基于贪心算法的公交行车编制方法技术

本发明专利技术公开了一种基于贪心算法的公交行车编制方法，属于智能交通调度技术领域。该方法根据城市公交运行的约束和影响因素，对于具体行车线路的所有车次排班进行调度优化。本发明专利技术所述方法基于具体行车路线的实际参数及需求目标进行了问题建模及优化求解，主要包括以下步骤：分析在公交行车过程中需要考虑的各类因素，设计排班模型，将公交行车编制问题构建成一个贪心选择问题，再基于优化目标和排班要求提出的各类约束，利用贪心算法进行求解，得到可行的优化方案，符合实际情况。符合实际情况。符合实际情况。

【技术实现步骤摘要】
基于贪心算法的公交行车编制方法


[0001]本专利技术属于智能交通调度技术，具体涉及一种基于贪心算法的公交行车编制方法。

技术介绍

[0002]随着我国国民经济飞速发展，城市化建设不断推进，城市人口逐渐上升，日益增长的交通需求同相对滞后的交通供给之间的矛盾越发突出。城市公共交通以其运载能力大，方便、快捷等优点，成为广大出行人群的首选，也是交通管理部门的重要调控手段之一。目前，例如南京市公交线路780条左右(包含夜班线、高峰线等)，运营公交车辆约8700辆，标准运营车辆3600标台，日均客流约240万人次/日。科学规划交通，合理调度资源，建设符合实际的智能交通调度技术是迫在眉睫的任务。合理的公交调度方法需要考虑到多个因素，例如每种路线的行车数量，各个峰段的路准等等，不同的因素也会对最终计划有不同的制约和影响，在得到了需要的参数之后，再根据优化的目标，最终需要得出一个满足整体行车需求的排班时间表，时间表是影响人们制定交通出行计划，进行出行方式和路径选择决策的重要信息，时间表是否合理是衡量公交系统服务水平的最直接的指标之一。同时良好的排班计划能够减少公交线路所需要的公交车车辆数目，可以有效提高公交企业的运营效率。
[0003]目前，我国的公交体系中，存在单双班机制、交接班窗口等问题，使得公交排班问题变得更加复杂，一些常规的调度方法并不能够较好地解决问题，对于影响公交调度问题的形式化描述不够全面，所以能够系统地构建公交调度模型，并且使结果切合实际，符合多方面要求的调度方法是十分必要的。

