基于蟻群算法在雅安市公交網(wǎng)線的優(yōu)化

易彩君++張明權(quán)++劉娟++熊梅毎

摘 要：雅安市是旅游之城，旅游業(yè)是雅安市一大經(jīng)濟支柱，但其交通情況不容樂觀：公交車上太擠、停車時間不合理、司機服務(wù)態(tài)度差、車內(nèi)衛(wèi)生條件極差、有些站點距離太短。出租車與公交車出現(xiàn)惡性競爭。而最近雅安政府正推行文明雅安的政策。因此文章以雅安市的公交網(wǎng)線為研究對象、此研究基于雅安市的公交線分布的實際情況，以及地理特點，運用李煒提出的“逐條布設(shè)，優(yōu)化成網(wǎng)”法，并通過對雅安市公交線的設(shè)計方案、運營方案調(diào)查、相關(guān)地面公交線路、站點現(xiàn)狀分布調(diào)查。地面公交現(xiàn)狀與出租車的協(xié)調(diào)程度，以及存在的問題分析。對公交線建立優(yōu)化目標(biāo)，提出優(yōu)化的約束條件、優(yōu)化模型、分析雅安市居民出行方式分析，最后運用蟻群算法優(yōu)化雅安市公交網(wǎng)線，運用MATLAB軟件求解，此模型優(yōu)化4條公交線。并對公交服務(wù)提出建議，解決雅安市存在的公交詬病，讓雅安市居民的出行更加舒心，出租車和公交理性合作，提高雅安市公交的運載能力。

關(guān)鍵詞：蟻群算法；MATLAB；公交服務(wù)；文明雅安

符號說明

⑴轉(zhuǎn)移概率 的計算公式：

⑵啟發(fā)式因子計算公式：

⑶信息素計算公式

當(dāng)螞蟻完成1次周游后，各路程上的信息素為：

1 引言

1.1 研究背景

隨著中國社會的快速發(fā)展，許多大中小城市出現(xiàn)了交通擁堵，公交服務(wù)態(tài)度下降，公交供不應(yīng)求的現(xiàn)象，這就是所謂的“交通病”。從20世紀(jì)90年代以來，四川旅游業(yè)進入了高速發(fā)展的階段，旅游業(yè)對整個四川省GDP的貢獻也在不斷提高[1]。旅游的六大要素是“吃、住、行、游、購、娛”，不管是在到達旅游目的地之前，還是在到達之后，交通都是極其重要的。但由于四川復(fù)雜的地形造成了四川省與國內(nèi)其他地區(qū)，四川省內(nèi)不同地區(qū)之間交通發(fā)展的困難。而一個地區(qū)如果沒有相應(yīng)的交通運輸網(wǎng)的支撐，即使有豐富的旅游資源，也無法充分發(fā)揮其旅游經(jīng)濟價值，其旅游業(yè)的發(fā)展必然會受到嚴重的制約。因此，通過對四川省交通網(wǎng)與旅游業(yè)發(fā)展的相關(guān)性及應(yīng)用進行研究，對于緩解交通運輸網(wǎng)的瓶頸制約，促進旅游業(yè)的發(fā)展有一定的理論意義和實踐價值。

雅安市是旅游之城，旅游業(yè)是雅安市一大經(jīng)濟支柱，但其交通情況不容樂觀：公交車上太擠、停車時間不合理、司機服務(wù)態(tài)度差、車內(nèi)衛(wèi)生條件極差、有些站點距離太短。出租車與公交車出現(xiàn)惡性競爭。而最近雅安政府正推行文明雅安的政策。

1.2 研究意義

因此以雅安市的公交網(wǎng)線為研究對象、設(shè)計一條優(yōu)化的雅安市公交路線。本研究基于雅安市的實際情況，以及地理特點，運用蟻群算法優(yōu)化公交網(wǎng)線，并提出建議，解決雅安市存在的公交詬病，讓雅安市居民的出行更加舒心，出租車和公交理性合作，提高雅安市公交的運載能力。

2 蟻群算法原理[2]

2.1 蟻群算法流程圖

⑴蟻群算法流程，如圖1所示：

該算法建立數(shù)學(xué)模型的基本思路是：把數(shù)量為m的螞奴隨機放置在n個節(jié)點上，由算法的各項參數(shù)確定螞奴的轉(zhuǎn)移概率P，其中P值越大，螞蟻選擇該節(jié)點的可能性就越大。每只螞奴有一個自己的轉(zhuǎn)移禁忌表（Tabu list），每路過一個節(jié)點，就要把該節(jié)點列入禁忌中并在該節(jié)點于上一個節(jié)點間留下一定濃度的信息素，后來的螞奴根據(jù)轉(zhuǎn)移概率和節(jié)點間信息素的濃度選擇下一節(jié)點，經(jīng)過一定時間的搜索，較優(yōu)路徑上的信息素濃度會越來越高，選擇該路徑的螞蟻會越來越多，從而形成正反饋，最終找到最優(yōu)路徑。

2.2 蟻群算法相關(guān)參數(shù)的確定

蟻群算法相關(guān)參數(shù)的確定，影響著算法的準(zhǔn)確性，和可行性，如果參數(shù)取得不當(dāng)，有可能使得搜索的螞蟻進入滯后，所以確定蟻群算法的相關(guān)參數(shù)是非常重要的。在閱讀了大量文獻和分析雅安交通網(wǎng)線的實際分布得出蟻群參數(shù)如下：

