j.jssn.1674-4861.2025.04.017

考虑乘客选择行为的城际需求响应式公交服务设计优化方法

doi: 10.3963/j.jssn.1674-4861.2025.04.017
基金项目: 

国家自然科学基金项目 72474185

国家自然科学基金项目 52302418

四川省自然科学基金项目 2024NSFSC0942

四川省国际科技合作项目 24GJHZ0342

香港研究资助局优配研究金资助项目 HKBU12610423

详细信息
    作者简介:

    杨鸿泰(1987—),博士,教授. 研究方向:城市交通规划. E-mail:yanghongtai@swjtu.cn

    通讯作者:

    嵇昂(1995—),博士,讲师. 研究方向:智能网联协同决策、多智能体博弈. E-mail:ang.ji@swjtu.edu.cn

  • 中图分类号: U491.5+4

A Design & Optimization Method for Intercity Demand-responsive Transit Considering Passengers' Choice Behavior

  • 摘要: 需求响应式公交是1种基于预约的新型出行服务模式。然而,现有研究主要关注城市内部场景,而在城际场景下的服务设计与优化仍显不足。同时,现有模型通常侧重于以运营成本最低或运营利润最大为目标,缺乏对运营利润与消费者剩余的综合考量,难以全面提升社会福利。此外,现有研究普遍假设固定需求密度,未充分纳入乘客选择偏好。为弥补以上不足,在综合考虑乘客的选择行为的基础上,以社会福利最大化(运营利润与消费者剩余之和)为目标,选取发车间隔、主城与卫星城的服务区域面积比、票价作为决策变量,基于连续近似法构建城际需求响应式公交服务设计优化模型,并采用拉格朗日乘子法进行求解。进一步对比社会福利最大化与运营利润最大化2种目标下的最优方案。结果表明:在社会福利最大化目标下,虽运营利润为负,但在适度补贴条件下,社会福利可由54.976元/h提升至110.906元/h,验证了方法的有效性。对模型部分参数的灵敏度分析结果表明:卫星城服务区域面积对社会福利影响较小,并非城际需求响应式公交布局的主要限制因素;而城际公路长度对乘客选择影响显著,需通过调查确保际需求响应式公交合理布局。总体而言,本文提出的城际需求响应式公交服务设计优化方法,不仅能够为决策者在给定需求密度条件下优化发车间隔、服务区域面积与票价提供参考,还可结合灵敏度分析结果,辅助其选择合适车型,以进一步提升整体运营效益与社会福利。

     

  • 图  1  服务策略

    Figure  1.  Service strategy

    图  2  卫星城服务区域潜在需求密度对模型结果的影响

    Figure  2.  Impacts of potential demand density in satellite city on the model results

    图  3  主城服务区域潜在需求密度对模型结果的影响

    Figure  3.  Impacts of potential demand density in main city on key the model results

    图  4  卫星城服务区域面积对模型结果的影响

    Figure  4.  Impacts of service area of satellite city on key the model results

    图  5  城际公路长度对模型结果的影响

    Figure  5.  Impact of line-haul distance on key the model results

    图  6  车座数对模型结果的影响

    Figure  6.  Impact of vehicle capacity on the model results

    图  7  车座数对模型结果的影响

    Figure  7.  Impact of vehicle capacity on the model results

    表  1  模型符号说明

    Table  1.   Notation of symbols

    符号 含义 单位 基准值
    A1 卫星城服务区域面积 km2 5
    A2 主城服务区域面积 km2
    a 主城服务区域与卫星城服务区域面积之比(= A2/A1)
    L 城际公路长度 km 60
    N 车队规模
    S 车座数 座/辆 30
    H 车辆运行周期时间期望 h
    h 发车间隔 h
    f 票价(单程票价)
    b1 车辆运营固定成本系数 元/(辆· h) 30
    b2 车辆运营可变成本系数 元/(座· h) 0.3
    c 单位车辆运营成本(= b1 + b2 · S) 元/(辆· h) 30 + 0.3 ×30
    C 单位时间运营成本 元/h
    D1 车辆从卫星城服务区到主城服务区的距离期望 km
    D2 车辆从主城服务区到卫星城服务区的距离期望 km
    D 车辆运行1个周期的距离期望 km
    n1 卫星城服务区车辆单次服务乘客数量
    n2 主城服务区车辆单次服务乘客数量
    k 旅行商问题最短路近似公式系数 1.15
    v1 卫星城内平均车速 km/h 25
    v2 主城内平均车速 km/h 20
    vL 城际公路平均车速 km/h 60
    Q1 卫星城的实际需求密度 人/(km2· h)
    Q2 主城的实际需求密度 人/(km2· h)
    ew 等待时间弹性系数 0.35
    ev 车内时间弹性系数 0.175
    ep 票价弹性系数 0.07
    z 等待时间近似调整系数 0.5
    q1 卫星城服务区的乘客潜在需求密度 人/(km2· h) 10
    q2 主城服务区的乘客潜在需求密度 人/(km2· h) 40
    $\bar{H}_{1}$ 卫星城乘客平均车内时间 h
    $\bar{H}_{2}$ 主城乘客平均车内时间 h
    W 单位时间社会福利 元/h
    P 单位时间运营利润 元/h
    R 单位时间运营收入 元/h
    G 单位时间总消费者剩余 元/h
    G1 卫星城服务区域内单位时间消费者剩余 元/h
    G2 主城服务区域内单位时间消费者剩余 元/h
    J1 卫星城消费者在单个发车间隔内的票价总支出
    J2 主城消费者在单个发车间隔内的票价总支出
    U1 卫星城服务区域内单位面积单位时间消费者收益 元/(km2· h)
    U2 主城服务区域内单位面积单位时间消费者收益 元/(km2· h)
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    表  2  基于基准值的结果

    Table  2.   Baseline result

    目标函数 决策变量 目标函数相关变量
    a h f W P G1 G2
    社会福利最大化 1.027 0.467 2.774 110.906 -97.624 65.315 143.216
    经营者利润最大化 0.991 0.841 4.716 54.976 8.029 18.752 28.195
    下载: 导出CSV
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  • 收稿日期:  2024-03-24

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