基于Lotka-Volterra种群模型和广义效益的公共交通出行结构优化方法研究

The proposal will use the Lotka-Volterra（LV ）model and the generalized benefits to analyze the evolution process, optimization objectives and measures of urban public transport structure, including rail, buses and taxi. The program will use the passenger traveling utility of different transit model as the competition ration of LV model, by using the logit model. The regression analysis between the historic data and simulated data is used to explore the role of LV model. The research will use the generalized effectiveness of urban public transport as the optimization objectives including the social, transport, economic and environmental aspects, and exploring the optimal structure of urban transit by control the capacity, growth and competitiveness ration in LV model; The results will be important to illustrate the evolution process , optimization objectives and measures of urban public transport structure, to aid the decision-making of transit developing policy in capacity design, station layout, network planning, land use and funding coordination , to provide insight of improving public transport structure optimization.

本研究将运用Lotka-Volterra（LV）种群模型和广义效益对轨道交通、常规公共和城市客运出租等三种主要城市公共交通出行结构的演化过程、优化方向和优化措施进行研究。建立公共交通LV种群模型，分析公共交通方式间的客流动态演化过程；运用logit模型计算的公共交通乘客出行效用作为LV模型中的种群竞争系数，以单位时间内选择三种公共交通方式的出行人次作为种群数量，以各交通方式的最大运能作为种群的环境容量，并用公共交通出行的历史数据和仿真数据进行拟合分析，以验证LV模型对公共交通出行结构演化的解释作用；将各交通方式土地利用、污染排放和能耗加入到公共交通系统评价中，以系统广义效益和满足出行需求作为优化目标，运用多目标规划方法分析城市公共交通出行的最优结构；探索达到最优城市公共交通出行结构下，各公共交通方式的运能设计、站点布置、线网规划、土地使用、资金投入等协同优化措施，为出行结构优化提供新视角。

公共交通在交通系统中扮演着重要角色，也逐步成为国家发展战略。本研究运用Lotka-Volterra（LV）种群模型和广义效益对轨道交通、常规公共和城市客运出租等三种主要城市公共交通出行结构的演化过程、优化方向和优化措施进行研究。建立了公共交通LV种群模型，分析公共交通方式间的客流动态演化过程；利用拟合的LV种群模型，对中国电动汽车与传统燃油汽车进行了分析预测，发现LV种群模型有较好的应用前景，研究结果发表在国际期刊Journal of Advanced Transportation上；将各交通方式土地利用、污染排放和能耗加入到公共交通系统评价中，以系统广义效益和满足出行需求作为优化目标，运用多目标规划方法分析城市公共交通出行的最优结构；针对公共交通中环保效益问题，利用多目标优化、模糊评价等理论，对常规公交车的压缩天然气站点（CNG）进行了布局仿真与优化，研究结果发表在国际期刊Energy上。公共交通出行结构优化具有重要的科学意义，而LV种群模型和广义效益的模型建立，不仅对于公共交通出行结构优化有重要的启发和揭示作用，而且可以拓展到更广阔的交通系统和能源系统。