3 雅安市公交線路規(guī)劃

3.1 雅安市公交網(wǎng)線分布現(xiàn)狀分析

由各路公交的地圖我們可以看出線路大概都是以直線為主，都集中在人群比較密集的地方，在二路公交路線分布中我們可以看到，有些站點過于密集，有些過于稀疏，4路、5路所覆蓋的地方不大。我們把個路公交的站點轉(zhuǎn)化為序號，即從一路的起點按順序遍即1、2、3、....n

運用網(wǎng)路圖顯示各個站點位置分布情況，如圖2所示。

據(jù)了解，此前，雅安市市區(qū)內(nèi)已經(jīng)開通了6條公交車線路，共有78輛公交車，加之目前即將開通的兩路公交線路，雅安市的公交線路將基本覆蓋市區(qū)的主要干道，以及名山縣和雨城區(qū)草壩鎮(zhèn)。9路公交車往返市區(qū)旅游車站至對巖鎮(zhèn)，經(jīng)北二路、南二路、大北街、大南街、住院部、木城街口、西門南路、龍崗山公墓、龍崗村、火夾灣大橋、坎坡村、對巖中心校、對巖13個站點，全長8公里，單邊用時半小時，資費1元。9路公交車的開通，為雅安市市民出行提供了新的路線選擇，充實了公交線路，對提升城市形象，延伸城市觸角起到了積極的作用。9路城市公交即將上線服務(wù)市民。我們以1路到五路為例規(guī)劃雅安市的公交網(wǎng)絡(luò)，再推廣到新增線路的規(guī)劃方法。

3.2 公交規(guī)劃的方法[3]

⑴公交線路確定并已知

⑵公交線路直接吸引客流量和路線客流限制條件已知

⑶常規(guī)公交客運需求OD量已知

接運公交線網(wǎng)規(guī)劃通常采用兩種方法。

1）逐條選法

每次在備選接運站點集{N}中選出一個接運站點，在該站點上搜索出一條最優(yōu)（接運效率最大）的接運公交路線，然后調(diào)整軌道交路線上的客流量，進行下一條接運路線的選取直至沒有可行的接運站點或沒有可行的接運公交路線，每次所選中的路線構(gòu)成接運公交線網(wǎng)。

2）路線推薦法

在各個可行接運站點上分別搜索一條或幾條最優(yōu)接運路線作為推薦接運路線，由決策者根據(jù)實際情況酌情進行選取，組成接運公交線網(wǎng)。

3.3 雅安市公交線路規(guī)劃過程[4]

⑴確定雅安市待調(diào)整線路的走向和各線路服務(wù)范圍內(nèi)的站點。

⑵根據(jù)待調(diào)整公交路線的調(diào)整方法，確定待規(guī)劃的站點。

⑶通過調(diào)查和分析，確定公交盲區(qū)的新增站點。

⑷通過調(diào)查發(fā)現(xiàn)，雅安市部分站點過于密集，于是實行站點合并。

⑸對客流吸引或發(fā)生量過大的站點實行分流政策。（假如A站的客流量是其平均流量的4倍，則把該站點分為 即螞蟻在搜索中搜索4次。

⑹建立居民出行方式目標(biāo)函數(shù)，作為公交線路的篩選條件。

3.3.1部分站點距離矩陣

3.3.2 根據(jù)以上方法對雅安的公交進行規(guī)劃如下

根據(jù)產(chǎn)生和吸引的客流量確定公交起點。對起點進行配對以構(gòu)成公交線網(wǎng)。以兩點間距離最短為目標(biāo)確定線路走向，以起點間距離最短擬設(shè)備選線路。設(shè)置線路長度限制條件，運用蟻群算法篩選備選路線。計算備選線路的直達客流量，將客流量最大的線路選入公交線網(wǎng)。

修正矩陣[5]，對其余起點繼續(xù)配對，將優(yōu)化后的路線逐條添加到公交網(wǎng)線中。優(yōu)化雅安市公交收集數(shù)據(jù)流程，如圖3所示。

3.4 雅安市公交網(wǎng)線優(yōu)化結(jié)果分析

對MATLAB得出的結(jié)果進行分析得出規(guī)劃后的路線如表3所示。

4 對雅安市公交服務(wù)的建議

4.1 雅安市公交存在的問題

⑴公交車上太擠。

⑵停車時間不合理。

⑶司機服務(wù)態(tài)度差。

⑷車內(nèi)衛(wèi)生條件極差。

⑸雨城區(qū)沒有公交站牌，外省的根本不知道該怎么搭公車。

⑹車內(nèi)沒有站點提示。

4.2 對雅安市公交服務(wù)提出合理建議

⑴改良公交網(wǎng)線讓公車的行駛更加暢通，對于人流多的站點應(yīng)該實行分流政策。

⑵根據(jù)優(yōu)化的公交網(wǎng)線合理調(diào)配停車時間，較少交通擁擠。

⑷改良公交司機的服務(wù)態(tài)度以及衛(wèi)生條件，貼相應(yīng)的標(biāo)語提醒乘客注意車內(nèi)衛(wèi)生，讓乘客乘車更加舒心，提高公交的載客競爭力。

⑷車內(nèi)設(shè)提示語音，防止乘客走錯站點，并在各個站點設(shè)計公交站牌。

⑸對于站點密集的地方實行站點合并，讓站點的分布更加合理。