徐貽飛

摘要：高鐵建設(shè)對(duì)沿線經(jīng)濟(jì)有很強(qiáng)的推動(dòng)作用，沿線經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的小城市有著較大的物流、人流量，在高鐵站建成后，方便了對(duì)外聯(lián)系，方便了居民出行，無(wú)疑給當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)的發(fā)展注入了新的活力。本文以桐廬為例，在高鐵站建成的情況下，對(duì)客運(yùn)樞紐建設(shè)選址進(jìn)行了研究。重點(diǎn)以居民出行時(shí)間為選址指標(biāo)，通過建模分析求解，得出合理的選址方案。

Abstract： The construction of high-speed rail has a strong role in promoting the economy along the route. The economically developed small cities along the route have a large logistics and human flow. After the completion of the high-speed rail station， it facilitates external contacts and facilitates residents' travel， which undoubtedly gives new vitality to the local economy development. Taking Tonglu as an example， this paper studies the site selection of the passenger transport hub when the high-speed railway station is completed. Focusing on the residents' travel time as the site selection index， through modeling analysis and solving， a reasonable site selection plan is obtained.

關(guān)鍵詞：客運(yùn)樞紐;建模分析;遺傳算法

Key words： passenger transport hub;modeling analysis;genetic algorithm

中圖分類號(hào)：U291.7 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：1006-4311（2020）24-0249-03

0 ?引言

交通條件對(duì)區(qū)域經(jīng)濟(jì)的發(fā)展有著巨大的推動(dòng)作用，在高鐵快速發(fā)展的今天，其帶來(lái)的快捷、方便、安全的出行是長(zhǎng)途出行者首選的出行方式。高速鐵路巨大的“時(shí)空壓縮效應(yīng)”，不僅縮短了區(qū)域間的時(shí)空距離，促進(jìn)了區(qū)域可達(dá)性的提升，也改變了區(qū)域空間相互作用格局，重塑了區(qū)域經(jīng)濟(jì)空間結(jié)構(gòu)[1]，同時(shí)對(duì)區(qū)域的交通格局產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響。隨著高鐵建設(shè)進(jìn)程的不斷推進(jìn)，很多中小城市也已經(jīng)通上高鐵。隨著高鐵的建成通車，徹底改變了當(dāng)?shù)氐拈L(zhǎng)途出行方式，原有的長(zhǎng)途汽車出行方式受到了較大的影響，原有的交通設(shè)施必須進(jìn)行重新布局規(guī)劃，尤其是原有的長(zhǎng)途客運(yùn)站的位置是否合理，成為了當(dāng)?shù)卣紫汝P(guān)注的問題。

桐廬縣作為浙西地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的小縣城，至2018年年底才通高鐵，設(shè)有高鐵桐廬站，未來(lái)將設(shè)有高鐵桐廬東站。至此桐廬進(jìn)入高鐵時(shí)代。桐廬屬于小縣城，高鐵的建立對(duì)原有的城區(qū)交通布局產(chǎn)生了較大的影響，涉及到高鐵與城區(qū)公交、長(zhǎng)途客運(yùn)的合理銜接等問題。因此，本文基于高鐵站的布局，對(duì)綜合客運(yùn)樞紐的選址作為研究對(duì)象進(jìn)行分析。

1 ?選址原則及影響因素關(guān)系分析

①協(xié)調(diào)性原則。選址應(yīng)與城市總規(guī)，路網(wǎng)布局、外圍公路網(wǎng)布局、社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展以及與其他市際客運(yùn)交通樞紐以及市內(nèi)交通相協(xié)調(diào)。②具備良好的地址條件，總體上要體現(xiàn)以人為本，有利于區(qū)域可持續(xù)發(fā)展的原則。

城市交通系統(tǒng)基本可以分為對(duì)內(nèi)交通系統(tǒng)和對(duì)外交通系統(tǒng)。對(duì)于小城市來(lái)說，對(duì)內(nèi)交通系統(tǒng)主要包括公交系統(tǒng)、出租車、私人小轎車、非機(jī)動(dòng)車等。絕大多數(shù)小城市的對(duì)外交通系統(tǒng)只有汽車客運(yùn)站。小城市客運(yùn)樞紐與其他交通要素關(guān)系如圖1所示。

對(duì)于小城市來(lái)說，交通方式比較單一，客運(yùn)樞紐就是進(jìn)出城市的主要轉(zhuǎn)換節(jié)點(diǎn)?？h域內(nèi)居民通過公交、出租車、私家車等交通形式到達(dá)客運(yùn)樞紐站，然后換乘汽車到達(dá)外地。外地居民可以乘坐大汽車或換乘汽車至本地客運(yùn)樞紐，再采用其他交通工具，達(dá)到目的地。

