基于多智能體的公交線網(wǎng)動態(tài)優(yōu)化系統(tǒng)闡述

孫浩旋 閆鎮(zhèn) 周垚光 陳紀龍 歐林妍

【摘? 要】隨著我國城市化建設(shè)不斷加快，道路交通擁堵問題也日益嚴重。為解決城市交通問題，國家加大了城市公共交通發(fā)展力度。城市公交的快速發(fā)展雖在一定程度上緩解了交通壓力，但也帶來了多線路公交車運行區(qū)間重疊等問題。多線路公交車運行區(qū)間重疊易造成交通資源的浪費，也會使車輛碰撞等安全事故的發(fā)生幾率上升。因此，在加大力度發(fā)展城市公共交通的同時，還需要尋求科學(xué)合理的公交線路調(diào)度方法，通過對相關(guān)技術(shù)手段與科技產(chǎn)品的運用提高公交車到站的準點率，有效降低重疊運行區(qū)間車輛串車率，為市民的出行提供方便。論文基于相關(guān)的理論、技術(shù)與經(jīng)驗提出一種基于多智能體的公交線網(wǎng)動態(tài)優(yōu)化系統(tǒng)，對系統(tǒng)的原理、構(gòu)成、功能等進行分析論述，以供參考。

【Abstract】With the acceleration of urbanization in China， road traffic congestion is becoming more and more serious. In order to solve the problem of urban traffic， the state has increased the development of urban public transport. Although the rapid development of urban public transport to a certain extent alleviates the traffic pressure， it also brings about the overlapping of multi-line bus operation intervals and other problems. The overlap of multi-line bus operation interval is easy to cause the waste of traffic resources， and will also increase the probability of safety accidents such as vehicle collision. Therefore， while strengthening the development of urban public transport， we also need to seek scientific and reasonable bus route scheduling methods， through the use of relevant technical means and scientific and technological products to improve the probability that the bus arrives on time. Effectively reduce the operation interval vehicle string rate， for citizens to travel convenient. Based on relevant theories， techniques and experiences， this paper presents a dynamic optimization system of bus line network based on multi-agent， and analyzes the principle， constitution and function of the system， for reference.

【關(guān)鍵詞】城市公共交通;運行區(qū)間重疊;智能調(diào)度系統(tǒng)

【Keywords】urban public transport; overlapping operation interval; intelligent dispatching system

【中圖分類號】U491.1+7? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文獻標志碼】A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文章編號】1673-1069（2021）01-0186-02

1 基于多智能體的公交線網(wǎng)動態(tài)優(yōu)化系統(tǒng)研究背景

我國城市主干路公交系統(tǒng)具有線路多、發(fā)車頻率高、線路區(qū)間重疊等特點。在缺乏有效調(diào)控的情況下，易出現(xiàn)公交串車、站點附近車輛擁堵等問題，給市民的出行帶來不便。因此進行調(diào)度系統(tǒng)研究具有積極意義[1]。

公共交通系統(tǒng)是城市交通的重要組成部分，在解決市民出行需求、緩解城市交通壓力、推動城市經(jīng)濟發(fā)展等方面發(fā)揮著重要作用。在國家的引導(dǎo)與推動下，我國城市公共交通取得了快速發(fā)展。據(jù)《2018年交通行業(yè)發(fā)展統(tǒng)計公報》顯示，截止到2018年末，我國共有公共汽電車67.34萬輛，共有公共汽電車運營線路60590條[2]。綜合多項數(shù)據(jù)指標可知，我國公共交通系統(tǒng)發(fā)展迅速。在系統(tǒng)如此龐大的情況下，要想實現(xiàn)對公共交通資源的優(yōu)化配置，盡可能減少公共交通擁堵問題就必須做好公交調(diào)度。一直以來，我國在公共交通運營調(diào)度方面的研究與探索也從未停止，并且取得了一定成果。如就靜態(tài)調(diào)度層面來說，基于公共調(diào)度系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型已經(jīng)建立起來，陳云新借助計算機技術(shù)對公交車的運營狀態(tài)進行了仿真，得到了該條線路上公交車在首站的全天發(fā)車時間表[3]。姜楠對多線路公交運行區(qū)間重疊情況進行了分析，在一定程度上掌握了重疊區(qū)間特性并建立了兩種靜態(tài)調(diào)度模型[4]。就動態(tài)調(diào)度層面而言，一種動態(tài)公交調(diào)度優(yōu)化模型被Wei Li等人提了出來，這一模型對公交線路上的多種實時信息如道路交通狀況、客流等進行了分析[5]。李志強基于專業(yè)的理論與技術(shù)設(shè)計了一種公交車輛人調(diào)度方案等這些研究與研究成果在一定程度上緩解了公交車調(diào)度困難的問題，但是未能從根本上解決公交車調(diào)度問題[6]。基于此，本文分析設(shè)計一套公交車輛動態(tài)控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)旨在提高公交系統(tǒng)服務(wù)水平，縮短乘客出行時間。

