大学校园校、班车系统规划及轨道交通接驳换乘设计文献综述
2020-04-26 12:47:59
文 献 综 述
大学校园校车、接驳班车、校区班车的系统规划及与城市轨道交通站点接驳换乘设计追根究底是从高等院校这一社区出发,引伸出来的一类特殊的公共交通规划及车辆运行路径选择问题。
校园交通规划一直以来被作为校园规划建设的一项子规划[1]。国内外学者研究重心多在于理论分析,诸多学者历来对校园交通的研究处于浅尝辄止的状态,着重以案例总结经验,以经验指导优化,以理论架构理论,较为缺乏以数据为导向型的研究思路。案例总结方面,Will Toor主要介绍了在可持续发展环境背景之下,北美洲地区部分大学校园交通系统设计方法[2]。林臻对国内外高校的校园交通规划案例进行实践汇总,在汲取优秀案例经验的基础上,对机动化背景下的校园交通提出了相应的优化策略[3]。指导实践方面,黄平等人立足于高校校区总体规划布局形式,将校园交通师生出行需求作为切入点,进行了校园交通网络设计,并将其应用到了上海交通大学新校区#8212;#8212;闵行校区交通规划设计当中[4]。理论架构方面,以张支樱为代表,将公交社区理论运用到校园空间规划结构上,详细分析了校园交通存在的问题难点,提出了以人为本的校园交通规划理念[1]。
随着高校校园交通环境变得日益复杂,校园公交理论研究逐渐引发学术界关注。国外最早的校园公交始于1969 年的美国加州大学圣地亚哥分校[5]。近年来国内学者开始对高校校园巴士进行研究。有不少学者将校园公交研究和案例结合分析。赵驰等人针对江苏大学校园公共交通资源配置现状提出系统优化策略[6]。汤海滨针对哈尔滨工程大学校园内短途公共交通进行研究,提出交通组织管理建议以及通勤车线路优化方法[7]。也有学者将城市交通规划设计理论引入校园交通。如黄海南等人应用TransCAD和交通需求预测方法对福建农业大学进行了校园内部交通规划研究[8]。熊萍将交通规划四阶段法运用在校园公交巴士层面,并以深圳大学为案例,进行实例分析[9]。余诚强将城市公交理论运用到高校公交特征分析中,并以福州大学作为案例进行分析,提出一些策略建议[10]。也有学者引入信息科学相关理论。杨博雄等人设计了校园巴士运行实时位置共享系统,方便了师生乘坐校园巴士[11]。朱孔强等人设计了基于百度鹰眼的校园巴士应用程序,为师生提供校园巴士查询与导航服务[12]。与其他学者研究切入点不同的是,靳聪毅等人提出建设校园与城市空间结构全面、立体的公共交通体系设想,利用校园公共交通既方便师生内部出行,也加强校园与周边城市交通的衔接[13]。这一独特的视角扩大了校园公交的研究范畴,由仅限于校区内部服务拓展到校区与区外交通之间,校区与校区之间。
如上文所述,虽然在校园公共交通研究领域以理论架构为主,缺乏足够地数据分析论证,但是在城市中以旅行商问题(Traveling Salesman Problem,TSP)为典型的出行路径选择研究吸引诸多学者深入研究。
旅行商问题属于车辆路径问题的研究范畴。TSP的经典问题模型是一个销售人员依次去多个城市中推销产品,然后返回起始点,如何选择挑选出最短路径[14,15]。该问题最早在19世纪由威廉#183;哈密尔顿和克克曼提出[16]。问题自提出以来已经经过了几百年,吸引了诸多学者从事相关研究。长期的积累过程中,TSP模型积累了大量成果。
TSP逐步衍生出多种扩展形式,如非对称旅行商问题、多目标旅行商问题、依次排序问题等[17]。对于TSP问题的研究也成为了我国很多学者的重要课题。中国邮递员问题(Chinese Postman Problem, CPP) 作为一个具有我国特色的TSP问题被管梅谷教授发现后并提出[18]。同时,管教授在上述提出问题基础之上对TSP开展了进一步的研究,提出了一系列变异TSP问题。如带时间窗约束、多目标条件约束下的等变形问题[14,19,20]。吴斌等人提出一种特殊算法,通过分段处理提高了求解的运算速度,更快地获得最优解[16]。
TSP模型典型的运用方面多样化,在社会发展诸多领域体现出广泛应用。引入交通规划道路设计中,用以避免或是缓解交通拥堵[21]。引入交通运输行业路线选择中,设计运行成本最低的运输线路[14,22]。此外,在网络布线等其他许多方面也得到了充分运用[23]。所以,大部分问题经过重新描述和转化后,如果可以实现称为经过且仅经过一次途径站点,求所设定相关目标条件下的路径搜索选择最优解,一般都可以转换为TSP问题[16]。
旅行商问题作为一类较为典型的组合优化问题,同时也是一类NP完全问题[16,24,25]。其中可能哈密圈的个数与顶点个数间存在指数关系[26]。因此如果想求出精确解常常十分难[27]。目前的研究表示,主要有两类求解算法。一种是精确算法,另一种是近似算法[17,28]。精确算法通过逐一计算可能路线方式,以求得精确解,当计算点数量较多时,计算量相当庞大,具体由分支定界法、枚举法和动态规划法等[14,29,30]。近似算法不会遍历所有的可能解,所以并不是以求出精确解为目标,而是求得最优解。
随着高校校园公共交通需求的多样性发展,可分为三类需求,分别为校区内部公交、校区与区外轨道交通衔接的接驳公交和校区间运行及与途中轨道交通站点换乘的校区班车。通过将以车辆路径选择问题及其衍生理论为基础的外部运行班车研究,与以城市公共交通理论和校园交通规划理论为基础的内部运行校车研究相结合,丰富了高校校园公交通经典研究。选题里的这些研究内容对校园公共交通研究领域具有重大的启发意义。