智能公交車輛調度系統(tǒng)的設計與優(yōu)化

王志超

【摘 要】 隨著經(jīng)濟的發(fā)展，城市化進程的加快，城市交通也逐漸變的擁堵、緊張，為了環(huán)節(jié)交通壓力，世界各國也開始重視對交通系統(tǒng)的管理，并且提出了智能交通系統(tǒng)的概念。本文主要從公交線路靜態(tài)調度優(yōu)化以及公交線路動態(tài)調度優(yōu)化兩大方面來闡述智能公交車輛調度系統(tǒng)的設計與優(yōu)化。

【關鍵詞】 智能公交系統(tǒng) 公交調度 設計 優(yōu)化

1 公交線路靜態(tài)調度優(yōu)化研究

1.1 靜態(tài)調度優(yōu)化問題分析

（1）乘客利益分析：乘客對于公交出行主要關注的問題基本都是與自身利益息息相關的，因此，車輛要想運營合理，滿足乘客的需求，減少車內的擁擠以及乘客等待的時間就必須要多安排一些車輛，并且公交線路的發(fā)車間隔要短，頻率要高，但是從不同的環(huán)境限制、道路容量以及各企業(yè)運作的經(jīng)濟效益出發(fā)，公交調度只能在一定程度上滿足乘客的利益需求。

（2）企業(yè)利益分析：現(xiàn)如今公交都是企業(yè)承包制，因此企業(yè)要承擔公交日常的維修與保養(yǎng)費用，而且購置新車、能源的使用以及企業(yè)的管理也要占去公交企業(yè)收入的一部分，但是公交企業(yè)的收入來源除了政府的補助之外都是通過收取票款來獲得的。公交作為大眾的交通方式其票價都是按照最低標準制定的，而要想提高企業(yè)的經(jīng)濟效益除了收取更多的票款之外還要減少車輛、以及人員的投入[1]。

（3）靜態(tài)調度優(yōu)化問題：上訴分析可見，乘客利益與企業(yè)利益是相互矛盾的，滿足乘客的利益，企業(yè)的利益就會受到損失，但是在一定程度上，二者的利益也有一致之處，如果公交企業(yè)提高一定的公交服務，乘客出行變得方便、舒適，就會吸引更多的客流，這樣企業(yè)的經(jīng)濟利益也會增長。

1.2 公交路線靜態(tài)調度優(yōu)化模型

1.2.1 模型假設

（1）把線路單邊的發(fā)車間隔作為其研究對象；（2）不同時間段車輛到達站點的乘客近似服從泊松分布；（3）公交能夠不受堵車及意外事故影響準時到站、出戰(zhàn)；（4）忽略車輛啟動、停止花費的時間；（5）乘客沒有在中途流失；（6）乘客按照順序上車、下車；（7）候車的乘客能夠全部上車。

1.2.2 模型建立

（1）乘客出行成本的函數(shù)設計。

圖1為乘客到站、離站的曲線示意圖，y1是乘客到達某個公交站點的達到率曲線，而y2是乘客離開某一站點的分布曲線，y1與y2所包含的陰影部分為該段時間公交線路所有乘客的等待時間之和。第i時段內，在第j站點上，第k輛與第k+l輛公交車之間的乘客等待時間，具體如式①所示：

①

如果將陰影部分的面積看作是底為hi，高為λijhi的三角形面積，那么第i時段所有站點乘客的總等待時間可近似表示為： ②

根據(jù)2012年的成都的交通規(guī)劃，IC卡乘客比例為65.44%，即： ③

（2）企業(yè)運營成本： ④

（3）目標函數(shù)： ⑤

企業(yè)的營運成本Cb最小目標與乘客出行成本Cp最小目標兩者為對立矛盾關系，因此該目標函數(shù)屬于多目標優(yōu)化問題[2]。本文選取權重的方法作為多目標函數(shù)優(yōu)化算法，得到目標函數(shù)式： ⑥

