青島公交車智能調(diào)度系統(tǒng)的優(yōu)化研究＊

劉超，謝建新，蔡東嶺

（青島黃海學(xué)院，山東 青島 266520）

前言

智能公交車調(diào)度有利于減輕道路需求緊張，發(fā)展城市車輛途徑操縱的使用，緩解城市各方面負(fù)擔(dān)。在當(dāng)前階段智慧城市規(guī)劃的基礎(chǔ)上，提高城市公共交通運(yùn)輸能力城市公共發(fā)展的重點(diǎn)，因此，這就需要城市公共交通監(jiān)管部門以及城市公共交通運(yùn)輸部門都要對當(dāng)前的公共交通系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，提高其智能化水平，從而為“公交都市”的建設(shè)以及服務(wù)提供支撐，對此，提高城市公共交通調(diào)度的智能性和科學(xué)性、提高乘客的滿意度，減低運(yùn)輸成本成為當(dāng)前公交運(yùn)輸主要的研究課題。

1 實(shí)時(shí)公交調(diào)度優(yōu)化系統(tǒng)概述

公交實(shí)時(shí)調(diào)度模塊將對信息采集子系統(tǒng)所采集的動態(tài)公交信息進(jìn)行評價(jià)，即公交車的位置、乘客的數(shù)量、前后車廂的狀況、公交站點(diǎn)的乘客等，對公交需求進(jìn)行評價(jià)。對乘客和整個(gè)公交系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，并在公交車上進(jìn)行調(diào)度決策，并發(fā)送車輛實(shí)際時(shí)間的調(diào)度信息。調(diào)度信息將通過通信子系統(tǒng)傳送到公交車載通訊終端上，并可以通過多種模式提供給駕駛員。

在城市公共交通實(shí)時(shí)調(diào)度系統(tǒng)中，其主要過程為實(shí)現(xiàn)公交車在其路線上運(yùn)行的動態(tài)化調(diào)度，系統(tǒng)對公交車的運(yùn)程時(shí)間以及站點(diǎn)時(shí)間等信息進(jìn)行計(jì)算，并結(jié)合站點(diǎn)乘客的數(shù)量以及流動情況等，對公交車的發(fā)車班次以及時(shí)間間隔等進(jìn)行科學(xué)安排，從而減少乘客的候車時(shí)間，提高公共交通的服務(wù)質(zhì)量。

在公交智能化實(shí)時(shí)調(diào)度系統(tǒng)中，主要對以下幾點(diǎn)進(jìn)行優(yōu)化：

（1）城市公交車的通行能力進(jìn)行優(yōu)化；

（2）城市公交車的乘客運(yùn)載負(fù)荷能力的優(yōu)化；

（3）城市公交運(yùn)輸公司營運(yùn)能力的優(yōu)化；

（4）公交服務(wù)水平、乘客滿意度的優(yōu)化。

2 公交車智能調(diào)度系統(tǒng)模型

2.1 模型的建立

模型建立綜合考慮乘客出行需求和公交企業(yè)效益需求，以Sc（公交車上舒適滿意度）、Sω（乘客候車時(shí)間滿意度）、Ss(站點(diǎn)候車空間舒適滿意度)和Se（企業(yè)滿意度）加權(quán)平均值最大為目標(biāo)，由此獲得公交線路調(diào)度發(fā)車頻率優(yōu)化模型為如下：

式中：n—線路發(fā)車數(shù)量；uij—候車人數(shù)；h 表示公交車與公交車的時(shí)距，min；Cmax—公交車的乘客最大運(yùn)載數(shù)；Ci—站點(diǎn)i 的公交車?？繒r(shí)間以及通過效率；Cd—路徑d 內(nèi)公交車的整體通過性；Ck—整體公交線路中通過效率；L—乘客可以接受的候車時(shí)間；cop—公交運(yùn)輸公司的營運(yùn)成本；rop—公交的營運(yùn)收益；ω1、ω2、ω3、ω4—乘客候車時(shí)間滿意度，乘客候車空間滿意度，乘客乘車空間滿意度和運(yùn)輸公司滿意度的權(quán)重比例；Sω、Ss、Sc、Se—乘客等車時(shí)間長度滿意度。

2.2 模型的解法

通過模型建立，人數(shù)的需求是靠智能管理系統(tǒng)預(yù)測的，根據(jù)人數(shù)到達(dá)率的不同，通過解決上述問題來確定最佳車次的安排。

