基于數(shù)據(jù)驅(qū)動智能公交調(diào)度系統(tǒng)研究

吳良江

摘要：智能公交調(diào)度系統(tǒng)是基于通信技術(shù)、計算機技術(shù)等現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)，用系統(tǒng)自動調(diào)度取代人工調(diào)度，提高公交營運效率和乘客服務(wù)質(zhì)量的集公交營運相關(guān)業(yè)務(wù)于一身的智能系統(tǒng)。為了促進公交智能調(diào)度系統(tǒng)智能化發(fā)展，提出以實際數(shù)據(jù)為驅(qū)動的業(yè)務(wù)鏈環(huán)的智能公交調(diào)度系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞：城市常規(guī)公交；月計劃；靜態(tài)調(diào)度；動態(tài)調(diào)度

中圖分類號：F570 文獻標(biāo)識碼：A

0引言

城市常規(guī)公共交通作為城市交通的營運主體，其發(fā)展?fàn)顟B(tài)相對滯后，不能很好地滿足人們?nèi)找嬖鲩L的出行需求。城市公共交通目的是將乘客安全、快速、舒適、經(jīng)濟的運送到目的地。智能公交調(diào)度系統(tǒng)就是幫助營運企業(yè)做出科學(xué)的決策，即滿足客流出行需求，提高服務(wù)質(zhì)量，又不浪費公交線路運量運力，減少營運成本。在實際應(yīng)用方面，國內(nèi)公交調(diào)度大多數(shù)還是人工調(diào)度，通過“兩頭卡點、中間不管”的方式，投入到公交線路的運力也是調(diào)度員憑過去經(jīng)驗指定的。部分線路雖然已經(jīng)將智能調(diào)度系統(tǒng)應(yīng)用到公交營運中，但是智能化程度比較低下。在理論方面，目前學(xué)者對智能公交系統(tǒng)的研究很多，從公交網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化、發(fā)車時刻表優(yōu)化圓、基于異常事件動態(tài)調(diào)度，信息服務(wù)等各個方面都做了大量研究。作為智能公交系統(tǒng)中的核心——智能公交調(diào)度系統(tǒng)是本研究的重點，本文提出基于數(shù)據(jù)的業(yè)務(wù)鏈環(huán)的公交智能調(diào)度系統(tǒng)，生產(chǎn)了閉合式的公交調(diào)度業(yè)務(wù)鏈，不斷提高智能公交的服務(wù)質(zhì)量。

1智能公交調(diào)度系統(tǒng)設(shè)計

智能公交調(diào)度系統(tǒng)的設(shè)計主要是關(guān)注公交營運業(yè)務(wù)及其之間的關(guān)系，通過梳理和研究公交企業(yè)在公交實際營運中的業(yè)務(wù)，設(shè)計智能公交調(diào)度系統(tǒng)主模塊如圖1所示：通過統(tǒng)計分析實現(xiàn)數(shù)據(jù)驅(qū)動，使得各系統(tǒng)模塊實現(xiàn)閉環(huán)，可不斷提高公交調(diào)度的智能化水平。

1.1駕駛員和車輛月計劃

通過實時監(jiān)控采集得到客流數(shù)據(jù)。統(tǒng)計某條公交線路28天的客流數(shù)據(jù)如圖2所示，客流明顯存在周期性變化，工作日和非工作日的客流有巨大差別。另外客流量也與天氣、是否節(jié)假日、有無大型活動等都有著密切關(guān)系。月計劃就是利用歷史客流數(shù)據(jù)及其他數(shù)據(jù)進行分析預(yù)測當(dāng)月客流數(shù)據(jù)，結(jié)合駕駛員數(shù)據(jù)（班制班型，輪休類型、駕駛員配屬站點、請假信息）和車輛數(shù)據(jù)（車輛所屬站點、檢修計劃）以及人車關(guān)系（1人1車、2人1車等），通過模型和算法生成駕駛員本月出勤計劃表以及每位駕駛員每天所駕駛的車輛。這樣根據(jù)客流需求來制定的駕駛員和車輛的月計劃，為后續(xù)制定科學(xué)的靜態(tài)調(diào)度提供了科學(xué)保障。日計劃是月計劃在計劃日的表現(xiàn)形式，如果沒有發(fā)生駕駛員請假/調(diào)休和車輛故障等異常事件，日計劃就是從月計劃中提取計劃日的駕駛員和車輛的出勤信息以及人車關(guān)系、站點配屬地等信息。若發(fā)生異常事件，則需要對還未執(zhí)行的月計劃進行動態(tài)調(diào)整，駕駛員和車輛月計劃生成流程如圖3所示。

