專利名稱：公共交通多線路靜態(tài)協(xié)調(diào)調(diào)度方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于公交智能調(diào)度領(lǐng)域，可用于多條公交線路之間、公交線路與地鐵線路間的靜態(tài)協(xié)調(diào)調(diào)度。

背景技術(shù)：
公交調(diào)度模型是典型的NP難問題，特別是針對多條公交線路的調(diào)度模型。由于約束條件與優(yōu)化目標(biāo)較多，模型求解較為困難，因此在建立模型時，常設(shè)定一些假設(shè)條件來簡化算法。但該種處理方式在較大程度上忽略了城市交通隨機性的影響，故存在理論模型與實際應(yīng)用脫節(jié)的問題，具體表現(xiàn)在以下幾方面 1、調(diào)度模型約束條件設(shè)定理想化，與公交線路實際運營規(guī)律有一定偏差，導(dǎo)致模型實用性較差； 2、運營、客流等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)獲取手段缺乏，精度不高，使得調(diào)度模型缺乏數(shù)據(jù)支撐，需要依靠仿真或其他手段對模型參數(shù)和約束條件進行多次調(diào)整，降低模型應(yīng)用效率； 3、針對多線路協(xié)調(diào)調(diào)度的模型很少，對公交線路之間的關(guān)聯(lián)程度如重復(fù)程度、換乘客流等因素考慮不足，造成運力的浪費或不均衡。


發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，通過提供一種公共交通多線路靜態(tài)協(xié)調(diào)調(diào)度方法，以車輛定位、客流采集等ITS技術(shù)為支撐，在統(tǒng)計公交運營規(guī)律基礎(chǔ)上，提出一種可用于多條公交線路間、公交線路與地鐵線路間的靜態(tài)協(xié)調(diào)調(diào)度模型方法。
本發(fā)明是采用以下技術(shù)手段實現(xiàn)的 本發(fā)明所需公交運營基礎(chǔ)數(shù)據(jù)是利用GPS、IC卡相關(guān)設(shè)備采集獲取，具體包括以下內(nèi)容 1、基礎(chǔ)信息公交線路長度，站點信息，站距，車輛數(shù)； 2、IC卡信息IC卡號，交易時間，上、下車站點序號，線路編號，車輛編號； 3、車輛定位信息經(jīng)度，緯度，方位角，瞬時速度，下一站點序號，發(fā)車日期，發(fā)車時間，運行方向，車輛到、離站時間。
基于ITS技術(shù)采集的公交運營基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，可統(tǒng)計公交客流出行、車輛運行特征規(guī)律，為靜態(tài)調(diào)度方案制定提供數(shù)據(jù)支撐。具體實施步驟如下 步驟1基礎(chǔ)數(shù)據(jù)統(tǒng)計 在公交智能調(diào)度系統(tǒng)中，可實時采集車輛運行與客流等數(shù)據(jù)，本發(fā)明以車載GPS與公交IC卡POS機終端為假定采集設(shè)備。
基于IC卡數(shù)據(jù)，可統(tǒng)計得到 1、各時段車輛在站點上、下車客流量 2、各時段公交線路、站點總客流量 3、各時段站點乘客到達率 4、每日各時段公交線路最大斷面客流量 5、各時段線路滿載率 基于GPS數(shù)據(jù)，可統(tǒng)計得到 1、到/離站時間、?？空緯r間 2、各時段站點間路段行程時間 3、每日各時段線路周轉(zhuǎn)時間 步驟1判斷線路間關(guān)聯(lián)程度 協(xié)調(diào)調(diào)度應(yīng)針對具有一定關(guān)聯(lián)程度的線路，達到優(yōu)勢互補，資源整合的目的，本發(fā)明通過計算線路重復(fù)率及線路間換乘客流量作為判斷線路關(guān)聯(lián)程度的參數(shù)。
1.線路重復(fù)率 由于要兼顧考慮乘客出行需求及公交線路運營效益，不同公交線路在某些站段重復(fù)的情況普遍存在，本發(fā)明將這種情況定義為線路重復(fù)，并定義線路重復(fù)率計算方法 α線路重復(fù)率 Si，j線路i與線路j重復(fù)的站點數(shù) Si線路i的站點數(shù) 線路關(guān)聯(lián)度分析結(jié)果如表1 (表1)線路重復(fù)率分級 若α大于30％，則有6～9個重復(fù)站點，線路間關(guān)聯(lián)程度密切。
