一种快速公交时刻表编制方法技术

本发明专利技术涉及一种快速公交时刻表编制方法，针对快速公交在交叉口有专用信号和路段有专用路权；将快速公交时刻表编制与交叉口信号控制建立在统一的优化模型中，从而使公交线路运行过程可控，在保障快速公交准点率的基础上减少行程时间；考虑了考虑交叉口信号控制、准点率、沿线各节点到达时刻估计、交叉口饱和度、公交车载客数、公交线路运营车辆数和公交线路发车间隔等约束条件，并考虑了公交驻站时间和运行速度的波动性，使优化结果更符合实际运行情况。

【技术实现步骤摘要】
一种快速公交时刻表编制方法
本专利技术涉及一种交通管理技术，特别涉及一种考虑交叉口信号控制的快速公交时刻表编制方法。
技术介绍
快速公交作为一种高品质的城市公共运输服务系统，为了提高其运行服务水平，编制合理的行车时刻表是其运行计划中的重要内容。然而，目前的编制方法主要沿用常规公交的时刻表编制方法，对于快速公交在交叉口有专用信号和路段有专用路权的特点，在时刻表编制中未见有针对性的考虑，并且也未检索到这类方法的专利技术专利。经对现有技术的文献检索发现，有关公交时刻表的编制方法，主要有以下几种：1、基于客流需求和公交运营成本的公交时刻表编制方法。根据设计时段内客流需求分布，具体包括乘客到达数量以及线路客流周转量，确定固定的发车频率。《Busnetworkdesign》一文具体介绍了基于客流需求和公交运营成本确定发车频率的四种方法。2、考虑乘客满意度的公交时刻表编制方法。主要通过乘客的候车时间、换乘费用等量化公交服务对象的主观感受，并以此为目标编制时刻表，以兼顾乘客和公交企业的利益，提高公交的乘客吸引力。代表性论文为《Locatingoptimaltimetablesandvehicleschedulesinatransitline》。3、考虑随机因素的公交时刻表编制方法。为了适应公交车辆实际运营过程受社会车辆、路况、客流等多种不确定因素影响，在研究中增加了对随机事件、客流及公交载客率随机性和车辆行驶时间随机性等因素的考虑，使得公交时刻表具有更强的适用性。代表性论文包括《Approachingeven-loadandeven-headwaytransittimetablesusingdifferentbussizes》、《多时段公交发车间隔优化的随机期望值模型》等。上述3种现有时刻表编制方法虽然根据不同目标进行了时刻表优化，并且在方法3中考虑了公交车辆实际运营过程中社会车辆、路况、客流等多种不确定因素影响，但均采用固定发车频率，未考虑交叉口信号控制。这导致了公交车辆仅能保障在始发站按时刻表发车，而在中途站的到站时间基本处于失控状态。对于快速公交，公交线路时刻表与信号控制有着更为密切的联系，由于快速公交在交叉口有专用信号，在路段上有专用路权，为公交线路运行过程的可控性提供了基础条件。但现有的时刻表编制方法未充分利用上述特征，缺乏针对快速公交较为科学合理的时刻表编制方法。
技术实现思路
本专利技术是针对公交时刻表的编制方法存在的问题，提出了一种快速公交时刻表编制方法，该方法针对快速公交在交叉口有专用信号和路段有专用路权的特点，在时刻表编制中考虑交叉口信号控制，从而使公交线路运行过程可控，在保障快速公交准点率的基础上减少行程时间。本专利技术的技术方案为：一种快速公交时刻表编制方法，针对快速公交在交叉口有专用信号和路段有专用路权，结合交叉口信号控制，估计各班次公交车辆到达沿线各站点的时刻，编制运行时刻表；编制方法用非线性规划模型表述，模型的决策变量包括公交时刻表和沿线交叉口信号配时；模型以总交叉口延误最小为目标；使用交叉口信号控制、准点率、沿线各到达时刻估计、交叉口饱和度、公交车载客数、公交线路运营车辆数和公交线路发车间隔约束条件优化模型，节点包括站点和交叉口；选取算法对优化模型进行求解得到快速公交时刻表。