一种基于非固定路线的往返式公交疏散路径规划方法技术

本发明专利技术公开了一种基于非固定路线的往返式公交疏散路径规划方法，属于应急交通疏散和公共交通管理优化领域，所述方法包括如下步骤：获取疏散区域内的道路网络，疏散需求，以及可用公交车辆等信息；基于非固定路线、往返式运行两种主要特征，构建公交疏散路径规划模型，目标函数设置为最小化疏散区域内的待疏散人员总疏散时间成本；设置模型约束条件，分别包括节点约束，车辆及容量约束，时间窗约束3个方面；通过插入算法与边节交换算法，设计了一种双层求解算法，最终获得公共交通应急疏散路径规划方案。本发明专利技术的方法切合疏散规划的特点，可以有效改善待疏散人员在疏散过程中的出行体验，提高公共交通疏散方案的稳定性与可靠性。

【技术实现步骤摘要】
一种基于非固定路线的往返式公交疏散路径规划方法
本专利技术属于应急交通疏散和公共交通管理优化领域，具体涉及一种基于非固定路线的往返式公交疏散路径规划方法。
技术介绍
随着人类社会发展速度的不断加快，资源需求压力不断增重，自然环境破坏逐渐加深，社会矛盾日益突出，进而引发了许多灾难性的突发事件。面对突发事件，疏散是一种减少社会经济损失、保护民众生命安全的重要措施，主要指利用各类交通工具将受灾人员运送至避难所或其他安全区域。我国是世界上最大的发展中国家，人口总数大且分布不均匀，部分城市人口密度高而机动车保有率较低，因此公共交通依赖人员(例如无车人员、老幼、游客)数量较多。公共交通具有运载能力高、易于管理的特点，可以帮助缓解疏散背景下短时间内爆发性的交通压力，在用于疏散调度时，表现出良好的适用性。目前的公共交通疏散规划研究，多为往返式固定路线或单程路线规划，并且忽略了待疏散人员出行体验以及疏散管理难度，导致难以发挥公共交通在疏散中的应有作用。因此，如何契合疏散方案的实际应用，改善待疏散人员出行体验，提高疏散方案稳定性与可靠性，已经成为亟需重视的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种基于非固定路线的往返式公交疏散路径规划方法，契合疏散规划特点，帮助获取公共交通应急疏散方案，实现突发事件应急疏散下公共交通资源的合理配置与利用，改善待疏散人员出行体验，提高疏散方案的稳定性与可靠性，为应急管理部门制定科学的公共交通应急疏散方案提供参考与支撑。为实现上述目的，本专利技术通过以下技术方案来实现：一种基于非固定路线的往返式公交疏散路径规划方法，包括如下步骤：步骤1：获取疏散区域内的需求、道路、节点、车辆信息，建立疏散网络；步骤2：基于非固定路线、往返式运行两种特征，构建公交疏散路径规划模型，设置模型变量，并构建模型的目标函数；步骤3：设置模型约束条件，包括节点约束，车辆及容量约束，时间窗约束；步骤4：通过插入算法不断搜索距离最近的集结点并将其插入到公交车辆的旅行路径中，构筑初始可行解；步骤5：通过边节交换算法分别采用交叉交换和2-opt的方式对初始可行解执行线路间与线路内搜索，获取模型最优解，即最终获得公共交通应急疏散路径规划方案。进一步的，所述步骤1，建立疏散网络，具体包括：步骤1.1：获取突发事件信息，判断突发事件影响区域，确定强制性疏散区域范围；步骤1.2：获取人口普查信息和车辆管理登记信息，确定区域疏散需求及分布情况；步骤1.3：获取疏散网络信息，包括疏散区域内的道路交通信息，以及确定疏散集结点与避难所的位置；步骤1.4：获取可用公交车辆数量、容量，并确定其实时位置。进一步的，所述步骤2，设置模型变量与目标函数，具体包括：参数设置如下：N为节点集合，D为公交车辆初始位置集合，S为避难所集合，E为疏散集结点集合，DEMi为集结点i的疏散需求，V为可用公交车辆集合，NV为可用公交车辆数量，CAPv为公交车v的最大载客能力，A为路段集合，Tij为公交车通过路段(i,j)的行驶时间，Q为待疏散人员总量，Ti为集结点i的步行疏散时间，Li为集结点i到距其最近的避难所的距离，m为满载率参数，M为关于待疏散人员平均步行速度的固定参数，Tmax完成疏散任务的最大时间窗要求；变量设置如下：表示公交车v在其第k次旅行中是否经过集结点i，若公交车v在其第k次旅行中经过集结点i，则反之，表示公交车v在其第k次旅行中是否经过路段(i,j)，若公交车v在其第k次旅行中经过路段(i,j)，则反之，K为单辆公交车的最大旅行次数，为从疏散开始到公交车v在第k次旅行中抵达集结点i的时间，表示公交车v从疏散开始到在第k次旅行中抵达避难所的时间，为公交车v在第k次旅行中在集结点i所接收的待疏散人员数量，capv为公交车v的剩余载客能力；所述目标函数设置为最小化疏散区域内的待疏散人员总疏散时间成本；所述总疏散时间成本为总乘车旅行时间与总等待时间之和；目标函数表示如下：其中，TT.WT为待疏散人员总疏散时间成本，Ttravel为待疏散人员的总乘车旅行时间，Twait为待疏散人员在集结点的总等待时间。