基于BRT智能公交調(diào)度系統(tǒng)研究

楊 丹，王治東，陳 晨

(西南科技大學城市學院，四川 綿陽 621000)

1 智慧交通概念

隨著網(wǎng)絡時代的快速更新以及5G時代的到來，中國居民傳統(tǒng)生活模式逐漸被智慧化，“慧醫(yī)療、慧農(nóng)業(yè)”等如雨后春筍般迅速崛起，交通作為人們“衣食住行”的重要一環(huán)，因此“智慧交通”的快速發(fā)展必不可少。“智慧交通”是指交通運輸、網(wǎng)絡技術相互融合的現(xiàn)代化產(chǎn)物，是目前解決城市交通擁堵、交通安全、節(jié)能減排有效措施。以此建立起一種在實用范圍廣、作用發(fā)揮強的實用、智能、高效的交通管理運輸系統(tǒng)，目前我國智能化交通建設主要涵蓋運輸服務、公共交通服務、城市交通指揮及港行服務四個方面。

2 BRT快速公交

快速公交系統(tǒng)是順應時代所需的一種新型的公共客運系統(tǒng)，其建設投資成本比軌道交通低，而運營效果卻于軌道交通相似。充分結(jié)合了現(xiàn)代化公交技術和智能運輸和運營管理技術，開創(chuàng)了公交站臺售票的新理念，實現(xiàn)公共交通式運營服務，達到軌道服務水準的一種獨特的城市客運系統(tǒng)。

BRT快速公交系統(tǒng)目前在長沙、鄭州等將近20多個城市推出和使用，快速公交的誕生大幅度緩解了大城市的交通壓力，緩解了公共交通乘車擁堵和時間等待的現(xiàn)象，與此同時這種交通形式涉及到城市發(fā)展、公共設施、市民出行心理、城市道路設置等諸多因素，在快速公交設計規(guī)劃時充分考慮相應因素，以期建立一個讓市民更加滿意的新型公共交通系統(tǒng)是BRT快速公交系統(tǒng)服務設計所努力的方向和動力來源。

3 研究現(xiàn)狀

目前，我國大部分城市都采用傳統(tǒng)的公交調(diào)度模式，通過以往客流經(jīng)驗進行制定發(fā)展頻率，并且在車輛發(fā)出后不在對其管控，該種方式雖然操作簡單，但其實際效果并不好，每當晚高峰來臨時，部分公交車站總會存在停車擁堵，甚至影響了其它路線車輛的正常行駛，出現(xiàn)同一線路公交同時停靠在一個站臺的現(xiàn)象，同時由于調(diào)度中心無法及時指導站臺乘客的乘車需求，導致經(jīng)常出現(xiàn)乘客等車時間過長或車輛滿載率過低等情況發(fā)生，從而導致公交服務水平底下，客流日益減少。

本文主要針對現(xiàn)有的城市公交運行調(diào)度系統(tǒng)，著力解決調(diào)度系統(tǒng)與乘客乘車需求不平衡的問題以及提高運營系統(tǒng)的抗干擾性能，特別是晚高峰，繁華地段的公交車站會出現(xiàn)大量公交車排隊停靠的現(xiàn)象，甚至有些公交車雖無乘客在該站臺上下車，但只是按運營制度停靠。這樣的擁堵對資源和時間都存在嚴重的浪費，極大地延長了公交的運行時間，給乘客的出行帶來了極大的不便。造成這一現(xiàn)象的主要原因是城市道路擁堵擾亂了公交車的正常運行秩序，公交的擁堵又反向加重道路擁堵，如此惡性循環(huán)，導致整個道路運行效率降低。

4 研究方法

4.1 站臺操作

在BRT站臺，乘客可通過站臺售票機輸入目的地進行路線查詢或者直接通過已定線路選擇站點，此時售票機會根據(jù)乘客的相應操作做出路線推選，確認操做完成后進行付款方式選定購票，支付成功后此時系統(tǒng)會將乘客的乘車數(shù)據(jù)傳送至指揮中心后臺，進行下一步處理。

4.2 調(diào)度中心處理

調(diào)度中心作為車輛和乘客之間信息傳遞的紐帶，主要負責將乘客的乘車信息優(yōu)化處理后通過后臺終端設備將乘車信息傳送至車載設備，車載設備接收道調(diào)度中心傳來的信號后，通過相應處理簡化，以語音或信號燈的方式提醒司機，司機可根據(jù)車載設備提前預知下站是否有乘客上下車，若無可不進站直接開往下一站。

4.3 運行流程

(1)只上不下

乘客A在站臺X發(fā)出前往站臺Y的乘車需求，此時調(diào)度中心向離站臺X最近距離(≧50 m)的公交車傳遞乘車需求，此時司機做好停靠站臺X準備。若公交車在離站臺X很近(≦50 m)時收到乘客乘車需求，同時該車在進入緩沖距離前沒有接到停靠站臺X的需求時，該公交車不再受理本乘客交由下一輛公交車受理。

(2)有上有下

若乘客A乘坐1路公交且目的地為下一站臺X，為優(yōu)先滿足下車乘客需求，無論下一站臺X是否有乘客上車，公交車都必須停靠站臺X。同時為滿足“有車必載”的運營理念，此時公交車無論離站臺X多遠，只要乘客B在該公交車到達站臺X之前發(fā)出乘車需求，該公交車都必須受理本乘客。

(3)站臺重復

在城市眾多公交線路中，有相當部分線路存在站點重合，及乘客出行存在多種路線選擇時，此時為了盡可能的減少公交車進站停靠造成擁擠和節(jié)約車輛運行時間，此時調(diào)度中心就需根據(jù)實際情況進行車輛安排，其原則如下：

