基于ANP方法的公交車實時調(diào)度策略選擇研究＊

孫傳姣 王 磊 劉 飛

（交通運輸部公路科學(xué)研究院 北京 100088）

公交實時調(diào)度策略就是利用先進的技術(shù)手段，動態(tài)地獲取實時交通信息，實現(xiàn)對車輛的實時監(jiān)控和調(diào)度，使其能夠科學(xué)合理地運行，從而改善公交服務(wù)水平，提高乘客乘車的舒適度［1］.實時調(diào)度策略的方法有很多種，本文重點考慮滯站調(diào)度、跳站調(diào)度、短掉頭和發(fā)車調(diào)度4種調(diào)度策略［2－5］.

為了正確評價在公交實時調(diào)度策略選擇中的因素，需要確定影響策略選擇的因素，確定的指標(biāo)從乘客和公交公司兩方面考慮.在影響乘客的出行方面，有出行的時間、出行的費用、出行的方便性、舒適性等；影響公交公司的因素，主要包括實時調(diào)度策略的實時是否會影響運行的時間和效益，是否需要對司售人員進行培訓(xùn)，在實施方案的時候是否需要投入大量的成本，配置有關(guān)的配套設(shè)施，以及方案實施的難易程度［6－8］.

1 ANP的建模方法

采用網(wǎng)絡(luò)分析法（ANP）分析問題的步驟主要包含.

步驟1 問題描述，依據(jù)目標(biāo)、準(zhǔn)則構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)

首先對決策問題進行詳細(xì)的描述，包括該決策問題的目標(biāo)、準(zhǔn)則以及子目標(biāo).基于目標(biāo)、網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建ANP網(wǎng)絡(luò).典型ANP網(wǎng)絡(luò)如圖1所示，它由兩部分構(gòu)成：一部分是控制層或者稱為目標(biāo)、準(zhǔn)則層；另一部分是網(wǎng)絡(luò)層，網(wǎng)絡(luò)層是依據(jù)控制層的準(zhǔn)則而建立的，并且反映了在相應(yīng)目標(biāo)、準(zhǔn)則下網(wǎng)內(nèi)的元素或元素組是如何相互影響的.這體現(xiàn)ANP與AHP在結(jié)構(gòu)形式上的差異.此外，ANP可以依據(jù)各個準(zhǔn)則，分別構(gòu)建子網(wǎng)，每個子網(wǎng)由反映相應(yīng)控制準(zhǔn)則的元素組構(gòu)成.

圖1 ANP網(wǎng)絡(luò)

步驟2 確定兩兩比較方法，構(gòu)建無權(quán)重超矩陣 構(gòu)建無權(quán)重超矩陣Ws，即應(yīng)用兩種比較方法對元素進行兩兩比較.在構(gòu)建的過程中，首先以該網(wǎng)絡(luò)中某一元素組Cj中的元素ejl（l＝1，2，…，nj）作為準(zhǔn)則，按照元素ejl對元素組Ci中各元素的影響程度或按照元素組Ci中各元素對元素ejl的影響程度構(gòu)造判斷矩陣.

依次將Cj中的各元素作為準(zhǔn)則，將元素組Ci與元素組Cj中的元素兩兩比較，構(gòu)造各自的判斷矩陣，最后將各判斷矩陣的歸一化特征向量匯總到一個矩陣Wij中，最終可獲得無權(quán)重超矩陣Ws，該矩陣表示元素組Ci中的元素與元素組Cj中的元素之間的影響關(guān)系.

步驟3 構(gòu)建權(quán)重超矩陣，求得極限超矩陣

依據(jù)給定準(zhǔn)則對元素組進行成對比較，可獲得在某一準(zhǔn)則下反映元素組間關(guān)系的權(quán)重矩陣As，有了該權(quán)重矩陣，就可以獲得權(quán)重超矩陣，即以權(quán)重矩陣As乘以無權(quán)重超矩陣Ws得到權(quán)重超矩陣Wws.對權(quán)重超矩陣進行歸一化處理，得到極限超矩陣Wls.由于元素間存在依存與反饋關(guān)系，因而歸一化的過程是一個反復(fù)迭代、趨穩(wěn)的過程.

步驟4 極限相對優(yōu)先權(quán)的綜合，可選方案排序

對每一控制準(zhǔn)則的極限向量按照各準(zhǔn)則權(quán)重加總，主要是對各可選方案的權(quán)重加總.依據(jù)各可選方案的權(quán)重值排序.

2 基于ANP的方法調(diào)度策略選擇

某城市欲在公交走廊上實施實時調(diào)度策略，其具體情況如下：走廊內(nèi)最大高峰小時客流量為12 128人次，平均10 162人次，客流巨大，特別在早晚高峰的時候需要有針對性進行實時調(diào)度，此公交線路共設(shè)置站點20個，線路共有配車40輛.根據(jù)走廊的情況，高峰小時給出了具體的4種不同的調(diào)度策略，見表1.

表1 調(diào)度策略實施方案的比較

為了合理評價出合理的調(diào)度策略，采用ANP建模分析的方法對其進行分析.主要步驟如下.

