基于實時定位數(shù)據(jù)的公交調(diào)度優(yōu)化方法

聶玉慶

摘要：近幾年，我國的社會經(jīng)濟取得了較大的發(fā)展成效，人們的生活水平也有了很大提升，城市交通的車輛流量以及道路交通壓力日益增大。在現(xiàn)有的城市公共交通運營中，公交車數(shù)量基數(shù)大，運營范圍廣，其運營管理問題尤其突出，多數(shù)公交車輛的利用效率較低，從而使得公交運營單位無法充分利用車輛及道路資源且不能實時掌控車輛的信息，以及運營費用的不合理支出等諸多不合理現(xiàn)象時常發(fā)生。這些現(xiàn)象無不增加公共交通運營部門的成本支出以及管理壓力，在現(xiàn)階段如何在車輛擁擠的市區(qū)盡量提高公共車輛交通效率，減少道路擁堵現(xiàn)象是急需解決的主要問題。伴隨著智能化技術(shù)的飛速發(fā)展，公交運行系統(tǒng)中的信息數(shù)量越來越多，而我國眾多的二線城市還未實現(xiàn)智能公交調(diào)度系統(tǒng)，在現(xiàn)在數(shù)據(jù)信息技術(shù)不斷跨界創(chuàng)新的背景下，更需要精確的計算方法以及優(yōu)化算法來使系統(tǒng)的運行效率不斷提高。所以，把先進的信息通訊技術(shù)融入公交調(diào)度運營管理工作中已經(jīng)成為解決現(xiàn)有公共交通運行效率低下的有效解決方案，在GPS定位技術(shù)、通過互聯(lián)網(wǎng)+大數(shù)據(jù)分析技術(shù)的基礎(chǔ)之上，構(gòu)建高效率、適應(yīng)性強的公共交通實時調(diào)度解決方案不論從理論上還是實際上都具有重要的意義。

關(guān)鍵詞：公交調(diào)度；GPS技術(shù)；優(yōu)化模型；算法；優(yōu)化方法

中圖分類號：TP311 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2018）15-0240-03

1 研究背景與現(xiàn)狀

近年來，公共交通車輛的運營調(diào)度優(yōu)化問題是公共交通企業(yè)以及城市居民關(guān)注的熱點問題，該問題也直接影響著公共交通企業(yè)的服務(wù)質(zhì)量和運營效益。在對國內(nèi)外針對公交運營調(diào)度優(yōu)化的目前的部分研究成果不難發(fā)現(xiàn)，要想提升優(yōu)化調(diào)度工作質(zhì)量，首先應(yīng)該制定科學(xué)的調(diào)節(jié)發(fā)車頻率。

從20世紀70年代開始，西方發(fā)達國家就對公共交通的優(yōu)化調(diào)度問題開始關(guān)注，相關(guān)的研究成果以及研究技術(shù)大都已經(jīng)得到了人們的關(guān)注，還被廣泛應(yīng)用在不同國家的調(diào)度優(yōu)化工作中，其中使用頻率最大的技術(shù)是紅外自動乘客計數(shù)技術(shù)，新技術(shù)的出現(xiàn)以應(yīng)用給公共交通的調(diào)度優(yōu)化奠定了扎實的基礎(chǔ)。在國外發(fā)達國家中，公共交通調(diào)度優(yōu)化工作的研究力度越來越大，不少研究都是借助模型的創(chuàng)建來完成的。

但是我國不少研究人員在了解我國發(fā)展現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，進一步落實了公共交通調(diào)度優(yōu)化工作，大部分研究工作主要有以下幾方面為中心展開：一是發(fā)車間隔，也就是行車時刻表的編排問題、二是線路的選擇問題、三是關(guān)于公交的調(diào)度控制、四是關(guān)于公共交通企業(yè)的車隊規(guī)模探討、五是公交的調(diào)度現(xiàn)狀，下面本文主要以此問題為導(dǎo)火索展開討論，上述這些問題是比較常見的公共交通運營問題。

