综合客运枢纽系统规划方法研究
摘要
交通运输业是国民经济的支柱产业，发展综合运输体系正成为我国交通运输业的发展方向。作为综合运输体系的重要组成部分，综合客运枢纽是旅客完成全程运输的重要基础设施和衔接场所，承担着各种交通方式旅客集散、中转、换乘等多种功能，在城市内外交通及内部交通的联系中起着重要作用。目前，国内已建成很多综合客运枢纽，但运营效果并不理想，主要表现为：综合客运枢纽布局与迅速发展的城市空间功能布局不相适应，与迅速发展的城市交通、城际交通以及日益提高的人民生产生活出行需求不相适应；综合客运枢纽换乘系统一体化不够深入，与各种运输线路衔接不畅，各种运输方式之间，各种运输方式与城市交通、私人交通之间缺乏有效衔接，客流集散与中转不方便。为使综合运输系统高效运转，实现运输全过程的“无缝化”，解决不同运输方式在综合客运枢纽规划、建设与运营管理等方面出现的缺乏统一规划、条块分割、相互矛盾等问题，迫切需要研究有利于我国综合运输体系发展与完善的综合客运枢纽问题，提出综合客运枢纽规划、发展及评价的新思路、新方法。
论文以系统工程理论与方法为指导，定性分析与定量计算相结合。首先，从系统论与协同学的角度，对综合客运枢纽系统的内涵、组成、功能及其协同关系进行研究；其次，提出基于区域多源数据OD矩阵的综合运输总量预测及马尔可夫链枢纽对外运输方式需求预测方法；并建立基于多目标优化的二阶段综合客运枢纽规划模型，借助遗传算法求解枢纽布局最优解；重点运用3DMAX对Flexsim进行二次开发后对呼和浩特综合客运枢纽站进行仿真；最后，运用多智能体系统（MAS）理论分析研究综合客运枢纽的组织管理模式，为我国交通运输体制实现重大改制后的综合客运枢纽规划提供理论支持。论文的研究内容主要包括以下方面：
一、应用系统论和协同学的相关理论，从内涵、分类、功能、系统组成以及系统同环境、子系统之间的协同关系等方面对综合客运枢纽进行研究。
二、综合客运枢纽运输需求预测。将运输网络覆盖的区域划分为不同OD小区（小区间出行为市际出行），在此基础上构建基于区域多源数据OD矩阵的运输总量预测模型，求解规划年综合客运枢纽的运输需求量。应用最小二乘法对马尔可夫链一步转移概率矩阵P进行推算，研究马尔可夫预测模型在枢纽对外各运输方式需求预测中的应用。最后，对综合客运枢纽站务作业量进行预测。
三、综合客运枢纽布局规划。在对综合客运枢纽布局规划影响因素及各种传统综合客运枢纽布局规划方法进行比较分析的基础上，将交通规划四阶段法与物流网点选址模型相结合，构建了基于多目标优化的综合客运枢纽布局规划二阶段优化模型，并采用Lingo软件运用小规模测试数据对该模型进行验证。最后，借助遗传算法求解该模型，并检验了遗传算法求解此类模型中大规模数据问题的科学有效性。
四、综合客运枢纽站规划设计。对综合客运枢纽站的工艺流程、组织方法、布局模式等进行研究，构建以枢纽内旅客总换乘成本最低为目标的综合客运枢纽站布局设计优化模型。最后，构建评价指标体系，并运用模糊综合评价法对枢纽站规划设计方案进行评价。
五、以呼和浩特市汽车客运东枢纽及火车东站为案例，进行枢纽站仿真。为使模型具有更逼真的3D视觉效果，使Flexsim更适用于综合客运枢纽仿真，本文应用3DMAX对Flexsim进行二次开发。之后，对呼和浩特市汽车客运东枢纽及火车东站的运行进行仿真，并应用Flexsim强大的数据统计功能，分别对一定客流量条件下的候车室、售票厅、检票口、停车场、上车客流区等仿真对象的主要参数进行了灵敏度分析。
六、基于多智能体系统的综合客运枢纽管理模式。在介绍多智能体系统理论的基础上，对综合客运枢纽的系统复杂性进行深刻剖析，构建基于MAS的综合客运枢纽组织协商模型。最后，提出基于MAS的综合客运枢纽管理模式，包括综合运输管理部门组建、综合客运枢纽信息系统建设、改善融资模式等。
Traffic and transportation is pillar industry of national economy. Comprehensivetransportation is becoming the development direction of China transportation. As an importantpart of comprehensive transportation system, comprehensive passenger hub is an essentialjoint area of various transportation modes for passeenger gathering, dispersing andtransferring, which is also very important to connect urban traffic and city transportation. Atpresent, China has built a lot of comprehensive passenger hubs, but their operation still existsmany problems, for example comprehensive passenger hubs don’t adapt to the rapiddevelopment of city, city transportation, urban traffic and increasing pasenger travel demand.Moreover, the hub transfer system cannot link transportation routes fluently. Varioustransportation modes as well as transportation modes and urban traffic, private traffic cannotconnect effectively. In order to make comprehensive transportation system operate efficientlyand realize seamless transportation, studying and putting forward new methodology ofcomprehensive passenger hub is especially urgent to solve the problem of unconsistent andcondradictory planning in comprehensive passenger hub planing, construction and operation.
