基于K-means聚类的城郊公交网络设计

为改变现有城郊公交线网规划不合理的状况,通过将物流领域的Milk-run和Hub-spoke的设计方法应用到公交网络优化和设计中,构建了新的城郊公交线网优化模型。同时,为求解所构建的城郊公交线网优化模型,设计了相应的启发式算法。首先通过k-means聚类方法将城区公交站点进行聚类,同类站点即为Milk-run线路的组成站点,再将同类站点的公交线路长度优化问题转化为经典TSP问题进行求解,结合多种局部搜索的操作方式,得到每条Milk-run线路的最短设计方案。然后依据规划好的Milk-run线路,通过遍历Milk-run线路中所有站点,确定每条Milk-run线路hub的站点所在的位置。最后结合客流需求,为各线路分配相应的车辆数量,结合线路的运行时间,可以获得各线路相应的发车频率。为验证所提出的模型和算法的实用性和有效性,将提出的方法应用到香港天水围区域的实际城郊公交线网优化,通过Matlab编程实现了方案求解。案例求解结果表明:与现有的实际公交服务对比,在不改变现有的站点布局及车辆配置数量的条件下,当客流需求维持现有的水平时,应用Milk-run和Hub-spoke方法对现有的公交服务进行优化,能够减少乘客4.2%总的出行时间;通过Milk-run线路及hub站点的设置,可以产生规模效应,能够有效提高城郊公交系统的服务水平,使居民出行更加方便快捷。