进一步的，所述步骤3中设置模型约束条件，具体包括：(1)节点约束：确保集结点的流量平衡，对任意一个集结点或避难所，其车辆流入与车辆流出相等；确保避难所的流量平衡，其中公交车在完成最后一次旅行后停留在避难所；(2)车辆及考虑满载率的容量约束：公交车在任意集结点的接收人数应始终为车辆剩余容量或集结点剩余待疏散人数；公交车每次旅行开始后，将不断前往下一个集结点接收待疏散人员，设置满载率参数，当乘客人数达到一定的容量阈值时，则判定该辆公交车继续前往下一个集结点的行程是低效的，此时该辆公交车直接前往避难所；确保充分利用车辆资源：要求疏散区域内的所有可用公交车辆均得到调用；确保满足网络中的全部疏散需求；(3)时间窗约束：确保任意一个集结点待疏散人员的等待时间不得超过该集结点的步行疏散时间；确保网络中全部待疏散人员均在最大时间窗约束内抵达避难所。进一步的，所述节点约束表达式为：进一步的，所述车辆及考虑满载率的容量约束表达式为：进一步的，所述时间窗约束表达式为：进一步的，所述步骤4，通过插入算法不断搜索距离最近的集结点并将其插入到公交车辆的旅行路径中，构筑初始可行解；具体包括：步骤4.1：插入算法初始化，输入疏散网络，集结点与避难所位置，疏散需求，可用公交车位置及容量，各条路段上的公交车辆通行时间，满载率参数；步骤4.2：基于Dijkstra算法，获取疏散区域内所有车辆初始位置到全部集结点的最短路径集合，任意集结点到其他集结点的最短路径集合，任意集结点到任意避难所的最短路径集合，以及任意避难所到任意集结点的最短路径集合；令k＝1，v＝1，开始构建公交车辆行驶路径，k表示第k次旅行，v表示第v辆公交车；步骤4.3：在第k次旅行中，公交车v从当前位置出发，前往距离最近的集结点接收待疏散人员；记录公交车v的抵达时间，同时更新网络中的剩余疏散需求；步骤4.4：检验公交车剩余载客能力，若公交车v的载客率低于满载率参数，则继续前往下一个集结点接收待疏散人员；反之，则直接前往当前距离最近的避难所；步骤4.5：令v＝v+1，重复步骤4.3至步骤4.4，逐次调度网络中的全部可用车辆；当全部可用车辆调度完成后，记录全部公交车辆在第k次旅行中的运行路线并进入步骤4.6；步骤4.6：按照车辆抵达避难所的先后顺序对全部车辆重新进行编号，随后进行下一轮车辆调度，令k＝k+1，v＝1，并重新进入步骤4.3，直到满足网络中的全部疏散需求，进入步骤4.7；步骤4.7：当网络中的最后一名待疏散人本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于非固定路线的往返式公交疏散路径规划方法，其特征在于：该方法包括如下步骤：/n步骤1：获取疏散区域内的需求、道路、节点、车辆信息，建立疏散网络；/n步骤2：基于非固定路线、往返式运行两种特征，构建公交疏散路径规划模型，设置模型变量，并构建模型的目标函数；/n步骤3：设置模型约束条件，包括节点约束，车辆及容量约束，时间窗约束；/n步骤4：通过插入算法不断搜索距离最近的集结点并将其插入到公交车辆的旅行路径中，构筑初始可行解；/n步骤5：通过边节交换算法分别采用交叉交换和2-opt的方式对初始可行解执行线路间与线路内搜索，获取模型最优解，即最终获得公共交通应急疏散路径规划方案。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于非固定路线的往返式公交疏散路径规划方法，其特征在于：该方法包括如下步骤：
步骤1：获取疏散区域内的需求、道路、节点、车辆信息，建立疏散网络；
步骤2：基于非固定路线、往返式运行两种特征，构建公交疏散路径规划模型，设置模型变量，并构建模型的目标函数；
步骤3：设置模型约束条件，包括节点约束，车辆及容量约束，时间窗约束；
步骤4：通过插入算法不断搜索距离最近的集结点并将其插入到公交车辆的旅行路径中，构筑初始可行解；
步骤5：通过边节交换算法分别采用交叉交换和2-opt的方式对初始可行解执行线路间与线路内搜索，获取模型最优解，即最终获得公共交通应急疏散路径规划方案。


