【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于节能控制、智能交通，具体涉及一种智能分布式胶囊公交系统。
技术介绍
1、世界的能源消耗以化石能源为主，然而化石能源的形成过程极为缓慢，是不可再生的一次能源，因此能源危机日益严重。与此同时，化石能源消耗还带来了环境污染问题。为了有效处理这些问题，要对新能源技术进行广泛研究与运用。新能源电车在实际发展中，政府部门发挥了重大作用。随着政府部门大量资金和精力的投入，电车行业正朝着新能源方向高质量发展。
2、随着城市化建设进程的不断加快，城市道路公共资源的建设和容量滞后于城市人口的增长以及城市人口增长、经济社会发展对道路公共资源和居民出行的需求。
3、现有的公交系统存在如下问题：
4、1、公车班次班次设定不合理；在高峰期，公交车班次往往无法满足乘客的需求，导致拥挤不堪，甚至出现一些安全隐患。而在低峰期，公交车班次发车时间还是固定不变的，这导致公交车搭乘人员较少，导致综合运营成本大大提高。
5、2、公交车线路不合理，公交车线路虽然能够覆盖大部分区域，但是它们经过的路口和站点往往比较复杂，导致换乘困难，乘客往往需要走很长的距离才能找到换乘点。
6、3、公交车的车况和驾驶路线控制不严，公交车因为车况的原因，导致其行车速度较慢，不能及时到站，给用户带来不便，而一些驾驶员驾驶路线不严格，行车状况不稳定，影响了乘客的出行体验。
7、为缓解城市交通和居民出行的压力并节约能源，本专利技术提出一种智能分布式胶囊公交出行理念，有利于充分利用城市现有道路交通资源，极大地方便城
技术实现思路
1、专利技术目的：针对现有技术中存在的问题，本专利技术提供了一种智能分布式胶囊公交系统，利用斑马算法对胶囊公交发车频率和乘客容量进行优化，极大地节约了胶囊公交运行成本和乘客出行成本。
2、技术方案：本专利技术公开了一种智能分布式胶囊公交系统，包括供电模块、感知定位模块和中央控制模块；
3、供电模块包括用于为整个胶囊公交系统提供电能；
4、感知定位单元包括rfid系统和北斗定位导航系统，用于感知以胶囊公交为载体感知到的路况信息，包括路段、方向、速度、时间；
5、中央控制模块中设置有目标函数、斑马算法以及cpu调控模块，所述目标函数基于感知定位模块所测得的路况信息数据，以最优的综合运营成本为目标，并基于感知定位模块所测得的路况信息数据以及cpu调控模块所预存数据利用斑马算法给出最优的运行策略，所述cpu调控模块基于目标函数以及斑马算法所提供的策略进行决策，对胶囊公交发车频率和乘客容量进行合理调控安排；所述目标函数如下：
6、
7、式中，z为综合运营成本；u1为乘客等车时间；h为某时间胶囊公交发车间隔；ri为线路定时间段乘客随即到达i站点的到达率；c为胶囊公交统一定价；为k辆车在i站点的人数；t为胶囊公交发车时间；u为胶囊公交行驶里程；d为线路距离；约束条件如下：
8、
9、其中，约束i表示胶囊公交在一个时段内总的发车次数不应超过其固有条件下的最大发车次数smax；约束ii中是k车与k-1车到达i站的时间间隔，应介于最大与最小的发车间隔之间；约束iii表示胶囊公交的满载率应该低于公司设定的最大满载率ηmax。
10、进一步地，所述cpu调控模块所预存数据包括传感器预先测得的历史数据以及预先设定的数据，传感器预先测得的历史数据包括乘客等车时间、胶囊公交发车间隔、胶囊公交发车时间、胶囊公交行驶里程以及线路距离、k辆车在i站点的人数以及线路定时间段乘客随即到达i站点的到达率；所述预先设定的数据是胶囊公交统一定价。
11、进一步地，所述胶囊公交系统中每个胶囊公交有完整的供电系统，可以独立行驶；多个胶囊公交能够前后连接，一起行驶，派出胶囊公交的个数由中央控制模块经过目标函数优化后确定；同时还能够根据人流量和交通情况进行智能调控，在人流密集的城市中心或交通拥挤的高峰期，派出多个连接起来的胶囊公交；在人流稀疏的郊区或交通顺畅的低峰期，派出单个胶囊公交。
12、进一步地，所述中央控制模块中的目标函数经过斑马算法优化的实现过程如下：
13、步骤1)建立斑马种群并初始化，形成初始种群，生成一组随机分布的斑马位置矩阵如下：
14、
15、式中，x为斑马种群；xi为第i只斑马；xij为第i只斑马的第j维位置；n为斑马种群中斑马的全部数量；m为求解问题的维度；
16、步骤2)将随机生成的斑马位置带入所述目标函数进行评估，每只斑马代表一个最优的综合运营成本，斑马种群代表最优综合运营成本的集合；
