时空可达性是衡量交通运输系统服务水平的一个综合性指标,它是在分析个体时空行为的基础上,将满足出行者到达活动地点的需求放在首位。可达性的增强有助于提高出行者到达特定活动地点的便利程度,交通设施的改进和交通服务的改善均可带来可达性的显著提升。因此,以时空可达性为优化目标的交通网络设计和交通服务网络设计研究具有重要的理论意义和工程实践价值。本文将时间地理学中描述可达性的时空路径、时空棱镜、时空锥等分析工具与交通领域中的时空网络框架进行了融合,提出了个体可达性在时空网络中的描述方法。本文以交通基础设施网络为应用背景,研究了基于时空可达性的交通网络问题;以交通服务网络为应用背景、以定制公交服务为具体案例,研究了基于时空可达的定制公交服务网络设计问题。形成了具有通用性的、考虑个体时空可达性的交通网络设计问题的建模和求解理论框架,为以可达性为导向的交通规划与管理工作提供了理论基础。本文的主要研究内容如下。(1)系统论述了时空网络框架的基本思想和构建方法,梳理了从物理网络到时空网络再到时空状态网络的演化过程。为了说明上述各类网络与数学模型的联系,分别针对三种网络类型建立了对应的最小费用路径线性规划模型。(2)将时间地理学中描述可达性的时空路径、时空棱镜等分析工具与交通领域中的时空网络框架进行了融合。将时空棱镜进行了离散化表示,使其可以在时空网络中进行表示;将时空路径转化为时空网络中的时空轨迹,提出了在交通时空网络中判断活动地点是否可达的方法,并借助动态时间网络棱镜给出了适用于时间依赖交通网络的可达性计算公式。(3)在时间地理学时空棱镜的理论框架下研究了基于时空可达性的交通网络设计问题。以时空棱镜理论框架的角度构建了时空网络,以最小化不可达活动地点为优化目标建立了基于时空可达性的交通网络设计的线性规划模型,并分析了理论模型与工程实践之间的联系,利用拉格朗日分解技术将原问题分解为最小费用路径子问题和背包子问题分别求解,并在芝加哥交通网中进行算例验证,为以优化出行者时空可达性为目标的交通网络设施建设或改善工作提供了理论依据。(4)从时间地理学角度分析了在定制公交服务中乘客的出行过程,提出了时空窗的概念来描述乘客受时空约束的出行行为。通过识别时空锥中离散的时空点集合,得到可适用于时空网络的时空窗。时空窗概念的引入有助于描述出行者灵活的、差异化的时空行为,如乘客可选择多个上车或下车地点、可以判断不同乘客的潜在汇合地点等。(5)利用所提出的时空窗概念,研究了基于时空可达的定制公交服务网络设计问题。在考虑车辆能力和运营商盈利等约束条件的基础上,建立了以最小化不可达乘客数量为主要优化目标的线性规划模型。设计了求解基于时空可达的定制公交服务网络设计模型的算法,该算法共包括乘客分组、运用拉格朗日分解技术将原问题分解为带约束的广义分配问题和最小费用路径问题和利用次梯度方法对拉格朗日乘子进行迭代等步骤。利用小规模算例和基于北京交通网络的大规模算例,验证了所提出模型和算法的有效性。