2.換乘率 若兩條線路間接駁站點換乘客流量較大，認為線路關(guān)聯(lián)程度密切，可以用線路間換乘率來表示 θ線路k，I間的換乘率 pcl，k線路I的班次c換乘到線路k的乘客數(shù)量 pl，ic線路I的班次c到達換乘站點i站時的載客量 (表2)線路換乘率分級 若上述任一條件滿足中度關(guān)聯(lián)及以上，則對相關(guān)線路采用協(xié)調(diào)調(diào)度。制定協(xié)調(diào)調(diào)度方案時，需要優(yōu)化原有線路發(fā)車間隔，調(diào)整原則是優(yōu)先調(diào)整線路客流量較小的線路發(fā)車間隔。
如上所述，路間關(guān)聯(lián)程度包括線路重復(fù)率及換乘率，并與其成為正比率對應(yīng)關(guān)系； 步驟2生成單線路發(fā)車時刻表 第一，計算某一特定時段(范圍2小時之內(nèi))線路k上、下行方向平均發(fā)車間隔初始值 計算線路k上、下行方向配車數(shù) 并且使hkup，hkdown滿足從而確定線路k上、下行方 向發(fā)車間隔初始值。
hkup，hkdown線路k上、下行發(fā)車間隔 Dmaxup，Dmaxdown線路k上、下行小時最大斷面客流量，根據(jù)公交IC卡數(shù)據(jù)統(tǒng)計得到。單位人次/小時 Ck線路k車輛額定載客量 Okup，Okdown線路k上、下行滿載率，根據(jù)公交IC卡數(shù)據(jù)統(tǒng)計得到 Tkup，Tkdown線路k上、下行單程行車時間 Bkr線路k需調(diào)配車數(shù) Bkup，Bkdown線路k上、下行方向需調(diào)配車數(shù) Bk線路k車輛總數(shù) λ定量系數(shù)，取值范圍
，可根據(jù)時段特性進行標(biāo)定。如高峰期可選取0.9或1，平峰期選取0.5～0.8。
第三，根據(jù)發(fā)車間隔生成線路k初始發(fā)車時刻表。
步驟3計算發(fā)車間隔調(diào)整范圍 對具有關(guān)聯(lián)性的線路發(fā)車時刻進行調(diào)整，調(diào)整原則為優(yōu)先調(diào)整客流量較小的線路發(fā)車時刻表。
調(diào)整方法為以分鐘為單位，以線路k某班次(高/平峰時段)發(fā)車時間點為中心點，遍歷計算向兩側(cè)延伸的發(fā)車時間點對多線路協(xié)調(diào)運行的影響程度。
調(diào)整時間下限為即線路k全部車輛投入運營時的最小發(fā)車間隔與初始值的差；調(diào)整時間上限為η為定量系數(shù)，高峰期可取0.1～0.5，平峰期可取0.5～1，表示小時最大客流斷面所能接受的最大發(fā)車間隔。
步驟4生成多線路協(xié)調(diào)發(fā)車時刻表 第一，計算發(fā)車間隔初始優(yōu)化值。
在運營車輛數(shù)約束和當(dāng)前司乘人員數(shù)約束條件下，優(yōu)化目標(biāo)是多條線路乘客出行總等待時間最短，該問題可轉(zhuǎn)化為若發(fā)車間隔調(diào)整Δ時，節(jié)省乘客總等待時間最多或增加的等待時間最少。即 minΔTw 約束條件 Bkr≤λBk ΔTw各線路節(jié)省的乘客總等待時間(增加的等待時間) 計算節(jié)省的乘客總等待時間。等待時間與發(fā)車間隔及乘客到達率有關(guān)，對于發(fā)車間隔在10分鐘內(nèi)的地面公交或軌道交通而言，可認為站點乘客到達率近似服從均值分布，由此得到乘客在站點i等待某班次的時間為 Tki為線路k乘客在站點i等待某班次的時間 qki為線路k在站點i的乘客到達率 hk線路k的發(fā)車間隔 當(dāng)線路k發(fā)車間隔調(diào)整Δ時，節(jié)省的乘客總等待時間為 合并同類項后，得 故多線路協(xié)調(diào)調(diào)度模型可表示為 根據(jù)minΔTw求得調(diào)整時間Δ，對初始發(fā)車間隔進行更新，獲得初始優(yōu)化值h1k h1k＝Δ+hk 第二，計算發(fā)車間隔二次優(yōu)化值。
