遺傳算法在公交車調(diào)度優(yōu)化中的應(yīng)用探析

張靜宜+徐志軍

摘要新時代背景下，中國經(jīng)濟進入高速發(fā)展階段，城市生活節(jié)奏不斷加快，人們對交通流暢性，交通工具便利性與及時性，提出了更高要求。而公交車在現(xiàn)代城市交通系統(tǒng)中占據(jù)著重要位置，發(fā)揮著重要社會職能，是為專門解決城市和城郊運輸而設(shè)計及裝備的商用車。良好交通條件是城市經(jīng)濟發(fā)展建設(shè)的前提條件，加強城市公交車系統(tǒng)建設(shè)具有重要意義。公交車調(diào)度影響著公交車系統(tǒng)運營效率，影響著人們出行便利性。但傳統(tǒng)公交車調(diào)度模式中存在諸多問題，如何對公交車調(diào)度進行優(yōu)化值得研究。本文將針對遺傳算法在公交車調(diào)度優(yōu)化中的應(yīng)用展開研究和分析，以促進城市公交車系統(tǒng)運營效率的提高。

關(guān)鍵詞公交車；遺傳算法；調(diào)度優(yōu)化；應(yīng)用分析

公交車調(diào)度目的是，用盡可能少的車次，運送盡可能多的乘客，同時不能讓乘客等待時間過長，也不能超載。但當前隨著我國經(jīng)濟水平的提高，城市化進程不斷加快，城市人口數(shù)量增多，加之城市生活節(jié)奏快，城市交通堵車現(xiàn)象非常頻繁，各種不確定因素給公交車調(diào)度帶來了難度，合理對公交車調(diào)度進行優(yōu)化具有重要意義。實踐證明，遺傳算法在公交車調(diào)度優(yōu)化中的應(yīng)用，對提供調(diào)度優(yōu)化水平，構(gòu)建新計算模型有很大幫助。通過這種算法為求出每個時段最大轉(zhuǎn)移客流量，計算最小發(fā)車次數(shù)提供了新途徑。

1公交車職能及其發(fā)展

公交車在現(xiàn)代城市交通系統(tǒng)中占據(jù)著重要位置，其種類多種多樣，根據(jù)運行區(qū)間可劃分為：長途公交車、短途公交車；根據(jù)車型結(jié)構(gòu)可分為：雙層公交車；單層公交車兩大類，是為專門解決城市和城郊運輸而設(shè)計及裝備的商用車。從公交車特點來看，設(shè)有乘客座椅、站立與走動通道，站立面積大，車門兩個以上，分為：上車門與下車門，基本全面施行無人售票或驗票機。雖然公交車是現(xiàn)代城市中重要交通工具，但它卻有著悠久發(fā)展歷史，起源于1826年，這一時期的公交車為馬車。1829年，英國開始出現(xiàn)公交汽車。公交車的出現(xiàn)對社會發(fā)展產(chǎn)生了巨大影響，對城市與經(jīng)濟建設(shè)起到了推動作用，縮短了城市各區(qū)間的距離。早期公交車是馬拉車，后多由載貨汽車改裝而成，現(xiàn)代公交車則是按客車標準統(tǒng)一設(shè)計、制造。1831年蒸汽動力公交車出現(xiàn)，可載客10人；1881年，電力公交車出現(xiàn)。隨后不久，德國奔馳汽車公司開發(fā)汽油動力公交車，使公交車發(fā)展走向一個新階段，載客可達到20人，且行車速度越來越快。1907年，中國第一個公交車系統(tǒng)建立，從青島市區(qū)開往麥克倫堡，中國公交車系統(tǒng)發(fā)展至今已十分成熟。但隨著城市人口數(shù)量的不斷增多，公交車運輸壓力越來越大，客流量明顯提高，這便給公交車調(diào)度與優(yōu)化工作帶來了難度。

