书籍详情
公共交通系统原理：规划、运营与实时控制
作者：[美] 卡洛斯·达冈佐，欧阳彦峰，李萌 著
出版社：清华大学出版社
出版时间：2023-02-01
ISBN：9787302615583
定价：¥119.00
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内容简介
《公共交通系统原理——规划、运营与实时控制》一书全面阐述了如何从物理模型视角系统地思考公共交通问题，既为读者提供了解决公共交通系统基本问题的基础理论，又提供了容易应用于现实世界的实用方法。内容涵盖传统的交通方式，如地铁、公交车和出租车，也覆盖了互联网技术和无人驾驶技术发展带来的新型出行服务。本书共 11 章，首先系统介绍了公共交通设计的基本原理、理论、方法和分析工具，从规划、管理和运营三个维度，分析面向不同城市和地区，如何结合其特点设计高效的公共交通系统；然后详细介绍了四种分析工具：时空图、排队图、优化和量纲分析；紧接着介绍了如何基于交通预测来进行规划，包括摆渡车系统、交通廊道、网络系统和灵活公交，内容涵盖规划的基础知识和具体方法。之后介绍了如何在中短期内通过资源管理实现公共交通系统的高效运营，如日常车队管理、司机排班、车辆实时控制以及应对交通拥堵、车辆故障等非常态事件的临时管理措施。最后，本书从经济学的角度详细介绍了如何利用市场机制保障公共交通系统的高效运营。本书的理念和方法对完善我国公共交通系统具有重大借鉴意义，既可用于教学，又可以为专业人员提供工作思路。
作者简介
卡洛斯· 达冈佐（ Carlos F.Daganzo ）教授，美国工程院院士，加利福尼亚大学伯克利分校校长讲席教授。美国交通科学领域的泰斗级人物，著作等身，桃李满门，做出了诸多开创性的贡献。获国际运筹学和管理学研究协会 2013 年Robert Herman 终身成就奖，2012 年西班牙巴塞罗那理工大学名誉博士学位。 欧阳彦峰教授，美国伊利诺依大学香槟分校George Krambles 讲席教授。长期从事交通系统工程、物流及旅客运输规划、可持续城市管理、交通流理论、交通安全等方面的研究工作。现任交通及运筹学领域多个国际顶j期刊主编或副主编。 李萌，博士生导师，国家自然基金优秀青年科学基金获得者，清华大学长聘副教授，清华大学土木水利学院院长助理，清华大学-戴姆勒可持续交通联合研究院院长，清华大学智能网联汽车与交通交叉研究中心副主任，中国人民公安大学客座教授。在国内外发表智能交通领域学术论文130余篇，多次获国家科技进步二等奖、省部级科技进步特等奖、一等奖。
目录
第 1 章 公共交通基础 1
1.1 公共交通的必要性 1
1.2 公共交通的期望与挑战 4
1.2.1 利益相关者及其期望 4
1.2.2 挑战 7
1.3 公交系统的基本类型 9
1.4 成本与服务表现 13
1.4.1 成本 13
1.4.2 服务表现 19
参考文献 21
练习题 23
第 2 章 分析工具 24
2.1 时空图 24
2.1.1 单辆车 24
2.1.2 多辆车 27
2.1.3 建模与分析应用 30
2.2 排队图 32
2.2.1 方法基础 32
2.2.2 数据解释功能：平滑、平均值和 Little 公式 34
2.2.3 预测延误和排队的发展 36
2.3 优化 39
2.3.1 无约束优化 39
2.3.2 约束优化 43
2.4 量纲分析 47
2.4.1 公式验证 48
2.4.2 基本思想：用无量纲组合重构表达式 48
2.4.3 应用 50
参考文献 52
练习题 53
附录 2.A 如何确定最大相互无关集 54
第 3 章 规划—总体思路 57
3.1 规划决策 57
3.1.1 时间范围 57
3.1.2 解决方案的范围 59
3.1.3 建模哲学 60
3.1.4 两步建模方法：整数与连续变量 61
3.2 计算非货币表现输出 63
3.2.1 基于标准的方法 65
3.2.2 拉格朗日方法与基于标准的方法之间的联系 66
3.3 需求内生性 68
3.4 模块化学习规划方法 70
参考文献 71
练习题 71
第 4 章 规划—摆渡车系统73
4.1 个体出行 73
4.1.1 恒定的交通需求 73
4.1.2 时变的交通需求—晚高峰通勤 74
4.1.3 自适应的可变需求—早高峰通勤 76
4.2 集体出行 79
4.2.1 恒定的交通需求 79
4.2.2 时变的交通需求 81
4.3 双模式均衡：通过“公交优先”缓解拥堵 83
参考文献 85
练习题 85
