一种基于机动车电子标识数据的定制公交规划方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于机动车电子标识数据的定制公交规划方法及系统，方法包括步骤：构建精细化网格的私家车群体出行需求；利用K

【技术实现步骤摘要】
一种基于机动车电子标识数据的定制公交规划方法及系统


[0001]本专利技术涉及交通
，具体为一种基于机动车电子标识数据的定制公交规划方法及系统。

技术介绍

[0002]近年来，随着城市化进程的不断加快，国民经济快速发展和生活水平日益提高，城市居民私家车保有量逐年增加，由此所带来的城市交通拥堵、环境污染等问题也日益突显。为了缓解这些问题，增加居民出行的多样性，特别是提高对私家车群体的吸引力，转变现有交通方式结构，增加公共交通出行比重，一种基于小区与小区之间快速通行的定制公交应运而生，其以安全、快捷、舒适、环保的特点逐渐被社会各层人士接受和认可。
[0003]目前，对于定制公交服务设计的流程，已有文献对其中涉及的相关技术进行了研究。但是目前大部分的研究存在着研究群体相对较少的问题，例如针对网约车和出租车群体提供的定制公交方案，并不能实质上减少路面上的车流量进而缓解交通拥堵问题；而另一部分的研究利用手机信令数据提供定制公交方案，这类的研究不能准确把握各部分的出行群体的出行状况，其设计的定制公交方案分析的准确度会存在的一定偏差。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，本专利技术的目的之一是提供一种基于机动车电子标识数据的定制公交规划方法。能够根据私家车的出行时间窗规划合理的定制公交运行线路以减低社会总出行成本。
[0005]本专利技术的目的之一是通过以下技术方案实现的：
[0006]一种基于机动车电子标识数据的定制公交规划方法，所述方法包括步骤如下：
[0007]步骤S1:构建精细化网格的私家车群体出行需求；
[0008]步骤S2：利用K
‑
means聚类算法将具有时空相关性的出行OD数据进行聚合并匹配到相应的公交站点；
[0009]步骤S3：采用深度强化学习Double DQN算法优化运行线路。
[0010]进一步，所述步骤S1中，构建精细化网格的私家车群体出行需求，该方法包括以下步骤：
[0011]步骤S11：将研究区域划分成大小相等的网格单元，利用记录私家车轨迹的机动车电子标识数据、出租车轨迹、网约车轨迹以及POI数据计算单个私家车的出行网格和目的网格；
[0012]步骤S12：将单个私家车精确到网格的出行OD数据结合出租车和网约车的营运数据推断各单个私家车的出发时间和到达时间。
[0013]进一步，所述步骤S2中，利用聚类算法将具有时空相关性的出行OD数据进行聚合并匹配到相应的公交站点，该方法包括以下步骤：
[0014]步骤S21：基于已获得的各网格的出行量，从中选取出流量较大的网格作为初始聚
类中心，利用聚类算法更新区域内的所有网格样本点直到达到要求终止迭代；
[0015]步骤S22：判断所有的聚类结果的中心样本周围是否存在乘客的最大可接受步行距离范围内的公交站点，如果存在，则将该部分的流量分配到相应的可达公交站点上。
[0016]进一步，所述步骤S3中，采用深度强化学习Double DQN算法优化运行线路，包括：
[0017]环境设计：将智能体表示为定制公交车辆，状态表示为公交站点，定义集合Z＝{1，2，3...z}，总共存在z个不同状态，当Nz＝1时即表示该状态已加入到被选的状态集合中，成为定制公交线路的其中一个站点；
[0018]动作设计：动作表示为定制公交由站点i前往的下一个站点j，即智能体根据当前状态通过深度Q网络获取动作组合中最大的Q值；
[0019]奖惩函数设计：奖惩函数从最大化营运效益，乘客的出行成本以及乘客接受定制公交意愿三个角度来进行综合设计。
[0020]进一步，定制公交企业的运营利润由运营收入和运营成本组成，运营收入主要是乘客搭乘费用；运营成本包括固定成本和车辆运行成本，车辆运行成本和运行线路长度具有正相关性，直接采用车辆运行的油耗费用表示其运营成本；所述最大化营运效益奖惩函数采用以下公式得到：
[0021][0022]根据定制公交快速通行的线路设计原则，站间距不能过长或过短，控制在800km～2000km范围内，线路总长不能低于10km，因此还需满足以下约束：
[0023][0024]其中:U
ij
表示当前站点i与站点j之间的运营利益；d
ij
表示站点i与站点j的距离，站点间的距离为从百度地图服务中获得的实际的最短公交站间距；p表示单位油耗费用；δ表示固定成本；K
ij
表示从所有已添加至线路集合的站点i的到站点j乘客总数；q表示单位乘客搭乘费用；
[0025]进一步，设公交车能按照规划的时间到达公交站点，乘客的出行时间成本即为乘客早到站点导致乘客等待的时间成本；乘客的到达时间成本即为定制公交晚到站点导致乘客迟到的时间成本；所述乘客出行成本奖惩函数采用以下公式得到：
[0026][0027]其中：表示站点i的乘客的出行时间成本；k为在站点i上车的乘客数量；表示定制公交到达站点i的实际时间，为定制公交到达站点i时间窗的最晚时间；为定制公交到达站点i时间窗的最早时间，表示乘客到达站点i的实际时间；为站点i乘客的时间价值；
