智能公交車輛調(diào)度系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與優(yōu)化

王志超

【摘 要】 隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，城市化進(jìn)程的加快，城市交通也逐漸變的擁堵、緊張，為了環(huán)節(jié)交通壓力，世界各國也開始重視對(duì)交通系統(tǒng)的管理，并且提出了智能交通系統(tǒng)的概念。本文主要從公交線路靜態(tài)調(diào)度優(yōu)化以及公交線路動(dòng)態(tài)調(diào)度優(yōu)化兩大方面來闡述智能公交車輛調(diào)度系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與優(yōu)化。

【關(guān)鍵詞】 智能公交系統(tǒng) 公交調(diào)度 設(shè)計(jì) 優(yōu)化

1 公交線路靜態(tài)調(diào)度優(yōu)化研究

1.1 靜態(tài)調(diào)度優(yōu)化問題分析

（1）乘客利益分析：乘客對(duì)于公交出行主要關(guān)注的問題基本都是與自身利益息息相關(guān)的，因此，車輛要想運(yùn)營合理，滿足乘客的需求，減少車內(nèi)的擁擠以及乘客等待的時(shí)間就必須要多安排一些車輛，并且公交線路的發(fā)車間隔要短，頻率要高，但是從不同的環(huán)境限制、道路容量以及各企業(yè)運(yùn)作的經(jīng)濟(jì)效益出發(fā)，公交調(diào)度只能在一定程度上滿足乘客的利益需求。

（2）企業(yè)利益分析：現(xiàn)如今公交都是企業(yè)承包制，因此企業(yè)要承擔(dān)公交日常的維修與保養(yǎng)費(fèi)用，而且購置新車、能源的使用以及企業(yè)的管理也要占去公交企業(yè)收入的一部分，但是公交企業(yè)的收入來源除了政府的補(bǔ)助之外都是通過收取票款來獲得的。公交作為大眾的交通方式其票價(jià)都是按照最低標(biāo)準(zhǔn)制定的，而要想提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益除了收取更多的票款之外還要減少車輛、以及人員的投入[1]。

（3）靜態(tài)調(diào)度優(yōu)化問題：上訴分析可見，乘客利益與企業(yè)利益是相互矛盾的，滿足乘客的利益，企業(yè)的利益就會(huì)受到損失，但是在一定程度上，二者的利益也有一致之處，如果公交企業(yè)提高一定的公交服務(wù)，乘客出行變得方便、舒適，就會(huì)吸引更多的客流，這樣企業(yè)的經(jīng)濟(jì)利益也會(huì)增長。

1.2 公交路線靜態(tài)調(diào)度優(yōu)化模型

1.2.1 模型假設(shè)

（1）把線路單邊的發(fā)車間隔作為其研究對(duì)象；（2）不同時(shí)間段車輛到達(dá)站點(diǎn)的乘客近似服從泊松分布；（3）公交能夠不受堵車及意外事故影響準(zhǔn)時(shí)到站、出戰(zhàn)；（4）忽略車輛啟動(dòng)、停止花費(fèi)的時(shí)間；（5）乘客沒有在中途流失；（6）乘客按照順序上車、下車；（7）候車的乘客能夠全部上車。

1.2.2 模型建立

（1）乘客出行成本的函數(shù)設(shè)計(jì)。

圖1為乘客到站、離站的曲線示意圖，y1是乘客到達(dá)某個(gè)公交站點(diǎn)的達(dá)到率曲線，而y2是乘客離開某一站點(diǎn)的分布曲線，y1與y2所包含的陰影部分為該段時(shí)間公交線路所有乘客的等待時(shí)間之和。第i時(shí)段內(nèi)，在第j站點(diǎn)上，第k輛與第k+l輛公交車之間的乘客等待時(shí)間，具體如式①所示：

