一种城市接驳公交系统的一体化规划决策支持系统技术方案

本发明专利技术公开了一种城市接驳公交系统的一体化规划决策支持系统，融合大数据、GIS、运筹优化和人工智能等技术，通过手机信令数据和GIS分析居民出行时空聚集点，考虑道路的实际拓扑结构，自动筛选任意居民出行聚集点周边可行的接驳站点，根据交通网络运行状态，利用智能化决策技术，从备选接驳站点集合中选择最佳居民上车位置，将需求点分配给接驳站点，据此计算接驳线路访问接驳站点的顺序，以及它们的发车频率，通过对比不同情形下的设计方案辅助城市接驳公交系统设计。应用本发明专利技术所提供的方法，可以辅助接驳公交规划与管理，基于乘客出行时空聚集特征，根据交通网络的拓扑结构和运行状态，选择最佳公交站点的位置，将需求点分配给选中接驳站点，合理地确定线路走向和发车频率，增加乘客的出行方便性，减少公交运营成本。

An Integrated Planning Decision Support System for Urban Transit System

The invention discloses an integrated planning decision support system for urban transit connection system, which integrates technologies such as big data, GIS, operation research optimization and artificial intelligence, analyzes resident travel time and space gathering points through mobile signaling data and GIS, considers the actual topological structure of roads, automatically screens feasible junction stations around any resident travel gathering points, and according to the operation status of traffic network. By using the intelligent decision-making technology, the best resident boarding position is selected from the set of alternative junction stations, and the demand points are assigned to the junction stations. Based on this, the order of access to the junction stations and their departure frequencies are calculated. By comparing the design schemes under different circumstances, the urban junction bus system design is assisted. The method provided by the invention can assist bus connection planning and management. Based on the spatial and temporal clustering characteristics of passengers'travel, according to the topological structure and operation status of the traffic network, the location of the best bus station is selected, the demand points are allocated to the selected bus connection station, the route direction and departure frequency are reasonably determined, the convenience of passengers' travel is increased, and the cost of bus operation is reduced. \u3002

