一种基于区间计算的公交动态发车调度优化方法技术

本发明专利技术公开了一种基于区间计算的公交动态发车调度优化方法，步骤S1：在规划周期起始时刻之前采集在线路上正在运行的车辆信息和乘客信息；步骤S2：预测规划周期起始时刻的乘客基准到达率，并确定模型计算所需要的参数；步骤S3：考虑单条线路上各个站点的乘客基准到达率在一定区间内变化的情况下，以所有乘客的总等车时间最小为目标函数，建立基于区间计算的公交动态发车调度鲁棒优化模型；步骤S4：对该优化模型，利用遗传算法进行求解，最终得到乘客总等待时间较小且具有鲁棒性的发车方案。本发明专利技术方法从鲁棒优化的角度来考虑我国的公交动态发车调度问题，解决了不确定的情况下的公交动态发车调度问题，有助于提高公交运营效率。

An Optimal Method of Bus Dynamic Departure Scheduling Based on Interval Computing

【技术实现步骤摘要】
一种基于区间计算的公交动态发车调度优化方法
本专利技术涉及涉及城市智能公共交通系统
，尤其涉及一种基于区间计算的公交动态发车调度优化方法。
技术介绍
随着经济的迅速发展，人们生活水平不断提高，城市人口总量激增，导致私家车辆的数量急剧增加，城市的交通拥堵问题日益突出。为了倡导人们公交出行，缓解城市拥堵问题，提高公交服务质量和乘客满意度是解决问题的关键。公交运营中，乘客等车时间长是造成满意度低下的主要原因，因此公交公司如何在公交运营过程当中根据客流状况调度车辆来提高乘客满意度是一个重要的决策问题。在国外的发达国家，公交动态调度的一些研究和应用已经比较成熟，但国外的公交动态调度问题考虑的是公交车能够准时地按照时刻表的时间到达站点，采用的手段包括动态调整发车间隔和动态调整车辆速度。而在我国的公交线路运营中并没有设定公交准时到达站点的时刻表，而是考虑通过动态调整发车间隔来减少乘客的等待时间。我国的动态发车调度问题如图1所示，对于一条公交线路，当公交车N从首站离站之后，根据客流情况对其之后发车的M辆车的发车间隔进行重新调整，以此来防止过大的客流造成乘客的等待时间过长的情况发生。在目前，我国的公交动态发车调度方法主要还是依靠公交调度员的日常经验根据客流调整发车间隔，这不是一种科学的决策方式，仍然会给公交运营带来风险。现有的一些研究虽然提出了解决公交动态发车调度的方法，但是这些研究都是假设客流数据已知的情形下，来计算公交动态发车调度方案，而在实际情况下公交动态发车调度大多处于客流不确定的情形下，按现有研究的计算方法得到处理公交动态发车调度问题仍然具有较高的风险，如何为我国公交动态发车调度问题提供抵御风险的发车方案十分具有现实意义。因此本专利技术方法将鲁棒优化的思想引入我国的公交动态发车调度问题中，解决了不确定的情况下的公交动态发车调度问题，有助于提高公交运营效率，减少乘客的等车时间，提升乘客满意度，更重要的是能够大大降低可能的最坏情况造成的风险，减少乘客投诉，使得公交系统具有更强的安全性与稳定性。
技术实现思路
针对现存在的问题，本专利技术提供一种基于区间计算的公交动态发车调度优化方法，将鲁棒优化思想引入到公交动态调度的方法，考虑在单线路各站点乘客到达率在一个区间变化的情况下，以乘客等车时间最少为目标函数，建立基于区间计算的动态发车鲁棒优化模型，并对模型用遗传算法进行求解，同时决策者可以根据实际情况调整模型中鲁棒优化的保守程度，计算得到一个乘客等待时间较小且能抵御风险的均衡发车方案。为了解决现有技术存在的技术问题，本专利技术的技术方案是：一种基于区间计算的公交动态发车调度优化方法，包括如下步骤：步骤S1在规划周期起始时刻之前采集在线路上正在运行的车辆信息和乘客信息。所述需要采集的车辆信息包括正在行驶的车辆刚经过的上游站点以及其距离、正在行驶的车辆离开已经行驶过站点的离站时间；所述需要采集的乘客信息包括每个站点正在等车的乘客数量；步骤S2在规划周期起始时刻，预测乘客基准到达率并确定模型计算所需要的参数。