①

如果將陰影部分的面積看作是底為hi，高為λijhi的三角形面積，那么第i時(shí)段所有站點(diǎn)乘客的總等待時(shí)間可近似表示為： ②

根據(jù)2012年的成都的交通規(guī)劃，IC卡乘客比例為65.44%，即： ③

（2）企業(yè)運(yùn)營成本： ④

（3）目標(biāo)函數(shù)： ⑤

企業(yè)的營運(yùn)成本Cb最小目標(biāo)與乘客出行成本Cp最小目標(biāo)兩者為對(duì)立矛盾關(guān)系，因此該目標(biāo)函數(shù)屬于多目標(biāo)優(yōu)化問題[2]。本文選取權(quán)重的方法作為多目標(biāo)函數(shù)優(yōu)化算法，得到目標(biāo)函數(shù)式： ⑥

當(dāng)然模型在實(shí)際運(yùn)用中還存在一定的缺點(diǎn)，這就需要相關(guān)人員在運(yùn)用與實(shí)踐中不斷改進(jìn)。

2 公交動(dòng)態(tài)調(diào)度研究

2.1 公交運(yùn)營中的異常事件

（1）客流異常：在公交運(yùn)營中，客流集中在某一站點(diǎn)或某一天，各種因素都應(yīng)考慮進(jìn)去。（2）車場資源異常主要指的是線路運(yùn)營的車輛數(shù)不足，備用車輛不夠以及站臺(tái)容量不足等，另外還包括交通事故、車輛故障等。（3）路況異常指的是路面上大型活動(dòng)或者路面施工，導(dǎo)致公交道路不能正常使用。（4）車況異常主要指的是車輛行駛中發(fā)生的意外事故、車輛故障以及乘客糾紛等情況。

2.2 公交車輛調(diào)度方法

（1）簡單移動(dòng)法：該法主要是通過改變行車的間隔從而消除干擾，主要包括四個(gè)移動(dòng)策略：雙向移動(dòng)、不移動(dòng)、向前移動(dòng)以及向后移動(dòng)。（2）預(yù)測(cè)調(diào)度方法：主要是根據(jù)當(dāng)前正在執(zhí)行的操作從而估計(jì)所有正在執(zhí)行操作的完成時(shí)間，以此來適當(dāng)?shù)匾苿?dòng)未執(zhí)行具體操作的開始時(shí)間，這樣能夠根據(jù)路況情況以及一些突發(fā)事件來隨時(shí)調(diào)整車輛的行車順序、行駛區(qū)域以及行車間隔。（3）基于時(shí)間和事件驅(qū)動(dòng)的動(dòng)態(tài)調(diào)度方法：該方法是根據(jù)車輛在運(yùn)營期間，當(dāng)調(diào)度執(zhí)行過程發(fā)生了動(dòng)態(tài)變化，把系統(tǒng)當(dāng)時(shí)的參數(shù)作為調(diào)度方法的初始條件時(shí)運(yùn)用。時(shí)間調(diào)度方法是指車輛數(shù)以及車輛到達(dá)的時(shí)間受客觀因素的影響而與行車時(shí)刻表的時(shí)間差距較大，根據(jù)實(shí)際車輛數(shù)目以及單程的行駛時(shí)間、客流量以及停車時(shí)間從而計(jì)算出行車間隔，從而維持線路運(yùn)營。而事件驅(qū)動(dòng)的調(diào)度方法就是指如果市區(qū)內(nèi)有重大的事件需要線路準(zhǔn)時(shí)到站、或者繞行的行車組織方案，該方案要根據(jù)上級(jí)的指示，確定其行車路線、停戰(zhàn)時(shí)間以及行車頻率等，確保事件的有效進(jìn)行，等事件結(jié)束之后在恢復(fù)日常狀態(tài)的措施方案。

3 結(jié)語

總之，城市公共交通的高效、正常運(yùn)行很大程度上要依賴現(xiàn)代的運(yùn)營管理方式以及科學(xué)技術(shù)，相關(guān)人員要根據(jù)實(shí)際情況，對(duì)公交車輛的調(diào)度系統(tǒng)做出全面、細(xì)致的分析，讓公共交通能夠暢行無阻，為社會(huì)服務(wù)。

參考文獻(xiàn)：

[1]王靜要，張國華，黎明.城市智能公共交通管理系統(tǒng)[M].北京：中國建筑工業(yè)版，2012，（5）.

