【技术实现步骤摘要】
一种共享巴士的动态车辆调度和线路规划方法
本专利技术涉及车辆交通领域中共享巴士的动态车辆调度和线路规划方法，尤其涉及到一种统筹考虑车辆调度和线路规划两方面并可以应用于相似客流规律场景以及实时客流场景的动态共享巴士调度和线路规划方法，并能够对共享巴士公司的运营成本进行优化的同时保证每个乘客的出行体验。
技术介绍
共享巴士作为一种新型的交通工具不仅具有传统公交车的高资源利用率、廉价、节能等优点，而且还支持网上叫车服务，对环境保护，能源节约以及便捷的出行具有广阔的应用前景。为了促进共享巴士的发展及其应用，如何有效地解决共享巴士公司和乘客之间的利益冲突问题迫在眉睫，即低运营成本和高出行体验。然而，现有的研究大多单方面从车辆调度或者线路规划来进行优化，不能满足共享巴士公司的要求。如何统筹考虑车辆调度以及线路规划并有效地解决共享巴士公司面临的利益冲突问题有待于研究人员进一步探索。
技术实现思路
本专利技术的主要目的是针对现有研究的不足，统筹考虑共享巴士调度和线路规划两方面并为相似客流规律以及实时客流应用场景分别提出有效的共享巴士动态车辆调度和线路规划方法。本专利技术根据实际影响共享巴士公司运营成本以及乘客出行体验的因素建立最小化共享巴士公司运营成本并保证乘客出行体验的优化模型；根据共享巴士的真实应用区域以及道路网络提取适合共享巴士运行的交通拓扑；基于提取的交通拓扑利用改进的局部搜索算法生成候选线路集；最后为相似客流规律以及实时客流的应用场景分别设计出离线和在线算法。本专利技术首次统筹考虑共享巴士的车辆调度和线...
【技术保护点】
1.一种共享巴士的动态车辆调度和线路规划方法，其特征在于，步骤如下：/n(1)抽象共享巴士公司的运营成本以及乘客的出行体验，建立最小化共享巴士公司运营成本并保证每个乘客出行体验的优化模型；/n1.1)抽象共享巴士公司运营成本：/n共享巴士公司运营成本与其满足每天所有乘客出行需求所需的共享巴士的数量N
【技术特征摘要】
1.一种共享巴士的动态车辆调度和线路规划方法，其特征在于，步骤如下：
(1)抽象共享巴士公司的运营成本以及乘客的出行体验，建立最小化共享巴士公司运营成本并保证每个乘客出行体验的优化模型；
1.1)抽象共享巴士公司运营成本：
共享巴士公司运营成本与其满足每天所有乘客出行需求所需的共享巴士的数量NB有关，通过最小化所需的共享巴士的数量NB实现降低共享巴士公司的运营成本；
通过最小化线路长度来降，低共享巴士公司运营成本线路长度表示为：
其中，Φ是车辆运行线路，J是共享巴士的应用区域中包含的站点数，e<u,v>d是站点u与站点v之间的路段长度，δuv是一个二元变量；
通过最大化共享巴士在每条线路中的载客量以减少满足所有乘客乘车需求所需的总班次数，进而减少所需的车辆数以及共享巴士公司的运营成本；共享巴士在线路Φ中的载客量为：
其中，Pv(Φ)是共享巴士在站点v接走的乘客集合，|Pv(Φ)|是共享巴士在站点v接走的乘客数；
1.2)抽象乘客出行体验：
保证乘客的等待时间不超过某一阈值以保证乘客出行体验：
其中，pt(v)，pa(v)分别是乘客p在站点v的上车时间和到达时间，是乘客等待时间上限；
通过减少线路长度以减小乘客的乘坐时间进而保证乘客的出行体验；
保证共享巴士座位利用率不超过某一上限值以保证乘客的出行体验：
其中，Lf是共享巴士的座位利用率，等于载客量与座位数的比值；是共享巴士座位利用率的上限；
1.3)建立最小化共享巴士公司运营成本并保证乘客出行体验的优化模型：定义每个乘客的平均线路长度：
最小化ΦD和最大化ΦP等价于最小化ΦDP；综合考虑步骤1.1)中共享巴士公司的运营成本以及步骤1.2)中的用户体验，建立以下优化模型：
P：min(NB，ΦDP)
s.t.C1：
C2：δuv∈{0，1}
C3：
C4：
C5：
C6：
C7：
C8：
其中，Dmax是共享巴士线路长度的上限；
C1保证为了满足乘客乘车需求至少有一辆共享巴士运行；
C2表示δuv是二元变量；
C3和C4保证线路中间站点的出度、入度为1；
C5保证线路长度不能超过其最大值Dmax；
C6保证共享巴士的线路中不存在环；
C7保证共享巴士的座位利用率不能超过其上限
C8保证每个乘客的等待时间不能超过其最大值
(2)根据共享巴士的真实应用区域以及道路网络提取适合共享巴士运行的交通拓扑；
2.1)删除非直接连接的边；基于共享巴士真实的应用区域以及交通道路网络抽象出有向图，如果共享巴士的两个站点不能直接到达，则将两个站点间的边从有向图中删除，并删除线路过长且能被其他边替换的边；
2.2)考虑客流、站点间路段长度以及乘客在站点的等待时间，删除经过步骤2.1)后有向图中非重要的边；定义时间网络流Tf和乘客网络流Pf，边e＜u,v＞的时间网络流计算如下：
其中，和分别是历史乘客数据中乘客在站点u的平均等待时间和最大等待时间，衡量二者重要性的权重系数γ和ζ通过熵值法从历史乘客数据中计算出；
边e＜u,v＞的乘客网络流计算如下：
其中，是历史乘客数据中每天在站点u上车的平均乘客数；
利用福德福克森算法并根据历史乘客数据计算经过步骤2.1)后有向图的时间网络最大流和乘客网络最大流根据计算出的和确定时间网络流和乘客网络流的下限和且的边被认为是不重要的，并将其从有向图中删除；
2.3)打破经过步骤2.2)后有向图中存在的环；利用改进的深度优先搜索算法初次寻找经过步骤2.2)后有向图中存在的环；通过将搜索过程中没有遍历的边逐个添加到改进的深度优先搜索算法生成的生成树中来检测是否有新的环产生，并最终找到所有的环的集合；倒着遍历每个环，删除不包含起始站点的每个环中入度或出度最大的节点所对应的边来打破环，最后获得适合共享巴士运行的交通拓扑；
(3)基于提取的交通拓扑利用改进的局部搜索算法求解松弛后的步骤(1)中的模型生成候选线路集；
3.1)松弛步骤(1)中的优化模型，将P中的约束条件C8松弛为：
3.2)设计改进的局部搜索算法求解步骤3.1)松弛后的模型；改进的局部搜索算法包括两个阶段：...
【专利技术属性】
技术研发人员：宁兆龙，孙守铭，王小洁，张凯源，董沛然，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：辽宁;21
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