【技术实现步骤摘要】
一种城市接驳公交系统的一体化规划决策支持系统
本专利技术涉及接驳公交系统，具体涉及一种城市接驳公交系统的一体化规划决策支持系统及其方法。
技术介绍
为缓解城市道路交通拥堵问题，作为一种大容量、快捷、安全、高效的运输形式，轨道交通在城市客运交通市场所应起到主干道的作用已被各界所共识。若要发挥轨道交通在城市客运交通系统的主干道作用，必须将客运交通的主体客流吸引到轨道交通上来，除了加强地面常规公交与轨道交通紧密地换乘衔接之外，接驳公交作为满足市民出行“最后一公里”需求的一种补充公共交通方式。接驳公交的核心任务是线路设计和发车频率，它们之间相互影响。如何进行线路设计与发车频率协调设计，追求全局最优是全面提升公交服务水平的关键。现有工程实践和理论研究都是假设居民的出行需求点已经聚集在给定接驳接驳站点基础上完成的，即接驳站点和需求点没有被区分来看。受实际道路条件约束，乘客需求点未必是上下车地点，不同接驳站点选址情形下需求点分配影响线路的客流量，进而影响其发车频率。考虑接驳站点选址的接驳线路设计至关重要，这进而影响发车频率。另外，接驳公交优化与设计是一个多目标矛盾冲突难题，涉及政府、企业和乘客，如何平衡多个方案之间优劣也是至关重要。然而，相关部门缺乏科学的接驳公交的一体化规划决策与评估技术。此外，如何借助手机信令数据精确地获取居民聚集点以及出行时空分布，辅助接驳公交的一体化规划，也是一件非常有挑战性和价值的工作。综上所述，亟待寻求基于手机信令数据分析的接驳公交一体化规划装置，兼顾政府、企业和乘客，针对乘客出行的时空分布，考虑实际道路拓扑结构制约，在备选接驳站点集合中选择最佳位置，将需求点分配给选中接驳站点，确定接驳公交线路从站场出发访问需求点的顺序，以及线路的发车频率，实现接驳公交一体化规划的数据分析、决策和评价，从人工经验决策的粗放式管理向动态管理、精细管理、定量管理和科学管理的转变，为公交决策提供理论支持和技术支撑。
技术实现思路
面向将乘客从需求点运输至轨道站点的实际，针对实际道路拓扑结构约束下的需求点和接驳站点不一致问题，本专利技术提供一种城市接驳公交系统的一体化规划决策支持系统，主要用于基于接驳站点选址和需求点分配的接驳公交线路与发车频率设计一体化规划决策，实现从人工经验的粗放式管理向精细化科学决策的转变，为城市公交服务水平提供技术支撑。本专利技术方案是通过以下技术方案实现的：本专利技术涉及一种城市接驳公交系统的一体化规划决策支持系统，包括基于手机信令数据的乘客出行时空聚集点分析模块、基于百度GIS的交通网络拓扑结构分析模块及其运行特征分析模块、接驳公交一体化模型及其求解模块和结果可视化评价模块，其中：所述基于手机信令数据的乘客出行时空聚集点分析模块、基于百度GIS的交通网络拓扑结构分析模块及其运行特征分析模块与接驳公交一体化模型及其求解模块进行数据交互，为接驳公交一体化设计提供基础数据；所述接驳公交一体化模型及其求解模块与结果可视化评价模块进行数据交互，将不同情形下的接驳方案进行对比，从而筛选最佳方案。作为优选，所述基于手机信令数据的乘客出行时空聚集点分析模块存储用户手机信令数据，根据通勤客流的特征，基于聚类算法，识别轨道站点周边分布的需求点，以及需求点于轨道站点之间出行人数，为接驳公交的一体化设计提供客流基础，主要步骤包括：A、收集某轨道站点M的全部需求点I，涉及每个需求点的位置中心点坐标和半径分别记为(Xi，Yi)和ri；B、收集全部用户的手机信令数据R，基于每个用户出行记录的用户IDur、当前位置的经纬度(Xr，Yr)、活动时间Tr，找到全部用户数据U，满足其中distinct(·)表示返回集合·不重复的元素；C、对全部的用户手机信令数据R，根据每个用户划分为若干类别Ru，根据用户的每个出行记录活动时间进行排序，即出行活动链Ru；D、对每个用户的出行活动链Ru，根据每个用户出行记录的经纬度(Xr，Yr)和活动时间Tr，对于某个轨道站点的需求点若同时满足获任意时间Tr的轨道站点M和需求点I之间出行人数，即E、根据高峰或通勤时间范围([TS，TE])，汇总高峰小时内需求点i于轨道站点M的上车人数qi，其中并满足作为优选，所述基于百度GIS的交通网络拓扑结构分析模块及其运行特征分析模块，利用开放GIS平台，考虑桥梁、隧道和单行道等因素，根据居民需求点的位置，自动筛选一系列可行的接驳站点，同时，根据实际道路的拓扑结构，计算接驳站点和需求点的步行距离，以及接驳站点、调度中心和轨道站点之间实际行驶时间和距离，主要步骤包括：A、根据每个需求点的中心位置考虑桥梁、隧道和其他障碍物，基于百度地图步行导航，自动识别周边道路的可行上下接驳站点j，将它们汇总成为候选接驳站点集合，即B、根据每个需求点i和接驳站点j的经纬度坐标(Xi，Yi)和(Xj，Yj)，基于百度地图步行导航，计算它们之间步行距离dij；C、考虑单行道因素，根据给定的调度中心集合D和轨道站点集合M的的经纬度坐标，基于百度地图公交导航，计算轨道站点、公交站场、接驳站点j，m之间的行车时间tjm和距离djm，其中作为优选，所述接驳公交一体化模型兼顾乘客的出行方便性和企业运行成本，考虑线路里程和容量约束、政府最低发车频率和客流拥挤的现实约束，同时协调求解站点选址驱动下的线路设计和发车频率设计问题，优化模型建立，主要为以下步骤：A、确定模型的输入数据准备及其符号变量，包括：I表示需求点集合；K表示车辆集合；N表示候选接驳站点集合；D表示候选调度中心集合；M表示轨道站点集合；qi表示高峰小时内需求点的上车人数；Q表示车辆额定载客量；FMax和FMin分别表示最大和最小发车频率；rk表示线路的满载率；RMax和RMin分别表示最大和最小满载率；Dmax和Tmin分别表示线路的最大行程距离和最小行驶时间；Dk和Tk表示线路的总里程和总行程时间；W表示最大步行距离；v表示居民步行速度；dij表示轨道站点、公交站场、接驳站点和需求点i，j之间的距离tij表示轨道站点、公交站场、接驳站点i，j之间的行车时间H表示一个常数；B、确定模型的7个输出决策变量，包括：zj表示候选站点是否被选中；hij表示需求点i是否被分配给候选站点表示线路是否相邻访问节点j和mfk表示高峰小时内线路的发车班次数；表示线路是否访问节点表示线路到达节点的时间；表示车辆访问节点时的车内人数；C、确定模型的目标函数f，以追求乘客的总出行时间最少为目标，即：其中：所有乘客的总步行时间为他们的总在车时间和总候车时间分别为和D、确定模型的13个约束条件，其中：表示一个需求点必须被分配给某个选中候选接驳站点；确保每个需求点只被分配给一个候选接驳站点；确保每个需求点与选中候选站点之间步行距离不小于最大值；确保接驳线路访问的候选接驳站点必须被选中；保证接驳线路从公交站场出发；保证接驳线路到达轨道站点；表示一个接驳站点不能同时被两条线路访问，一条接驳线路不能同时访问两个候选站点；和表示接驳线路k到达相邻接驳站点之间时间关系；和表示接驳线路k途径相邻接驳站点的载重量变化；和表示每条接驳线路的行程里程和行程时间约束；表示每条接驳线路的发车间隔满足政府最大和最小发车间隔；表示每条接驳线路的载客率满足政府最大和最小载客水平。作为优选本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种城市接驳公交系统的一体化规划决策支持系统，其特征在于：包括基于手机信令数据的乘客出行时空聚集点分析模块、基于百度GIS的交通网络拓扑结构分析模块及其运行特征分析模块、接驳公交一体化模型及其求解模块和结果可视化评价模块；所述基于手机信令数据的乘客出行时空聚集点分析模块、基于百度GIS的交通网络拓扑结构分析模块及其运行特征分析模块与接驳公交一体化模型及其求解模块进行数据交互，为接驳公交一体化设计提供基础数据；所述接驳公交一体化模型及其求解模块与结果可视化评价模块进行数据交互，将不同情形下的接驳方案进行对比，从而筛选最佳方案。

