一种定制公交网络优化方法技术

本发明专利技术涉及一种定制公交网络优化方法，该方法包括以下步骤：收集公交需求和出行成本；提取稳定的公交需求，并按照出行量筛选稳定的公交需求，得到集计出行需求，并计算现状广义出行成本；基于集计出行需求和现状广义出行成本建立以使用定制公交的旅客的广义出行成本收益最大为目标的定制公交网络优化模型；基于定制公交网络优化模型，利用启发式算法得到备选线路集合；基于备选线路集合，利用启发式算法得到定制公交网络。与现有技术相比，考虑了用户在面向定制公交供给时的出行方式选择，提高了规划的定制公交线路的适用性。

An optimization method of customized public transport network

【技术实现步骤摘要】
一种定制公交网络优化方法
本专利技术涉及公共交通信息处理及规划设计领域，尤其是涉及一种定制公交网络优化方法。
技术介绍
地面公共汽电车系统是缓解交通拥堵的有效方式。然而，由于公交线路设置不合理、停靠站点数量多、车内拥挤程度高、行程时间可靠度低等缺陷的存在，该系统难以满足旅客对高品质出行的需求。近年来，随着互联网技术的普及，一种新型的公交汽电车系统，定制公交系统，在国内外城市得到了广泛推广。定制公交是一种基于旅客需求分析结果，为出行起终点、服务需求相同或相似的人群提供出行服务的需求响应型系统。此外，相比于常规公交汽电车线路，定制公交的停站次数少，且保障“一人一座”，极大程度地提高了公交出行环境和出行效率。为支撑定制公交系统的快速发展，国内外学者对定制公交线路优化进行了研究，Guo等提出了一种以最小化旅客和车辆运行成本为目标的定制公交网络设计方法，Cao和Wang基于最短路径算法，提出了一种两阶段定制公交设计方法。同时，国内专利申请书CN106779163、CN109344529、CN107609677也为定制公交线路的规划设计提供了经验借鉴。从经济学角度分析，在设置定制公交线路后，当且仅当该线路为旅客带来正效益时，旅客才会改乘定制公交出行，因此，在定制公交线路规划过程中，应充分考虑已有交通方式的竞争力，综合比选可行的定制公交线路，而这恰是现有定制公交线路规划方法中缺失的因素。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种定制公交网络优化方法。r>本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：一种定制公交网络优化方法，该方法包括以下步骤：步骤S1：收集公交需求和出行成本；步骤S2：提取稳定的公交需求，并按照出行量筛选稳定的公交需求，得到集计出行需求，并计算现状广义出行成本；步骤S3：基于集计出行需求和现状广义出行成本建立以使用定制公交的旅客的广义出行成本收益最大为目标的定制公交网络优化模型；步骤S4：基于定制公交网络优化模型，利用启发式算法得到备选线路集合；步骤S5：基于备选线路集合，利用启发式算法得到定制公交网络。所述的公交需求和出行成本通过出行调查或交通卡数据收集。所述现状出行成本E的计算公式为：E＝VOT×TT×max(1,α×c+β)+P其中，VOT为时间价值，TT为行程时间，c为车内拥挤度，α和β为计算系数，P为票价。所述的定制公交网络优化模型的目标函数为：其中，Z是广义出行成本收益，为i到j间使用第k条定制公交线路的用户数量，为i到j间现状广义出行成本，tij为i到j间的定制公交线路时间，td为定制公交驻站时间，VOT为时间价值，pk为第k条定制公交线路的票价，在第k条定制公交线路包括i到j时取1，否则取0。所述的定制公交网络优化模型的约束条件为：其中，i,j,l为起、终点或节点的编号，k为线路编号，M为定制公交线路的上限数，Nk为第k条定制公交线路的小时最大发车数，cf为固定人力成本，cr为运营成本，Sk为第k条定制公交线路的停站数量，Vik为第k条定制公交线路到达i时的乘客数量，C为公交乘客容量，为第k条定制公交线路在虚拟起点o时的乘客数量，为第k条定制公交线路在虚拟终点e时的乘客数量，在第k条定制公交线路包括i到l时取1，否则取0，在第k条定制公交线路包括l到j时取1，否则取0，在第k条定制公交线路包括o到i时取1，否则取0，在第k条定制公交线路包括i到e时取1，否则取0，toi为从o到i所需时长，tie为从i到e所需时长，Dmin为定制公交线路的下限长度，Dmax为定制公交线路的上限长度，Qij为从i到j的出行需求，dij为从i到j的出行距离，N为各条定制公交线路每小时最大发车数，pk为第k条定制公交线路的票价，S为定制公交线路的站点数量限制值。所述的步骤S4包括：步骤S41：计算最大需求对数量h；步骤S42：基于最大需求对数量h，筛选得到潜在线路；步骤S43：提取潜在线路的需求对，根据行程时间和需求对的现有广义出行成本，得到需求对的最高收费标准；步骤S44：根据最高收费标准计算潜在线路的运行收入，若运营成本超过运行收入，去除需求对，得到可用需求对；步骤S45：基于可用需求对和小时最大发车数，计算潜在线路的发车数量；步骤S46：基于潜在线路的发车数量和潜在线路，得到备选线路集合。所述的步骤S5包括：步骤S51：从备选线路集合提取效益最大的线路加入定制公交网络，并在需求对中减去已经服务的需求；步骤S52：根据更新后的需求对计算备选线路集合的线路效益，执行步骤S51，直至达到终止条件。所述的定制公交网络包括途经站点、发车频率和线路票价信息。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：(1)在线路优化过程中，使用定制公交的旅客出行效益增加量最大为目标，考虑了用户在面向定制公交供给时的出行方式选择，提高了规划的定制公交线路的适用性。(2)在实现单一线路求解的基础上，通过第二阶段优化问题，实现了定制交通网络的规划，解决多区域、多线路规划问题。(3)两阶段启发式算法，提高了模型的求解效率，为支撑定制公交的运行提供有效支撑。附图说明图1为本专利技术的流程图；图2为本专利技术的生成备选线路集合的流程图；图3为本专利技术的生成定制公交网络的流程图；图4(a)为本专利技术施案例的出行起点需求图；图4(b)为本专利技术施案例的出行起点需求图；图5为本专利技术施案例的定制公交网络结果示意图。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术进行详细说明。本实施例以本专利技术技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本专利技术的保护范围不限于下述的实施例。实施例本实施例提供一种定制公交网络优化方法，如图1所示，包括以下步骤：第一步，定制公交需求及其特征提取。通过出行调查或交通卡数据等方式获取乘客的日常公交需求和出行成本。其中公交需求包括起终点、期望出行时间和期望到达时间等信息。出行成本包括现状出行方式的平均车内时间、平均等待时间、票价、车内拥挤度等信息。第二步，需求集计及广义出行成本估算。集计出行需求和出行成本。根据城市管理需求，将城市区域进行网格化处理，将处在同一出行小区内部的起终点调整为小区形心，以1分钟为时间间隔，以起终点对为对象统计出行信息，具体统计内容包括起点小区、终点小区、出行需求量、期望行程时间、现状广义出行成本。其中，广义出行成本是平均车内时间、平均等待时间、出行票价、车内拥挤情况的加权值。广义出行成本的计算方法如下式所示：E＝VOT×T本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种定制公交网络优化方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：/n步骤S1：收集公交需求和出行成本；/n步骤S2：提取稳定的公交需求，并按照出行量筛选稳定的公交需求，得到集计出行需求，并计算现状广义出行成本；/n步骤S3：基于集计出行需求和现状广义出行成本建立以使用定制公交的旅客的广义出行成本收益最大为目标的定制公交网络优化模型；/n步骤S4：基于定制公交网络优化模型，利用启发式算法得到备选线路集合；/n步骤S5：基于备选线路集合，利用启发式算法得到定制公交网络。/n