附录 4.A 早高峰通勤问题的均衡 87
第 5 章 规划—交通廊道 90
5.1 初步理解：理想化分析 90
5.1.1 门到门速度的限制：单公交线路的情形 91
5.1.2 通达速度的影响：快慢车分层结构的实用性 94
5.2 单线路公交：分析方法和解决方案的性质 96
5.2.1 假设和初步建模 96
5.2.2 数学建模和解决方案 99
5.3 多个标准 105
5.4 多线路：分层系统 108
5.4.1 建模和分析 108
5.4.2 结果与深刻理解 114
5.5 扩展延伸 116
5.5.1 两个方向上的不对称 116
5.5.2 随空间和时间变化的服务 117
5.5.3 公交车容量的考虑 119
参考文献 121
练习题 121
小项目 1 将慢线公交线路改造为公交快线 125
第 6 章 规划—网络 128
6.1 理想场景分析 130
6.1.1 单线路：没有换乘的公交系统 130
6.1.2 多线路系统：换乘的作用 132
6.2 符合实际的分析：网格系统 135
6.2.1 广义成本函数的推导 136
6.2.2 优化和最优解的性质 138
6.2.3 一般化分析 142
6.3 容量限制：网格系统 143
6.3.1 载客容量约束 144
6.3.2 三种容量约束的结合：对城市规模的影响 146
6.4 其他网络结构 147
6.4.1 轴辐网络 147
6.4.2 混合网络 152
6.5 实际系统的设计 157
6.5.1 设计的步骤 157
6.5.2 实际案例研究 160
6.6 其他问题 163
6.6.1 不受已有道路限制的公交网络 163
6.6.2 公交的协同作用和最后一千米问题 164
6.6.3 内生停站时间和灵活的停靠 166
参考文献 167
练习题 168
小项目 2 设计一个公交网络 173
附录 6.A 线路段上最大流量的下界 175
附录 6.B 分层结构的网格网络 176
第 7 章 规划—灵活公交 178
7.1 有专职司机的车辆共享：呼叫式出租车和无人驾驶出租车 181
7.1.1 出租车服务的物理模型：排队模型 182
7.1.2 运营者视角：基于服务标准的系统优化 184
7.1.3 社会视角：与自驾出行和公共出行的比较 185
7.2 无专职司机的车辆共享：单程系统 187
7.2.1 无固定泊位，随需停车系统 188
7.2.2 有固定泊位的系统 189
7.3 匹配拼车和顺风车 192
7.3.1 有或无预约的匹配拼车 193
7.3.2 顺风车 194
7.4 需求响应公交 196
7.4.1 电话约车 196
7.4.2 共享出租车 200
7.4.3 城市交通出行模式对比 202
7.5 具有站点和枢纽的需求响应式公交：小巴服务 204
7.6 技术与公交的未来 208
参考文献 210
练习题 211
附录 7.A 到 n 个随机点中最近点的期望距离 214
附录 7.B 可行匹配的期望比例 215
附录 7.C 219
第 8 章 管理—车队 220
8.1 定义 221
8.2 时刻表覆盖：只有一个终点站的公交车线路 224
8.2.1 车队规模：图形分析 224
8.2.2 车队规模：数值分析 226
8.2.3 多种公交类型 227
8.2.4 终点站位置 227
8.2.5 班次分配 228
8.3 多条公交线路的时刻表覆盖 230
8.3.1 靠近停保场的单个终点站 230
8.3.2 离散站点与空驶启发式算法 231
8.3.3 讨论：空驶和资源共享的效果 233
参考文献 234
练习题 235
附录 8.A 证明—后进先出和贪婪策略均使用最少公交车 236
附录 8.B “车辆路径问题”与元启发式算法 236
第 9 章 管理—员工配置 243
9.1 介绍 243
9.2 独立的班次 244
9.2.1 最不利的薪酬结构 245
9.2.2 延时加班 245
9.2.3 多种轮班类型 248
9.3 多个公交车班次 250
9.3.1 求解算法 250
9.3.2 成本的下界 252
9.4 员工配置 254
9.4.1 使用在编受薪员工完成轮班 255
9.4.2 应对缺勤 259
参考文献 261
练习题 261
小项目 3 车队和人员管理 262
附录 9.A 组合多个司机类型以覆盖公交车班次 268
第 10 章 运营—可靠的公交服务 272
10.1 不可靠性对公交用户的影响 274
10.2 由若干系统组成的系统 278
10.2.1 单智能体系统 279
10.2.2 多智能体的系统 283