1）描述目標(biāo)，建立網(wǎng)絡(luò)，如圖2.此圖為在ANP方法的軟件Super Decision中建立的公交系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)圖，其中的雙箭頭表示兩組之間有聯(lián)系，而圓弧表示在同組的元素之間有聯(lián)系.

圖2 公交實時調(diào)度策略評價的ANP網(wǎng)圖

2）確定兩兩比較方法，構(gòu)建無權(quán)重超矩陣.所有有相互關(guān)系的元素需要進行兩兩比較，原則是相對于準(zhǔn)則兩者的重要程度，用1～9之間的數(shù)字表示出來.表2給出方案一在族“經(jīng)濟因素”之間的重要程度比較.

表2 元素之間的關(guān)系表

表2第二行第四個單元格的數(shù)值1／5表示：對動態(tài)跳站調(diào)度策略而言，影響乘客的因素方面出行時間比出行習(xí)慣的改變重要，說明這種策略更關(guān)注的出行時間的節(jié)省.按照上面的方法，依次可以構(gòu)造多個判斷矩陣.將判斷矩陣進行組合組成無權(quán)重超矩陣如表3所列.

3）構(gòu)建權(quán)重超矩陣，求得極限超矩陣 在獲得無權(quán)重超矩陣后對各元素組進行組間比較，對元素組進行兩兩比較.考慮到線路的實際情況，以及公交提供的服務(wù)重點是對于乘客的影響因素，因此在進行元素比較的時候，乘客的因素更為重要，表3顯示對于方案選擇而言，各組因素間的比較，得到一個判斷矩陣如表4所列.

表3 無權(quán)重超矩陣

表4 組之間的關(guān)系表

如此，依各準(zhǔn)則進行元素組之間的比較，并將獲得的各判斷矩陣歸一化，然后合并，再與無權(quán)重矩陣相乘，即可獲得權(quán)重超矩陣，對權(quán)重超矩陣進行歸一化最終獲得如表5的極限超矩陣.

4）極限相對優(yōu)先權(quán)的綜合，可選方案排序?qū)Φ玫降膬?yōu)先權(quán)重值進行歸一化處理，得到圖3的決策優(yōu)先權(quán).

圖3 優(yōu)先權(quán)重值

通過ANP方法將調(diào)度方案選擇問題描述為一個具有依存、反饋關(guān)系的網(wǎng)絡(luò)，該方法與AHP方法相比更接近現(xiàn)實情況，能提高可選方案優(yōu)先權(quán)的精確度，減少因AHP局限性帶來的排序誤差大、甚至排序顛倒的現(xiàn)象，最終使得調(diào)度方案的選擇更為科學(xué).由圖3可以看出，在給定的情形下，四種策略中的實時放車調(diào)度和跳站調(diào)度的優(yōu)先權(quán)重值比較高，是需要優(yōu)先考慮的調(diào)度方式.短掉頭調(diào)度其次，滯站調(diào)度的效果不夠明顯.

3 結(jié)束語

本文利用ANP方法對公交實時調(diào)度策略選擇進行了評價，給出了四種不同的實時調(diào)度策略，分別為滯站調(diào)度、跳站調(diào)度、短掉頭和發(fā)車調(diào)度，為了評價四種策略的適應(yīng)性，本文引入ANP方法對策略進行評價，選擇了影響乘客因素和影響公交公司的12個方面的相互影響因素，基于網(wǎng)絡(luò)分析法進行了方案的優(yōu)化選擇.在給定的情形下，四種策略中的實時放車調(diào)度和跳站調(diào)度的優(yōu)先權(quán)重值比較高，是需要優(yōu)先考慮的調(diào)度方式.短掉頭調(diào)度其次，滯站調(diào)度的效果不夠明顯.

表5 極限超矩陣

［1］于 濱.城市公交系統(tǒng)模型與算法研究［D］.大連：大連理工大學(xué)交通學(xué)院，2006.

［2］牛學(xué)勤，陳 茜，王 煒.城市交通線路調(diào)度發(fā)車頻率優(yōu)化模型［J］.交通運輸工程學(xué)報，2003，3（4）：68－72.

［3］陳云新，譚漢松.公交車線路運營調(diào)度及評估系統(tǒng)的研究與實現(xiàn)［J］.武漢理工大學(xué)學(xué)報.2005，27（9）：97－100.

［4］宋 瑞，趙 航.基于機會約束的公交調(diào)度研究［J］.數(shù)學(xué)的實踐與認(rèn)識.2005，35（1）：89－95.

［5］戴連貴，劉正東.公交調(diào)度發(fā)車間隔多目標(biāo)組合優(yōu)化模型［J］.交通運輸系統(tǒng)工程與信息.2007，7（4）：43－46.

［6］鄒 迎.公交區(qū)域調(diào)度行車計劃編制方法.交通運輸系統(tǒng)工程與信息［J］.2007，7（3）：78－82.

［7］耿金花，高圣齊.序貫均勻設(shè)計在公交優(yōu)化調(diào)度問題中的應(yīng)用［J］.青島科技大學(xué)學(xué)報，2007，28（3）：263－266.

［8］周雪梅，楊曉光.基于ITS的公共交通換乘等待時間最短調(diào)度問題研究［J］.中國公路學(xué)報，2004，17（2）：82－84.