一种城际需求响应式公交服务的建模优化方法技术

本发明专利技术公开了一种城际需求响应式公交服务的建模优化方法，其包括以下步骤：确定城际需求响应式公交的运营范围和需求信息，将主城的服务区域划分为若干个分区；根据需求信息设置城际需求响应式公交服务模型的决策变量、目标函数和约束条件，建立城际需求响应式公交服务模型；通过贪心算法获取城际需求响应式公交服务模型的可行解；通过基于灵敏度的协调优化方法对可行解改进为求解近似最优解，得到最终的城际需求响应式公交服务方案。本发明专利技术可以为运营商提供低成本高效率的城际需求响应式公交服务方案。交服务方案。交服务方案。

【技术实现步骤摘要】
一种城际需求响应式公交服务的建模优化方法


[0001]本专利技术涉及公共交通系统领域，具体涉及一种城际需求响应式公交服务的建模优化方法。

技术介绍

[0002]城际需求响应式公交系统是一种新型的交通模式，为乘客城际出行提供“门到门”的运输服务。城际需求响应式公交运营模式与网约车的运营方式有很大的相似之处，都是乘客提前通过网站或者手机APP发出订单预约，运营公司安排路线接客送客。城际需求响应式公交的主要优点是容量大、成本小，同时避免了乘客在城际出行过程中的多次接续换乘，减少了乘客在换乘站点的等待时间以及错过固定车次班车的风险。此外，城际需求响应式公交使乘客不需要拥有私家车并且缴付停车费，便可享受“门到门”运输服务的便捷。这对那些不拥有私家车、以及不能选择私家车出行的人特别有吸引力。
[0003]目前国内对于城际需求响应式公交的研究和设计还处于起步阶段。在实际运营过程中，城际需求响应式公交的运营通常是基于运营者的经验，这可能导致资源的低效利用。在现实层面，目前很少有公司将需求响应式公交应用到城际交通之中并进行优化设计。优点出行推出的优点巴士以及“深圳e巴士”也采用了一系列定制公交模式，通过网约定制公交的形式来满足城市内乘客的需求，吸引了一部分个体交通的客流需求。飞路巴士、小龙巴士、驿动汽车、嗒嗒巴士同样也做出了共享巴士模式的一些尝试。随着这种新型公交运营模式的推广，客运量也在逐步上升。综合来看，需求响应式公交对于缓解交通拥堵压力问题具有潜在价值。但是城际需求响应式公交总体来说仍然停留在试验的层面，存在服务设计不合理的问题，容易造成乘客等待时间过长，价格较高等问题，导致乘客体验较差。