若兩車均距離乘客起始站較近時，此時在該站臺有下車需求的車輛優(yōu)先；若另一路線上的公交車距離乘客起始站較遠，此時由距離較近的車輛優(yōu)先。

5 流程量化

5.1 模型分析

最優(yōu)路線推薦主要針對乘客需要中轉(zhuǎn)情況，此時分兩種形式，一種是乘客知道終點站臺，另一種為乘客不知道終點站臺只知道目的地。對于第二種情況，站臺一體機需通過對目的地周圍500 m范圍內(nèi)的所有公交進行統(tǒng)計，將范圍內(nèi)所有的站臺都默認為乘客的終點站臺。當終點站臺確定后，此時系統(tǒng)通過求解最優(yōu)數(shù)學模型將運行時間最小值所在路徑作為最優(yōu)乘車方案推薦給乘客。

5.2 模型建立基礎

日常乘車中，乘客總需要一個路徑最短、時間最少、少轉(zhuǎn)車的乘車方案。但在現(xiàn)實生活中這同時實現(xiàn)三個最優(yōu)幾乎是不可能事件。通過建立最優(yōu)數(shù)學模型、采用集合法將路徑、時間進行量化，然后通過建立時間最優(yōu)模型求解最優(yōu)值。本文通過差分迭代方程的計算，這種方法與近似積分的數(shù)學模型等價，在一定范圍內(nèi)可與實際結(jié)果相似。建立數(shù)學模型主要需解決以下問題:

——如何確立乘車路線；

——怎樣確定乘車路線最優(yōu)；

5.3 符號約定及說明

5.4 模型的建立及求解

(1)乘車路線確定

Zmin=min{Z1、Z2、…、Zi}且Zmin=Y*

當：

①乘客起始站與目的地無可乘車路線；

α、β，即相應值不存在

②乘客起始站與目的地有乘車路線，但需要轉(zhuǎn)車；

Zmin={min(S1、S2、…、Si)+min(Z1、Z2、…、Zi)}

③乘客起始站與目的地有乘車路線，且不需要轉(zhuǎn)車；

Zmin=min{S1、S2、…、Si}

此時所有可乘路線都應滿足以下關系式：

B∈Ai∪Ai+n

(2)確定乘車路線最優(yōu)

英國TRRL認為道路的通行速度主要與道路流量和行車道寬度有關，所研發(fā)的適用于城市中心區(qū)道路的交通阻抗模型為：

Vq=49.9-0.163(q+430)/(W-R)

16

Vq=67.6-0.123(q+1 000)/(W-R)

32

式中：Vq：路段交通量為q時的行車速度，km/h，此處取第一個模型；W：行車道寬度，單位m；R：行車道寬度的減少值，單位m。

美國聯(lián)邦公路局的路阻函數(shù)模型在路阻函數(shù)的研究中，其研究路阻函數(shù)模型BPR函數(shù)是最有代表意義的一個研究成果，此模型在交通規(guī)劃界應用相對廣泛，具有一定的權威性，其數(shù)學表達式為。

Tq=T0[1+α(q/c)β]

式中：Tq：當流量為q時路段上的行程時間；T0：零流量時車輛在路段上的行駛時間；c：路段的實際通行能力；α、β：模型參數(shù)，常取α=0.15，β=4.0。

通過調(diào)查發(fā)現(xiàn)，在城市眾多公交線路中，由于道路實際情況以及乘客上下車的突發(fā)情況往往會對實驗結(jié)果產(chǎn)生一定影響，即使公交車行駛速度相同的條件下，距離最近的道路行駛時間不一定最短，理論運行最優(yōu)時間路線不一定為最優(yōu)路線，為了提高模型的抗干擾性，減小實驗結(jié)果誤差，通過建立多目標函數(shù)，對不同函數(shù)加以權重約束，通過求解選定最優(yōu)乘車路線，其函數(shù)模型如下

此時系統(tǒng)將滿足條件的可乘路線作為最優(yōu)路線推薦給乘客。

5.5 模型評價與分析

模型借助了傳統(tǒng)多目標函數(shù)規(guī)劃理念，通過集合知識將各線路站臺量化，一個站臺對應一個子集， 最后采用差值比較法求出實際最小行車路線，同時為了提高行車路線的優(yōu)化程度，引入國外相對成熟的路阻模型作為理論依據(jù)，兩者相互制約完善，與差值比較法得出的結(jié)果共同構(gòu)成二元多目標函數(shù)，同時對其影響權重做出調(diào)整，最終建立多目標函數(shù)規(guī)劃模型，得出滿足條件的最優(yōu)路線。

本模型的建立可為BRT快速公交調(diào)度系統(tǒng)優(yōu)化完善提供一定理論依據(jù)，解決了公交車輛“盲目進站”的問題，既在一定程度上緩解了公交車排隊進站的擁擠場面，也縮短可乘客的乘坐時間，更好的平衡了需求、資源、時間三者間的關系，具有惠民互利的作用，一定程度上完善了“智慧交通”的發(fā)展缺陷，為我國交通行業(yè)飛速發(fā)展做出細微貢獻。

6 結(jié) 論

公共交通作為各大城市交通出行的重要組成部分，在人們?nèi)粘３鲂兄姓加信e足輕重的地位，公交系統(tǒng)的快速發(fā)展不僅會促進居民外出消費，而且也可作為城市綜合實力展現(xiàn)的名片。在未來，中國的交通必將朝著智能化、高效化、綠色環(huán)保的多元化方向發(fā)展，通過不懈努力，最終站在世界領域前端，讓我國人民充分感受“智慧生活”所帶來的舒適感。