所述需确定的参数包括待发车辆数量、车辆在站点停车由于加速减速所需要的缓冲时间、乘客上下车所需的平均时间、车辆到达站点后乘客的下车比率、车辆在站点之间的运行速度、站点距离、车辆最大载客量、公交公司要求的最大发车间隔和最小发车间隔；步骤S3考虑单条线路上各个站点的乘客基准到达率在一定区间内变化的情况下，以所有乘客的总等车时间最小为目标函数，建立基于区间计算的公交动态发车调度鲁棒优化模型；步骤S4对该优化模型，利用遗传算法进行求解，同时决策者可以灵活调节模型中鲁棒优化的保守程度R，从而得到满足乘客总等待时间较小且具有鲁棒性的发车方案；其中，步骤S3所述建立基于区间计算的公交动态发车调度鲁棒优化模型进一步如下：步骤S31：模型的假设条件：线路上公交车车型统一，车辆最大载客量都相同，公交车在线路上运行时，前后次序不变，每个站点都会停靠，不会出现跨站现象，没有意外事故的发生，车辆运行状况、道路状况保持正常，公交车在不同站点间、不同时段的运营速度是已知的，模型只考虑正在线路上运营的最后一辆车N的运行状态对于待发决策第一辆车的影响；步骤S32：模型中的已知参数的符号以及决策变量说明：t0表示规划周期的起始时刻，σ表示车辆在站点停车以及启动时由于加速减速所需要的缓冲时间，Cmax表示车辆的最大载客量，α表示乘客上下车所需的平均时间(秒/人)，qj表示车辆到达站点j后乘客的下车比率(位于0到1之间)，Dj表示从第j-1站到第j站之间的站间距离，Vj表示车辆在站点j-1和j之间的运行速度，Pj表示t0时刻正在线路上运行的最后一辆车N到达站点j时正在站点j等车的乘客数量，Hmax与Hmin分别表示最大发车间隔和最小发车间隔；表示车辆i在首站的发车时间，为模型决策变量，i＝1,2,...,M；步骤S33：根据发车时间和步骤S2中预先确定的参数就可以计算模型中的中间变量。所述中间变量包括到达下游站点的时间、车辆停靠时间、下车的乘客人数、上车乘客的人数、车上的乘客人数、等车人数、未上车乘客人数；该步骤S33计算模型中的中间变量公式进一步如下：步骤S331：到达下游站点的时间的计算分为正在路上运行的车辆N到达下游站点的时间与待发决策车辆到达站点的时间。对于规划周期开始时正在线路上运营的车辆最后一辆车N，它到达下一站点的时间是由车辆所在的当前位置决定的，计算公式为：其中，为车辆N离开站点j的时间，表示车辆N在站点j的停靠时间，DN'表示正在行驶的车辆N刚经过的上游站点的距离，LN表示正在行驶的车辆N刚刚经过的上游站点。对于待发决策车辆从首站到末站，到达下游站点的时间可以通过在首站的发车时间进行计算，计算公式为：步骤S332：上一步中车辆停靠时间的计算公式为：其中，为车辆i到达站点j后上车的乘客数量，为车辆i到达站点j后下车的乘客数量。步骤S333：下车乘客人数计算公式为：其中，为车辆i在到达站点j时车上的乘客数量。步骤S334：车上乘客人数计算公式为：i＝1,2,...,M；j＝3,4,...,Ji＝N；j＝LN+1,LN+2,...,J步骤S335：上车人数计算公式为：i＝N,j＝LN+1,LN+2,...,J-1；i＝1,2,...,M,j＝2,3,...,J-1其中，为车辆i到达站点j时等车的乘客数量。步骤S336：上一步中等车人数的计算可以分为正在路线上运行的最后一辆车N即将到达站点的等车人数和待发车辆到达站点的等车人数两种情况。该步骤S336进一步包括：步骤S3361：对于线路上正在运行的车辆N，站点等车的乘客人数可以表示为之前车辆剩余的乘客人数与之后到达乘客的人数之和：其中，表示站点的实际乘客到达率。步骤S3362：对于第一辆待发车辆，站点等车的人数可以表示为：其中，为车辆i到达站点j后未能上车的乘客数。步骤S3363：从规划周期内第二辆待发车辆开始，等车人数即是在这段时间内到达的乘客人数与未登上前一辆车的乘客数目之和，其表示为：步骤S337：未上车乘客数目计算公式如下：i＝1,2,...M；j＝1,2,...,J-1i＝N；j＝LN+1,LN+2,...,J-1；步骤S34：建立发车间隔约束以及不允许超车约束，对目标函数进行建模，考虑所有乘本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于区间计算的公交动态发车调度优化方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤S1：在规划周期起始时刻之前采集在线路上正在运行的车辆信息和乘客信息，其中，采集的车辆信息至少包括正在行驶的车辆刚经过的上游站点以及其距离、正在行驶的车辆离开已经行驶过站点的离站时间；采集的乘客信息至少包括每个站点正在等车的乘客数量；步骤S2：在规划周期起始时刻，预测乘客基准到达率

