基于ANP方法的公交車實時調度策略選擇研究＊

孫傳姣 王 磊 劉 飛

（交通運輸部公路科學研究院 北京 100088）

公交實時調度策略就是利用先進的技術手段，動態地獲取實時交通信息，實現對車輛的實時監控和調度，使其能夠科學合理地運行，從而改善公交服務水平，提高乘客乘車的舒適度［1］.實時調度策略的方法有很多種，本文重點考慮滯站調度、跳站調度、短掉頭和發車調度4種調度策略［2－5］.

為了正確評價在公交實時調度策略選擇中的因素，需要確定影響策略選擇的因素，確定的指標從乘客和公交公司兩方面考慮.在影響乘客的出行方面，有出行的時間、出行的費用、出行的方便性、舒適性等；影響公交公司的因素，主要包括實時調度策略的實時是否會影響運行的時間和效益，是否需要對司售人員進行培訓，在實施方案的時候是否需要投入大量的成本，配置有關的配套設施，以及方案實施的難易程度［6－8］.

1 ANP的建模方法

采用網絡分析法（ANP）分析問題的步驟主要包含.

步驟1 問題描述，依據目標、準則構建網絡

首先對決策問題進行詳細的描述，包括該決策問題的目標、準則以及子目標.基于目標、網絡構建ANP網絡.典型ANP網絡如圖1所示，它由兩部分構成：一部分是控制層或者稱為目標、準則層；另一部分是網絡層，網絡層是依據控制層的準則而建立的，并且反映了在相應目標、準則下網內的元素或元素組是如何相互影響的.這體現ANP與AHP在結構形式上的差異.此外，ANP可以依據各個準則，分別構建子網，每個子網由反映相應控制準則的元素組構成.

圖1 ANP網絡

步驟2 確定兩兩比較方法，構建無權重超矩陣 構建無權重超矩陣Ws，即應用兩種比較方法對元素進行兩兩比較.在構建的過程中，首先以該網絡中某一元素組Cj中的元素ejl（l＝1，2，…，nj）作為準則，按照元素ejl對元素組Ci中各元素的影響程度或按照元素組Ci中各元素對元素ejl的影響程度構造判斷矩陣.

依次將Cj中的各元素作為準則，將元素組Ci與元素組Cj中的元素兩兩比較，構造各自的判斷矩陣，最后將各判斷矩陣的歸一化特征向量匯總到一個矩陣Wij中，最終可獲得無權重超矩陣Ws，該矩陣表示元素組Ci中的元素與元素組Cj中的元素之間的影響關系.

步驟3 構建權重超矩陣，求得極限超矩陣

依據給定準則對元素組進行成對比較，可獲得在某一準則下反映元素組間關系的權重矩陣As，有了該權重矩陣，就可以獲得權重超矩陣，即以權重矩陣As乘以無權重超矩陣Ws得到權重超矩陣Wws.對權重超矩陣進行歸一化處理，得到極限超矩陣Wls.由于元素間存在依存與反饋關系，因而歸一化的過程是一個反復迭代、趨穩的過程.

步驟4 極限相對優先權的綜合，可選方案排序

對每一控制準則的極限向量按照各準則權重加總，主要是對各可選方案的權重加總.依據各可選方案的權重值排序.

2 基于ANP的方法調度策略選擇

某城市欲在公交走廊上實施實時調度策略，其具體情況如下：走廊內最大高峰小時客流量為12 128人次，平均10 162人次，客流巨大，特別在早晚高峰的時候需要有針對性進行實時調度，此公交線路共設置站點20個，線路共有配車40輛.根據走廊的情況，高峰小時給出了具體的4種不同的調度策略，見表1.

表1 調度策略實施方案的比較

為了合理評價出合理的調度策略，采用ANP建模分析的方法對其進行分析.主要步驟如下.

1）描述目標，建立網絡，如圖2.此圖為在ANP方法的軟件Super Decision中建立的公交系統的網絡圖，其中的雙箭頭表示兩組之間有聯系，而圓弧表示在同組的元素之間有聯系.

圖2 公交實時調度策略評價的ANP網圖

2）確定兩兩比較方法，構建無權重超矩陣.所有有相互關系的元素需要進行兩兩比較，原則是相對于準則兩者的重要程度，用1～9之間的數字表示出來.表2給出方案一在族“經濟因素”之間的重要程度比較.

表2 元素之間的關系表

表2第二行第四個單元格的數值1／5表示：對動態跳站調度策略而言，影響乘客的因素方面出行時間比出行習慣的改變重要，說明這種策略更關注的出行時間的節省.按照上面的方法，依次可以構造多個判斷矩陣.將判斷矩陣進行組合組成無權重超矩陣如表3所列.

3）構建權重超矩陣，求得極限超矩陣 在獲得無權重超矩陣后對各元素組進行組間比較，對元素組進行兩兩比較.考慮到線路的實際情況，以及公交提供的服務重點是對于乘客的影響因素，因此在進行元素比較的時候，乘客的因素更為重要，表3顯示對于方案選擇而言，各組因素間的比較，得到一個判斷矩陣如表4所列.

表3 無權重超矩陣

表4 組之間的關系表

如此，依各準則進行元素組之間的比較，并將獲得的各判斷矩陣歸一化，然后合并，再與無權重矩陣相乘，即可獲得權重超矩陣，對權重超矩陣進行歸一化最終獲得如表5的極限超矩陣.

4）極限相對優先權的綜合，可選方案排序對得到的優先權重值進行歸一化處理，得到圖3的決策優先權.

圖3 優先權重值

通過ANP方法將調度方案選擇問題描述為一個具有依存、反饋關系的網絡，該方法與AHP方法相比更接近現實情況，能提高可選方案優先權的精確度，減少因AHP局限性帶來的排序誤差大、甚至排序顛倒的現象，最終使得調度方案的選擇更為科學.由圖3可以看出，在給定的情形下，四種策略中的實時放車調度和跳站調度的優先權重值比較高，是需要優先考慮的調度方式.短掉頭調度其次，滯站調度的效果不夠明顯.

3 結束語

本文利用ANP方法對公交實時調度策略選擇進行了評價，給出了四種不同的實時調度策略，分別為滯站調度、跳站調度、短掉頭和發車調度，為了評價四種策略的適應性，本文引入ANP方法對策略進行評價，選擇了影響乘客因素和影響公交公司的12個方面的相互影響因素，基于網絡分析法進行了方案的優化選擇.在給定的情形下，四種策略中的實時放車調度和跳站調度的優先權重值比較高，是需要優先考慮的調度方式.短掉頭調度其次，滯站調度的效果不夠明顯.

表5 極限超矩陣

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