论文总字数：54987字

摘 要

地铁具有速度快、容量大、可靠性强等优势，对客流具有很强的吸引力。但随着地铁客流的不断增长，地铁服务出现了瓶颈现象，需要服务品质较高的地面公交进行分流，疏解地铁瓶颈区段的压力。近年来，一种名为定制公交的新型公共交通方式逐渐兴起，提供了私人化、灵活的、门到门的需求响应型公交服务。然而目前其服务设计流程中的需求获取完全依赖于线上调查，存在需求获取不全面等弊端。论文基于地铁刷卡数据及自行车数据，结合意向调查，进行地铁瓶颈区段的定制公交服务设计，解决了定制公交需求识别的问题，并为缓解地铁客流压力提供了思路。

论文以南京市为实例，首先，在基于地铁网络断面客流饱和度的瓶颈识别的基础上，简要分析了地铁瓶颈区段的主要客流特征。在瓶颈区段内地铁站点开展了地铁乘客向定制公交转移的意向调查，通过Logistic回归研究了定制公交的时间、票价和总停站次数对乘客选择定制公交的影响，得出了不同服务方案下的转移概率。然后，本文提出了一种基于出行需求聚类的定制公交服务设计方法，具体为：编写改进的DBSCAN算法，对瓶颈区段地铁乘客实际出行需求数据进行聚类。基于需求聚类的结果，提取出主要的定制公交线路及其大体走向，以共享单车订单数据和公共自行车刷卡数据为补充，获得地铁乘客出行的起终点，进而确定定制公交线路站点。另外，基于需求聚类的簇结果，结合对应线路的转移概率，设计备选时刻表。最后，本文对南京市早高峰地铁瓶颈区段的刷卡数据进行需求聚类，并以马群线为例进行了具体的线路设计和时刻表编制。

关键词：出行需求聚类，定制公交服务设计，地铁瓶颈区段

Abstract

Since the fast speed, large capacity and strong reliability of the subway, it has attracted large passenger flow. However, with the continuous growth of passengers, it occurs bottlenecks, which needs the ground public transport with high service level to divert the pressure of the subway bottleneck section. In recent years, a new mode of demand responsive public transport system, known as customized bus, has been developed gradually, which provides personalized, flexible and door-to-door public transport service. However, the requirement acquisition procedure in the existing service design process depends on online survey and has many disadvantages. Based on subway smart card data and the data of bicycles and stated preference survey, a method of design the customized bus service in the bottleneck of the subway was provided. The present work solves the problem of identifying the demand of the customized bus, and offers a way to alleviate the subway passenger flow pressure.

Firstly, according to the bottleneck identification based on the passenger flow saturation of the subway network, the main characteristics of passengers in the subway bottleneck section was analyzed. Then, a subway about whether the subway passenger will turn to the customized bus was carried out in the bottleneck section. The Logistic Regression analysis figured out the influence of the time, the fare and the total number of stops about the subway passenger transfer to the custom bus. And the transfer probability under different service schemes was obtained. Then, a customized bus service design method based on travel demand clustering is proposed. An improved DBSCAN algorithm to cluster the actual travel demand of the subway passengers in the bottleneck area. Based on the result of demand clustering, the main customized bus line and its general trunk were extracted. The passengers' real origin or destination were obtained by the data of bike-sharing system, which finally determined the stations of customized bus. In addition, based on the results of demand clustering and the transfer probability of corresponding lines, an alternative timetable is scheduled. Finally, by clustering demand of smart card data in the bottleneck section of the Nanjing Metro, Maqun Line was taken as an example to show the specific line design and timetable schedule.