所述模型以总交叉口延误最小为目标，即目标函数为；式中：i为公交班次编号；I为公交班次的集合；n为公交线路沿线各节点编号；S为沿线交叉口的集合；din为公交班次i在节点n的延误时长，单位秒，可按式(2)计算；式中：db为公交车启动延误时长，单位秒；tin为公交班次i到达节点n时相对于红灯开始时刻的时间差，单位秒，可按式(3)计算；式中：mod(.)为取余符号；Tin为实际运行中公交班次i到达节点n的时刻，单位秒；p为快速公交信号相位；为交叉口节点n快速公交信号相位p绿灯开始时刻，单位秒；为交叉口节点n快速公交信号相位p绿灯持续时长，单位秒；Cn为交叉口节点n周期时长，单位秒。所述交叉口信号控制约束，根据交叉口是否在道路干线协调控制系统中以及快速公交通行方向与干线协调控制流向的关系，分为三种情况控制：第一种是交叉口不在道路干线协调控制系统中；第二种是交叉口在道路干线协调控制系统中且快速公交通行方向与干线协调控制流向一致；第三种是交叉口在道路干线协调控制系统中但快速公交通行方向与干线协调控制流向不一致；第一种情况控制约束：对于交叉口不在道路干线协调控制系统中的情况，调整快速公交所在相位绿灯开始时刻和持续时长，但要求其余相位绿灯时长相对比例保持不变，如式(4)所示；第二种情况控制约束：对于交叉口在道路干线协调控制系统中且快速公交通行方向与干线协调控制流向一致的情况，要求快速公交所在相位绿灯时间包含原协调流向绿灯时间范围，即要求快速公交所在相位绿灯开始时刻不得晚于原协调流向绿灯开始时刻，快速公交所在相位绿灯结束时刻不得早于原协调流向绿灯结束时刻，分别如式(5)和式(6)所示，其余相位绿灯时长相对比例保持不变，如式(4)所示；第三种情况控制约束：对于交叉口在道路干线协调控制系统中但快速公交通行方向与干线协调控制流向不一致的情况，可调整快速公交所在相位绿灯开始时刻和持续时长，但要求干线协调控制流向绿灯开始和持续时长保持不变，分别如式(7)和式(8)所示，其余相位绿灯时长相对比例保持不变，如式(4)所示；式中：j为交叉口信号相位编号；和分别为交叉口节点n信号相位j绿灯开始时刻和持续时长，单位秒；为交叉口节点n原信号配时方案中相位j绿灯持续时长，单位秒；和分别为交叉口节点n原信号配时方案中快速公交信号相位p绿灯开始时刻和绿灯持续时长，单位秒；f为干线协调控制相位；和分别为交叉口节点n原信号配时方案中干线协调控制相位f绿灯开始时刻和绿灯持续时长，单位秒；αn为交叉口节点n除了相位j其余相位绿灯持续时长调整前后的比例。所述准点率约束，要求公交平均准点率大于最小准点率限制，如式(9)所示；式中：K为公交站点的集合；pmin为最小准点率限制；NI为研究时段内总班次数；NK为公交站点数量；pin为公交班次i在节点n的准点系数，定义公交到站时刻与时刻表相差小于60s时准点系数为1，公交到站时刻与时刻表相差大于180s时准点系数为0，中间部分准点系数取线性插值，如式(10)所示；式中：为时刻表中公交班次i到达节点n的计划时刻，单位秒。所述沿线各节点到达时刻估计约束，通过从始发站逐一计算车辆到达沿线交叉口和站点的时刻，如式(11)所示；式中：I1和I2分别为公交上行和下行班次的集合；NS1和NS2分别为公交上行和下行经过的总交叉口数量；NK1和NK2分别为公交上行和下行经过的总站点数量；n＝1和n＝NS1+NK1+1分别为公交上行和下行始发站编号；n＝NS1+NK1和n＝NS1+NS2+NK1+NK2分别为公交上行和下行终点站编号；ti(n-1)为公交在站点(n-1)的驻站时长，单位秒，可按式(12)计算；Lin(n-1)为节点(n-1)至节点n的距离，单位米；v为公交行驶速度，m/s，满足一定分布；式中：Uin为公交班次i在站点n的上客人数，可按式(13)计算；Din为公交班次i在站点n的下客人数，可按式(14)计算；tU和tD分别为单个乘客上车和下车本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种快速公交时刻表编制方法，其特征在于，针对快速公交在交叉口有专用信号和路段有专用路权，结合交叉口信号控制，估计各班次公交车辆到达沿线各站点的时刻，编制运行时刻表；编制方法用非线性规划模型表述，模型的决策变量包括公交时刻表和沿线交叉口信号配时；模型以总交叉口延误最小为目标；使用交叉口信号控制、准点率、沿线各到达时刻估计、交叉口饱和度、公交车载客数、公交线路运营车辆数和公交线路发车间隔约束条件优化模型，节点包括站点和交叉口；选取算法对优化模型进行求解得到快速公交时刻表。