技术实现思路

[0004]针对现有技术中的上述不足，本专利技术提供的一种城际需求响应式公交服务的建模优化方法解决了现有城际需求响应式公交服务依靠运营者经验，导致资源利用率低的问题。
[0005]为了达到上述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案为：
[0006]提供一种城际需求响应式公交服务的建模优化方法，其包括以下步骤：
[0007]S1、确定城际需求响应式公交的运营范围和需求信息，将主城的服务区域划分为若干个分区；其中需求信息包括主城服务区域的面积、主城与卫星城之间的距离、主城前往卫星城用户单位时间单位面积的需求密度、卫星城前往主城用户单位时间单位面积的需求密度、公交车车容量、平均速度和单辆公交车单位时间的运营成本；
[0008]S2、根据需求信息设置城际需求响应式公交服务模型的决策变量、目标函数和约束条件，建立城际需求响应式公交服务模型；
[0009]S3、通过贪心算法获取城际需求响应式公交服务模型的可行解；
[0010]S4、通过基于灵敏度的协调优化方法对可行解改进为求解近似最优解，得到最终
的城际需求响应式公交服务方案。
[0011]进一步地，步骤S2的具体方法包括以下子步骤：
[0012]S2
‑
1、将卫星城服务区域面积A
s
、(x,y)分区的发车间隔时间h(x,y)、主城服务区域分区数量Z和(x,y)分区的服务面积a
m
(x,y)作为城际需求响应式公交服务模型的决策变量；x和y为分区中心的横纵坐标；
[0013]S2
‑
2、根据公式：
[0014]C
O
(x,y)＝N
f
(x,y)
·
B
[0015][0016]构建(x,y)分区的车辆运营成本模型；其中C
O
(x,y)为(x,y)分区的车辆运营成本；N
f
(x,y)为(x,y)分区的车队规模；B为单辆公交车单位时间的运营成本；n
m
(x,y)表示单辆公交车在一次行程中搭载的主城到卫星城的平均乘客数量，n
m
(x,y)＝Q
m
a
m
(x,y)h(x,y)；n
s
(x,y)为单辆车在一次行程中搭载的卫星城到主城的平均乘客数量，L为主城与卫星城之间的距离；v为平均速度；d为常数；
[0017]S2
‑
3、根据公式：
[0018][0019]构建(x,y)分区的乘客车内时间成本模型；其中C
V
(x,y)为(x,y)分区的乘客车内时间成本；p
V
为常数，表示与车内时间相关的成本参数；表示在一次行程中卫星城乘客到主城的平均乘车距离；表示在一次行程中主城乘客到卫星城的平均乘车距离；
[0020]S2
‑
4、根据公式：
[0021][0022]构建(x,y)分区的乘客等待时间成本模型；其中C
W
(x,y)为(x,y)分区的乘客等待时间成本；p
W
为常数，表示与等待时间相关的成本参数；和分别为车辆开始接客后卫星城和主城乘客的平均等待时间；
[0023]S2
‑
5、根据公式：
[0024][0025]构建(x,y)分区的系统成本模型；其中C
A
(x,y)为(x,y)分区的系统成本；
[0026]S2
‑
6、根据公式：
[0027][0028]将系统平均成本C
P
最小作为城际需求响应式公交服务模型的目标函数；其中Q
s
为卫星城前往主城用户单位时间单位面积的需求密度；Q
m
为主城前往卫星城用户单位时间单位面积的需求密度；A
m
为主城服务区域的面积；L
m
为主城的边长；C
A
(x,y)为(x,y)分区的成本；Ω为主城服务区域点集；
[0029]S2
‑
7、根据公式：
[0030][0031]构建车容量约束；其中z
α
满足Φ(z
α
)＝1
‑
α，Φ(
·
)为正态分布的累积分布函数，α为常数，取值在[0,1]之间；max{
·
}中的项是近似的泊松分布置信区间的极限；S为公交车车容量；表示任意(x,y)；
[0032]S2
‑
8、根据公式：
[0033][0034]构建主城服务区域分区数量约束；
[0035]S2
‑
9、根据公式：
[0036][0037]构建车队规模约束；
[0038]S2
‑
10、根据公式：
[0039][0040]构建决策变量取值约束；
[0041]S2
‑
11、将城际需求响应式公交服务模型的决策变量、目标函数和约束条件作为城际需求响应式公交服务模型的一部分，完成城际需求响应式公交服务模型的建立。
[0042]进一步地，步骤S3的具体方法包括以下子步骤：
[0043]S3
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种城际需求响应式公交服务的建模优化方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、确定城际需求响应式公交的运营范围和需求信息，将主城的服务区域划分为若干个分区；其中需求信息包括主城服务区域的面积、主城与卫星城之间的距离、主城前往卫星城用户单位时间单位面积的需求密度、卫星城前往主城用户单位时间单位面积的需求密度、公交车车容量、平均速度和单辆公交车单位时间的运营成本；S2、根据需求信息设置城际需求响应式公交服务模型的决策变量、目标函数和约束条件，建立城际需求响应式公交服务模型；S3、通过贪心算法获取城际需求响应式公交服务模型的可行解；S4、通过基于灵敏度的协调优化方法对可行解改进为求解近似最优解，得到最终的城际需求响应式公交服务方案。2.根据权利要求1所述的城际需求响应式公交服务的建模优化方法，其特征在于，步骤S2的具体方法包括以下子步骤：S2
‑
1、将卫星城服务区域面积A
s
、(x,y)分区的发车间隔时间h(x,y)、主城服务区域分区数量Z和(x,y)分区的服务面积a
m
(x,y)作为城际需求响应式公交服务模型的决策变量；x和y为分区中心的横纵坐标；S2
‑
2、根据公式：C
O
(x,y)＝N
f
(x,y)
·
B构建(x,y)分区的车辆运营成本模型；其中C
O
(x,y)为(x,y)分区的车辆运营成本；N
f
(x,y)为(x,y)分区的车队规模；B为单辆公交车单位时间的运营成本；n
m
(x,y)表示单辆公交车在一次行程中搭载的主城到卫星城的平均乘客数量，n
m
(x,y)＝Q
m
a
m
(x,y)h(x,y)；n
s
(x,y)为单辆车在一次行程中搭载的卫星城到主城的平均乘客数量，L为主城与卫星城之间的距离；v为平均速度；d为常数；S2
‑
3、根据公式：构建(x,y)分区的乘客车内时间成本模型；其中C
V
(x,y)为(x,y)分区的乘客车内时间成本；p
V
为常数，表示与车内时间相关的成本参数；表示在一次行程中卫星城乘客到主城的平均乘车距离；表示在一次行程中主城乘客到卫星城的平均乘车距离；S2
‑
4、根据公式：
构建(x,y)分区的乘客等待时间成本模型；其中C
W
(x,y)为(x,y)分区的乘客等待时间成本；p
W
为常数，表示与等待时间相关的成本参数；和分别为车辆开始接客后卫星城和主城乘客的平均等待时间；S2
‑
5、根据公式：构建(x,y)分区的系统成本模型；其中C
A
(x,y)为(x,y)分区的系统成本；S2
‑
6、根据公式：将系统平均成本C
P
最小作为城际需求响应式公交服务模型的目标函数；其中Q
s
为卫星城前往主城用户单位时间单位面积的需求密度；Q
m
为主城前往卫星城用户单位时间单位面积的需求密度；A
m
为主城服务区域的面积；L
m
为主城的边长；C
A
(x,y)为(x,y)分区的成本；Ω为主城服务区域点集；S2
‑
7、根据公式：构建车容量约束；其中z
α
满足Φ(z
α
)＝1
‑
α，Φ(
·
)为正态分布的累积分布函数，α为常数，取值在[0,1]之间；max{
·
}中的项是近似的泊松分布置信区间的极限；S为公交车车容量；表示任意(x,y)；S2
‑
8、根据公式：构建主城服务区域分区数量约束；S2
‑
9、根据公式：构建车队规模约束；S2
‑
10、根据公式：构建决策变量取值约束；S2
‑
11、将城际需求响应式公交服务模型的决策变量、目标函数和约束条件作为城际需
求响应式公交服务模型的一部分，完成城际需求响应式公交服务模型的建立。3.根据权利要求2所述的城际需求响应式公交服务的建模优化方法，其特征在于，步骤S3的具体方法包括以下子步骤：S3
‑
1、从主城的左下角开始，沿着主城对角线分区到主城右上角，直到最后一个分区到达主城的右上边界，通过将分区线进行延伸实现对主城的划分；S3
‑
2、遍历所有对角线上的分区，在主城分区基础...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨鸿泰，郑镕，范文博，韩科，
申请(专利权)人：四川国蓝中天环境科技集团有限公司，
类型：发明
国别省市：