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城市轨道交通线网规划是确定线网形态、布局和结构的重要阶段，不仅直接影响城市整个线网建设成本，决定线网运行效率和服务水平，而且还关系到城市的发展形态和可持续发展。由于线网规划影响因素众多，各因素错综复杂，目前工程实践中线网规划方案的形成以定性分析为主。北京、上海、广州、深圳等城市轨道交通网络运营实践中逐渐暴露出一些问题，主要表现为网络与客流需求不相适应，致使网络中出现客流瓶颈、部分交通枢纽车站人满为患、车站限流成为常态等问题。这些问题产生的原因很多，但很重要的一个原因是线网规划过程中网络层面的问题没有解决好。如果在线网规划阶段能够在网络层面关注、量化分析这些问题，则运营中出现的一些问题是可以避免的。基于这些认识，本文开展了规划线网生成量化模型的研究工作。
本文以城市主要特征和指标为约束，考虑客流需求的不确定性和线网对客流需求的适应能力，以线网客流吸引量、线网节点服务性能、线网路径流通能力可靠性、乘客出行成本为优化目标，建立了城市轨道交通线网规划量化模型，实现了多主要因素影响下规划线网的自动计算生成。论文主要研究内容和成果如下：
(1)城市轨道交通规划线网应与城市主要特征相匹配。模型中为表达这种匹配关系，本文研究构建了匹配度量化指标：用网络中站点重要度分布重心与居民出行量重心之间的空间偏离度描述线网与城市出行特征之间的匹配度；用网络中站点重要度分布分维与市区人口分布分维之间的偏离度描述线网与城市人口和土地利用强度之间的匹配度。线网生成模型中，在“基础网络”构建阶段，将城市主干道路网和城市主要客流集散点作为约束边界，用以表达线网与城市主要客流走廊和主要客流点的匹配关系。
(2)研究提出了线网节点服务性能和线网路径流通能力可靠性两个指标的计算模型和方法，使线网生成模型可以考虑客流需求的不确定性，提高了规划线网对未来客流需求变化的适应能力。关于线网节点服务性能指标，本文将线网各节点间的预测OD(Origin, Destination)量作为客流量的期望值，构建了以该期望值为参数的线网各节点间的OD随机流，通过建立随机流输入下线网节点的客流状态演化模型，设计线网节点客流状态推演算法，对节点客流排队、排队区滞留等状态进行推演，再根据推演结果计算线网节点的服务性能指标，并用算例验证了该计算方法的适用性；关于线网路径流通能力可靠性指标，本文在计算路径选择概率的基础上，建立了线网饱和流加载模型，仿真计算不同饱和流状态下线网路径的流通能力值，将路径流通能力作为随机变量，提出线网路径流通能力可靠性指标计算方法。通过对基本形态线网进行试算，表明了该计算方法的可行性。
(3)研究提出了城市轨道交通规划线网量化生成模型。本文以单位长度线网客流吸引量最大、乘客平均广义出行成本最小、线网节点平均服务性能最大、线网路径流通能力可靠性最大为目标，以线网与城市主要特征间的匹配性、线网规模、锚固节点、服务水平等为约束，建立了城市轨道交通线网生成模型。模型运用线网节点服务性能指标和线网路径流通能力可靠性指标，较好地考虑了客流需求和规划线网方案之间的耦合性以及未来客流需求的不确定性。由于该模型的求解是一个NP-hard问题，具有较高的复杂性与求解难度，本文提出了基于分层序列和Pareto优化的求解方法，求解过程中，基于NSGA-Ⅱ算法，提出具有较高全局寻优能力的候选线网集生成算法，并通过数值计算与既有文献对比验证了该算法的适用性。
(4)对线网量化生成模型进行了验证。以X市的城市轨道交通线网规划为例，运用建立的线网生成模型进行计算，最终生成了该市的轨道交通规划线网。结果表明，基于该模型生成的线网与城市主要特征匹配度较高，线网具有较高的客流吸引力和运行效率，同时对未来客流需求的变化具有较好的适应性。
本文研究成果提供了一种城市轨道交通规划线网定量化生成模型和方法，使线网规划理论向定量化方向前进了一步，对于提高规划线网的合理性和科学性具有一定的贡献。
本文以城市主要特征和指标为约束，考虑客流需求的不确定性和线网对客流需求的适应能力，以线网客流吸引量、线网节点服务性能、线网路径流通能力可靠性、乘客出行成本为优化目标，建立了城市轨道交通线网规划量化模型，实现了多主要因素影响下规划线网的自动计算生成。论文主要研究内容和成果如下：
(1)城市轨道交通规划线网应与城市主要特征相匹配。模型中为表达这种匹配关系，本文研究构建了匹配度量化指标：用网络中站点重要度分布重心与居民出行量重心之间的空间偏离度描述线网与城市出行特征之间的匹配度；用网络中站点重要度分布分维与市区人口分布分维之间的偏离度描述线网与城市人口和土地利用强度之间的匹配度。线网生成模型中，在“基础网络”构建阶段，将城市主干道路网和城市主要客流集散点作为约束边界，用以表达线网与城市主要客流走廊和主要客流点的匹配关系。
(2)研究提出了线网节点服务性能和线网路径流通能力可靠性两个指标的计算模型和方法，使线网生成模型可以考虑客流需求的不确定性，提高了规划线网对未来客流需求变化的适应能力。关于线网节点服务性能指标，本文将线网各节点间的预测OD(Origin, Destination)量作为客流量的期望值，构建了以该期望值为参数的线网各节点间的OD随机流，通过建立随机流输入下线网节点的客流状态演化模型，设计线网节点客流状态推演算法，对节点客流排队、排队区滞留等状态进行推演，再根据推演结果计算线网节点的服务性能指标，并用算例验证了该计算方法的适用性；关于线网路径流通能力可靠性指标，本文在计算路径选择概率的基础上，建立了线网饱和流加载模型，仿真计算不同饱和流状态下线网路径的流通能力值，将路径流通能力作为随机变量，提出线网路径流通能力可靠性指标计算方法。通过对基本形态线网进行试算，表明了该计算方法的可行性。
(3)研究提出了城市轨道交通规划线网量化生成模型。本文以单位长度线网客流吸引量最大、乘客平均广义出行成本最小、线网节点平均服务性能最大、线网路径流通能力可靠性最大为目标，以线网与城市主要特征间的匹配性、线网规模、锚固节点、服务水平等为约束，建立了城市轨道交通线网生成模型。模型运用线网节点服务性能指标和线网路径流通能力可靠性指标，较好地考虑了客流需求和规划线网方案之间的耦合性以及未来客流需求的不确定性。由于该模型的求解是一个NP-hard问题，具有较高的复杂性与求解难度，本文提出了基于分层序列和Pareto优化的求解方法，求解过程中，基于NSGA-Ⅱ算法，提出具有较高全局寻优能力的候选线网集生成算法，并通过数值计算与既有文献对比验证了该算法的适用性。
(4)对线网量化生成模型进行了验证。以X市的城市轨道交通线网规划为例，运用建立的线网生成模型进行计算，最终生成了该市的轨道交通规划线网。结果表明，基于该模型生成的线网与城市主要特征匹配度较高，线网具有较高的客流吸引力和运行效率，同时对未来客流需求的变化具有较好的适应性。
本文研究成果提供了一种城市轨道交通规划线网定量化生成模型和方法，使线网规划理论向定量化方向前进了一步，对于提高规划线网的合理性和科学性具有一定的贡献。