17、步骤3)更新种群成员，在斑马算法中，种群中最好的成员被认为是先锋斑马，先锋斑马带领其他成员走向它在种群中的搜索空间，即找到最合适的u1、h、ri、t、u、d；更新斑马在觅食阶段的位置公式如下：
18、
19、
20、式中，为第i只斑马在觅食阶段的新位置，为其第j维值；为目标函数值；pz为先锋斑马，pzj为其第j维值；r是均匀分布于[0,1]之间的随机数；i＝round(1+rand)，其中rand是均匀分布于[0,1]之间的随机数；
21、步骤4)更新斑马种群成员在搜索空间中的位置，在更新斑马的位置时，如果新位置的综合运营成本更低，那么斑马就会接受新位置，因此，更新斑马在搜索空间中的位置公式如下：
22、
23、
24、式中，为第i只斑马在搜索空间的新位置，为其第j维值；为目标函数值；t为当前的迭代次数；t为算法的最大迭代次数；r是等于0.01的常数；ps是均匀分布于[0,1]之间的随机数；az为被攻击斑马的状态，azj为其第j维值；
25、步骤5)判定是否满足终止条件，若不满足终止条件，则返回步骤3)；若满足约束条件，则转至步骤6)；
26、步骤6)输出得到最低的综合运营成本。
27、进一步地，对斑马算法进行优化，对步骤1)进行改进，通过引入精英混沌反向学习策略来增加选取更优解的概率，从而实现对初始种群个体质量的提升，改进后的公式如下：
28、
29、式中，为透镜成像反向后的斑马个体；aj和bj分别为当前种群中第j维的最大值和最小值；k为透镜的缩放系数。
30、有益效果：
31、1.本专利技术基于感知定位模块所测得的路况信息数据，以最优的综合运营成本为目标，使用斑马算法对胶囊公交发车频率和乘客容量进行优化，有利于充分利用城市现有道路交通资源，极大地方便城市居民出行。
32、2.本专利技术提出一种胶囊公交运行理念，每个胶囊公交有完整的供电系统，可以独立行驶；多个胶囊公交可以前后连接，一起行驶。派出胶囊公交的个数由人流量和交通情况决定。胶囊公交运行具有灵活性高、节约资源等优点，避免了传统公交在人流多的区域造成拥挤、在人流少的区域造成资源浪费的问题。
【技术保护点】
1.一种智能分布式胶囊公交系统，其特征在于，包括供电模块、感知定位模块和中央控制模块；
2.根据权利要求1所述的一种智能分布式胶囊公交系统，其特征在于，所述CPU调控模块所预存数据包括传感器预先测得的历史数据以及预先设定的数据，传感器预先测得的历史数据包括乘客等车时间、胶囊公交发车间隔、胶囊公交发车时间、胶囊公交行驶里程以及线路距离、k辆车在i站点的人数以及线路定时间段乘客随即到达i站点的到达率；所述预先设定的数据是胶囊公交统一定价。
3.根据权利要求1所述的一种智能分布式胶囊公交系统，其特征在于，所述胶囊公交系统中每个胶囊公交有完整的供电系统，可以独立行驶；多个胶囊公交能够前后连接，一起行驶，派出胶囊公交的个数由中央控制模块经过目标函数优化后确定；同时还能够根据人流量和交通情况进行智能调控，在人流密集的城市中心或交通拥挤的高峰期，派出多个连接起来的胶囊公交；在人流稀疏的郊区或交通顺畅的低峰期，派出单个胶囊公交。
4.根据权利要求1至3任一所述的一种智能分布式胶囊公交系统，其特征在于，所述中央控制模块中的目标函数经过斑马算法优化的实现过程如下：
5.根据权利要求4所述的一种智能分布式胶囊公交系统，其特征在于，对斑马算法进行优化，对步骤1)进行改进，通过引入精英混沌反向学习策略来增加选取更优解的概率，从而实现对初始种群个体质量的提升，改进后的公式如下：
...【技术特征摘要】
1.一种智能分布式胶囊公交系统，其特征在于，包括供电模块、感知定位模块和中央控制模块；
2.根据权利要求1所述的一种智能分布式胶囊公交系统，其特征在于，所述cpu调控模块所预存数据包括传感器预先测得的历史数据以及预先设定的数据，传感器预先测得的历史数据包括乘客等车时间、胶囊公交发车间隔、胶囊公交发车时间、胶囊公交行驶里程以及线路距离、k辆车在i站点的人数以及线路定时间段乘客随即到达i站点的到达率；所述预先设定的数据是胶囊公交统一定价。
3.根据权利要求1所述的一种智能分布式胶囊公交系统，其特征在于，所述胶囊公交系统中每个胶囊公交有完整的供电系统，可以独立行驶；多个胶囊公交能够前...
【专利技术属性】
技术研发人员：张楚童，王志鹏，曾晓宇，吴晨璐，王益柏，吴帅超，陈梦繁，刘志，纪捷，周孟雄，郭仁威，
申请(专利权)人：淮阴工学院，
类型：发明
国别省市：
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