在公交調(diào)度優(yōu)化理論研究中，國內(nèi)的大多數(shù)研究者主要從發(fā)車的時間間隔問題和公交車輛運行時刻表的編排問題上進行研究。

本文的案例背景：武漢1路上行是從武漢建設(shè)大道雙墩出發(fā)，到武漢蘆溝橋路的分段計價有人售票線路。途中共經(jīng)過建設(shè)大道雙墩，建設(shè)大道新合村，解放大道水廠，解放大道太平洋，解放大道仁壽路等19個站點，是武漢交通網(wǎng)絡(luò)中不可缺少的一部分。現(xiàn)在，1號公交線上的所有公交車上都已經(jīng)安裝了先進的GPS設(shè)備，這個設(shè)備將會每隔一段時間就向上級監(jiān)控部門上傳一次公交車的運行信息。調(diào)度部門可以借助移動專線把信息進一步傳遞給不同的車隊，不同車隊的調(diào)度工作人員結(jié)合不同車輛的運行現(xiàn)狀可以制定出相應(yīng)的優(yōu)化對策。

2 案例公交實時數(shù)據(jù)采集

2.1 公交站點經(jīng)緯度數(shù)據(jù)的采集

該文主要借助坐標工具來及時收集運行線路上的公交站點信息，下面表1主要列舉了這條運行線路不同站點的經(jīng)緯度信息。

2.2 APC數(shù)據(jù)與GPS數(shù)據(jù)的時間匹配

因為APC數(shù)據(jù)中并沒有公交站點的詳細數(shù)據(jù)，所以在進一步研究分析公交調(diào)度信息及規(guī)劃方案時，需要借助不同公交站點的APC信息，為此我們應(yīng)該盡快完成APC信息與公交站點的匹配工作。此外，我們還可以借助GPS信息與APC信息在時間上的協(xié)調(diào)性進一步落實這兩種信息在公交站點的匹配工作，還能獲取一份有關(guān)乘客上下車的APC信息。

2.3 APC數(shù)據(jù)的站點匹配

根據(jù)2.4節(jié)APC數(shù)據(jù)的公交站點匹配的步驟：

（1）采集公交線路上各公交站點的經(jīng)緯度數(shù)據(jù)；

（2）借助APC和GPS信息在時間上的協(xié)調(diào)性完成匹配工作，能夠獲取同一時間段的APC位置信息；

（3）順利獲得同一時間段的APC位置信息之后，還應(yīng)該同其他公交站點的相關(guān)信息進行比較，從而獲取APC對應(yīng)的具體位置以及與公交站點位置之間的距離，從而尋找出距離最近的公交站點。

3 案例公交實時調(diào)度優(yōu)化

3.1 案例優(yōu)化步驟

經(jīng)過大量實地觀測與統(tǒng)計調(diào)查與官方數(shù)據(jù)查閱得知，武漢市的高峰主要分成兩個時間段，一個是早高峰，一個是晚高峰。有關(guān)客流的相關(guān)信息及模型求解流程如下所示：

第一步：如果GPS系統(tǒng)中有關(guān)公交車在第i（1，2，3，，，，i）站點?？康臅r間出現(xiàn)變化，我們可以根據(jù)公交車上的APC信息及時了解該站點的乘客上下車人數(shù)變化情況，然后進行第二步，不然就直接返回第一步；

第二步：因為不同站點的上下車人數(shù)可以通過APC系統(tǒng)進行了解，如果上下車的人數(shù)變化為0時返回上一步；否則進行下一步；

第三步：我們可以在恰當?shù)膶嶋H完成模型的最佳狀態(tài)下的ΔT值計算，并計算出最好的發(fā)車間隔，然后返回第一步繼續(xù)進行調(diào)度。

3.2 優(yōu)化結(jié)果

結(jié)合上文中提到的相關(guān)計算方法不難發(fā)現(xiàn)，把早高峰時間段內(nèi)的數(shù)據(jù)儲存在系統(tǒng)中，就能計算出早高峰時間段的最佳發(fā)車間隔。當然，在進行深入計算時，我們還需要不斷統(tǒng)計相關(guān)數(shù)據(jù)并繪制出適應(yīng)度函數(shù)值的變化曲線，具體如下圖1所示，還可以計算出早高峰及晚高峰時間段的發(fā)車間隔：