【技术特征摘要】
1.一种基于区间计算的公交动态发车调度优化方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤S1：在规划周期起始时刻之前采集在线路上正在运行的车辆信息和乘客信息，其中，采集的车辆信息至少包括正在行驶的车辆刚经过的上游站点以及其距离、正在行驶的车辆离开已经行驶过站点的离站时间；采集的乘客信息至少包括每个站点正在等车的乘客数量；步骤S2：在规划周期起始时刻，预测乘客基准到达率并确定模型计算所需要的参数；其中，该参数包括待发车辆数量、车辆在站点停车由于加速减速所需要的缓冲时间、乘客上下车所需的平均时间、车辆到达站点后乘客的下车比率、车辆在站点之间的运行速度、站点距离、车辆最大载客量、公交公司要求的最大发车间隔和最小发车间隔；步骤S3：考虑单条线路上各个站点的乘客基准到达率在一定区间内变化的情况下，以所有乘客的总等车时间最小为目标函数，建立基于区间计算的公交动态发车调度鲁棒优化模型；步骤S4：对上述优化模型，利用遗传算法进行求解，同时调节模型中鲁棒优化的保守程度R，得到满足乘客总等待时间较小且具有鲁棒性的发车方案；所述S3中，基于区间计算的公交动态发车调度鲁棒优化模型进一步如下：步骤S31：设置模型的假设条件：线路上公交车车型统一，车辆最大载客量都相同，公交车在线路上运行时，前后次序不变，每个站点都会停靠，不会出现跨站现象，没有意外事故的发生，车辆运行状况、道路状况保持正常，公交车在不同站点间、不同时段的运营速度是已知的，模型只考虑正在线路上运营的最后一辆车N的运行状态对于待发决策第一辆车的影响；步骤S32：设置模型中的已知参数的符号以及决策变量，具体说明如下：t0表示规划周期的起始时刻，σ表示车辆在站点停车以及启动时由于加速减速所需要的缓冲时间，Cmax表示车辆的最大载客量，α表示乘客上下车所需的平均时间，qj表示车辆到达站点j后乘客的下车比率，Dj表示从第j-1站到第j站之间的站间距离，Vj表示车辆在站点j-1和j之间的运行速度，Pj表示t0时刻正在线路上运行的最后一辆车N到达站点j时正在站点j等车的乘客数量，Hmax与Hmin分别表示最大发车间隔和最小发车间隔；表示车辆i在首站的发车时间，为模型决策变量，i＝1,2,...,M；步骤S33：根据发车时间和步骤S2中预先确定的参数计算模型中的中间变量；其中，所述中间变量至少包括到达下游站点的时间、车辆停靠时间、下车的乘客人数、上车乘客的人数、车上的乘客人数、等车人数、未上车乘客人数；该步骤S33进一步包括如下步骤：步骤S331：到达下游站点的时间的计算分为正在路上运行的车辆N到达下游站点的时间与待发决策车辆到达站点的时间；对于规划周期开始时正在线路上运营的车辆最后一辆车N，它到达下一站点的时间是由车辆所在的当前位置决定的，计算公式为：其中，为车辆N离开站点j的时间，表示车辆N在站点j的停靠时间，DN'表示正在行驶的车辆N刚经过的上游站点的距离，LN表示正在行驶的车辆N刚刚经过的上游站点；对于待发决策车辆从首站到末站，到达下游站点的时间可以通过在首站的发车时间进行计算，计算公式为：步骤S332：上一步中车辆停靠时间的计算公式为：其中，为车辆i到达站点j后上车的乘客数量，为车辆i到达站点j后下车的乘客数量；步骤S333：下车乘客人数计算公式为：其中，为车辆i在到达站点j时车上的乘客数量；步骤S334：车上乘客人数计算公式为：步骤S335：上车人数计算公式为：其中，为车辆i到达站点j时等车的乘客数量；步骤S336：上一步中等车人数的计算可以分为正在路线上运行的最后一辆车N即将到达站点的等车人数和待发车辆到达站点的等车人数两种情况；该步骤S336进一步包括：步骤S3361：对于线路上正在运行的车辆N，站点等车的乘客人数可以表示为之前车辆剩余的乘客人数与之后到达乘客的人数之和：其中，表示站点的实际乘客到达率；步骤S3362：对于第一辆待发车辆，站点等车的人数可以表示为：其中，为车辆i到达站点j后未能上车的乘客数；步骤S3363：从规划周期内第二辆待发车辆开始，等车人数即是在这段时间内到达的乘客人数与未登上前一辆车的乘...

【专利技术属性】
技术研发人员：雒兴刚，陈慧超，张忠良，李晶，魏旭，王一，周林亚，
申请(专利权)人：杭州电子科技大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33