基于智能優(yōu)化算法的公交車輛智能排班系統(tǒng)的分析與思考

楊巧玲

摘 要：本文主要研究智能優(yōu)化算法在公交車智能排班系統(tǒng)中的應(yīng)用相關(guān)問題。在公交車輛運(yùn)營調(diào)度管理的過程中，車輛的智能排班問題是公交調(diào)度的典型問題之一。將智能遺傳算法引入公交車智能排班系統(tǒng)的建立中能夠有效提升公交車排班的質(zhì)量和效率，優(yōu)化城市公共交通運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)，促進(jìn)城市公交車輛資源的優(yōu)化使用。

關(guān)鍵詞：公交智能排班;遺傳算法;車輛調(diào)度

1 公交排班問題描述

公交車排班問題是一種典型的運(yùn)輸排班優(yōu)化問題，在研究的過程當(dāng)中結(jié)合一定的約束條件下不斷優(yōu)化安排組成部分或所占用的資源時(shí)間等要素，最終實(shí)現(xiàn)時(shí)間或成本的最優(yōu)化。近年來，隨著城市化建設(shè)不斷推進(jìn)，城市公共交通網(wǎng)絡(luò)有了極大的發(fā)展。公交車成為人們短途出行的最佳選擇之一，這也對公交公司車輛運(yùn)營管理造成了很大的難度。不僅需要安排錯(cuò)綜復(fù)雜的線路，還需要對數(shù)量龐大的車輛進(jìn)行優(yōu)化調(diào)度。公交排班問題直接表現(xiàn)了公交企業(yè)對社會(huì)的承諾，對乘客服務(wù)的水平和質(zhì)量有著非常重要的影響。如果發(fā)車間隔越小，能夠提供的服務(wù)水平就越高，但相應(yīng)的也會(huì)產(chǎn)生更大的生產(chǎn)成本。因此對行車時(shí)刻表的編制需要在滿足基本客流需求的前提下，盡量減少成本投入，從而形成了一種多目標(biāo)優(yōu)化問題。人工智能的快速發(fā)展為公交車排班問題開辟了一條新的道路。通過分析城市公共交通運(yùn)輸問題可以發(fā)現(xiàn)，公交車輛運(yùn)營排班管理整體分為三個(gè)階段，包括計(jì)劃、排班和控制階段。其中排班是非常關(guān)鍵的中間環(huán)節(jié)，首先需要結(jié)合客流實(shí)際情況形成靜態(tài)排班，其次是針對特殊情況或突發(fā)事件對原始排班做出調(diào)整。

2 智能遺傳算法的應(yīng)用

智能遺傳算法究其本質(zhì)是一種迭代算法，按照一定的操作規(guī)則從隨機(jī)或特定產(chǎn)生的初始解集開始計(jì)算，操作規(guī)則包括選擇、復(fù)制、交叉、變異等，通過這些操作不斷迭代計(jì)算得到新的解析，最終獲取最適應(yīng)環(huán)境的個(gè)體并演化出越來越好的近似解。

在進(jìn)行公交智能排班系統(tǒng)設(shè)計(jì)建立時(shí)，需要充分考慮乘客與公交公司的兩方面的利益。作為一個(gè)多目標(biāo)優(yōu)化問題，在進(jìn)行算法設(shè)計(jì)時(shí)需要首先考慮平均等車時(shí)間和總發(fā)車車次兩個(gè)目標(biāo)函數(shù)，之后通過加權(quán)等操作將兩個(gè)目標(biāo)函數(shù)合二為一形成一個(gè)目標(biāo)函數(shù)。通過對其求解和分析最終計(jì)算出發(fā)車時(shí)刻表的最優(yōu)解。公交排班的目的是通過對車輛的運(yùn)營管理實(shí)現(xiàn)最高的運(yùn)營效率和服務(wù)水平。通過遺傳算法解決公交車排班問題可以將總的算法結(jié)構(gòu)分為四個(gè)部分，包括初始化、選擇操作、交叉操作和變異操作。如圖所示為遺傳算法程序流程圖。在進(jìn)行初始化部分建設(shè)時(shí)要確定染色體中各變量的排列次序、發(fā)車間隔變化的范圍以及種群規(guī)模等參數(shù)，隨機(jī)產(chǎn)生初始種群并計(jì)算第一代個(gè)體染色體的適應(yīng)度值。在設(shè)計(jì)優(yōu)化遺傳算法的過程中首先需要進(jìn)行編碼，根據(jù)算法所生成的初始群體直接顯示了各個(gè)時(shí)段的客流信息。在對初始種群進(jìn)行確定設(shè)置相當(dāng)于在優(yōu)化空間中隨機(jī)選出N個(gè)可行解，并將這些可行解作為初始解存入數(shù)據(jù)庫中。筆者采用的是輪轉(zhuǎn)法作為數(shù)據(jù)選擇操作的主要方法，輪轉(zhuǎn)法是一種正比例選擇策略，理論是將與適應(yīng)度值成正品的概率選出并形成新的種群。最后再根據(jù)具體問題選擇交叉操作和變異操作。