1.2靜態(tài)調(diào)度

靜態(tài)調(diào)度主要包括制定發(fā)車時刻表，配車排班兩個子模塊。根據(jù)日計劃得到計劃日出勤的駕駛員、車輛數(shù)據(jù)以及人車關(guān)系。根據(jù)客流數(shù)據(jù)及服務(wù)質(zhì)量評價指標(biāo)（滿載率等）通過計算得到每個時段的發(fā)車頻率，進而制定發(fā)車時刻表，發(fā)車時刻表的發(fā)車車次數(shù)一般小于等于計劃日配給的運力。配車排班是以行車計劃（發(fā)車時刻表）為基礎(chǔ)，以滿足運營目標(biāo)為宗旨，綜合考慮人員狀態(tài)（由勞動法規(guī)等約束的人員輪休規(guī)則、用餐規(guī)定、駕駛員的假勤需求（請假、班型要求等）等決定）、車輛狀態(tài)（續(xù)航里程、續(xù)班時間天窗、保養(yǎng)維修狀態(tài)等決定）、人車線關(guān)系等約束條件，合理安排人員工作時間的班次鏈和車輛的工作時間的車次鏈。發(fā)車時刻表和配車排班的算法流程圖如圖4和圖5所示.

在生成發(fā)車時刻表時，協(xié)調(diào)上下行發(fā)車間隔主要是為了防止上下行在同一個時段的發(fā)車頻率差別過大，導(dǎo)致首末站中的一個站點出現(xiàn)空車狀態(tài)（無車可發(fā)）；平滑發(fā)車時刻是為了在相鄰兩個時段之間的發(fā)車頻率相差過大時，發(fā)車間隔產(chǎn)生變化的更加平滑，更加符合客流需求。

1.3動態(tài)調(diào)度

公交車輛在營運過程中，若沒有發(fā)生異常事件，則只需要按照靜態(tài)調(diào)度執(zhí)行即可，即滿足最優(yōu)目標(biāo)。但是公交車輛在營運時，往往受到交通擁堵，車輛晚點，公交串車151等11種異常事件，需要系統(tǒng)通過監(jiān)控系統(tǒng)及時發(fā)現(xiàn)異常時間，識別其類型，確定異常參數(shù)，并且迅速做出優(yōu)化決策，使對公交營運的影響降到最低。動態(tài)調(diào)度主要包含了實時控制、調(diào)整公交營運路徑、優(yōu)化發(fā)車時間表3個部分。（1）實時控制通過對正在路上營運車輛的實時調(diào)度來減少異常事件對公交營運的影響和提高公交服務(wù)水平，主要是對公交車輛控制策略有滯站調(diào)度、越站調(diào)度、調(diào)速調(diào)度等。（2）一般只在交通嚴(yán)重擁堵或交通管制，公交車輛無法在短時間內(nèi)通過該擁堵路段的情況下，采用公交路徑繞行策略。（3）優(yōu)化發(fā)車時刻則為優(yōu)化調(diào)整車次數(shù)目、各車次之間排列，以及車次信息包含的車輛、駕駛員和發(fā)車時刻，常用的方法為調(diào)頻法和調(diào)能法。

1.4實時監(jiān)控和統(tǒng)計分析

實時監(jiān)控作為智能公交系統(tǒng)的眼睛，主要功能是采集和記錄公交線路在營運過程中的數(shù)據(jù)。采集數(shù)據(jù)包括自身數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)進行采集（公交車輛實時位置、公交車輛速度、客流量等）和利用共享數(shù)據(jù)采集（道路擁堵狀態(tài)等）兩部分?jǐn)?shù)據(jù)。

統(tǒng)計分析通過分析監(jiān)控系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)：（1）為優(yōu)化現(xiàn)有的駕駛員資源和車輛資源提供數(shù)據(jù)支撐，使得線路配給的駕駛員和車輛既滿足營運需求又不會出現(xiàn)資源浪費；（2）通過對客流和行程時間的統(tǒng)計分析為月計劃的制定、靜態(tài)調(diào)度提供數(shù)據(jù)保障；（3）分析公交車輛實時營運狀態(tài)，辨別是否發(fā)生異常、異常類型及異常參數(shù)，為動態(tài)調(diào)度的智能化提供科學(xué)依據(jù)。另外監(jiān)控系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)在達到一定的數(shù)據(jù)量后可為一個城市的公交路網(wǎng)規(guī)劃或優(yōu)化提供數(shù)據(jù)支撐。

2總結(jié)

智能公交調(diào)度是一個復(fù)雜系統(tǒng)性工程，很難通過一個簡單的模型和算法解決，本文利用模塊化的思想將公交調(diào)度中的核心業(yè)務(wù)主要分為月計劃、靜態(tài)調(diào)度、動態(tài)調(diào)度和統(tǒng)計分析4大模塊，各模塊之間形成緊密的關(guān)系，但又在可以相對獨立。其中動態(tài)調(diào)度的難度系數(shù)最大，目前在實際應(yīng)用過程中還處于起步階段。本文提出與公交調(diào)度相關(guān)的業(yè)務(wù)鏈環(huán)具有很好的實用價值，但是在對各個模塊中的算法進行了弱化，有待后續(xù)進一步研究。