在模型創(chuàng)建的最初階段，我們應(yīng)該充分發(fā)揮公交調(diào)查的自身作用來獲取不同站點的客流量現(xiàn)狀，并進一步完善發(fā)車頻率模型，然后采用科學(xué)的計算方法完成求解，這樣就能獲取早高峰以及晚高峰兩個時間段內(nèi)任何一個時刻的發(fā)車間隔。并且通過實踐證明，創(chuàng)建的模型獲取的計算結(jié)果與實際情況基本吻合。

這種計算方法在設(shè)計程序的過程中至關(guān)重要，尤其是計算過程中所需的一些參數(shù)更是不可或缺，參數(shù)選擇直接關(guān)系到計算結(jié)果的準確性與實效性，因此需要得到計算人員的格外重視。在編寫程序的過程中主要是依靠染色體的交叉，并在參數(shù)選擇過程中融入了模擬退火算子，并在遺傳算法的基礎(chǔ)上進行改進，不僅融合了遺傳算法的自身優(yōu)勢，還在程序運行過程中順利計算出所需的平均值。

4 案例小結(jié)

結(jié)合當前的公交調(diào)度優(yōu)化理論知識，結(jié)合當前武漢市1路公交車的運行現(xiàn)狀進行相關(guān)的分析探討。事實上，我們首先應(yīng)該了解武漢市此路公交車的運行情況；其次應(yīng)該結(jié)合當前的調(diào)度需求，及時獲取此路公交車站車輛及乘客的相關(guān)信息；再次通過研究分析獲取的相關(guān)信息，結(jié)合先進的計算方法完成模型的求解任務(wù)，并獲取最新數(shù)據(jù)，進一步明確早、晚高峰的公交車發(fā)車間隔以及發(fā)車的頻率、次數(shù)。

5 結(jié)論

本文研究目的為解決公交系統(tǒng)中的公交調(diào)度問題，最終完成發(fā)車頻率的進一步完善，這樣就能及時獲取到站時間以及相關(guān)信息，站點的客流預(yù)測數(shù)據(jù)主要來源于監(jiān)控數(shù)據(jù)，通過計算獲得一個滿意的成果，結(jié)合目標函數(shù)的統(tǒng)計工作從而計算出發(fā)車間隔時間。

在站點客流預(yù)測部分采用的視頻監(jiān)控統(tǒng)計數(shù)據(jù)，我們可以借助相關(guān)算法來完成發(fā)車頻率的計算，當然計算工作需要在滿足乘客乘車要求的基礎(chǔ)上落實的，還應(yīng)該滿足公交公司經(jīng)濟效益的提升需求，這樣計算出的發(fā)車頻率及車次才是真實有效的，只有計算出平均乘客等待的最短時間、平均最大載客量以及滿載概率才能計算出目標函數(shù)，才能在了解發(fā)車間隔及靠站間隔的情況下創(chuàng)建反函數(shù)，然后進一步完善遺傳算法進行求解，嘗試從不同角度完成算法的優(yōu)化處理，結(jié)合計算結(jié)果來衡量優(yōu)化的最終成效，這樣才能從根本上提升企業(yè)的經(jīng)濟效益，確保乘客的自身利益不受損害。

6 結(jié)束語

總的來說，本文的主要研究對象就是合理安排好高峰時間段內(nèi)的發(fā)車時間，當然可以借助先進的計算方法完成發(fā)車時間的計算，時間安排最好能夠具體到某個行程之內(nèi)，通常情況下是1-2個小時，這樣計算目標函數(shù)的流程就可以分成兩個階段，一個階段是收集已經(jīng)發(fā)車的相關(guān)信息，另一個階段是收集將會發(fā)車的相關(guān)信息，然后才能完成目標函數(shù)的計算?；诖耍覀冞€可以讓同一條線路中的首末車站相互調(diào)用車輛，這樣才能充分發(fā)揮公交車的自身效用，同時還能進一步推動車輛安排計劃的落實，不僅能夠有效提升公交系統(tǒng)的車輛滿載率，還能最大限度的實現(xiàn)車輛資源的管理與配置，提升公交車的有效利用率，不斷提升公司的經(jīng)濟效益。

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