考虑动态需求的需求响应公交与共享电单车耦合优化方法技术

本发明专利技术提供一种考虑动态需求的需求响应接驳公交与共享电单车的耦合优化方法，通过采集乘客出行需求、共享电单车投放位置与需求响应公交的相关信息，构建包括乘客出行成本与车辆运营成本在内的共享电单车接驳需求响应公交网络系统总成本最小为目标函数的耦合优化模型，基于优化结果进一步考虑实时随机需求带来的网络动态变化，采用混合自适应大邻域搜索算法对各场景进行求解，协同优化各场景最优解，生成考虑动态需求的乘客出行与车辆运营的鲁棒网络；该方法实现了在满足乘客出行偏好的基础上，使用共享电单车解决乘客出行“第一公里”的问题，进而实现助力公交出行“门到门”服务，提供公共交通的整体服务水平。提供公共交通的整体服务水平。提供公共交通的整体服务水平。

【技术实现步骤摘要】
考虑动态需求的需求响应公交与共享电单车耦合优化方法


[0001]本专利技术涉及考虑动态需求的需求响应公交与共享电单车的网络优化
，尤其涉及一种考虑动态需求的需求响应公交与共享电单车耦合优化方法。

技术介绍

[0002]目前，随着人们生活质量的提高，便捷的交通出行方式逐渐出现在日常生活中，需求响应型接驳公交作为一种个性化灵活的公交运营形式，将公交服务与基于个体偏好性的出行需求结合，设计灵活、动态的公交服务机制，但当前需求响应公交尚无法提供真正的“门到门”服务，利用共享单车便捷灵活的特点可有效应对该短板，而共享电单车具备更高的速度，可更好的提升公共交通服务质量。使用“互联网+”手段搭建乘客出行需求集散网络，乘客发起乘车申请，提供偏好出行时间点及其所在位置，调度中心结合历史据以设计最佳出行方案，并将其提供给乘客，调度接驳公交将按照出行计划前往搭载乘客前往干线交通换乘站点，完成更为高效便捷、灵活接驳服务。
[0003]但是，现有优化方法尚存在以下不足：
[0004]1、现有共享单车的接驳研究局限于与常规公交的接驳，基于固定的线路布局与站点分布，无法根据乘客出行偏好定制化运营计划，并根据运营计划的灵活性定制化共享单车的接驳服务，难以最大化实现共享单车对公交网络的效益；
[0005]2、现有对于共享单车对公交网络的效益性分析多为连续解析模型方法，研究环境过于理想化，无法从实际运营角度出发实现对接驳网络的耦合优化；
[0006]3、现有对于接驳网络的研究缺少关于运营过程中随机扰动因素的分析，而实际运营中存在部分在线路运营过程中产生的随机需求，现有方法不涉及随机需求的分析，无法实现网络针对随机插入实时需求的动态调度，可优化空间有限。