【技术特征摘要】
1.一种快速公交时刻表编制方法，其特征在于，针对快速公交在交叉口有专用信号和路段有专用路权，结合交叉口信号控制，估计各班次公交车辆到达沿线各站点的时刻，编制运行时刻表；编制方法用非线性规划模型表述，模型的决策变量包括公交时刻表和沿线交叉口信号配时；模型以总交叉口延误最小为目标；使用交叉口信号控制、准点率、沿线各到达时刻估计、交叉口饱和度、公交车载客数、公交线路运营车辆数和公交线路发车间隔约束条件优化模型，节点包括站点和交叉口；选取算法对优化模型进行求解得到快速公交时刻表。2.根据权利要求1所述快速公交时刻表编制方法，其特征在于，所述模型以总交叉口延误最小为目标，即目标函数为；式中：i为公交班次编号；I为公交班次的集合；n为公交线路沿线各节点编号；S为沿线交叉口的集合；din为公交班次i在节点n的延误时长，单位秒，可按式(2)计算；式中：db为公交车启动延误时长，单位秒；tin为公交班次i到达节点n时相对于红灯开始时刻的时间差，单位秒，可按式(3)计算；式中：mod(.)为取余符号；Tin为实际运行中公交班次i到达节点n的时刻，单位秒；p为快速公交信号相位；为交叉口节点n快速公交信号相位p绿灯开始时刻，单位秒；为交叉口节点n快速公交信号相位p绿灯持续时长，单位秒；Cn为交叉口节点n周期时长，单位秒。3.根据权利要求1或2所述快速公交时刻表编制方法，其特征在于，所述交叉口信号控制约束，根据交叉口是否在道路干线协调控制系统中以及快速公交通行方向与干线协调控制流向的关系，分为三种情况控制：第一种是交叉口不在道路干线协调控制系统中；第二种是交叉口在道路干线协调控制系统中且快速公交通行方向与干线协调控制流向一致；第三种是交叉口在道路干线协调控制系统中但快速公交通行方向与干线协调控制流向不一致；第一种情况控制约束：对于交叉口不在道路干线协调控制系统中的情况，调整快速公交所在相位绿灯开始时刻和持续时长，但要求其余相位绿灯时长相对比例保持不变，如式(4)所示；第二种情况控制约束：对于交叉口在道路干线协调控制系统中且快速公交通行方向与干线协调控制流向一致的情况，要求快速公交所在相位绿灯时间包含原协调流向绿灯时间范围，即要求快速公交所在相位绿灯开始时刻不得晚于原协调流向绿灯开始时刻，快速公交所在相位绿灯结束时刻不得早于原协调流向绿灯结束时刻，分别如式(5)和式(6)所示，其余相位绿灯时长相对比例保持不变，如式(4)所示；第三种情况控制约束：对于交叉口在道路干线协调控制系统中但快速公交通行方向与干线协调控制流向不一致的情况，可调整快速公交所在相位绿灯开始时刻和持续时长，但要求干线协调控制流向绿灯开始和持续时长保持不变，分别如式(7)和式(8)所示，其余相位绿灯时长相对比例保持不变，如式(4)所示；式中：j为交叉口信号相位编号；和分别为交叉口节点n信号相位j绿灯开始时刻和持续时长，单位秒；为交叉口节点n原信号配时方案中相位j绿灯持续时长，单位秒；和分别为交叉口节点n原信号配时方案中快速公交信号相位p绿灯开始时刻和绿灯持续时长，单位秒；f为干线协调控制相位；和分别为交叉口节点n原信号配时方案中干线协调控制相位f绿灯开始时刻和绿灯持续时长，单位秒；αn为交叉口节点n除了相位j其余相位绿灯持续...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵靖，任祎程，韩印，周溪召，高幸，安旭，陆瑶，赵菁，魏允晗，
申请(专利权)人：上海理工大学，
类型：发明
国别省市：上海,31