通過分析可以看出，上述模型是一個(gè)非線性規(guī)劃問題，因?yàn)楣怀鲂蓄A(yù)測和客流預(yù)測都是非線性過程。因此，使用簡單而直接的調(diào)度轉(zhuǎn)換解決方案過程：

step 1：首先，定義調(diào)度時(shí)間段的間隔限制和出發(fā)時(shí)間，并根據(jù)經(jīng)驗(yàn)設(shè)定出發(fā)間隔的初始值。

step2：根據(jù)公交運(yùn)輸線路的日常經(jīng)驗(yàn)情況，對各個(gè)站點(diǎn)候車人數(shù)以及乘客下車人數(shù)等信息進(jìn)行預(yù)測。

step3：根據(jù)一定的出發(fā)時(shí)間表計(jì)算公交車到達(dá)公交站點(diǎn)的時(shí)間。

step4：對每一輛公交車在行駛線路上各站點(diǎn)的上下車人數(shù)Aij和Bij，車內(nèi)人數(shù)Vij，等車超過時(shí)間限制或者乘客等車超次的人數(shù)uij進(jìn)行計(jì)算，并明確公交車離開站點(diǎn)的時(shí)間tij。

step5：計(jì)算滿意度函數(shù)Sω、Ss、Sc、Se。

step6：以1 分鐘能走的步行長度為單位，對發(fā)車間隔的時(shí)間進(jìn)行調(diào)整。

step7：最后，選擇出發(fā)時(shí)間間隔、乘客滿意度、企業(yè)效益滿意度和車輛舒適度滿意度作為最大目標(biāo)函數(shù)。

3 青島智能公交調(diào)度系統(tǒng)設(shè)計(jì)優(yōu)化

3.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

其系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)流程如圖1 所示。

圖1 公交智能調(diào)度系統(tǒng)的模塊設(shè)計(jì)圖

由圖可以看出，公交智能調(diào)度系統(tǒng)的主要關(guān)鍵部分是其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，其功能的劃分以及實(shí)現(xiàn)是提高系統(tǒng)成功性的主要因素。

3.2 系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)

在實(shí)際應(yīng)用中，智能化調(diào)度系統(tǒng)的功能框架如圖2 所示。

圖2 智能化公交系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)圖

由上圖可以看出，公交智能調(diào)度系統(tǒng)的主要功能可以歸納為“一個(gè)中心、三個(gè)系統(tǒng)”，其中，信息采集模塊主要作用為對乘客、公交車以及站點(diǎn)停靠等信息的獲?。恍畔⑻幚聿糠种饕w了對采集數(shù)據(jù)的處理，一般在公交公司的內(nèi)部完成；最后，系統(tǒng)將處理并得出的調(diào)度方案等信息進(jìn)行發(fā)布，協(xié)助公交公司完成對公交車日常的智能調(diào)度以及運(yùn)行監(jiān)管等工作。

3.3 系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)

為獲取乘客人數(shù)、公交到站的時(shí)間以及智能調(diào)度方案三者之間的聯(lián)系，從而得到實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，選擇4 路公交車為例進(jìn)行實(shí)例分析，對其當(dāng)前的運(yùn)力、狀況、調(diào)度、效益等進(jìn)行了詳細(xì)的智能調(diào)查，研究青島開發(fā)區(qū)4 路公交路線的站點(diǎn)上下車人數(shù)和車輛到達(dá)時(shí)間。智能調(diào)度系統(tǒng)如圖所示。

圖3 智能公交調(diào)度系統(tǒng)圖

表1 智能公交調(diào)度方案

由表1 可以看出，在節(jié)假日客流量比較多的時(shí)段，智能調(diào)度系統(tǒng)可以較好的完成對4 路公交的調(diào)度，在早高峰和晚 高峰等時(shí)段車次數(shù)量明顯增多，實(shí)現(xiàn)了乘客出行的最大滿意度，具體優(yōu)化的效果如表2 所示。

表2 智能調(diào)度系統(tǒng)優(yōu)化效果

據(jù)統(tǒng)計(jì)，在節(jié)假日的高峰期間從靈山衛(wèi)至家佳源活動期間運(yùn)行時(shí)間縮短了12min；黃海學(xué)院至家佳源?？繒r(shí)間縮短了15s，運(yùn)行時(shí)間縮短了14min；瑞海花園北至家佳源?？繒r(shí)間縮短了12s，運(yùn)行時(shí)間縮短了10min；最后石油大學(xué)至家佳源?？繒r(shí)間縮短了15s，運(yùn)行時(shí)間縮短了3min。在此期間從始發(fā)站到家佳源客流量及車輛運(yùn)行等方面造成了公交車載客流量過多，候車時(shí)間比平時(shí)時(shí)間久，影響道路車輛擁堵等情況。

優(yōu)化的方法主要是縮短發(fā)車間距增加車輛然后對活動期間客流量、道路擁堵程度進(jìn)行了優(yōu)化不僅滿足了該公交線路順利運(yùn)行的需求，同時(shí)還有效實(shí)現(xiàn)乘客以及公交集團(tuán)的最大社會效益值。

4 結(jié)語

研究了公交線路調(diào)度頻率優(yōu)化的優(yōu)化建模。在GPS、通信和計(jì)算機(jī)技術(shù)的支持下，使得乘客站點(diǎn)候車時(shí)間、空間、乘車空間以及城市公交運(yùn)輸企業(yè)滿意度得到最大化。目標(biāo)是通過優(yōu)化城市公交線路發(fā)生班次、間隔，構(gòu)建城市公交車智能調(diào)度的優(yōu)化模型，并通過實(shí)例分析，驗(yàn)證了系統(tǒng)的可行性。