2公交車調(diào)度作用及其意義

公交車調(diào)度功能和目的是，提高公交車運行效率和資源利用率，利用有限資源轉(zhuǎn)移最大的客流量，合理確定全體發(fā)車表，發(fā)車時間，用最小發(fā)車次數(shù)，滿足乘客需求，盡可能在保證運營效率、成本、利潤的前提下，縮短乘客等待時間。并且在公交車運行中發(fā)生故障或堵車等情況，調(diào)度中心也要查明詳細情況，根據(jù)相關(guān)規(guī)定，結(jié)合工作經(jīng)驗，做出正確判斷和決策，從而避免造成資源浪費或影響乘客出行。公交車調(diào)度是公交車系統(tǒng)運營的組織者、監(jiān)督者，更發(fā)揮著重要管理職能，是保證整個公交系統(tǒng)社會效益和經(jīng)濟效益實現(xiàn)的根本保證，主要職能是：負責公交車運營管理、司機管理、車輛管理、安全服務(wù)管理等。調(diào)度工作開展中，要及時掌握客流變化及公交車運行狀態(tài)，合理進行車次安排，制定發(fā)車計劃和發(fā)車順序，優(yōu)化發(fā)車密度，對發(fā)車情況與實際運營情況進行監(jiān)督，充分利用資源，提高車隊運營質(zhì)量。但公交車調(diào)度工作工作量非常大，涉及內(nèi)容多，對數(shù)據(jù)信息實時性和有效性有較高要求。若調(diào)度工作存在問題，必然影響整個公交車系統(tǒng)的正常運營，降低資源利用率，影響企業(yè)效益和乘客出行，所以做好公交車調(diào)度優(yōu)化具有重要意義。

3遺傳算法在公交車調(diào)度優(yōu)化中的應(yīng)用

通過前文分析，不難看出進行公交車調(diào)度優(yōu)化的重要意義。實踐證明，遺傳算法在公交車調(diào)度優(yōu)化中的應(yīng)用，能大大提升調(diào)度效率和水平，提高資源利用率。遺傳算法是基于自然選擇理論與遺傳機理學理論基礎(chǔ)上構(gòu)建計算模型，通過模擬自然進化過程搜索最優(yōu)解的方法，能對復雜編碼進行優(yōu)化和簡化，降低編碼難度。該方法提出于1975年，通過該方法進行計算，全局尋優(yōu)能力非常強，采用概率化尋優(yōu)方法，能自動獲取和指導優(yōu)化的搜索空間，自適應(yīng)調(diào)整搜索方向，廣泛應(yīng)用于組合優(yōu)化，自適應(yīng)控制領(lǐng)域。

該算法在公交車調(diào)度優(yōu)化中的運用，具體方法可分為：選擇運算法、交叉運算法、變異運算法。在計算中，要運用遺傳算法構(gòu)建數(shù)學模型，通過選擇運算法求出一個可行的調(diào)度計劃，并給出發(fā)車時刻表，經(jīng)過模擬計算，平均3min，每輛公交車平均滿載率在把82.5%左右。這說明，還有進一步優(yōu)化改進的余地，所以要運用變異算法和交叉運算法進行求解，并與第一個解進行對比分析。

選擇運算法在計算中，要選擇好選擇目的，在群體中個體的適應(yīng)度評估基礎(chǔ)上進行計算，以保證計算的科學性與合理性、針對性。這樣才能保證后續(xù)計算的有效性，所解出的數(shù)據(jù)才具有可比性。例如，公交車線路上行方向共計14站，下行方向共計13站，每輛公交車標準載客100人，平均速度為20km/h。調(diào)度優(yōu)化中，要求早晚高峰乘客等待不能超過5min，一般候車時間不超過lOmin，高峰期滿載率不超過120%，一般期不低于50%。具體利用公式：i：0-（i+1）：0計算到達某站的乘客數(shù)服從均勻分布；時區(qū)為：f+1；站間轉(zhuǎn)移客流量：M（i，j）；上車的乘客數(shù)為：u5+u6xt；下車的乘客數(shù)為：ds+d6xt。通過遺傳算法進行調(diào)度優(yōu)化。先把調(diào)度問題抽象成一個完整的遺傳算法數(shù)學模型，并求解，在制定發(fā)車時刻表和調(diào)度方案，在不犧牲乘客利益基礎(chǔ)上，合理降低整個公交車系統(tǒng)運營成本。計算過程中，要求每一個時區(qū)內(nèi)發(fā)車次數(shù)，發(fā)車次數(shù)由在該時區(qū)內(nèi)發(fā)出的車輛，要運送的乘客數(shù)量決定，在根據(jù)乘客情況，用遺傳算法求發(fā)車車次，計算最少車輛，最大轉(zhuǎn)移客流量。

4結(jié)論

在現(xiàn)代交通系統(tǒng)中，公交車發(fā)揮著重要職能，關(guān)系著城市交通狀態(tài)和人們出行。而新時代背景下，交通擁擠，人口增加等問題，使得公交車調(diào)度難度越來越大，傳統(tǒng)調(diào)度優(yōu)化計算方法己不能完全適用。因此，應(yīng)基于遺傳算法，進行高效公交車調(diào)度優(yōu)化計算。