當然模型在實際運用中還存在一定的缺點，這就需要相關人員在運用與實踐中不斷改進。

2 公交動態(tài)調度研究

2.1 公交運營中的異常事件

（1）客流異常：在公交運營中，客流集中在某一站點或某一天，各種因素都應考慮進去。（2）車場資源異常主要指的是線路運營的車輛數(shù)不足，備用車輛不夠以及站臺容量不足等，另外還包括交通事故、車輛故障等。（3）路況異常指的是路面上大型活動或者路面施工，導致公交道路不能正常使用。（4）車況異常主要指的是車輛行駛中發(fā)生的意外事故、車輛故障以及乘客糾紛等情況。

2.2 公交車輛調度方法

（1）簡單移動法：該法主要是通過改變行車的間隔從而消除干擾，主要包括四個移動策略：雙向移動、不移動、向前移動以及向后移動。（2）預測調度方法：主要是根據(jù)當前正在執(zhí)行的操作從而估計所有正在執(zhí)行操作的完成時間，以此來適當?shù)匾苿游磮?zhí)行具體操作的開始時間，這樣能夠根據(jù)路況情況以及一些突發(fā)事件來隨時調整車輛的行車順序、行駛區(qū)域以及行車間隔。（3）基于時間和事件驅動的動態(tài)調度方法：該方法是根據(jù)車輛在運營期間，當調度執(zhí)行過程發(fā)生了動態(tài)變化，把系統(tǒng)當時的參數(shù)作為調度方法的初始條件時運用。時間調度方法是指車輛數(shù)以及車輛到達的時間受客觀因素的影響而與行車時刻表的時間差距較大，根據(jù)實際車輛數(shù)目以及單程的行駛時間、客流量以及停車時間從而計算出行車間隔，從而維持線路運營。而事件驅動的調度方法就是指如果市區(qū)內有重大的事件需要線路準時到站、或者繞行的行車組織方案，該方案要根據(jù)上級的指示，確定其行車路線、停戰(zhàn)時間以及行車頻率等，確保事件的有效進行，等事件結束之后在恢復日常狀態(tài)的措施方案。

3 結語

總之，城市公共交通的高效、正常運行很大程度上要依賴現(xiàn)代的運營管理方式以及科學技術，相關人員要根據(jù)實際情況，對公交車輛的調度系統(tǒng)做出全面、細致的分析，讓公共交通能夠暢行無阻，為社會服務。

參考文獻：

[1]王靜要，張國華，黎明.城市智能公共交通管理系統(tǒng)[M].北京：中國建筑工業(yè)版，2012，（5）.

[2]蔣光震，何顯慈.公共交通線路組合調度模型[J].系統(tǒng)工程，2012（6）：22-23.endprint

【摘 要】 隨著經(jīng)濟的發(fā)展，城市化進程的加快，城市交通也逐漸變的擁堵、緊張，為了環(huán)節(jié)交通壓力，世界各國也開始重視對交通系統(tǒng)的管理，并且提出了智能交通系統(tǒng)的概念。本文主要從公交線路靜態(tài)調度優(yōu)化以及公交線路動態(tài)調度優(yōu)化兩大方面來闡述智能公交車輛調度系統(tǒng)的設計與優(yōu)化。

【關鍵詞】 智能公交系統(tǒng) 公交調度 設計 優(yōu)化

1 公交線路靜態(tài)調度優(yōu)化研究

1.1 靜態(tài)調度優(yōu)化問題分析

（1）乘客利益分析：乘客對于公交出行主要關注的問題基本都是與自身利益息息相關的，因此，車輛要想運營合理，滿足乘客的需求，減少車內的擁擠以及乘客等待的時間就必須要多安排一些車輛，并且公交線路的發(fā)車間隔要短，頻率要高，但是從不同的環(huán)境限制、道路容量以及各企業(yè)運作的經(jīng)濟效益出發(fā)，公交調度只能在一定程度上滿足乘客的利益需求。

