一种模块化车辆运行路径及组合策略协同优化方法及系统技术方案

一种模块化车辆运行路径及组合策略协同优化方法,其步骤包括：获取城市交通物理网络及候选运营路线信息，构建模块化车辆运行路径连通性流平衡约束；获取乘客需求数量和乘客位置、时间窗信息，构建乘客需求全覆盖约束；根据城市交通模块化车辆运行路径及线路、乘客需求数量、位置和时间窗信息，构建乘客在途换乘约束；根据城市交通模块化车辆运行路径及乘客需求信息，构建基于模块化车辆使用成本及乘客出行时间广义运输成本的目标函数；根据约束集和目标函数建立模块化车辆运行路径及实现在途换乘的车辆组合策略协同优化的混合整数线性规划模型；求解所述混合整数线性规划模型，获得优化的模块化车辆运行路径及乘客在途换乘的车辆组合策略。的车辆组合策略。的车辆组合策略。

【技术实现步骤摘要】
一种模块化车辆运行路径及组合策略协同优化方法及系统


[0001]本专利技术属于车辆运营管理
，具体涉及一种基于时空状态网络的模块化车辆运行路径及组合策略协同优化方法及系统。

技术介绍

[0002]模块化车辆具有体积小、灵活性高、响应及时、节能环保、服务水平高等优点，将助力我国未来智慧城市的建设、有效提升乘客出行体验，对支撑城市流通性做出贡献。众所周知，乘客的出行需求具有很强的时变性和波动性，因此车辆经常会出现拥挤、空载等情况，为适应不断增长变化的乘客出行需求，本专利技术设计能够实时响应乘客需求的模块化车辆运行路径，协同优化车辆组合策略，通过车辆单元的组合分离，实现乘客在途换乘，为车辆容量和运行路径及开行时刻表的联合优化奠定现实基础。
[0003]模块化车辆运营方案设计主要包含两部分主要内容：一是车辆运行路径设置，即明确车辆的运行路径，每条线路包含的车站数量、花费时间及沿途服务的乘客数量；二是车辆组合策略设计，即明确车辆组合分离的位置、时间和乘客换乘人数。运行路径决定了运营线路的长度，影响乘客的总出行时间。车辆组合策略影响乘客的换乘次数和时间，影响车辆的使用情况。如何协同优化模块化车辆运行路径和组合策略，都依赖模块化车辆在路网中的路径分配结果。在现有的一些线路规划方法中，极少能够考虑车辆的在途换乘，从而无法实现乘客出行时间成本的最优化。因此，如何为模块化公交制定一种运行路径方案，使其能够及时满足乘客高品质出行需求，并实现在途换乘，节约乘客的总出行时间，具有较高的研究价值与实际意义。