技术实现思路

[0004]专利技术目的：本专利技术提供一种基于贪心算法的公交行车编制方法，基于具体路线的多维信息，得到切实可行的行车调度计划，使结果既符合载客需求，同时满足繁杂的行车条件的约束，同时可实现该类公交排班调度系统或平台的构建。
[0005]为实现上述专利技术目的，本专利技术提供的技术方案如下。
[0006]一种基于贪心算法的公交行车编制方法，包括以下步骤：
[0007](1)确定影响公交车运行的参数，包括对公交车辆及运行路线的考虑，还包括对司机工作时间和运行规则的定义，然后定义排班模型的决策变量，设计排班模型；
[0008](2)以所有车辆运行循次最大化为目标，将公交排班问题形式化定义为一个带约束的贪心选择问题；
[0009](3)基于排班模型及其优化目标，利用贪心算法对问题进行优化求解，先根据给定的路准以及最小停站时长、交接班时间、吃饭时间将每辆车的循次跑满，再根据约束条件删除部分循次以满足月度工时约束，最大化跑车循次数。
[0010]进一步的，步骤(1)所述具体内容如下：
[0011]首先对于在行车编制计划中需要考虑的各类输入参数进行采集，包括车辆总数、
交接班时间、吃饭时间、各峰段开始/结束时间、路准(即单程行车时间)等；并且为了构建优化问题，还需要形式化定义辅助参数，所述的辅助参数为运行规则，包括将车辆分为双班、分班、独班车辆，包括单双班指示向量、独班/非独班指示向量、主/次规则指示向量。
[0012]所述的双班是指该公交车配置有两名轮值的司机，上午和下午各一名，中间需要交接班；所述的分班是指该公交车设有一名司机，且工作时间段存在中停时间；独班是指该公交车设有一名司机，不间断运行全天跑车无需交接。
[0013]对于步骤(1)的参数定义，具体如下：
[0014]n：最大可能发车循次数；
[0015]T
max
：月度最大总工时；
[0016]J：交接班时间；
[0017]F
s
：上午开始吃饭时刻；
[0018]f
s
：上午吃饭时长；
[0019]F
x
：下午开始吃饭时刻；
[0020]f
x
：下午吃饭时长；
[0021]T
sstart
：上行峰段开始时间向量，8元素，元素表示上行第k个时段的开始时间；
[0022]T
send
：上行峰段结束时间向量，8元素，元素表示上行第k个时段的结束时间；
[0023]T
xstart
：下行峰段开始时间向量，8元素，元素表示下行第k个时段的开始时间；
[0024]T
xend
：下行峰段结束时间向量，8元素，元素表示下行第k个时段的结束时间；
[0025]T
stime
：上行路准向量，8元素，元素表示上行第k个时段的路准；
[0026]T
xtime
：下行路准向量，8元素，元素表示下行第k个时段的路准；
[0027]T
smin
：上行最小停站时间向量，8元素，元素表示第k个时段的上行最小停站时间；
[0028]T
smax
：上行最大停站时间向量，8元素，元素表示第k个时段的上行最大停站时间；
[0029]T
xmin
：下行最小停站时间向量，8元素，元素表示第k个时段的下行最小停站时间；
[0030]T
xmax
：下行最大停站时间向量，8元素，元素表示第k个时段的下行最大停站时间；
[0031]上述的8元素是指包括早低谷、早平峰、早高峰、上平峰、下平峰、晚高峰、晚平峰、晚低谷8个峰段的开始时间。
[0032]t
smin
：上午最早上班时间；
[0033]t
xmax
：下午最晚下班时间；
[0034]t
smin
：上行最早服务时间；
[0035]t
xmax
：下行最晚服务时间。
[0036]对决策变量进行定义，包括：
[0037]发车指示矩阵E
m
×
2n
，元素e
ij
∈{0,1}表示第i辆车的第循次是否发车(上行j为奇数，下行j为偶数)；
[0038]发车时刻矩阵X
m
×
2n
，元素x
ij
∈Z
+
表示第i辆车的第循次的发车时刻(上行j为奇数，下行j为偶数，以分钟为单位)；
[0039]交接班指示矩阵J
m
×
2n
，元素j
ij
∈{0,1}表示第i辆车的第循次是否交接班(上行j为奇数，下行j为偶数)；
[0040]上下午吃饭指示矩阵元素表示第i辆车的第循次是否吃午饭，元素表示第i辆车的第循次是否吃晚饭(上行j为奇数，下行j为偶数)；
[0041]其中m表示车辆总数，n表示最大可能的发车循次。
[0042]为确定最大发车循次数n，首先需要确定线路服务时长。从主站和副站中选取一个时间相对较短的作为基准服务时长，如A线路主站6：00