[0028][0029]其中：表示到达站点j的乘客的迟到时间成本；k为到达站点j的乘客数量；为定制公交到达站点j的实际时间；为站点j乘客的时间价值。
[0030]进一步，定制公交除了要将乘客按时接送相关地点，还需要控制车载人数，以及乘客做公交车能接受的绕行距离；所述乘客公交意愿奖惩函数采用以下公式得到：
[0031][0032]其中:U
i
表示当前站点i的乘客公交意愿；E
i
表示到达站点i的实载人数；H表示车辆最大舒适度下的固定车载人数；k为在站点j上车的乘客数量；为在i站点上车的乘客在公交车上的行程距离；为在i站点上车的乘客使用私家车出行的行程距离。
[0033]进一步，所述综合奖惩函数为：
[0034][0035]式中：R表示由站点i至站点j的综合奖惩函数，U
ij
表示当前站点i与站点j之间的运营利益；表示到达站点j的乘客的迟到时间成本；表示站点i的乘客的出行时间成本；U
i
表示当前站点i的乘客公交意愿。
[0036]进一步，所述步骤S3中，还包括Q值更新策略如下：
[0037]首先随机初始化用于动作选择的Q网络参数w，用于价值估计的Q'网络参数w
′
，然后初始化一个Replay Memory，大小为N，它是为了存储每个步骤中产生的(s，a，r，s
′
)，用来训练深度Q网络，使用s＝s
t
作为深度Q网络的输入，得到所有动作的Q(s，a，w)值，然后使用ε
‑
greedy策略选择动作a。执行动作a，得到新的状态s
′
＝s
t+1
，即时奖励为r＝r
t
，并且判断s
′
是否为终止状态，将产生的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于机动车电子标识数据的定制公交规划方法，其特征在于：所述方法包括步骤如下：步骤S1:构建精细化网格的私家车群体出行需求；步骤S2：利用K
‑
means聚类算法将具有时空相关性的出行OD数据进行聚合并匹配到相应的公交站点；步骤S3：采用深度强化学习Double DQN算法优化运行线路。2.根据权利要求1所述的一种基于机动车电子标识数据的定制公交规划方法，其特征在于：所述步骤S1中，构建精细化网格的私家车群体出行需求，该方法包括以下步骤：步骤S11：将研究区域划分成大小相等的网格单元，利用记录私家车轨迹的机动车电子标识数据、出租车轨迹、网约车轨迹以及POI数据计算单个私家车的出行网格和目的网格；步骤S12：将单个私家车精确到网格的出行OD数据结合出租车和网约车的营运数据推断各单个私家车的出发时间和到达时间。3.根据权利要求1所述的一种基于机动车电子标识数据的定制公交规划方法，其特征在于：所述步骤S2中，利用聚类算法将具有时空相关性的出行OD数据进行聚合并匹配到相应的公交站点，该方法包括以下步骤：步骤S21：基于已获得的各网格的出行量，从中选取出流量较大的网格作为初始聚类中心，利用聚类算法更新区域内的所有网格样本点直到达到要求终止迭代；步骤S22：判断所有的聚类结果的中心样本周围是否存在乘客的最大可接受步行距离范围内的公交站点，如果存在，则将该部分的流量分配到相应的可达公交站点上。4.根据权利要求1所述的一种基于机动车电子标识数据的定制公交规划方法，其特征在于：所述步骤S3中，采用深度强化学习Double DQN算法优化运行线路，包括：环境设计：将智能体表示为定制公交车辆，状态表示为公交站点，定义集合Z＝{1，2，3...z}，总共存在z个不同状态，当Nz＝1时即表示该状态已加入到被选的状态集合中，成为定制公交线路的其中一个站点；动作设计：动作表示为定制公交由站点i前往的下一个站点j，即智能体根据当前状态通过深度Q网络获取动作组合中最大的Q值；奖惩函数设计：奖惩函数从最大化营运效益，乘客的出行成本以及乘客接受定制公交意愿三个角度来进行综合设计。5.根据权利要求4所述的一种基于机动车电子标识数据的定制公交规划方法，其特征在于：定制公交企业的运营利润由运营收入和运营成本组成，运营收入主要是乘客搭乘费用；运营成本包括固定成本和车辆运行成本，车辆运行成本和运行线路长度具有正相关性，直接采用车辆运行的油耗费用表示其运营成本；所述最大化营运效益奖惩函数采用以下公式得到：根据定制公交快速通行的线路设计原则，站间距不能过长或过短，控制在800km～2000km范围内，线路总长不能低于10km，因此还需满足以下约束：
其中:U
ij
表示当前站点i与站点j之间的运营利益；d
ij
表示站点i与站点j的距离，站点间的距离为从百度地图服务中获得的实际的最短公交站间距；p表示单位油耗费用；δ表示固定成本；K
ij
表示从所有已添加至线路集合的站点i的到站点j乘客总数；q表示单位乘客搭乘费用。6.根据权利要求4所述的一种基于机动车电子标识数据的定制公交规划方法，其特征在于：设公交车能按照规划的时间到达公交站点，乘客的出行时间成本即为乘客早到站点导致乘客等待的时间成本；乘客的到达时间成本即为定制公交晚到站点导致乘客迟到的时间成本；所述乘客出行成本奖惩函数采用以下公式得到：其中：表示站点i的乘客的出行时间成本；k为在站点i上车的乘客数量；表示定制公交到达站点i的实际时间，为定制公交到达站点i时间窗的...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑林江，李文刚，俞博，唐小勇，高志刚，
申请(专利权)人：重庆市交通规划研究院，
类型：发明
国别省市：