[2]蔣光震，何顯慈.公共交通線路組合調(diào)度模型[J].系統(tǒng)工程，2012（6）：22-23.endprint

【摘 要】 隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，城市化進(jìn)程的加快，城市交通也逐漸變的擁堵、緊張，為了環(huán)節(jié)交通壓力，世界各國也開始重視對(duì)交通系統(tǒng)的管理，并且提出了智能交通系統(tǒng)的概念。本文主要從公交線路靜態(tài)調(diào)度優(yōu)化以及公交線路動(dòng)態(tài)調(diào)度優(yōu)化兩大方面來闡述智能公交車輛調(diào)度系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與優(yōu)化。

【關(guān)鍵詞】 智能公交系統(tǒng) 公交調(diào)度 設(shè)計(jì) 優(yōu)化

1 公交線路靜態(tài)調(diào)度優(yōu)化研究

1.1 靜態(tài)調(diào)度優(yōu)化問題分析

（1）乘客利益分析：乘客對(duì)于公交出行主要關(guān)注的問題基本都是與自身利益息息相關(guān)的，因此，車輛要想運(yùn)營合理，滿足乘客的需求，減少車內(nèi)的擁擠以及乘客等待的時(shí)間就必須要多安排一些車輛，并且公交線路的發(fā)車間隔要短，頻率要高，但是從不同的環(huán)境限制、道路容量以及各企業(yè)運(yùn)作的經(jīng)濟(jì)效益出發(fā)，公交調(diào)度只能在一定程度上滿足乘客的利益需求。

（2）企業(yè)利益分析：現(xiàn)如今公交都是企業(yè)承包制，因此企業(yè)要承擔(dān)公交日常的維修與保養(yǎng)費(fèi)用，而且購置新車、能源的使用以及企業(yè)的管理也要占去公交企業(yè)收入的一部分，但是公交企業(yè)的收入來源除了政府的補(bǔ)助之外都是通過收取票款來獲得的。公交作為大眾的交通方式其票價(jià)都是按照最低標(biāo)準(zhǔn)制定的，而要想提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益除了收取更多的票款之外還要減少車輛、以及人員的投入[1]。

（3）靜態(tài)調(diào)度優(yōu)化問題：上訴分析可見，乘客利益與企業(yè)利益是相互矛盾的，滿足乘客的利益，企業(yè)的利益就會(huì)受到損失，但是在一定程度上，二者的利益也有一致之處，如果公交企業(yè)提高一定的公交服務(wù)，乘客出行變得方便、舒適，就會(huì)吸引更多的客流，這樣企業(yè)的經(jīng)濟(jì)利益也會(huì)增長。

1.2 公交路線靜態(tài)調(diào)度優(yōu)化模型

1.2.1 模型假設(shè)

（1）把線路單邊的發(fā)車間隔作為其研究對(duì)象；（2）不同時(shí)間段車輛到達(dá)站點(diǎn)的乘客近似服從泊松分布；（3）公交能夠不受堵車及意外事故影響準(zhǔn)時(shí)到站、出戰(zhàn)；（4）忽略車輛啟動(dòng)、停止花費(fèi)的時(shí)間；（5）乘客沒有在中途流失；（6）乘客按照順序上車、下車；（7）候車的乘客能夠全部上車。

1.2.2 模型建立

（1）乘客出行成本的函數(shù)設(shè)計(jì)。

圖1為乘客到站、離站的曲線示意圖，y1是乘客到達(dá)某個(gè)公交站點(diǎn)的達(dá)到率曲線，而y2是乘客離開某一站點(diǎn)的分布曲線，y1與y2所包含的陰影部分為該段時(shí)間公交線路所有乘客的等待時(shí)間之和。第i時(shí)段內(nèi)，在第j站點(diǎn)上，第k輛與第k+l輛公交車之間的乘客等待時(shí)間，具體如式①所示：

