基于多智能體的公交線網動態優化系統闡述

孫浩旋 閆鎮 周垚光 陳紀龍 歐林妍

【摘? 要】隨著我國城市化建設不斷加快，道路交通擁堵問題也日益嚴重。為解決城市交通問題，國家加大了城市公共交通發展力度。城市公交的快速發展雖在一定程度上緩解了交通壓力，但也帶來了多線路公交車運行區間重疊等問題。多線路公交車運行區間重疊易造成交通資源的浪費，也會使車輛碰撞等安全事故的發生幾率上升。因此，在加大力度發展城市公共交通的同時，還需要尋求科學合理的公交線路調度方法，通過對相關技術手段與科技產品的運用提高公交車到站的準點率，有效降低重疊運行區間車輛串車率，為市民的出行提供方便。論文基于相關的理論、技術與經驗提出一種基于多智能體的公交線網動態優化系統，對系統的原理、構成、功能等進行分析論述，以供參考。

【Abstract】With the acceleration of urbanization in China， road traffic congestion is becoming more and more serious. In order to solve the problem of urban traffic， the state has increased the development of urban public transport. Although the rapid development of urban public transport to a certain extent alleviates the traffic pressure， it also brings about the overlapping of multi-line bus operation intervals and other problems. The overlap of multi-line bus operation interval is easy to cause the waste of traffic resources， and will also increase the probability of safety accidents such as vehicle collision. Therefore， while strengthening the development of urban public transport， we also need to seek scientific and reasonable bus route scheduling methods， through the use of relevant technical means and scientific and technological products to improve the probability that the bus arrives on time. Effectively reduce the operation interval vehicle string rate， for citizens to travel convenient. Based on relevant theories， techniques and experiences， this paper presents a dynamic optimization system of bus line network based on multi-agent， and analyzes the principle， constitution and function of the system， for reference.

【關鍵詞】城市公共交通;運行區間重疊;智能調度系統

【Keywords】urban public transport; overlapping operation interval; intelligent dispatching system

【中圖分類號】U491.1+7? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文獻標志碼】A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文章編號】1673-1069（2021）01-0186-02

1 基于多智能體的公交線網動態優化系統研究背景

我國城市主干路公交系統具有線路多、發車頻率高、線路區間重疊等特點。在缺乏有效調控的情況下，易出現公交串車、站點附近車輛擁堵等問題，給市民的出行帶來不便。因此進行調度系統研究具有積極意義[1]。

公共交通系統是城市交通的重要組成部分，在解決市民出行需求、緩解城市交通壓力、推動城市經濟發展等方面發揮著重要作用。在國家的引導與推動下，我國城市公共交通取得了快速發展。據《2018年交通行業發展統計公報》顯示，截止到2018年末，我國共有公共汽電車67.34萬輛，共有公共汽電車運營線路60590條[2]。綜合多項數據指標可知，我國公共交通系統發展迅速。在系統如此龐大的情況下，要想實現對公共交通資源的優化配置，盡可能減少公共交通擁堵問題就必須做好公交調度。一直以來，我國在公共交通運營調度方面的研究與探索也從未停止，并且取得了一定成果。如就靜態調度層面來說，基于公共調度系統的數學模型已經建立起來，陳云新借助計算機技術對公交車的運營狀態進行了仿真，得到了該條線路上公交車在首站的全天發車時間表[3]。姜楠對多線路公交運行區間重疊情況進行了分析，在一定程度上掌握了重疊區間特性并建立了兩種靜態調度模型[4]。就動態調度層面而言，一種動態公交調度優化模型被Wei Li等人提了出來，這一模型對公交線路上的多種實時信息如道路交通狀況、客流等進行了分析[5]。李志強基于專業的理論與技術設計了一種公交車輛人調度方案等這些研究與研究成果在一定程度上緩解了公交車調度困難的問題，但是未能從根本上解決公交車調度問題[6]。基于此，本文分析設計一套公交車輛動態控制系統，該系統旨在提高公交系統服務水平，縮短乘客出行時間。

2 基于多智能體的公交線網動態優化系統總體設計思路

系統基于一定的算法與技術對公交到達站點的理論時間、實際實踐進行計算、模擬與試驗分析，之后依據具體的數值對多線路公交車輛進行調控，有效提高公交準點率，降低公交串車率，提高公交系統服務質量，使公交路網運行狀態得到了改善。系統基于動態協調技術方法對公交車輛的發車時間、行駛時間、行駛速度以及到達站點的時間等各項參數進行計算與調控，并制定具體的時刻表，乘客能按照公交車出行時刻表合理安排出行計劃，準確把握出行時間以減少整體出行時間。系統運用實時協調控制的方法，對多線路公交車同時到達重疊運行區間的情況進行了控制，有效緩解了重疊區間的交通擁堵程度，減少了等候時間[7]。