‑
21：00，副站7：00
‑
22：15，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于贪心算法的公交行车编制方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)确定影响公交车运行的参数，包括对公交车辆及运行路线的考虑，还包括对司机工作时间和运行规则的定义，然后定义排班模型的决策变量，设计排班模型；(2)以所有车辆运行循次最大化为目标，将公交排班问题形式化定义为一个带约束的贪心选择问题；(3)基于排班模型及其优化目标，利用贪心算法对问题进行优化求解，先根据给定的路准以及最小停站时长、交接班时间、吃饭时间将每辆车的循次跑满，再根据约束条件删除部分循次以满足月度工时约束，最大化跑车循次数。2.根据权利要求1所述的基于贪心算法的公交行车编制方法，其特征在于，步骤(1)所述的参数包括车辆总数、交接班时间、吃饭时间、各峰段开始/结束时间和路准；其中的运行规则定义为辅助参数，用于构建优化问题；运行规则中，包括将车辆分为双班、分班、独班车辆，辅助参数包括单双班指示向量、独班/非独班指示向量、主/次规则指示向量；具体参数包括如下：n：最大可能发车循次数；T
max
：月度最大总工时；J：交接班时间；F
s
：上午开始吃饭时刻；f
s
：上午吃饭时长；F
x
：下午开始吃饭时刻；f
x
：下午吃饭时长；T
sstart
：上行峰段开始时间向量，8元素，元素表示上行第k个时段的开始时间；T
send
：上行峰段结束时间向量，8元素，元素表示上行第k个时段的结束时间，T
xstart
：下行峰段开始时间向量，8元素，元素表示下行第k个时段的开始时间T
xend
：下行峰段结束时间向量，8元素，元素表示下行第k个时段的结束时间；T
stime
：上行路准向量，8元素，元素表示上行第k个时段的路准T
xtime
：下行路准向量，8元素，元素表示下行第k个时段的路准T
smin
：上行最小停站时间向量，8元素，元素表示第k个时段的上行最小停站时间T
smax
：上行最大停站时间向量，8元素，元素表示第k个时段的上行最大停站时间；T
xmin
：下行最小停站时间向量，8元素，元素表示第k个时段的下行最小停站时间；T
xmax
：下行最大停站时间向量，8元素，元素表示第k个时段的下行最大停站时间；t
smin
：上午最早上班时间；t
xmax
：下午最晚下班时间；t
smin
：上行最早服务时间；t
xmax
：下行最晚服务时间；对决策变量进行定义，包括：
发车指示矩阵E
m
×
2n
，元素e
ij
∈{0,1}表示第i辆车的第循次是否发车，上行j为奇数，下行j为偶数；发车时刻矩阵X
m
×
2n
，元素x
ij
∈Z
+
表示第i辆车的第循次的发车时刻，上行j为奇数，下行j为偶数，以分钟为单位；交接班指示矩阵J
m
×
2n
，元素j
ij
∈{0,1}表示第i辆车的第循次是否交接班，上行j为奇数，下行j为偶数；上下午吃饭指示矩阵元素表示第i辆车的第循次是否吃午饭，元素表示第i辆车的第循次是否吃晚饭，上行j为奇数，下行j为偶数；其中m表示车辆总数，n表示最大发车循次。3.根据权利要求1所述的基于贪心算法的公交行车编制方法，其特征在于，步骤(1)对于排班模型设计中，为确定最大发车循次数n，首先需要确定线路服务时长，且从主站和副站中选取一个时间最短的作为基准服务时长；其次确定线路平均周转时间，以高峰和平峰平均路准时间
×
2+30分钟；最后确定计划循次。4.根据权利要求1所述的基于贪心算法的公交行车编制方法，其特征在于，步骤(2)所述的优化目标具体表达式如下：最大化发车循次数，即指示矩阵E
m
×
2n
中的元素之和；行车约束如下：1)一个循次分为上下行，一个循次的上下行只能全发车或者全不发车，有主站发车到副站，对应地就必须有副站发车返回主站；2)除独班车外，双班和分班车每天需交接班一次，在交接班的循次前的停站时间需大于等于交接班所需时长；3)每辆车每天需要在中午固定时段内安排一次午饭时间，傍晚固定时段内安排一次晚饭时间，在吃饭的循次前的停站时间需大于等于吃饭所需时长；4)同一辆车的相邻发车时间间隔必须大于等于所...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘晟，张春梅，李刚，
申请(专利权)人：南京智慧交通信息股份有限公司，
类型：发明
国别省市：