10.3 未加控制的公交车运行 284
10.3.1 理想的确定性运行 284
10.3.2 未加控制的公交车运行 285
10.4 按时刻表实施控制 287
10.4.1 由时刻表控制的系统动态 288
10.4.2 设置松弛量和控制点间距 290
10.5 多公交控制策略 292
10.5.1 基本算法 292
10.5.2 鲁棒控制 300
10.6 实际考虑 303
10.7 实地研究与人为因素 305
10.7.1 简单控制：来自 Dbus 的证据（西班牙 San Sebastian） 305
10.7.2 鲁棒控制：来自 OTS 的证据（夏威夷 Honolulu） 310
10.8 补救措施 311
10.8.1 起终点策略 311
10.8.2 加速个别公交车 314
10.8.3 更加激进的策略 315
参考文献 317
练习题 318
小项目 4 为缓解公交串车设计控制策略 321
第 11 章 结语—经济和定价325
11.1 分解 325
11.2 经济 328
11.2.1 理想化的运营机构 328
11.2.2 现实的机构 329
11.2.3 如何鼓励运营机构为公众利益服务 330
练习题 332
1.1 公共交通的必要性 1
1.2 公共交通的期望与挑战 4
1.2.1 利益相关者及其期望 4
1.2.2 挑战 7
1.3 公交系统的基本类型 9
1.4 成本与服务表现 13
1.4.1 成本 13
1.4.2 服务表现 19
参考文献 21
练习题 23
第 2 章 分析工具 24
2.1 时空图 24
2.1.1 单辆车 24
2.1.2 多辆车 27
2.1.3 建模与分析应用 30
2.2 排队图 32
2.2.1 方法基础 32
2.2.2 数据解释功能：平滑、平均值和 Little 公式 34
2.2.3 预测延误和排队的发展 36
2.3 优化 39
2.3.1 无约束优化 39
2.3.2 约束优化 43
2.4 量纲分析 47
2.4.1 公式验证 48
2.4.2 基本思想：用无量纲组合重构表达式 48
2.4.3 应用 50
参考文献 52
练习题 53
附录 2.A 如何确定最大相互无关集 54
第 3 章 规划—总体思路 57
3.1 规划决策 57
3.1.1 时间范围 57
3.1.2 解决方案的范围 59
3.1.3 建模哲学 60
3.1.4 两步建模方法：整数与连续变量 61
3.2 计算非货币表现输出 63
3.2.1 基于标准的方法 65
3.2.2 拉格朗日方法与基于标准的方法之间的联系 66
3.3 需求内生性 68
3.4 模块化学习规划方法 70
参考文献 71
练习题 71
第 4 章 规划—摆渡车系统73
4.1 个体出行 73
4.1.1 恒定的交通需求 73
4.1.2 时变的交通需求—晚高峰通勤 74
4.1.3 自适应的可变需求—早高峰通勤 76
4.2 集体出行 79
4.2.1 恒定的交通需求 79
4.2.2 时变的交通需求 81
4.3 双模式均衡：通过“公交优先”缓解拥堵 83
参考文献 85
练习题 85
附录 4.A 早高峰通勤问题的均衡 87
第 5 章 规划—交通廊道 90
5.1 初步理解：理想化分析 90
5.1.1 门到门速度的限制：单公交线路的情形 91
5.1.2 通达速度的影响：快慢车分层结构的实用性 94
5.2 单线路公交：分析方法和解决方案的性质 96
5.2.1 假设和初步建模 96
5.2.2 数学建模和解决方案 99
5.3 多个标准 105
5.4 多线路：分层系统 108
5.4.1 建模和分析 108
5.4.2 结果与深刻理解 114
5.5 扩展延伸 116
5.5.1 两个方向上的不对称 116
5.5.2 随空间和时间变化的服务 117
5.5.3 公交车容量的考虑 119
参考文献 121
练习题 121
小项目 1 将慢线公交线路改造为公交快线 125
第 6 章 规划—网络 128
6.1 理想场景分析 130
6.1.1 单线路：没有换乘的公交系统 130
6.1.2 多线路系统：换乘的作用 132
6.2 符合实际的分析：网格系统 135
6.2.1 广义成本函数的推导 136
6.2.2 优化和最优解的性质 138
6.2.3 一般化分析 142
6.3 容量限制：网格系统 143
6.3.1 载客容量约束 144
6.3.2 三种容量约束的结合：对城市规模的影响 146
6.4 其他网络结构 147