（2）企業(yè)利益分析：現(xiàn)如今公交都是企業(yè)承包制，因此企業(yè)要承擔公交日常的維修與保養(yǎng)費用，而且購置新車、能源的使用以及企業(yè)的管理也要占去公交企業(yè)收入的一部分，但是公交企業(yè)的收入來源除了政府的補助之外都是通過收取票款來獲得的。公交作為大眾的交通方式其票價都是按照最低標準制定的，而要想提高企業(yè)的經(jīng)濟效益除了收取更多的票款之外還要減少車輛、以及人員的投入[1]。

（3）靜態(tài)調度優(yōu)化問題：上訴分析可見，乘客利益與企業(yè)利益是相互矛盾的，滿足乘客的利益，企業(yè)的利益就會受到損失，但是在一定程度上，二者的利益也有一致之處，如果公交企業(yè)提高一定的公交服務，乘客出行變得方便、舒適，就會吸引更多的客流，這樣企業(yè)的經(jīng)濟利益也會增長。

1.2 公交路線靜態(tài)調度優(yōu)化模型

1.2.1 模型假設

（1）把線路單邊的發(fā)車間隔作為其研究對象；（2）不同時間段車輛到達站點的乘客近似服從泊松分布；（3）公交能夠不受堵車及意外事故影響準時到站、出戰(zhàn)；（4）忽略車輛啟動、停止花費的時間；（5）乘客沒有在中途流失；（6）乘客按照順序上車、下車；（7）候車的乘客能夠全部上車。

1.2.2 模型建立

（1）乘客出行成本的函數(shù)設計。

圖1為乘客到站、離站的曲線示意圖，y1是乘客到達某個公交站點的達到率曲線，而y2是乘客離開某一站點的分布曲線，y1與y2所包含的陰影部分為該段時間公交線路所有乘客的等待時間之和。第i時段內，在第j站點上，第k輛與第k+l輛公交車之間的乘客等待時間，具體如式①所示：

①

如果將陰影部分的面積看作是底為hi，高為λijhi的三角形面積，那么第i時段所有站點乘客的總等待時間可近似表示為： ②

根據(jù)2012年的成都的交通規(guī)劃，IC卡乘客比例為65.44%，即： ③

（2）企業(yè)運營成本： ④

（3）目標函數(shù)： ⑤

企業(yè)的營運成本Cb最小目標與乘客出行成本Cp最小目標兩者為對立矛盾關系，因此該目標函數(shù)屬于多目標優(yōu)化問題[2]。本文選取權重的方法作為多目標函數(shù)優(yōu)化算法，得到目標函數(shù)式： ⑥

當然模型在實際運用中還存在一定的缺點，這就需要相關人員在運用與實踐中不斷改進。

2 公交動態(tài)調度研究

2.1 公交運營中的異常事件

（1）客流異常：在公交運營中，客流集中在某一站點或某一天，各種因素都應考慮進去。（2）車場資源異常主要指的是線路運營的車輛數(shù)不足，備用車輛不夠以及站臺容量不足等，另外還包括交通事故、車輛故障等。（3）路況異常指的是路面上大型活動或者路面施工，導致公交道路不能正常使用。（4）車況異常主要指的是車輛行駛中發(fā)生的意外事故、車輛故障以及乘客糾紛等情況。