技术实现思路
<br/>[0004]针对上述
技术介绍
介绍中存在的问题，本专利技术的目的在于提供了一种使得在满足乘客出行需求的同时尽可能缩短出行路线，减少乘客出行成本的基于时空状态网络的模块化车辆运行路径及组合策略协同优化方法及系统。
[0005]本专利技术采用的技术方案是：
[0006]一种模块化车辆运行路径及组合策略协同优化方法,其具体步骤包括：
[0007]S1、获取城市交通物理网络及候选运营路线信息，构建模块化车辆运行路径连通性流平衡约束；
[0008]S2、获取乘客需求数量和乘客位置、时间窗信息，构建乘客需求全覆盖约束；
[0009]S3、根据城市交通模块化车辆运行路径及线路、乘客需求数量、位置和时间窗信息，构建乘客在途换乘约束；
[0010]S4、根据城市交通模块化车辆运行路径及乘客需求信息，构建基于模块化车辆使用成本及乘客出行时间广义运输成本的目标函数；
[0011]S5、根据约束集和目标函数建立模块化车辆运行路径及实现在途换乘的车辆组合策略协同优化的混合整数线性规划模型；
[0012]S6、求解所述混合整数线性规划模型，获得优化的模块化车辆运行路径及乘客在途换乘的车辆组合策略。
[0013]进一步，步骤S1具体步骤如下：
[0014]S11：模块化车辆集合表示为V；时空状态网络中表示模块化车辆候选运行路径的弧集合表示为A
v
；
[0015]S12：所述模块化车辆运行路径连通性流平衡约束表示为：
[0016][0017][0018][0019]其中，为决策变量，表示模块化车辆候选运行路径(i,j,t，t'，w，w')∈A
v
是否被模块化车辆选用；当时，表示模块化车辆经过此路径，反之不经过；v为模块化车辆；i为路网中节点，表示某路段的起点；j为路网中节点，表示某路段的终点；t为时间变量，t∈T，T为时间集合；t'为乘客到达节点j的时间，t'＝t+TT
i，j
；TT
i，j
为乘客乘坐模块化车辆从i到j花费的时间，已知路网信息，即每个路段所需花费的时间参数，由此可以计算出节点i到节点j所需花费的时间；w＝[w
t
，
…
，w
d
,...，w
|D|
]，表示车内乘客状态集合，w
d
为去往目的地d的乘客量；w'表示模块化车辆服务乘客后车内乘客状态；w0为模块化车辆初始车内乘客状态；o
v
为起点；d
v
为终点；e
v
为车辆时间窗左端点；l
v
为车辆时间窗右端点；t”为中间点流平衡约束中进入中间点的前一个时空状态节点的时间；w”为其他车辆服务乘客前车内乘客状态；(j，t'，w')为末端时空状态，(j'，t”，w”)为进入流平衡中间点的前一个节点的时间和车内乘客状态，即中间点前一个点的时空状态；j'为流平衡中间点的前一个节点。
[0020]进一步，步骤S2具体步骤如下：
[0021]S21：n
p
表示在某个车站p待服务的乘客需求数量；W表示模块化车辆中乘客负载状态集合；(w'
‑
w)表示模块化车辆服务乘客前后的乘客状态转移量；Ψ
p
为接客弧集合；
[0022]S22：所述乘客需求全覆盖约束表示为：
[0023][0024]其中，w，w'，n
p
的取值分别为：
[0025]w＝[w
t
，...，w
d
，...，w
|D|
][0026]w'＝[w'1，...，w'
d
，...，w'
|D|
][0027][0028][0029]其中，D为目的地集合；表示在车站p去往目的地d的总乘客需求；V
*
为虚拟备用车辆集合。
[0030]进一步，步骤S3具体步骤如下：
[0031]所述乘坐模块化车辆的乘客在途换乘约束表示为：
[0032][0033]v∈V,t∈T,t'＝t+TT
i,j
[0034][0035]其中，集合表示模块化车辆v在时刻t到达地点b的换乘弧集合；TT
i,j
表示乘客乘坐模块化车辆从i到j花费的时间；
[0036]为决策变量，表示模块化车辆候选运行路径(i,j,t，t'，w，w')∈A
v
是否被模块化车辆选用；当时，表示模块化车辆经过此路径，反之不经过；
[0037]w”'为其他车辆服务乘客后车内乘客状态；v'为备用模块化车辆。
[0038]进一步，步骤S4具体步骤如下：
[0039]S41：模块化车辆出行时间成本可表示为
[0040][0041]其中，参数TT
i，j
表示乘客乘坐模块化车辆从i到j花费的时间；
[0042]S42：乘客出行成本可表示为
[0043][0044]其中，参数表示模块化车辆从起点o
v
到达j花费的时间；
[0045]参数π表示模块化车辆的使用成本。
[0046]进一步，步骤S5所述模块化车辆运行路径及实现在途换乘的车辆组合策略协同优化的混合整数线性规划模型表示为：
[0047][0048]subject to...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种模块化车辆运行路径及组合策略协同优化方法，其特征在于：其具体步骤如下：S1、获取城市交通物理网络及候选运营路线信息，构建模块化车辆运行路径连通性流平衡约束；S2、获取乘客需求数量和乘客位置、时间窗信息，构建乘客需求全覆盖约束；S3、根据城市交通模块化车辆运行路径及线路、乘客需求数量、位置和时间窗信息，构建乘客在途换乘约束；S4、根据城市交通模块化车辆运行路径及乘客需求信息，构建基于模块化车辆使用成本及乘客出行时间广义运输成本的目标函数；S5、根据约束集和目标函数建立模块化车辆运行路径及实现在途换乘的车辆组合策略协同优化的混合整数线性规划模型；S6、求解所述混合整数线性规划模型，获得优化的模块化车辆运行路径及乘客在途换乘的车辆组合策略。2.根据权利要求1所述的一种模块化车辆运行路径及组合策略协同优化方法，其特征在于：所述步骤S1具体步骤如下：S11：模块化车辆集合表示为V；时空状态网络中表示模块化车辆候选运行路径的弧集合表示为A
v
；S12：所述模块化车辆运行路径连通性流平衡约束表示为：所述模块化车辆运行路径连通性流平衡约束表示为：所述模块化车辆运行路径连通性流平衡约束表示为：其中，为决策变量，表示模块化车辆候选运行路径(i,j,t,t',w,w')∈A
v
是否被模块化车辆选用；当时，表示模块化车辆经过此路径，反之不经过；v为模块化车辆；i为路网中节点，表示某路段的起点；j为路网中节点，表示某路段的终点；t为时间变量，t∈T，T为时间集合；t'为乘客到达节点j的时间，t'＝t+TT
i,j
；TT
i,j
为乘客乘坐模块化车辆从i到j花费的时间，已知路网信息，即每个路段所需花费的时间参数，由此可以计算出节点i到节点j所需花费的时间；w＝[w1,...,w
d
,...,w
|D|
]，表示车内乘客状态集合，w
d
为去往目的地d的乘客量；w'表示模块化车辆服务乘客后车内乘客状态；w0为模块化车辆初始车内乘客状态；o
v
为起点；d
v
为终点；e
v
为车辆时间窗左端点；l
v
为车辆时间窗右端点；t”为中间点流平衡约束中进入中间点的前一个时空状态节点的时间；w”为其他车辆服务乘客前车内乘客状态；(j,t',w')为末端时空状态，(j',t”,w”)为进入流平衡中间点的前一个节点的时间和车内乘客状态，即中间点前一个点的时空状态；j'为流平衡中间点的前一个节点。3.根据权利要求1所述的一种模块化车辆运行路径及组合策略协同优化方法，其特征在于：步骤S2具体步骤如下：S21：n
p
表示在某个车站p待服务的乘客需求数量；W表示模块化车辆中乘客负载状态集
合；(w'
‑
w)表示模块化车辆服务乘客前后的乘客状态转移量；Ψ
p...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈才君，禚思雨，王辉，商攀，沈晓宇，
申请(专利权)人：银江股份有限公司，
类型：发明
国别省市：