技术实现思路

[0007]本专利技术提供一种考虑动态需求的需求响应公交与共享电单车耦合优化方法，以克服现有优化方法无法提供满足乘客出行偏好的定制化服务，难以应对运营过程中随机扰动的问题。
[0008]为了实现上述目的，本专利技术的技术方案是：
[0009]一种考虑动态需求的需求响应公交与共享电单车耦合优化方法，包括以下步骤：
[0010]步骤S1:获取乘客出行需求数据和研究区域内共享电单车投放位置分布数据；所述乘客出行需求数据包括需求点乘客人数与乘客出行偏好时间；所述投放位置分布数据包括共享电单车的投放点、共享电单车与各需求点之间的距离；构建同时使车辆运营成本、共享电单车骑行成本以及乘客出行成本最小化的总目标函数，并初始化所述总目标函数内的参数，
[0011]步骤S2：根据乘客出行需求数据和研究区域内共享电单车投放位置分布数据初始化乘客出行模式，并根据乘客出行模式初始化乘客的登车点；所述乘客出行模式包括直接
登车出行或共享电单车接驳出行；且以需求响应接驳公交始发站为起点，以换乘枢纽为终点，在满足车载容量约束的条件下，将所述乘客登车点串联获得多条候选路径；针对接驳出行的乘客所在需求点与登车点位置信息生成共享电单车骑行线路的起点，并按照需求点
‑
骑行线路起点
‑
登车点的模式串联生成接驳乘客路线；根据所述候选路径与接驳乘客路线的集合，采用混合自适应大邻域搜索算法获取使总目标函数最优的需求响应接驳公交行驶路线与乘客出行计划；
[0012]步骤S3：基于获取的需求响应接驳公交行驶路线与乘客出行计划，考虑不同场景下实时随机需求的产生时间，确保随机需求产生时已出发乘客的需求响应接驳公交路线调整不会产生影响，并初始化随机需求的出行模式、登车点、出行路线以及需求响应接驳公交路线，通过混合自适应大邻域搜索算法获取各场景下服务实时随机需求的最佳方案；
[0013]步骤S4：根据各场景的最优出行方案，协同优化多个场景下的车辆行驶计划与乘客出行计划，计算近似矩阵、隶属度矩阵及位置矩阵，并根据场景概率获得具有鲁棒性的车辆运营计划与乘客出行计划。
[0014]进一步的，步骤S1中所述总目标函数为
[0015][0016]式中：J为总目标函数；δ表示时间价值；dis
ij
为两个节点i与j之间的距离；v1、v2、v3分别表示车辆行驶速度、乘客骑行速度与步行速度；为乘客的偏好出行时间；c0为一辆公交车的发车成本；f为共享电单车的单位使用成本；分别为直接登车与接驳出行乘客的登车时间；表示接驳出行的乘客到达节点的时间；追索权函数表示不同场景下插入实时需求带来的成本；P
k
表示不同场景的发生概率；N为所有节点集合；U为所有车辆集合；B为所有共享电单车投放点集合；P为所有乘客集合；Z为所有需求点集合；N
o
为所有需求响应接驳公交始发站点集合；K为实时随机需求产生场景的集合；w
z
为取值为0或1的变量，表示需求点z是否被选为登车点；为取值为0或1的变量，表示需求响应接驳公交u是否服务节点i与j之间的路段；为取值为0或1的变量，表示乘客p是否使用共享电单车骑行共享电单车投放点a与b之间的路段；为取值为0或1的变量，表示乘客p是否步行自需求点z至共享电单车投放点a；
[0017]所述追索权函数为
[0018][0019]式中：V表示包含实时随机需求点在内的所有点的集合；P'表示包含实时随机需求在内的所有乘客集合；Z'表示包含实时随机需求点在内的所有需求点集合；分别为场景k下直接登车与接驳出行乘客p离开节点z的时间；表示场景k下接驳出行的乘客p到达节点i的时间；与为取值为0或1的变量，表示场景k下需求响应接驳公交u是否增加或删除节点i与j之间的路段；与为取值为0或1的变量，表示场景k下需求响应接驳公交u是否增加或删除共享电单车投放点a与b之间的路段；与为取值为0或1的变量，表示场景k下乘客p是否增加或删除需求点z与共享电单车投放点a之间的步行路段。
[0020]进一步的，步骤S2中所述采用混合自适应大邻域搜索算法获取使总目标函数最优的需求响应接驳公交行驶路线与乘客出行计划，包括以下步骤：
[0021]步骤S2.1：初始化乘客出行模式，并根据登车点约束初始化相对应的乘客登车点；
[0022]步骤S2.2：根据乘客登车点，考虑车载容量约束，以确定初始化需求响应接驳公交的路线与乘客出行路线；
[0023]步骤S2.3：根据乘客偏好出行时间与车辆行驶时间约束，确定需求响应接驳公交的访问时间与乘客出行时刻表；
[0024]步骤S2.4：基于确定需求响应接驳公交的访问时间与乘客出行时刻表，根据初始化需求响应接驳公交运营计划与乘客出行计划，采用混合自适应大邻域搜索算法搜索更优的运营计划与出行计划。