從以人為本和城市可持續(xù)發(fā)展的角度考慮，小城市客運(yùn)樞紐的建設(shè)應(yīng)能滿足以下基本要求：

①盡可能的節(jié)約縣域內(nèi)居民到達(dá)客運(yùn)樞紐的時(shí)耗成本和經(jīng)濟(jì)成本。②盡可能的節(jié)約到達(dá)客運(yùn)樞紐站的外地居民到達(dá)縣域目的地的時(shí)間和經(jīng)濟(jì)成本。③盡可能的方便與其他交通方式的換乘。尤其在高鐵建設(shè)背景的小城市，要強(qiáng)調(diào)與高鐵站的換乘的便捷程度。④應(yīng)充分考慮城市交通資源的利用效率和城市未來(lái)的發(fā)展以及交通帶來(lái)的環(huán)境影響問題。

在高鐵建成以后，小城市與外界的連通性得到進(jìn)一步改善，居民的出行會(huì)更加便捷，進(jìn)出小城市的客流量會(huì)進(jìn)一步提高，對(duì)小城市的交通管理水平提出了更高的要求。目前小城市，尤其是發(fā)達(dá)小城市交通問題也比較突出，交通擁堵已成常態(tài)。很多小城市的原有客運(yùn)站設(shè)備陳舊，管理粗放，已經(jīng)無(wú)法適應(yīng)高鐵時(shí)代的大客流量的周轉(zhuǎn)要求。為了實(shí)現(xiàn)客流安全、便捷的周轉(zhuǎn)，客運(yùn)樞紐站的布局，顯得尤為重要。高鐵站和客運(yùn)樞紐站之間換乘量較大，考慮到外地居民對(duì)到達(dá)地交通路線不熟悉，在高鐵站附近布置一個(gè)客運(yùn)樞紐站是必要的，一方面可以方便乘客換乘其他交通工具，另一方面也可以進(jìn)一步緩解核心城區(qū)的交通擁堵，避免無(wú)效交通路徑而產(chǎn)生時(shí)間和經(jīng)濟(jì)的消耗。

2 ?小城市客運(yùn)樞紐選址合理性指標(biāo)

評(píng)價(jià)一個(gè)客運(yùn)樞紐選址是否合理，考慮的指標(biāo)較多，繁雜，是一個(gè)綜合的系統(tǒng)工程。通常情況下，需要參考以下幾個(gè)指標(biāo)[2]：

①乘客與樞紐相關(guān)的出行總耗時(shí)。

②乘客與樞紐相關(guān)的出行總經(jīng)濟(jì)消耗。

③樞紐自身的經(jīng)濟(jì)效益。

④樞紐對(duì)城市環(huán)境污染程度。

⑤樞紐對(duì)城市社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的引導(dǎo)強(qiáng)度。

一個(gè)合理的客運(yùn)樞紐選址規(guī)劃應(yīng)盡可能在上述各個(gè)指標(biāo)各自優(yōu)化情況下的最優(yōu)。由于篇幅問題，本文不作詳細(xì)闡述。本文重點(diǎn)選取總耗時(shí)指標(biāo)為研究對(duì)象，擬定以總耗時(shí)最小為目標(biāo)，確定客運(yùn)樞紐的最優(yōu)方案。

3 ?小城市客運(yùn)樞紐選址模型建立

目前，客運(yùn)樞紐選址方法主要有微分法、運(yùn)籌法、交通配流法[3]。選址模型主要分為約束型，無(wú)約束型[2]。

參照上述選址考慮的指標(biāo)，無(wú)論約束型模型，還是無(wú)約束模型，隨著條件的增多，變量的增多，候選數(shù)目的增多其計(jì)算量是非常巨大的，普通計(jì)算機(jī)是無(wú)法完成的，所以必須對(duì)算法進(jìn)行改進(jìn)、優(yōu)化。

3.1 模型建立

小城市多為單中心多組團(tuán)空間結(jié)構(gòu)，中心區(qū)對(duì)交通流的吸引能力較強(qiáng)，所以客運(yùn)樞紐的選址，應(yīng)充分考慮這一點(diǎn)，以方便居民的出行。但小城市的優(yōu)點(diǎn)就是人口規(guī)模小，建成區(qū)范圍，交通架構(gòu)比較簡(jiǎn)單。出行方式比較單一，生活節(jié)奏慢，對(duì)出行路徑的選擇較為寬容。為此，本文對(duì)約束條件進(jìn)行簡(jiǎn)化，主要以人口量（M）和出行時(shí)間（T）為主要約束條件，構(gòu)建小城市客運(yùn)樞紐的選擇模型。

Gk：樞紐k的建設(shè)規(guī)模;Mi：小區(qū)i的人口量;μik：小區(qū)i至樞紐k的出行率。

3.2 計(jì)算復(fù)雜度分析

由上述算法可知，需要對(duì)每個(gè)候選對(duì)象進(jìn)行計(jì)算，候選對(duì)象越多，計(jì)算工作量越多，呈現(xiàn)幾何級(jí)增長(zhǎng)，再對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行分析比較。根據(jù)數(shù)學(xué)常識(shí)，計(jì)算量是候選項(xiàng)個(gè)數(shù)（n）的2n。即隨著候選個(gè)數(shù)的增加，該算法的計(jì)算次數(shù)以指數(shù)上升。