2.根据权利要求1所述的一种基于非固定路线的往返式公交疏散路径规划方法，其特征在于：所述步骤1，建立疏散网络，具体包括：
步骤1.1：获取突发事件信息，判断突发事件影响区域，确定强制性疏散区域范围；
步骤1.2：获取人口普查信息和车辆管理登记信息，确定区域疏散需求及分布情况；
步骤1.3：获取疏散网络信息，包括疏散区域内的道路交通信息，以及确定疏散集结点与避难所的位置；
步骤1.4：获取可用公交车辆数量、容量，并确定其实时位置。


3.根据权利要求1或2所述的一种基于非固定路线的往返式公交疏散路径规划方法，其特征在于：所述步骤2，设置模型变量与目标函数，具体包括：
参数设置如下：N为节点集合，D为公交车辆初始位置集合，S为避难所集合，E为疏散集结点集合，DEMi为集结点i的疏散需求，V为可用公交车辆集合，NV为可用公交车辆数量，CAPv为公交车v的最大载客能力，A为路段集合，Tij为公交车通过路段(i,j)的行驶时间，Q为待疏散人员总量，Ti为集结点i的步行疏散时间，Li为集结点i到距其最近的避难所的距离，m为满载率参数，M为关于待疏散人员平均步行速度的固定参数，Tmax完成疏散任务的最大时间窗要求；
变量设置如下：表示公交车v在其第k次旅行中是否经过集结点i，若公交车v在其第k次旅行中经过集结点i，则反之，表示公交车v在其第k次旅行中是否经过路段(i,j)，若公交车v在其第k次旅行中经过路段(i,j)，则反之，K为单辆公交车的最大旅行次数，为从疏散开始到公交车v在第k次旅行中抵达集结点i的时间，表示公交车v从疏散开始到在第k次旅行中抵达避难所的时间，为公交车v在第k次旅行中在集结点i所接收的待疏散人员数量，capv为公交车v的剩余载客能力；
所述目标函数设置为最小化疏散区域内的待疏散人员总疏散时间成本；所述总疏散时间成本为总乘车旅行时间与总等待时间之和；目标函数表示如下：









其中，TT.WT为待疏散人员总疏散时间成本，Ttravel为待疏散人员的总乘车旅行时间，Twait为待疏散人员在集结点的总等待时间。


4.根据权利要求3所述的一种基于非固定路线的往返式公交疏散路径规划方法，其特征在于：所述步骤3中设置模型约束条件，具体包括：
(1)节点约束：
确保集结点的流量平衡，对任意一个集结点或避难所，其车辆流入与车辆流出相等；
确保避难所的流量平衡，其中公交车在完成最后一次旅行后停留在避难所；
(2)车辆及考虑满载率的容量约束：
公交车在任意集结点的接收人数应始终为车辆剩余容量或集结点剩余待疏散人数；
公交车每次旅行开始后，将不断前往下一个集结点接收待疏散人员，设置满载率参数，当乘客人数达到一定的容量阈值时，则判定该辆公交车继续前往下一个集结点的行程是低效的，此时该辆公交车直接前往避难所；
确保充分利用车辆资源：要求疏散区域内的所有可用公交车辆均得到调用；
确保满足网络中的全部疏散需求；
(3)时间窗约束：
确保任意一个集结点待疏散人员的等待时间不得超过该集结点的步行疏散时间；
确保网络中全部待疏散人员均在最大时间窗约束内抵达避难所。


5.根据权利要求4所述的一种基于非固定路线的往返式公交疏散路径规划方法，其特征在于：所述节点约束表达式为：








6.根据权利要求4所述的一种基于非固定路线的往返式公交疏散路径规划方法，其特征在于：所述车辆及考虑满载率的容量约...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵星，吉康，陈吉怀，张辉，
申请(专利权)人：河海大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32