The paper is guided by system engineering theory, where qualitative analysis andquantitative computation are combined. With the help of System Theory and Synergetics, thesystem composition, sub-system function and their coordination relationship are analyzed. Indemand forecast section, transportation demand forecast based on district multiple source ODmatrix and Markov demand forecast of various transportation modes are proposed. Based onthe forecast demand,2-phase hub layout planning model with multiple objectivesoptimization is built. And Genetic Algorithm (GA) is introduced to get the solution.FLEXSIM is utilized to simulate the operation situation of Hohhot passenger hub. FinallyMulti-Agent System theory is introduced to analyze the management mode of comprehensivepassenger hub. The paper incudes the following contents.
1. System Theory and Synergetics are used to analyze comprehensive passenger hubsystem, including connotion, classification, function, system composition and coordinationbetween system and environment, as well as subsystems.
2. Transportation demand forecast of comprehensive passenger hub. The district coveredby transportation network is firstly divided into different OD districts and the district isreferred to a city. Then transportation demand forecast based on district multiple source ODmatrix is implemented to find the transportation demand of the planning year. Markov transfer matrix is defined with least aquares method to forecast the demand of various transportationmodes. Finally the hub station capacity is forecasted.
3. Comprehensive passenger hub layout plan. On the basis of analyzing factors affectingcomprehensive passenger hub layout and comparing various traditional methods,2-phase hublayout planning model with multiple objectives optimization is built. After the first phasemodel, the candidate hubs are chosen. Then GA is recommended to find the optimal solutionof the second phase model.
4. Comprehensive passenger hub station plan and design. On the basis of studyingprocess, organizational method and layout mode of comprehensive passenger hub station, thehub layout design optimization model is built with the target of minimum passenger transfercost. Finally evaluation criteria are designed and Fuzzy Comprehensive Evaluation method isutilized to assess the hub station layout project.
5. Hohhot comprehensive passenger hub is simulated by Flexsim as a case. To make themodel more real with3D visual effect and Flexsim more suitable for comprehensivepassenger hub,3D MAX is applied to implement Flexsim secondary development. ThenHohhot comprehensive passenger hub is simulated. With Flexsim powerful function of datastatistics, the operation situation of waiting room, ticket office, ticket station, parking lot andpassenger boarding area are all analyzed with statistics.
6. Management mode of comprehensive passenger hub based on MAS thoery. Based onthe introduction of MAS theory, the comprehensive passenger hub organizational negotiationmodel is built. Then the management mode of comprehensive passenger hub based on MAS isproposed, including building comprehensive transportation branch, comprehensive passengerhub information system, improving finance mode, etc.
论文以系统工程理论与方法为指导，定性分析与定量计算相结合。首先，从系统论与协同学的角度，对综合客运枢纽系统的内涵、组成、功能及其协同关系进行研究；其次，提出基于区域多源数据OD矩阵的综合运输总量预测及马尔可夫链枢纽对外运输方式需求预测方法；并建立基于多目标优化的二阶段综合客运枢纽规划模型，借助遗传算法求解枢纽布局最优解；重点运用3DMAX对Flexsim进行二次开发后对呼和浩特综合客运枢纽站进行仿真；最后，运用多智能体系统（MAS）理论分析研究综合客运枢纽的组织管理模式，为我国交通运输体制实现重大改制后的综合客运枢纽规划提供理论支持。论文的研究内容主要包括以下方面：
一、应用系统论和协同学的相关理论，从内涵、分类、功能、系统组成以及系统同环境、子系统之间的协同关系等方面对综合客运枢纽进行研究。
二、综合客运枢纽运输需求预测。将运输网络覆盖的区域划分为不同OD小区（小区间出行为市际出行），在此基础上构建基于区域多源数据OD矩阵的运输总量预测模型，求解规划年综合客运枢纽的运输需求量。应用最小二乘法对马尔可夫链一步转移概率矩阵P进行推算，研究马尔可夫预测模型在枢纽对外各运输方式需求预测中的应用。最后，对综合客运枢纽站务作业量进行预测。
三、综合客运枢纽布局规划。在对综合客运枢纽布局规划影响因素及各种传统综合客运枢纽布局规划方法进行比较分析的基础上，将交通规划四阶段法与物流网点选址模型相结合，构建了基于多目标优化的综合客运枢纽布局规划二阶段优化模型，并采用Lingo软件运用小规模测试数据对该模型进行验证。最后，借助遗传算法求解该模型，并检验了遗传算法求解此类模型中大规模数据问题的科学有效性。
四、综合客运枢纽站规划设计。对综合客运枢纽站的工艺流程、组织方法、布局模式等进行研究，构建以枢纽内旅客总换乘成本最低为目标的综合客运枢纽站布局设计优化模型。最后，构建评价指标体系，并运用模糊综合评价法对枢纽站规划设计方案进行评价。
五、以呼和浩特市汽车客运东枢纽及火车东站为案例，进行枢纽站仿真。为使模型具有更逼真的3D视觉效果，使Flexsim更适用于综合客运枢纽仿真，本文应用3DMAX对Flexsim进行二次开发。之后，对呼和浩特市汽车客运东枢纽及火车东站的运行进行仿真，并应用Flexsim强大的数据统计功能，分别对一定客流量条件下的候车室、售票厅、检票口、停车场、上车客流区等仿真对象的主要参数进行了灵敏度分析。
六、基于多智能体系统的综合客运枢纽管理模式。在介绍多智能体系统理论的基础上，对综合客运枢纽的系统复杂性进行深刻剖析，构建基于MAS的综合客运枢纽组织协商模型。最后，提出基于MAS的综合客运枢纽管理模式，包括综合运输管理部门组建、综合客运枢纽信息系统建设、改善融资模式等。