①

如果將陰影部分的面積看作是底為hi，高為λijhi的三角形面積，那么第i時(shí)段所有站點(diǎn)乘客的總等待時(shí)間可近似表示為： ②

根據(jù)2012年的成都的交通規(guī)劃，IC卡乘客比例為65.44%，即： ③

（2）企業(yè)運(yùn)營成本： ④

（3）目標(biāo)函數(shù)： ⑤

企業(yè)的營運(yùn)成本Cb最小目標(biāo)與乘客出行成本Cp最小目標(biāo)兩者為對(duì)立矛盾關(guān)系，因此該目標(biāo)函數(shù)屬于多目標(biāo)優(yōu)化問題[2]。本文選取權(quán)重的方法作為多目標(biāo)函數(shù)優(yōu)化算法，得到目標(biāo)函數(shù)式： ⑥

當(dāng)然模型在實(shí)際運(yùn)用中還存在一定的缺點(diǎn)，這就需要相關(guān)人員在運(yùn)用與實(shí)踐中不斷改進(jìn)。

2 公交動(dòng)態(tài)調(diào)度研究

2.1 公交運(yùn)營中的異常事件

（1）客流異常：在公交運(yùn)營中，客流集中在某一站點(diǎn)或某一天，各種因素都應(yīng)考慮進(jìn)去。（2）車場資源異常主要指的是線路運(yùn)營的車輛數(shù)不足，備用車輛不夠以及站臺(tái)容量不足等，另外還包括交通事故、車輛故障等。（3）路況異常指的是路面上大型活動(dòng)或者路面施工，導(dǎo)致公交道路不能正常使用。（4）車況異常主要指的是車輛行駛中發(fā)生的意外事故、車輛故障以及乘客糾紛等情況。

2.2 公交車輛調(diào)度方法

（1）簡單移動(dòng)法：該法主要是通過改變行車的間隔從而消除干擾，主要包括四個(gè)移動(dòng)策略：雙向移動(dòng)、不移動(dòng)、向前移動(dòng)以及向后移動(dòng)。（2）預(yù)測(cè)調(diào)度方法：主要是根據(jù)當(dāng)前正在執(zhí)行的操作從而估計(jì)所有正在執(zhí)行操作的完成時(shí)間，以此來適當(dāng)?shù)匾苿?dòng)未執(zhí)行具體操作的開始時(shí)間，這樣能夠根據(jù)路況情況以及一些突發(fā)事件來隨時(shí)調(diào)整車輛的行車順序、行駛區(qū)域以及行車間隔。（3）基于時(shí)間和事件驅(qū)動(dòng)的動(dòng)態(tài)調(diào)度方法：該方法是根據(jù)車輛在運(yùn)營期間，當(dāng)調(diào)度執(zhí)行過程發(fā)生了動(dòng)態(tài)變化，把系統(tǒng)當(dāng)時(shí)的參數(shù)作為調(diào)度方法的初始條件時(shí)運(yùn)用。時(shí)間調(diào)度方法是指車輛數(shù)以及車輛到達(dá)的時(shí)間受客觀因素的影響而與行車時(shí)刻表的時(shí)間差距較大，根據(jù)實(shí)際車輛數(shù)目以及單程的行駛時(shí)間、客流量以及停車時(shí)間從而計(jì)算出行車間隔，從而維持線路運(yùn)營。而事件驅(qū)動(dòng)的調(diào)度方法就是指如果市區(qū)內(nèi)有重大的事件需要線路準(zhǔn)時(shí)到站、或者繞行的行車組織方案，該方案要根據(jù)上級(jí)的指示，確定其行車路線、停戰(zhàn)時(shí)間以及行車頻率等，確保事件的有效進(jìn)行，等事件結(jié)束之后在恢復(fù)日常狀態(tài)的措施方案。

3 結(jié)語

總之，城市公共交通的高效、正常運(yùn)行很大程度上要依賴現(xiàn)代的運(yùn)營管理方式以及科學(xué)技術(shù)，相關(guān)人員要根據(jù)實(shí)際情況，對(duì)公交車輛的調(diào)度系統(tǒng)做出全面、細(xì)致的分析，讓公共交通能夠暢行無阻，為社會(huì)服務(wù)。

參考文獻(xiàn)：

[1]王靜要，張國華，黎明.城市智能公共交通管理系統(tǒng)[M].北京：中國建筑工業(yè)版，2012，（5）.