模型minΔTw已考慮了線路之間乘客換乘因素，因此對于換乘率相關(guān)度高的線路而言，h1k即可作為最優(yōu)值。但對于線路重復(fù)率高的多條線路，常出現(xiàn)運力重復(fù)利用的問題。因此，出于協(xié)調(diào)運力的目的，應(yīng)針對線路之間重復(fù)站段客流特征，進一步優(yōu)化發(fā)車間隔h1k和組織模式，實現(xiàn)車輛資源整合。
對單條線路k而言，可將其運行站段分為獨立運行站段與重復(fù)運行站段，重復(fù)運行站段即某站段有2至多條線路重復(fù)經(jīng)過，且線路重復(fù)率達到中度相關(guān)及以上的站段。這兩類站段對線路k發(fā)車間隔需求不同，一般情況下，獨立運行站段需要更短的發(fā)車間隔。
重復(fù)運行站段發(fā)車間隔需求值計算如下 hki重復(fù)運行站段i的發(fā)車間隔需求值 Dmaxi重復(fù)運行站段i的小時最大斷面客流量 I重復(fù)運行站段i包含的重復(fù)線路條數(shù) 需要注意的是，公式(4)中的Ck，Oki需要計算多條線路的平均值，或以某一類車型為標(biāo)準(zhǔn)，計算當(dāng)量值。
考慮線路k與其他線路重復(fù)站段的斷面客流量影響因素，計算線路k發(fā)車間隔最優(yōu)值h2k 第三，根據(jù)h2k值，生成多線路協(xié)調(diào)調(diào)度發(fā)車時刻表。
本發(fā)明一種公共交通多線路靜態(tài)協(xié)調(diào)調(diào)度方法，與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下明顯的優(yōu)勢和有益效果 本發(fā)明通過計算線路之間重復(fù)率與換乘率，判斷公交線路關(guān)聯(lián)程度，在線路有限的車輛資源約束條件下，計算線路發(fā)車間隔初始值，以乘客等待時間增加最小為優(yōu)化目標(biāo)，對發(fā)車間隔進行初步優(yōu)化，以重復(fù)站段斷面客流對發(fā)車間隔的需求不同為量化依據(jù)，對多線路發(fā)車間隔進行二次優(yōu)化，確定發(fā)車間隔最優(yōu)值，實現(xiàn)多線路協(xié)調(diào)發(fā)車，達到整體運力資源最優(yōu)。



圖1為多線路協(xié)調(diào)調(diào)度總體流程圖； 圖2為生成單線路發(fā)車時刻表流程圖； 圖3為生成多線路協(xié)調(diào)發(fā)車時刻表流程圖。
具體實施例 以下結(jié)合說明書附圖對本發(fā)明的具體實施方式
進行說明 請參閱圖1所示，為多線路協(xié)調(diào)調(diào)度總體流程圖。圖2為生成單線路發(fā)車時刻表流程圖。圖3為生成多線路協(xié)調(diào)發(fā)車時刻表流程圖。
選取北京市53路、122路公交車進行算法驗證，計算時段為早高峰7:00～9:00，線路基礎(chǔ)數(shù)據(jù)如表3 (表3)線路基礎(chǔ)數(shù)據(jù)(53、122路) 第一步，判斷線路關(guān)聯(lián)程度，計算線路重復(fù)率 可知兩條線路屬于密切關(guān)聯(lián)，且重復(fù)站點為連續(xù)站點。
第二生成單線路發(fā)車時刻表 根據(jù)公交IC卡數(shù)據(jù)統(tǒng)計得到，53路日客流量約為12700人次，早高峰客流量約為1680人次，122路日客流量約為18000人次，早高峰客流量約為2500。因此主要調(diào)整53路發(fā)車時刻表。具體統(tǒng)計結(jié)果如表4 (表4)公交IC卡數(shù)據(jù)統(tǒng)計結(jié)果
第二步，生成初始53路單線路發(fā)車時刻表 由 得到， h53up≈9，h53down≈8 同理，有h122up＝6，h122down＝5 53路下行方向發(fā)車時刻表如表5 (表5)單線路發(fā)車時刻表
第三步，計算發(fā)車間隔調(diào)整范圍。