[0025]进一步的，步骤S2.4中所述采用混合自适应大邻域搜索算法搜索更优的运营计划与出行计划，包括以下步骤：
[0026]步骤S2.4.1：将初始化的车辆运营计划与乘客出行计划作为初始解，根据贪婪与随机选择规则，构建出行模式、登车点以及车辆路线的多个算子，按照出行模式
‑
登车点
‑...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种考虑动态需求的需求响应公交与共享电单车耦合优化方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤S1:获取乘客出行需求数据和研究区域内共享电单车投放位置分布数据；所述乘客出行需求数据包括需求点乘客人数与乘客出行偏好时间；所述投放位置分布数据包括共享电单车的投放点、共享电单车与各需求点之间的距离；构建同时使车辆运营成本、共享电单车骑行成本以及乘客出行成本最小化的总目标函数，并初始化所述总目标函数内的参数；步骤S2：根据乘客出行需求数据和研究区域内共享电单车投放位置分布数据初始化乘客出行模式，并根据乘客出行模式初始化乘客的登车点；所述乘客出行模式包括直接登车出行或共享电单车接驳出行；且以需求响应接驳公交始发站为起点，以换乘枢纽为终点，在满足车载容量约束的条件下，将所述乘客登车点串联获得多条候选路径；针对接驳出行的乘客所在需求点与登车点位置信息生成共享电单车骑行线路的起点，并按照需求点
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骑行线路起点
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登车点的模式串联生成接驳乘客路线；根据所述候选路径与接驳乘客路线的集合，采用混合自适应大邻域搜索算法获取使总目标函数最优的需求响应接驳公交行驶路线与乘客出行计划；步骤S3：基于获取的需求响应接驳公交行驶路线与乘客出行计划，考虑不同场景下实时随机需求的产生时间，确保随机需求产生时已出发乘客的需求响应接驳公交路线调整不会产生影响，并初始化随机需求的出行模式、登车点、出行路线以及需求响应接驳公交路线，通过混合自适应大邻域搜索算法获取各场景下服务实时随机需求的最佳方案；步骤S4：根据各场景的最优出行方案，协同优化多个场景下的车辆行驶计划与乘客出行计划，计算近似矩阵、隶属度矩阵及位置矩阵，并根据场景概率获得具有鲁棒性的车辆运营计划与乘客出行计划。2.根据权利要求1所述的一种考虑动态需求的需求响应公交与共享电单车耦合优化方法，其特征在于，步骤S1中所述总目标函数为式中：J为总目标函数；δ表示时间价值；dis
ij
为两个节点i与j之间的距离；v1、v2、v3分别表示车辆行驶速度、乘客骑行速度与步行速度；为乘客的偏好出行时间；c0为一辆公交车的发车成本；f为共享电单车的单位使用成本；分别为直接登车与接驳出行乘客的登车时间；表示接驳出行的乘客到达节点的时间；追索权函数表示不同场景下插入实时需求带来的成本；P
k
表示不同场景的发生概率；N为所有节点集合；U为所有车辆集合；B为所有共享电单车投放点集合；P为所有乘客集合；Z为所有需求点集合；N
o
为所有需求响应接驳公交始发站点集合；K为实时随机需求产生场景的集合；w
z
为取值为0或1的变量，表示需求点z是否被选为登车点；为取值为0或1的变量，表示需求响应接驳公交u是否服务节点i与j之间的路段；为取值为0或1的变量，表示乘客p是否使用共享电单车骑行共享电单车投放点a与b之间的路段；为取值为0或1的变量，表示乘客p是否步行自需求点z至共享电单车投放点a；所述追索权函数为式中：V表示包含实时随机需求点在内的所有点的集合；P'表示包含实时随机需求在内的所有乘客集合；Z'表示包含实时随机需求点在内的所有需求点集合；分别为场景k下直接登车与接驳出行乘客p离开节点z的时间；表示场景k下接驳出行的乘客p到达节点i的时间；与为取值为0或1的变量，表示场景k下需求响应接驳公交u是否增加或删除节点i与j之间的路段；与为取值为0或1的变量，表示场景k下需求响应接驳公交u是否增加或删除共享电单车投放点a与b之间的路段；与为取值为0或1的变量，表示场景k下乘客p是否增加或删除需求点z与共享电单车投放点a之间的步行路段。3.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：李欣，许航，滕章华，袁昀，
申请(专利权)人：大连海事大学，
类型：发明
国别省市：