6.4.1 轴辐网络 147
6.4.2 混合网络 152
6.5 实际系统的设计 157
6.5.1 设计的步骤 157
6.5.2 实际案例研究 160
6.6 其他问题 163
6.6.1 不受已有道路限制的公交网络 163
6.6.2 公交的协同作用和最后一千米问题 164
6.6.3 内生停站时间和灵活的停靠 166
参考文献 167
练习题 168
小项目 2 设计一个公交网络 173
附录 6.A 线路段上最大流量的下界 175
附录 6.B 分层结构的网格网络 176
第 7 章 规划—灵活公交 178
7.1 有专职司机的车辆共享：呼叫式出租车和无人驾驶出租车 181
7.1.1 出租车服务的物理模型：排队模型 182
7.1.2 运营者视角：基于服务标准的系统优化 184
7.1.3 社会视角：与自驾出行和公共出行的比较 185
7.2 无专职司机的车辆共享：单程系统 187
7.2.1 无固定泊位，随需停车系统 188
7.2.2 有固定泊位的系统 189
7.3 匹配拼车和顺风车 192
7.3.1 有或无预约的匹配拼车 193
7.3.2 顺风车 194
7.4 需求响应公交 196
7.4.1 电话约车 196
7.4.2 共享出租车 200
7.4.3 城市交通出行模式对比 202
7.5 具有站点和枢纽的需求响应式公交：小巴服务 204
7.6 技术与公交的未来 208
参考文献 210
练习题 211
附录 7.A 到 n 个随机点中最近点的期望距离 214
附录 7.B 可行匹配的期望比例 215
附录 7.C 219
第 8 章 管理—车队 220
8.1 定义 221
8.2 时刻表覆盖：只有一个终点站的公交车线路 224
8.2.1 车队规模：图形分析 224
8.2.2 车队规模：数值分析 226
8.2.3 多种公交类型 227
8.2.4 终点站位置 227
8.2.5 班次分配 228
8.3 多条公交线路的时刻表覆盖 230
8.3.1 靠近停保场的单个终点站 230
8.3.2 离散站点与空驶启发式算法 231
8.3.3 讨论：空驶和资源共享的效果 233
参考文献 234
练习题 235
附录 8.A 证明—后进先出和贪婪策略均使用最少公交车 236
附录 8.B “车辆路径问题”与元启发式算法 236
第 9 章 管理—员工配置 243
9.1 介绍 243
9.2 独立的班次 244
9.2.1 最不利的薪酬结构 245
9.2.2 延时加班 245
9.2.3 多种轮班类型 248
9.3 多个公交车班次 250
9.3.1 求解算法 250
9.3.2 成本的下界 252
9.4 员工配置 254
9.4.1 使用在编受薪员工完成轮班 255
9.4.2 应对缺勤 259
参考文献 261
练习题 261
小项目 3 车队和人员管理 262
附录 9.A 组合多个司机类型以覆盖公交车班次 268
第 10 章 运营—可靠的公交服务 272
10.1 不可靠性对公交用户的影响 274
10.2 由若干系统组成的系统 278
10.2.1 单智能体系统 279
10.2.2 多智能体的系统 283
10.3 未加控制的公交车运行 284
10.3.1 理想的确定性运行 284
10.3.2 未加控制的公交车运行 285
10.4 按时刻表实施控制 287
10.4.1 由时刻表控制的系统动态 288
10.4.2 设置松弛量和控制点间距 290
10.5 多公交控制策略 292
10.5.1 基本算法 292
10.5.2 鲁棒控制 300
10.6 实际考虑 303
10.7 实地研究与人为因素 305
10.7.1 简单控制：来自 Dbus 的证据（西班牙 San Sebastian） 305
10.7.2 鲁棒控制：来自 OTS 的证据（夏威夷 Honolulu） 310
10.8 补救措施 311
10.8.1 起终点策略 311
10.8.2 加速个别公交车 314
10.8.3 更加激进的策略 315
参考文献 317
练习题 318
小项目 4 为缓解公交串车设计控制策略 321
第 11 章 结语—经济和定价325
11.1 分解 325
11.2 经济 328
11.2.1 理想化的运营机构 328
11.2.2 现实的机构 329
11.2.3 如何鼓励运营机构为公众利益服务 330
练习题 332
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