[2]蔣光震，何顯慈.公共交通線路組合調(diào)度模型[J].系統(tǒng)工程，2012（6）：22-23.endprint

【摘 要】 隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，城市化進(jìn)程的加快，城市交通也逐漸變的擁堵、緊張，為了環(huán)節(jié)交通壓力，世界各國也開始重視對(duì)交通系統(tǒng)的管理，并且提出了智能交通系統(tǒng)的概念。本文主要從公交線路靜態(tài)調(diào)度優(yōu)化以及公交線路動(dòng)態(tài)調(diào)度優(yōu)化兩大方面來闡述智能公交車輛調(diào)度系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與優(yōu)化。

【關(guān)鍵詞】 智能公交系統(tǒng) 公交調(diào)度 設(shè)計(jì) 優(yōu)化

1 公交線路靜態(tài)調(diào)度優(yōu)化研究

1.1 靜態(tài)調(diào)度優(yōu)化問題分析

（1）乘客利益分析：乘客對(duì)于公交出行主要關(guān)注的問題基本都是與自身利益息息相關(guān)的，因此，車輛要想運(yùn)營合理，滿足乘客的需求，減少車內(nèi)的擁擠以及乘客等待的時(shí)間就必須要多安排一些車輛，并且公交線路的發(fā)車間隔要短，頻率要高，但是從不同的環(huán)境限制、道路容量以及各企業(yè)運(yùn)作的經(jīng)濟(jì)效益出發(fā)，公交調(diào)度只能在一定程度上滿足乘客的利益需求。

（2）企業(yè)利益分析：現(xiàn)如今公交都是企業(yè)承包制，因此企業(yè)要承擔(dān)公交日常的維修與保養(yǎng)費(fèi)用，而且購置新車、能源的使用以及企業(yè)的管理也要占去公交企業(yè)收入的一部分，但是公交企業(yè)的收入來源除了政府的補(bǔ)助之外都是通過收取票款來獲得的。公交作為大眾的交通方式其票價(jià)都是按照最低標(biāo)準(zhǔn)制定的，而要想提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益除了收取更多的票款之外還要減少車輛、以及人員的投入[1]。

（3）靜態(tài)調(diào)度優(yōu)化問題：上訴分析可見，乘客利益與企業(yè)利益是相互矛盾的，滿足乘客的利益，企業(yè)的利益就會(huì)受到損失，但是在一定程度上，二者的利益也有一致之處，如果公交企業(yè)提高一定的公交服務(wù)，乘客出行變得方便、舒適，就會(huì)吸引更多的客流，這樣企業(yè)的經(jīng)濟(jì)利益也會(huì)增長。

1.2 公交路線靜態(tài)調(diào)度優(yōu)化模型

1.2.1 模型假設(shè)

（1）把線路單邊的發(fā)車間隔作為其研究對(duì)象；（2）不同時(shí)間段車輛到達(dá)站點(diǎn)的乘客近似服從泊松分布；（3）公交能夠不受堵車及意外事故影響準(zhǔn)時(shí)到站、出戰(zhàn)；（4）忽略車輛啟動(dòng)、停止花費(fèi)的時(shí)間；（5）乘客沒有在中途流失；（6）乘客按照順序上車、下車；（7）候車的乘客能夠全部上車。

1.2.2 模型建立

（1）乘客出行成本的函數(shù)設(shè)計(jì)。

圖1為乘客到站、離站的曲線示意圖，y1是乘客到達(dá)某個(gè)公交站點(diǎn)的達(dá)到率曲線，而y2是乘客離開某一站點(diǎn)的分布曲線，y1與y2所包含的陰影部分為該段時(shí)間公交線路所有乘客的等待時(shí)間之和。第i時(shí)段內(nèi)，在第j站點(diǎn)上，第k輛與第k+l輛公交車之間的乘客等待時(shí)間，具體如式①所示：

