随着城市机动化进程的加快,机动车的数量急剧增加,所带来的城市交通拥挤和环境污染问题日益突出。公共交通作为一种可靠性高、容量大、安全经济的交通方式,受到政府的高度重视。而城市公交作为城市公共交通系统中的重要组成部分,其运营效率对乘客出行成本、公交运营公司的运营成本以及环境污染物排放有着重大影响。公交线路的运营效率与站点位置和发车间隔时间密切相关,通过优化公交线路站点位置以及发车间隔时间,可以达到减少乘客出行成本、公交公司运营成本的目的,因此吸引更多的城市居民选择公共交通出行,从而减少交通拥堵和环境污染。本文首先以连续近似法(Continuum Approximation,CA)为理论基础,构建了以广义系统成本最小为目标函数的双向多时段公交线路设计优化模型。决策变量为上/下游站点密度函数与高/平峰发车间隔时间。在优化模型中考虑了环境因素。并以此为基础,构建了基于线路连续优化模型的离散方案。这部分主要研究内容和结论如下所述:(1)以乘客出行成本、运营商运营成本、环境成本组成的广义系统成本最小为目标函数,上/下游站点密度函数和高/平峰发车间隔为决策变量构建公交线路优化CA模型。通过拉格朗日乘子法结合库恩-塔克条件求解上/下游站点密度函数和高/平峰发车间隔时间的解析解。(2)以雅安熊猫大道第7号公交线为实例,利用上下客流数据对(1)中所建CA模型针对四种不同类型的公交系统(即线路上分别运行四种类型公交车)进行求解(最优上/下游站点密度函数与最优高/平峰发车间隔时间),并比较其优化后系统成本与现系统总成本。然后将连续模型离散化,得到基于连续模型的离散方案,计算离散方案与连续优化模型系统成本的差异从而得出连续近似模型在实际布设中的精确性。研究结果表明:(1)四种不同类型的公交系统优化后均节省约60%的系统成本,证明了连续优化模型的有效性;(2)在线路上分别运行四种不同类型公交车,基于连续模型的离散方案的系统成本与连续优化模型所得系统成本变化率较小,均不超过4%,证明了连续优化模型在实际应用中的精确性。随后,本文在此模型的基础上,进一步考虑站间开行方案的优化。可能的开行方案包括:加速-减速、加速-匀速-减速、加速-惰性-减速、加速-匀速-惰性-减速,而开行状态(加速、匀速、惰性、减速)的不同将会影响系统总成本。该部分的决策变量为上/下游站点密度函数、高/平峰发车间隔时间以及上/下游惰性行驶速度。在前一部分的基础上,构建了基于连续优化模型的离散方案。最后,从全生命周期成本的角度,对线路上分别运营这四种类型公交车的情况进行了讨论,比选四种公交车。这部分主要研究内容和结论如下所述:(1)四种类型的公交系统优化后的系统总成本较现系统成本下降约50%,平均站间距扩大约30%,离散方案与连续优化模型的结果误差控制在3%以内,证明了连续优化模型的有效性和精确性。(2)讨论了惰性行驶状态对乘客出行成本、运营商运营成本的影响。研究结果表明,惰性行驶状态会增加乘客出行成本(约14%),但会降低运营商运营成本(约20%)。引入惰性行驶状态对新能源公交车意义不大,而对于传统公交车则可以减少其燃料消耗成本,因此是有意义的。(3)通过考虑传统类型公交车(压缩天然气公交车和柴油公交车)每车公里维修费用随使用年数增长的情况,比较新能源公交车相对于传统公交车在整个生命周期上的经济性。结果表明,即使考虑传统公交车运行过程中产生的环境成本,超级电容公交车也不能在一个生命周期(8年)中成为总运营成本最低的车型,经济性仍较压缩天然气公交车有所不足。