2.2 公交車輛調度方法

（1）簡單移動法：該法主要是通過改變行車的間隔從而消除干擾，主要包括四個移動策略：雙向移動、不移動、向前移動以及向后移動。（2）預測調度方法：主要是根據(jù)當前正在執(zhí)行的操作從而估計所有正在執(zhí)行操作的完成時間，以此來適當?shù)匾苿游磮?zhí)行具體操作的開始時間，這樣能夠根據(jù)路況情況以及一些突發(fā)事件來隨時調整車輛的行車順序、行駛區(qū)域以及行車間隔。（3）基于時間和事件驅動的動態(tài)調度方法：該方法是根據(jù)車輛在運營期間，當調度執(zhí)行過程發(fā)生了動態(tài)變化，把系統(tǒng)當時的參數(shù)作為調度方法的初始條件時運用。時間調度方法是指車輛數(shù)以及車輛到達的時間受客觀因素的影響而與行車時刻表的時間差距較大，根據(jù)實際車輛數(shù)目以及單程的行駛時間、客流量以及停車時間從而計算出行車間隔，從而維持線路運營。而事件驅動的調度方法就是指如果市區(qū)內有重大的事件需要線路準時到站、或者繞行的行車組織方案，該方案要根據(jù)上級的指示，確定其行車路線、停戰(zhàn)時間以及行車頻率等，確保事件的有效進行，等事件結束之后在恢復日常狀態(tài)的措施方案。

3 結語

總之，城市公共交通的高效、正常運行很大程度上要依賴現(xiàn)代的運營管理方式以及科學技術，相關人員要根據(jù)實際情況，對公交車輛的調度系統(tǒng)做出全面、細致的分析，讓公共交通能夠暢行無阻，為社會服務。

參考文獻：

[1]王靜要，張國華，黎明.城市智能公共交通管理系統(tǒng)[M].北京：中國建筑工業(yè)版，2012，（5）.

[2]蔣光震，何顯慈.公共交通線路組合調度模型[J].系統(tǒng)工程，2012（6）：22-23.endprint

【摘 要】 隨著經(jīng)濟的發(fā)展，城市化進程的加快，城市交通也逐漸變的擁堵、緊張，為了環(huán)節(jié)交通壓力，世界各國也開始重視對交通系統(tǒng)的管理，并且提出了智能交通系統(tǒng)的概念。本文主要從公交線路靜態(tài)調度優(yōu)化以及公交線路動態(tài)調度優(yōu)化兩大方面來闡述智能公交車輛調度系統(tǒng)的設計與優(yōu)化。

【關鍵詞】 智能公交系統(tǒng) 公交調度 設計 優(yōu)化

1 公交線路靜態(tài)調度優(yōu)化研究

1.1 靜態(tài)調度優(yōu)化問題分析

（1）乘客利益分析：乘客對于公交出行主要關注的問題基本都是與自身利益息息相關的，因此，車輛要想運營合理，滿足乘客的需求，減少車內的擁擠以及乘客等待的時間就必須要多安排一些車輛，并且公交線路的發(fā)車間隔要短，頻率要高，但是從不同的環(huán)境限制、道路容量以及各企業(yè)運作的經(jīng)濟效益出發(fā)，公交調度只能在一定程度上滿足乘客的利益需求。

（2）企業(yè)利益分析：現(xiàn)如今公交都是企業(yè)承包制，因此企業(yè)要承擔公交日常的維修與保養(yǎng)費用，而且購置新車、能源的使用以及企業(yè)的管理也要占去公交企業(yè)收入的一部分，但是公交企業(yè)的收入來源除了政府的補助之外都是通過收取票款來獲得的。公交作為大眾的交通方式其票價都是按照最低標準制定的，而要想提高企業(yè)的經(jīng)濟效益除了收取更多的票款之外還要減少車輛、以及人員的投入[1]。

（3）靜態(tài)調度優(yōu)化問題：上訴分析可見，乘客利益與企業(yè)利益是相互矛盾的，滿足乘客的利益，企業(yè)的利益就會受到損失，但是在一定程度上，二者的利益也有一致之處，如果公交企業(yè)提高一定的公交服務，乘客出行變得方便、舒適，就會吸引更多的客流，這樣企業(yè)的經(jīng)濟利益也會增長。

1.2 公交路線靜態(tài)調度優(yōu)化模型

1.2.1 模型假設

（1）把線路單邊的發(fā)車間隔作為其研究對象；（2）不同時間段車輛到達站點的乘客近似服從泊松分布；（3）公交能夠不受堵車及意外事故影響準時到站、出戰(zhàn)；（4）忽略車輛啟動、停止花費的時間；（5）乘客沒有在中途流失；（6）乘客按照順序上車、下車；（7）候車的乘客能夠全部上車。