2 基于多智能體的公交線網(wǎng)動態(tài)優(yōu)化系統(tǒng)總體設(shè)計思路

系統(tǒng)基于一定的算法與技術(shù)對公交到達站點的理論時間、實際實踐進行計算、模擬與試驗分析，之后依據(jù)具體的數(shù)值對多線路公交車輛進行調(diào)控，有效提高公交準點率，降低公交串車率，提高公交系統(tǒng)服務(wù)質(zhì)量，使公交路網(wǎng)運行狀態(tài)得到了改善。系統(tǒng)基于動態(tài)協(xié)調(diào)技術(shù)方法對公交車輛的發(fā)車時間、行駛時間、行駛速度以及到達站點的時間等各項參數(shù)進行計算與調(diào)控，并制定具體的時刻表，乘客能按照公交車出行時刻表合理安排出行計劃，準確把握出行時間以減少整體出行時間。系統(tǒng)運用實時協(xié)調(diào)控制的方法，對多線路公交車同時到達重疊運行區(qū)間的情況進行了控制，有效緩解了重疊區(qū)間的交通擁堵程度，減少了等候時間[7]。

3 基于多智能體的公交線網(wǎng)動態(tài)優(yōu)化系統(tǒng)功能模塊與具體應(yīng)用

3.1 公交優(yōu)先信號控制

在城市公交車輛運行過程中，通過公交優(yōu)先信號控制系統(tǒng)對公交車輛進入交叉口的時間進行控制，減少車輛延誤時間，提高車輛發(fā)車時間、到站時間的精準性。系統(tǒng)中公交優(yōu)先信號控制功能的實現(xiàn)路徑以及具體作用如下：

①基于公交優(yōu)先的車速引導(dǎo)。若公交車輛運行環(huán)境復(fù)雜，交通流大，通過系統(tǒng)中的車速引導(dǎo)模塊，以調(diào)節(jié)車速等方式有效改善車輛擁堵問題，為公交車的順暢運行提供保障。公交協(xié)同進站。

②基于公交優(yōu)先原則，在車輛靠近站點時進行協(xié)調(diào)調(diào)度，使公交車能快速到站。

③公交協(xié)作超車。若路況不是十分復(fù)雜，可通過協(xié)作超車方式來為公交車減少障礙，提高公交車行駛速度[8]。

3.2 系統(tǒng)終端信息傳輸與處理

基于多智能體的公交線網(wǎng)動態(tài)優(yōu)化系統(tǒng)，除了關(guān)注公交車動態(tài)運行狀態(tài)外，還通過系列措施手段為公交車創(chuàng)造良好的運營條件。系統(tǒng)能收集公交車運行線路上的各項信息，通過計算分析了解到公交車運行狀態(tài)以及面臨的路況，生成相應(yīng)的處理方案，并通過終端的信息傳輸裝置將路況信息、方案信息傳輸給駕駛員指導(dǎo)其作出正確處理。相較于傳統(tǒng)的調(diào)度方式，該調(diào)度系統(tǒng)是基于大數(shù)據(jù)技術(shù)、模擬仿真技術(shù)對路況進行反復(fù)模擬與分析，之后通過對大量數(shù)據(jù)的整合分析發(fā)現(xiàn)實際存在的問題并作出處理。在系統(tǒng)運行過程中，其還會根據(jù)實際情況不斷調(diào)整完善后臺處理方式，從而大大優(yōu)化實際處理效果[9]。

3.3 系統(tǒng)集成控制電路的算法設(shè)計

在調(diào)度系統(tǒng)運行過程中，傳感器負責(zé)接受信號與處理數(shù)據(jù)，ZigBee無線信息傳遞器則將各項信息及時發(fā)送給信號顯示裝置，在一套高效可靠的組合控制電路的支持下，各設(shè)備被聯(lián)系起來并協(xié)調(diào)運作。因此，在整個設(shè)計中，組合控制電路的設(shè)計是重中之重[10]。

3.4 信息采集、處理與傳輸模塊設(shè)計

①信息采集模塊。信息采集模塊由信息采集、通信這兩大部分構(gòu)成。系統(tǒng)的信息采集功能主要基于傳感器組以及A/D轉(zhuǎn)換模塊來實現(xiàn)。而通信任務(wù)借助GPRS等遠程通信技術(shù)來完成。在設(shè)計時根據(jù)不同的情況設(shè)定不同工作方式。信息采集模塊的主要原理與運作路徑是：系統(tǒng)運行過程中，對傳感器收集的信號參數(shù)進行采樣，采樣完成后通過GPRS網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)傳輸?shù)胶笈_終端，后臺終端對數(shù)據(jù)進行儲存、分析與反饋。

②信息處理模塊。由信息采集模塊獲得的信息經(jīng)過信息處理模塊進行處理分析，使其成為有實用價值、有利于公交車輛調(diào)度的信息。信息處理模塊可以對后臺終端儲存的各項信息進行分析與檢測，篩選出精準度、真實性以及實效性高的價值信息，并對這部分信息加以利用。如以這些信息為參考依據(jù)調(diào)整車速、調(diào)整車輛進站時間等。

③信息傳輸模塊。在獲得價值信息后，還需要通過信號輸出模塊將其傳遞給公交車輛駕駛?cè)藛T，讓駕駛?cè)藛T掌握后臺處理方式并作出必要反應(yīng)。

4 結(jié)語

綜上所述，基于多智能體的公交線網(wǎng)動態(tài)優(yōu)化系統(tǒng)以協(xié)作超車等方式提高公交車準點率，降低公交車串車率，乘客可按照公交車出行時刻表作好出行準備，從而減少時間浪費，提高出行效率。通過多線路運行區(qū)間重疊下的公交車動態(tài)協(xié)同調(diào)度，可實現(xiàn)對交通資源的優(yōu)化配置，提高城市公共交通運營質(zhì)量與效率，降低運營成本。綜合各項研究分析可知，基于多智能體的公交線網(wǎng)動態(tài)優(yōu)化系統(tǒng)具有一定的應(yīng)用價值。

【參考文獻】

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