3.3 無(wú)約束選址模型

新興城市或者上沒有客運(yùn)樞紐的地方，不受用地規(guī)劃約束的情況下，選擇的自由度比較大，常常采用無(wú)約束模型。與約束模型相比，候選的個(gè)數(shù)更多。在定義的規(guī)劃區(qū)域（0

4 ?遺傳算法在選址中的應(yīng)用

如前所述，隨著候選數(shù)量的增加，計(jì)算次數(shù)以指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)，計(jì)算時(shí)間和計(jì)算負(fù)荷將非常大。選址規(guī)劃模型的目標(biāo)就是在滿足規(guī)劃區(qū)域內(nèi)居民出行需求的基礎(chǔ)上，達(dá)到出行時(shí)間最省的目的，即出行便捷的目的。遺傳算法具有有效利用隱含并行性和全局信息的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)對(duì)解空間不同區(qū)域中多個(gè)點(diǎn)的搜索，可以找到全局最優(yōu)解，滿足計(jì)算要求[4]。

4.1 編碼

以二進(jìn)制符號(hào)表示樞紐的存在或不存在，如xk=1表示第k個(gè)樞紐是存在的，xk=0表示第k個(gè)樞紐是不存在的。具體編碼方式如圖2所示。

4.2 適應(yīng)度函數(shù)定義

如上文所述，選址規(guī)劃的目標(biāo)是使區(qū)域內(nèi)客運(yùn)出行時(shí)間最短，所以適應(yīng)度函數(shù)定義為總出行時(shí)間T的函數(shù)。適應(yīng)度函數(shù)定義如下式所示：

式中，Ti為解集中第i個(gè)方案的總出行時(shí)間，對(duì)應(yīng)第i個(gè)基因串，N為解集規(guī)模。

4.3 群體的選擇與復(fù)制

通過適應(yīng)度計(jì)算結(jié)果從客運(yùn)樞紐坐標(biāo)解集中選出優(yōu)良的父代，用于繁殖下一代。遺傳算法采用與適應(yīng)度值成比例的概率方法實(shí)現(xiàn)選擇和復(fù)制操作。具體如下：①通過對(duì)初始集進(jìn)行客流優(yōu)化計(jì)算，得到出行時(shí)間最優(yōu)解，從而可以計(jì)算出fi。并計(jì)算所有適應(yīng)度值的總和。②計(jì)算某個(gè)個(gè)體的適應(yīng)值所占總適應(yīng)度值的比例。③通過概率比較，選擇出新群體，形成交配池，屬于當(dāng)代和下代的中間集。

4.4 交叉操作

在定義的n個(gè)樞紐集中進(jìn)行隨機(jī)配對(duì)，并且定義交叉概率Pj，在選好的進(jìn)行配對(duì)的每一個(gè)個(gè)體中隨機(jī)設(shè)置交叉位置，通過該操作產(chǎn)生新個(gè)體，即子代。Pj取值范圍一般是0.25-1。

4.5 變異操作

選取極小的概率Pb，對(duì)解集進(jìn)行改變，變異操作是交叉操作的補(bǔ)充，可以實(shí)現(xiàn)個(gè)體的多樣性。Pb的取值范圍一般是0-0.01。

4.6 算法停止準(zhǔn)則

算法停止準(zhǔn)則就是設(shè)置停止算法迭代的規(guī)則。本次設(shè)計(jì)了迭代次數(shù)的閾值，以確保產(chǎn)生子代和算法的規(guī)模。（圖3）

5 ?算例

以桐廬綜合客運(yùn)中心選址為例，將桐廬城區(qū)劃分成13個(gè)交通小區(qū)，候選地址有兩個(gè)。

在遺傳算法中，基因串長(zhǎng)度取值為2，按照前文所介紹的算法，取交叉概率為2/3，變異概率為3%。計(jì)算過程簡(jiǎn)介如下：假定初始化字符串組為{0，1}，{1，0}，然后分別對(duì)上述各自選擇方案進(jìn)行總出行時(shí)間計(jì)算，經(jīng)過計(jì)算分別為：T1=21546min，T2=20374min。上述方案平均出行時(shí)間為1612min。再除以上述出行時(shí)間，其各自的適應(yīng)度為：f1=0.0748，f2=0.0791。根據(jù)各自的適應(yīng)度可分別計(jì)算各方案的選擇權(quán)重，再進(jìn)行交叉、變異等生成下一代基因組。經(jīng)過數(shù)次迭代后，基因串定位為{0，1}，即候選點(diǎn)2為最優(yōu)方案。

6 ?結(jié)束語(yǔ)

隨著高鐵時(shí)代的到來(lái)，小城市的出行方式選擇更加多元化，傳統(tǒng)的公路交通迎來(lái)了前所未有的挑戰(zhàn)。結(jié)合高鐵建設(shè)新的客運(yùn)樞紐，既方便了公鐵換乘，滿足了小城市居民出行便捷的需要，土地也實(shí)現(xiàn)了最大集約化利用?？瓦\(yùn)樞紐建設(shè)涉及方方面面，考慮因素較多，采用遺傳算法，對(duì)候選地址進(jìn)行分析，不失為一種高效可行的手段，也是一種解決選址問題的新的值得探索的途徑。

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