Traffic and transportation is pillar industry of national economy. Comprehensivetransportation is becoming the development direction of China transportation. As an importantpart of comprehensive transportation system, comprehensive passenger hub is an essentialjoint area of various transportation modes for passeenger gathering, dispersing andtransferring, which is also very important to connect urban traffic and city transportation. Atpresent, China has built a lot of comprehensive passenger hubs, but their operation still existsmany problems, for example comprehensive passenger hubs don’t adapt to the rapiddevelopment of city, city transportation, urban traffic and increasing pasenger travel demand.Moreover, the hub transfer system cannot link transportation routes fluently. Varioustransportation modes as well as transportation modes and urban traffic, private traffic cannotconnect effectively. In order to make comprehensive transportation system operate efficientlyand realize seamless transportation, studying and putting forward new methodology ofcomprehensive passenger hub is especially urgent to solve the problem of unconsistent andcondradictory planning in comprehensive passenger hub planing, construction and operation.
The paper is guided by system engineering theory, where qualitative analysis andquantitative computation are combined. With the help of System Theory and Synergetics, thesystem composition, sub-system function and their coordination relationship are analyzed. Indemand forecast section, transportation demand forecast based on district multiple source ODmatrix and Markov demand forecast of various transportation modes are proposed. Based onthe forecast demand,2-phase hub layout planning model with multiple objectivesoptimization is built. And Genetic Algorithm (GA) is introduced to get the solution.FLEXSIM is utilized to simulate the operation situation of Hohhot passenger hub. FinallyMulti-Agent System theory is introduced to analyze the management mode of comprehensivepassenger hub. The paper incudes the following contents.
1. System Theory and Synergetics are used to analyze comprehensive passenger hubsystem, including connotion, classification, function, system composition and coordinationbetween system and environment, as well as subsystems.
2. Transportation demand forecast of comprehensive passenger hub. The district coveredby transportation network is firstly divided into different OD districts and the district isreferred to a city. Then transportation demand forecast based on district multiple source ODmatrix is implemented to find the transportation demand of the planning year. Markov transfer matrix is defined with least aquares method to forecast the demand of various transportationmodes. Finally the hub station capacity is forecasted.
3. Comprehensive passenger hub layout plan. On the basis of analyzing factors affectingcomprehensive passenger hub layout and comparing various traditional methods,2-phase hublayout planning model with multiple objectives optimization is built. After the first phasemodel, the candidate hubs are chosen. Then GA is recommended to find the optimal solutionof the second phase model.
4. Comprehensive passenger hub station plan and design. On the basis of studyingprocess, organizational method and layout mode of comprehensive passenger hub station, thehub layout design optimization model is built with the target of minimum passenger transfercost. Finally evaluation criteria are designed and Fuzzy Comprehensive Evaluation method isutilized to assess the hub station layout project.
5. Hohhot comprehensive passenger hub is simulated by Flexsim as a case. To make themodel more real with3D visual effect and Flexsim more suitable for comprehensivepassenger hub,3D MAX is applied to implement Flexsim secondary development. ThenHohhot comprehensive passenger hub is simulated. With Flexsim powerful function of datastatistics, the operation situation of waiting room, ticket office, ticket station, parking lot andpassenger boarding area are all analyzed with statistics.
6. Management mode of comprehensive passenger hub based on MAS thoery. Based onthe introduction of MAS theory, the comprehensive passenger hub organizational negotiationmodel is built. Then the management mode of comprehensive passenger hub based on MAS isproposed, including building comprehensive transportation branch, comprehensive passengerhub information system, improving finance mode, etc.
引文
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