以53路下行方向為例調(diào)整發(fā)車間隔，調(diào)整時間以分鐘為單位，η取0.3。計算調(diào)整Δ備選值范圍為 故取整為Δ＝[1，2，3，4] 第四步，生成多線路協(xié)調(diào)發(fā)車時刻表。將Δ代入公式(1) 計算求得最優(yōu)Δ＝4，h531＝12 考慮53路與122路重復(fù)運行站段影響因素，根據(jù)IC卡數(shù)據(jù)統(tǒng)計重復(fù)運行站段小時最大斷面客流量53路下行方向約為300，122路上行方向約為380，平均滿載率約為70％，計算重復(fù)運行站段發(fā)車間隔需求值 計算最優(yōu)發(fā)車間隔h2k 因此，最優(yōu)發(fā)車間隔為10分鐘。
故53路下行方向發(fā)車時刻表調(diào)整后如下表 (表6)53路下行方向調(diào)整后發(fā)車時刻表
53路上行方向調(diào)整發(fā)車間隔方法同上，可得上行最優(yōu)發(fā)車間隔為10min。。
在該試驗中，根據(jù)GPS和公交IC卡數(shù)據(jù)估算，調(diào)整方案確定后，53路早高峰時段發(fā)車班次減少5班，運力節(jié)約18％；乘客平均增加等待時間約31秒，線路滿載率平均約上升2％。對于單個乘客而言損失較少。由于122路發(fā)車間隔未做改變，運行中將在重復(fù)站段將承擔(dān)更多客流。對線路運行而言，節(jié)省了線路車輛資源和運營成本?？梢灶A(yù)見，配合其他車輛調(diào)度形式，如區(qū)間車、大站快車等，效果會更加顯著。
最后應(yīng)說明的是以上實施例僅用以說明本發(fā)明而并非限制本發(fā)明所描述的技術(shù)方案；因此，盡管本說明書參照上述的實例對本發(fā)明已進行了詳細的說明，但是，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，仍然可以對本發(fā)明進行修改或等同替換；而一切不脫離發(fā)明的精神和范圍的技術(shù)方案及其改進，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
權(quán)利要求
1.一種公共交通多線路靜態(tài)協(xié)調(diào)調(diào)度方法，以車載GPS與公交IC卡POS機終端為采集基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的設(shè)備，其特征在于，所述的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)包括基于IC卡數(shù)據(jù)以及基于GPS數(shù)據(jù)；在上述基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上進行的調(diào)度方法包括以下步驟
判斷線路間關(guān)聯(lián)程度；生成單線路發(fā)車時刻表；計算發(fā)車間隔調(diào)整范圍；生成多線路協(xié)調(diào)發(fā)車時刻表；
所述的IC卡數(shù)據(jù)包括各時段車輛在站點上、下車客流量各時段公交線路；站點總客流量；各時段站點乘客到達率；每日各時段公交線路最大斷面客流量；各時段線路滿載率；
所述的GPS數(shù)據(jù)包括到/離站時間、?？空緯r間；各時段站點間路段行程時間；每日各時段線路周轉(zhuǎn)時間；
所述的路間關(guān)聯(lián)程度包括線路重復(fù)率及換乘率，并與其成為正比率對應(yīng)關(guān)系；
所述的生成單線路發(fā)車時刻表包括計算某一特定時段線路上、下行方向平均發(fā)車間隔的初始值根據(jù)發(fā)車間隔生成線路初始發(fā)車時刻表；
所述的計算發(fā)車間隔調(diào)整范圍，優(yōu)先調(diào)整客流量較小的線路發(fā)車時刻表；以發(fā)車時間為中心點，調(diào)整最小發(fā)車間隔與初始值的差的時間下限，以及最大發(fā)車間隔與初始值的時間上限；
所述的生成多線路協(xié)調(diào)發(fā)車時刻表包括；計算發(fā)車間隔初始優(yōu)化值，計算發(fā)車間隔二次優(yōu)化值，根據(jù)發(fā)車間隔最優(yōu)值，生成多線路協(xié)調(diào)調(diào)度發(fā)車時刻表。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種公共交通多線路靜態(tài)協(xié)調(diào)調(diào)度方法，其特征在于所述的線路重復(fù)率的計算方法為
α線路重復(fù)率
Si，j線路i與線路j重復(fù)的站點數(shù)