3 公交智能排班系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

公交車智能排班系統(tǒng)是基于對公交車運(yùn)行路段的數(shù)據(jù)調(diào)查信息而建立的優(yōu)化系統(tǒng)。需要調(diào)查各個(gè)時(shí)段出行的客流信息從而對車輛進(jìn)行優(yōu)化調(diào)度。排班的初始解規(guī)模、遺傳代數(shù)會(huì)隨著不同地區(qū)客流量信息出現(xiàn)變化。因此應(yīng)用公交智能排班系統(tǒng)時(shí)必須要輸入有效的客流信息，對種群規(guī)模遺傳代數(shù)進(jìn)行設(shè)置和調(diào)整。

如圖所示為公交智能排班系統(tǒng)流程圖。系統(tǒng)引入數(shù)據(jù)庫作為初始化數(shù)據(jù)總?cè)海虐嗪蟮慕Y(jié)果形成各個(gè)時(shí)段的發(fā)車間隔表和時(shí)間表。整個(gè)系統(tǒng)主要分為七個(gè)模塊。在種群規(guī)模代數(shù)設(shè)置模塊，用戶可以根據(jù)實(shí)際情況對要設(shè)置的規(guī)模數(shù)和代數(shù)進(jìn)行輸入和調(diào)整。在初始化數(shù)據(jù)庫模塊，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)根據(jù)種群規(guī)模數(shù)對數(shù)據(jù)庫進(jìn)行初始化，處理時(shí)會(huì)將現(xiàn)有的數(shù)據(jù)庫刪除清空，然后根據(jù)系統(tǒng)設(shè)置執(zhí)行添加操作對數(shù)據(jù)庫進(jìn)行初始化，完成之后會(huì)顯示提示窗口進(jìn)入下一環(huán)節(jié)。在輸入客流信息模塊，管理人員可以在對話框中輸入相應(yīng)的客流信息進(jìn)行設(shè)置計(jì)算。在種群初始化模塊會(huì)對初代種群生成函數(shù)并進(jìn)行調(diào)用。在優(yōu)化模塊會(huì)對函數(shù)進(jìn)行處理操作，包括調(diào)用、選擇、交叉、變異等，整個(gè)優(yōu)化操作的循環(huán)執(zhí)行次數(shù)是用戶一開始設(shè)置輸入的代數(shù)。最后形成發(fā)車間隔表和時(shí)間表，在發(fā)車間隔表模塊會(huì)對優(yōu)化得到的最優(yōu)染色體進(jìn)行轉(zhuǎn)化，并以發(fā)車間隔表的形式顯示出來，而相應(yīng)的發(fā)車時(shí)間表也會(huì)加以顯示。

4 小結(jié)

綜上所述，在公交智能排班系統(tǒng)設(shè)計(jì)與建設(shè)的過程當(dāng)中，結(jié)合遺傳算法的基本思想分析多處理機(jī)調(diào)度問題的特性，利用智能遺傳算法對公交智能排班問題進(jìn)行優(yōu)化研究不僅能夠有效提升公交車輛資源的優(yōu)化配置，減少運(yùn)營成本，還能夠有效提升運(yùn)輸效率并提高服務(wù)質(zhì)量。但是在進(jìn)行公交智能排班的過程當(dāng)中原始靜態(tài)排班對于路況信息的實(shí)時(shí)變化和突發(fā)事件的不可預(yù)料性適應(yīng)力較差，需要調(diào)整進(jìn)行動(dòng)態(tài)排班，具體的理論方法還需要相關(guān)研究人員進(jìn)一步探討。

參考文獻(xiàn)：

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