①

如果將陰影部分的面積看作是底為hi，高為λijhi的三角形面積，那么第i時(shí)段所有站點(diǎn)乘客的總等待時(shí)間可近似表示為： ②

根據(jù)2012年的成都的交通規(guī)劃，IC卡乘客比例為65.44%，即： ③

（2）企業(yè)運(yùn)營成本： ④

（3）目標(biāo)函數(shù)： ⑤

企業(yè)的營運(yùn)成本Cb最小目標(biāo)與乘客出行成本Cp最小目標(biāo)兩者為對(duì)立矛盾關(guān)系，因此該目標(biāo)函數(shù)屬于多目標(biāo)優(yōu)化問題[2]。本文選取權(quán)重的方法作為多目標(biāo)函數(shù)優(yōu)化算法，得到目標(biāo)函數(shù)式： ⑥

當(dāng)然模型在實(shí)際運(yùn)用中還存在一定的缺點(diǎn)，這就需要相關(guān)人員在運(yùn)用與實(shí)踐中不斷改進(jìn)。

2 公交動(dòng)態(tài)調(diào)度研究

2.1 公交運(yùn)營中的異常事件

（1）客流異常：在公交運(yùn)營中，客流集中在某一站點(diǎn)或某一天，各種因素都應(yīng)考慮進(jìn)去。（2）車場資源異常主要指的是線路運(yùn)營的車輛數(shù)不足，備用車輛不夠以及站臺(tái)容量不足等，另外還包括交通事故、車輛故障等。（3）路況異常指的是路面上大型活動(dòng)或者路面施工，導(dǎo)致公交道路不能正常使用。（4）車況異常主要指的是車輛行駛中發(fā)生的意外事故、車輛故障以及乘客糾紛等情況。

2.2 公交車輛調(diào)度方法

（1）簡單移動(dòng)法：該法主要是通過改變行車的間隔從而消除干擾，主要包括四個(gè)移動(dòng)策略：雙向移動(dòng)、不移動(dòng)、向前移動(dòng)以及向后移動(dòng)。（2）預(yù)測(cè)調(diào)度方法：主要是根據(jù)當(dāng)前正在執(zhí)行的操作從而估計(jì)所有正在執(zhí)行操作的完成時(shí)間，以此來適當(dāng)?shù)匾苿?dòng)未執(zhí)行具體操作的開始時(shí)間，這樣能夠根據(jù)路況情況以及一些突發(fā)事件來隨時(shí)調(diào)整車輛的行車順序、行駛區(qū)域以及行車間隔。（3）基于時(shí)間和事件驅(qū)動(dòng)的動(dòng)態(tài)調(diào)度方法：該方法是根據(jù)車輛在運(yùn)營期間，當(dāng)調(diào)度執(zhí)行過程發(fā)生了動(dòng)態(tài)變化，把系統(tǒng)當(dāng)時(shí)的參數(shù)作為調(diào)度方法的初始條件時(shí)運(yùn)用。時(shí)間調(diào)度方法是指車輛數(shù)以及車輛到達(dá)的時(shí)間受客觀因素的影響而與行車時(shí)刻表的時(shí)間差距較大，根據(jù)實(shí)際車輛數(shù)目以及單程的行駛時(shí)間、客流量以及停車時(shí)間從而計(jì)算出行車間隔，從而維持線路運(yùn)營。而事件驅(qū)動(dòng)的調(diào)度方法就是指如果市區(qū)內(nèi)有重大的事件需要線路準(zhǔn)時(shí)到站、或者繞行的行車組織方案，該方案要根據(jù)上級(jí)的指示，確定其行車路線、停戰(zhàn)時(shí)間以及行車頻率等，確保事件的有效進(jìn)行，等事件結(jié)束之后在恢復(fù)日常狀態(tài)的措施方案。

3 結(jié)語

總之，城市公共交通的高效、正常運(yùn)行很大程度上要依賴現(xiàn)代的運(yùn)營管理方式以及科學(xué)技術(shù)，相關(guān)人員要根據(jù)實(shí)際情況，對(duì)公交車輛的調(diào)度系統(tǒng)做出全面、細(xì)致的分析，讓公共交通能夠暢行無阻，為社會(huì)服務(wù)。

參考文獻(xiàn)：

[1]王靜要，張國華，黎明.城市智能公共交通管理系統(tǒng)[M].北京：中國建筑工業(yè)版，2012，（5）.

[2]蔣光震，何顯慈.公共交通線路組合調(diào)度模型[J].系統(tǒng)工程，2012（6）：22-23.endprint