Si線路i的站點數(shù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種公共交通多線路靜態(tài)協(xié)調(diào)調(diào)度方法，其特征在于所述的換乘率的計算方法為
θ線路k，l間的換乘率；
pcl，k線路l的班次c換乘到線路k的乘客數(shù)量；
pl，ic線路l的班次c到達換乘站點i站時的載客量。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種公共交通多線路靜態(tài)協(xié)調(diào)調(diào)度方法，其特征在于所述的平均發(fā)車間隔的初始值為
計算線路k上、下行方向配車數(shù)
并且使hkup，hkdown滿足從而確定線路k上、下行方向發(fā)車間隔初始值；其中，
hkup，hkdown分別為線路k上、下行發(fā)車間隔；
Dmaxup，Dmaxdown分別為線路k上、下行小時最大斷面客流量，根據(jù)IC卡數(shù)據(jù)統(tǒng)計得到，單位人次/小時；
Ck為線路k車輛額定載客量；
Okup，Okdown分別為線路k上、下行滿載率，根據(jù)公交IC卡數(shù)據(jù)統(tǒng)計得到；
Tkup，Tkdown分別為線路k上、下行單程行車時間；
Bkr為線路k需調(diào)配車數(shù)；
Bkup，Bkdown分別為線路k上、下行方向需調(diào)配車數(shù)；
Bk為線路k車輛總數(shù)；
λ為定量系數(shù)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種公共交通多線路靜態(tài)協(xié)調(diào)調(diào)度方法，其特征在于所述發(fā)車間隔初始優(yōu)化值為
h1k＝Δ+hk
ΔTw各線路節(jié)省的乘客總等待時間(增加的等待時間)；
Tki為線路k乘客在站點i等待某班次的時間；
qki為線路k在站點i的乘客到達率；
hk線路k的發(fā)車間隔；
Δ發(fā)車間隔調(diào)整值。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種公共交通多線路靜態(tài)協(xié)調(diào)調(diào)度方法，其特征在于所述發(fā)車間隔初始優(yōu)化值進行二次優(yōu)化為
hki重復(fù)運行站段i的發(fā)車間隔需求值；
Dmaxi重復(fù)運行站段i的小時最大斷面客流量；
l重復(fù)運行站段i包含的重復(fù)線路條數(shù)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種公交多線路靜態(tài)協(xié)調(diào)調(diào)度方法，專用于多條公交線路之間、公交線路與地鐵線路間的靜態(tài)協(xié)調(diào)調(diào)度。以車載GPS與公交IC卡POS機終端為采集基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的設(shè)備，基礎(chǔ)數(shù)據(jù)包括基于IC卡數(shù)據(jù)以及基于GPS數(shù)據(jù)；包括判斷線路間關(guān)聯(lián)程度；生成單線路發(fā)車時刻表；計算發(fā)車間隔調(diào)整范圍；生成多線路協(xié)調(diào)發(fā)車時刻表；通過計算線路之間重復(fù)率與換乘率，在線路有限的車輛資源約束條件下，計算線路發(fā)車間隔初始值，以乘客等待時間增加最小為優(yōu)化目標(biāo)，對發(fā)車間隔進行初步優(yōu)化，以重復(fù)站段斷面客流對發(fā)車間隔的需求不同為量化依據(jù)，對多線路發(fā)車間隔進行二次優(yōu)化，確定發(fā)車間隔最優(yōu)值，實現(xiàn)多線路協(xié)調(diào)發(fā)車，達到整體運力資源最優(yōu)。
文檔編號G08G1/01GK101789175SQ20101003382
公開日2010年7月28日 申請日期2010年1月8日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月8日
發(fā)明者陳艷艷, 陳紹輝 申請人:北京工業(yè)大學(xué)