KEY WORDS: Travel demand clustering, Customized bus design, Subway bottleneck

目录

摘要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1 选题背景及研究意义 1

1.2 国内外研究现状 1

1.2.1 地铁瓶颈研究现状 1

1.2.2 定制公交研究现状 3

1.3 研究内容及技术路线 6

第二章 地铁服务能力瓶颈区段客流特征 8

2.1 研究对象 8

2.1.1 南京市地铁网络 8

2.1.2 南京市早高峰地铁瓶颈区段 10

2.2 地铁瓶颈区段客流特征分析 11

2.2.1 数据处理 11

2.2.2 客流特征分析结果 15

2.3 本章小结 20

第三章 地铁乘客向定制公交转移意向分析 21

3.1 地铁乘客向定制公交转移意向调查 21

3.1.1 调查方法介绍 21

3.1.2 调查方案设计 22

3.1.3 调查结果分析 23

3.2 地铁乘客向定制公交转移意向模型 25

3.2.1 Logistic回归模型简介 26

3.2.2 地铁向定制公交转移意向的Logistic回归 28

3.3 不同服务方案下地铁乘客转移概率 31

3.4 本章小结 34

第四章 基于需求聚类的定制公交服务设计方法 35

4.1 定制公交服务设计流程 35

4.2 地铁瓶颈区段出行需求聚类 36

4.2.1 聚类算法比较 36

4.2.2 改进的DBSCAN算法 37

4.2.3 基于改进的DBSCAN算法的地铁乘客出行需求聚类 39

4.3 基于需求聚类的定制公交线路设计和时刻表编制方法 40

4.3.1 定制公交线路设计 40

4.3.2 定制公交时刻表编制 43

4.4 本章小结 46

第五章 案例研究 47

5.1 地铁瓶颈区段乘客出行需求聚类 47

5.2 定制公交线路设计（马群线） 49

5.3 定制公交时刻表编制（马群线） 54

5.4 本章小结 58

第六章 总结与展望 59

6.1 主要研究成果 59

6.2 主要创新点 61

6.3 下一步研究工作展望 61

致谢 62

参考文献 63

附录A 65

附录B 67

第一章 绪论

1.1 选题背景及研究意义

随着改革开放政策的实施，我国经济显著增长，城镇化和机动化水平快速提高，而交通问题也随之愈加突出。为了有效缓解日益增长的交通压力，我国提出了大力发展公共交通的战略。地铁具有速度快、容量大、准点、可靠等优势，成为了城市居民首选的公共交通出行方式。然而，随着我国地铁网络化进程的不断加快，地铁客流不断增长，地铁服务产生了瓶颈现象，需要服务品质较高的地面公交进行分流，疏解地铁瓶颈区段的压力。而近年来，一种名为定制公交的新型公共交通方式在我国兴起，它通过在网上平台搜集交通需求并进行汇总，制定备选的公交线路让用户选择，提供了先进的、私人化、灵活的、门到门的需求响应型公交服务，对乘客具有很大的吸引力。然而定制公交目前在获取乘客需求方面存在着一定问题，其数据完全来源于网上调查，样本量小，获取需求不全面。如果能分析出地铁瓶颈区段客流的需求，针对性地设计合理的定制公交线路，将一部分客流转移到定制公交上，就能在充分发挥定制公交优势、缓解地铁压力的同时，大幅提高居民公交出行的舒适度，提升整个公共交通系统的服务品质。

本论文在识别地铁服务瓶颈的研究基础上，基于南京地铁刷卡数据、共享单车和公共自行车订单数据，提取瓶颈区段内的出行者出行的时空特征，利用聚类算法获取主要出行需求模式，结合居民使用定制公交的意向调查，进行地铁瓶颈区段定制公交服务设计。论文利用乘客实际出行数据识别定制公交出行需求，进行定制公交服务设计，具有可靠性高、效率高、化被动为主动等优势，除了有助于缓解地铁瓶颈区段压力，更提供了一种新的定制公交服务设计思路，对定制公交发挥其自身优势以及配合辅助轨道交通具有很大的意义。

1.2 国内外研究现状

1.2.1 地铁瓶颈研究现状

瓶颈通常指一个整体系统里的关键限制因素，一般是某个流程中节拍最慢的环节或者节点^[1]。对于轨道交通网络而言，当线路或区间的断面客流满载率超过 100%的时候，说明客流量较大，超过了该线路或区间的服务能力，成为地铁网络中的服务能力瓶颈区段^[2]。关于地铁瓶颈理论的研究，目前国内外学者主要从微观（车站）和宏观（网络）两方面展开：

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