3 基于多智能體的公交線網動態優化系統功能模塊與具體應用

3.1 公交優先信號控制

在城市公交車輛運行過程中，通過公交優先信號控制系統對公交車輛進入交叉口的時間進行控制，減少車輛延誤時間，提高車輛發車時間、到站時間的精準性。系統中公交優先信號控制功能的實現路徑以及具體作用如下：

①基于公交優先的車速引導。若公交車輛運行環境復雜，交通流大，通過系統中的車速引導模塊，以調節車速等方式有效改善車輛擁堵問題，為公交車的順暢運行提供保障。公交協同進站。

②基于公交優先原則，在車輛靠近站點時進行協調調度，使公交車能快速到站。

③公交協作超車。若路況不是十分復雜，可通過協作超車方式來為公交車減少障礙，提高公交車行駛速度[8]。

3.2 系統終端信息傳輸與處理

基于多智能體的公交線網動態優化系統，除了關注公交車動態運行狀態外，還通過系列措施手段為公交車創造良好的運營條件。系統能收集公交車運行線路上的各項信息，通過計算分析了解到公交車運行狀態以及面臨的路況，生成相應的處理方案，并通過終端的信息傳輸裝置將路況信息、方案信息傳輸給駕駛員指導其作出正確處理。相較于傳統的調度方式，該調度系統是基于大數據技術、模擬仿真技術對路況進行反復模擬與分析，之后通過對大量數據的整合分析發現實際存在的問題并作出處理。在系統運行過程中，其還會根據實際情況不斷調整完善后臺處理方式，從而大大優化實際處理效果[9]。

3.3 系統集成控制電路的算法設計

在調度系統運行過程中，傳感器負責接受信號與處理數據，ZigBee無線信息傳遞器則將各項信息及時發送給信號顯示裝置，在一套高效可靠的組合控制電路的支持下，各設備被聯系起來并協調運作。因此，在整個設計中，組合控制電路的設計是重中之重[10]。

3.4 信息采集、處理與傳輸模塊設計

①信息采集模塊。信息采集模塊由信息采集、通信這兩大部分構成。系統的信息采集功能主要基于傳感器組以及A/D轉換模塊來實現。而通信任務借助GPRS等遠程通信技術來完成。在設計時根據不同的情況設定不同工作方式。信息采集模塊的主要原理與運作路徑是：系統運行過程中，對傳感器收集的信號參數進行采樣，采樣完成后通過GPRS網絡將數據傳輸到后臺終端，后臺終端對數據進行儲存、分析與反饋。

②信息處理模塊。由信息采集模塊獲得的信息經過信息處理模塊進行處理分析，使其成為有實用價值、有利于公交車輛調度的信息。信息處理模塊可以對后臺終端儲存的各項信息進行分析與檢測，篩選出精準度、真實性以及實效性高的價值信息，并對這部分信息加以利用。如以這些信息為參考依據調整車速、調整車輛進站時間等。

③信息傳輸模塊。在獲得價值信息后，還需要通過信號輸出模塊將其傳遞給公交車輛駕駛人員，讓駕駛人員掌握后臺處理方式并作出必要反應。

4 結語

綜上所述，基于多智能體的公交線網動態優化系統以協作超車等方式提高公交車準點率，降低公交車串車率，乘客可按照公交車出行時刻表作好出行準備，從而減少時間浪費，提高出行效率。通過多線路運行區間重疊下的公交車動態協同調度，可實現對交通資源的優化配置，提高城市公共交通運營質量與效率，降低運營成本。綜合各項研究分析可知，基于多智能體的公交線網動態優化系統具有一定的應用價值。

【參考文獻】

【1】陳云新.公交車調度系統的數學模型與PC仿真[J].南華大學學報（理工版），2002（01）：73-77+83.

【2】姜楠.高頻公交線路運行區間重疊下的靜態調度方法研究[D].哈爾濱：哈爾濱工業大學，2018.

【3】Xinggang Luo， Yingxin Liu， Yang Yu， etc.Transportmetrica B： Transport Dynamics[J].2019（01）.

【4】李志強.智能公交動態優化調度方法研究[D].洛陽：河南科技大學，2009.

【5】Gkiotsalitis， K. Cats， O.Transportation research， Part C. Emerging technologies[J].2018（01）.

【6】王超，曹新濤.異常事件下的公交動態調度優化算法研究[J].公路交通科技（應用技術版），2013，9（10）：339-341.

【7】賀學海，劉永建.公交車調度問題的數學模型[J].河南科學，2009，27（06）：653-659.

【8】陳玲玲，蘇勇.改進遺傳算法在公交車優化調度中的應用[J].科學技術與工程，2009（12）：3567-3573.

【9】陳強.公交車調度優化模型[J].四川師范學院學報（自然科學版），2002（02）：174-179.

【10】段勝軍，楊開春.公交車調度方案的一種優化設計[J].西安文理學院學報（自然科學版），2007（02）：72-76.