【技术特征摘要】
1.一种城市接驳公交系统的一体化规划决策支持系统，其特征在于：包括基于手机信令数据的乘客出行时空聚集点分析模块、基于百度GIS的交通网络拓扑结构分析模块及其运行特征分析模块、接驳公交一体化模型及其求解模块和结果可视化评价模块；所述基于手机信令数据的乘客出行时空聚集点分析模块、基于百度GIS的交通网络拓扑结构分析模块及其运行特征分析模块与接驳公交一体化模型及其求解模块进行数据交互，为接驳公交一体化设计提供基础数据；所述接驳公交一体化模型及其求解模块与结果可视化评价模块进行数据交互，将不同情形下的接驳方案进行对比，从而筛选最佳方案。2.根据权利要求1所述的一种城市接驳公交系统的一体化规划决策支持系统，其特征在于：所述基于手机信令数据的乘客出行时空聚集点分析模块存储用户手机信令数据，根据通勤客流的特征，基于聚类算法，识别轨道站点周边分布的需求点，以及需求点于轨道站点之间出行人数，为接驳公交的一体化设计提供客流基础，主要步骤包括：A、收集某轨道站点M的全部需求点I，涉及每个需求点的位置中心点坐标和半径分别记为(Xi，Yi)和ri；B、收集全部用户的手机信令数据R，基于每个用户出行记录的用户IDur、当前位置的经纬度(Xr，Yr)、活动时间Tr，找到全部用户数据U，满足其中distinct(·)表示返回集合·不重复的元素；C、对全部的用户手机信令数据R，根据每个用户ID划分为若干类别Ru，根据用户ID的每个出行记录活动时间进行排序，即出行活动链Ru；D、对每个用户ID的出行活动链Ru，根据每个用户出行记录的经纬度(Xr，Yr)和活动时间Tr，对于某个轨道站点的需求点若同时满足获任意时间Tr的轨道站点M和需求点I之间出行人数，即E、根据高峰或通勤时间范围([TS，TE])，汇总高峰小时内需求点i于轨道站点M的上车人数qi，其中并满足3.根据权利要求2所述的一种城市接驳公交系统的一体化规划决策支持系统，其特征在于：所述基于百度GIS的交通网络拓扑结构分析模块及其运行特征分析模块，利用开放GIS平台，考虑桥梁、隧道和单行道等因素，根据居民需求点的位置，自动筛选一系列可行的接驳站点，同时，根据实际道路的拓扑结构，计算接驳站点和需求点的步行距离，以及接驳站点、调度中心和轨道站点之间实际行驶时间和距离，主要步骤包括：A、根据每个需求点的中心位置考虑桥梁、隧道和其他障碍物，基于百度地图步行导航，自动识别周边道路的可行上下接驳站...

【专利技术属性】
技术研发人员：张鹍鹏，葛宏伟，李新传，谢勇利，赵发科，唐伟，谭英嘉，陈建军，罗玲，魏明，孙博，
申请(专利权)人：深圳市综合交通设计研究院有限公司，南通大学，
类型：发明
国别省市：广东,44