【技术特征摘要】
1.一种定制公交网络优化方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤S1：收集公交需求和出行成本；
步骤S2：提取稳定的公交需求，并按照出行量筛选稳定的公交需求，得到集计出行需求，并计算现状广义出行成本；
步骤S3：基于集计出行需求和现状广义出行成本建立以使用定制公交的旅客的广义出行成本收益最大为目标的定制公交网络优化模型；
步骤S4：基于定制公交网络优化模型，利用启发式算法得到备选线路集合；
步骤S5：基于备选线路集合，利用启发式算法得到定制公交网络。


2.根据权利要求1所述的一种定制公交网络优化方法，其特征在于，所述的公交需求和出行成本通过出行调查或交通卡数据收集。


3.根据权利要求1所述的一种定制公交网络优化方法，其特征在于，所述现状出行成本E的计算公式为：
E＝VOT×TT×max(1,α×c+β)+P
其中，VOT为时间价值，TT为行程时间，c为车内拥挤度，α和β为计算系数，P为票价。


4.根据权利要求1所述的一种定制公交网络优化方法，其特征在于，所述的定制公交网络优化模型的目标函数为：



其中，Z是广义出行成本收益，为i到j间使用第k条定制公交线路的用户数量，为i到j间现状广义出行成本，tij为i到j间的定制公交线路时间，td为定制公交驻站时间，VOT为时间价值，pk为第k条定制公交线路的票价，在第k条定制公交线路包括i到j时取1，否则取0。


5.根据权利要求4所述的一种定制公交网络优化方法，其特征在于，所述的定制公交网络优化模型的约束条件为：

【专利技术属性】
技术研发人员：成诚，王洧，王天佐，刘畅，李兴华，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：上海;31