1.2.2 模型建立

（1）乘客出行成本的函數(shù)設計。

圖1為乘客到站、離站的曲線示意圖，y1是乘客到達某個公交站點的達到率曲線，而y2是乘客離開某一站點的分布曲線，y1與y2所包含的陰影部分為該段時間公交線路所有乘客的等待時間之和。第i時段內，在第j站點上，第k輛與第k+l輛公交車之間的乘客等待時間，具體如式①所示：

①

如果將陰影部分的面積看作是底為hi，高為λijhi的三角形面積，那么第i時段所有站點乘客的總等待時間可近似表示為： ②

根據(jù)2012年的成都的交通規(guī)劃，IC卡乘客比例為65.44%，即： ③

（2）企業(yè)運營成本： ④

（3）目標函數(shù)： ⑤

企業(yè)的營運成本Cb最小目標與乘客出行成本Cp最小目標兩者為對立矛盾關系，因此該目標函數(shù)屬于多目標優(yōu)化問題[2]。本文選取權重的方法作為多目標函數(shù)優(yōu)化算法，得到目標函數(shù)式： ⑥

當然模型在實際運用中還存在一定的缺點，這就需要相關人員在運用與實踐中不斷改進。

2 公交動態(tài)調度研究

2.1 公交運營中的異常事件

（1）客流異常：在公交運營中，客流集中在某一站點或某一天，各種因素都應考慮進去。（2）車場資源異常主要指的是線路運營的車輛數(shù)不足，備用車輛不夠以及站臺容量不足等，另外還包括交通事故、車輛故障等。（3）路況異常指的是路面上大型活動或者路面施工，導致公交道路不能正常使用。（4）車況異常主要指的是車輛行駛中發(fā)生的意外事故、車輛故障以及乘客糾紛等情況。

2.2 公交車輛調度方法

（1）簡單移動法：該法主要是通過改變行車的間隔從而消除干擾，主要包括四個移動策略：雙向移動、不移動、向前移動以及向后移動。（2）預測調度方法：主要是根據(jù)當前正在執(zhí)行的操作從而估計所有正在執(zhí)行操作的完成時間，以此來適當?shù)匾苿游磮?zhí)行具體操作的開始時間，這樣能夠根據(jù)路況情況以及一些突發(fā)事件來隨時調整車輛的行車順序、行駛區(qū)域以及行車間隔。（3）基于時間和事件驅動的動態(tài)調度方法：該方法是根據(jù)車輛在運營期間，當調度執(zhí)行過程發(fā)生了動態(tài)變化，把系統(tǒng)當時的參數(shù)作為調度方法的初始條件時運用。時間調度方法是指車輛數(shù)以及車輛到達的時間受客觀因素的影響而與行車時刻表的時間差距較大，根據(jù)實際車輛數(shù)目以及單程的行駛時間、客流量以及停車時間從而計算出行車間隔，從而維持線路運營。而事件驅動的調度方法就是指如果市區(qū)內有重大的事件需要線路準時到站、或者繞行的行車組織方案，該方案要根據(jù)上級的指示，確定其行車路線、停戰(zhàn)時間以及行車頻率等，確保事件的有效進行，等事件結束之后在恢復日常狀態(tài)的措施方案。

3 結語

總之，城市公共交通的高效、正常運行很大程度上要依賴現(xiàn)代的運營管理方式以及科學技術，相關人員要根據(jù)實際情況，對公交車輛的調度系統(tǒng)做出全面、細致的分析，讓公共交通能夠暢行無阻，為社會服務。

參考文獻：

[1]王靜要，張國華，黎明.城市智能公共交通管理系統(tǒng)[M].北京：中國建筑工業(yè)版，2012，（5）.

[2]蔣光震，何顯慈.公共交通線路組合調度模型[J].系統(tǒng)工程，2012（6）：22-23.endprint