專利名稱：一種基于時(shí)變客流的城市公交運(yùn)營協(xié)調(diào)方法與裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于城市公交管理技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于時(shí)變客流的城市公交運(yùn)營 協(xié)調(diào)方法與裝置。
背景技術(shù)：
現(xiàn)代化社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，客觀上要求各種公共交通方式之間實(shí)現(xiàn)有效銜接，從而 最大限度地提高公共交通的吸引力。城市軌道交通與常規(guī)公交的協(xié)調(diào)體現(xiàn)在三個(gè)方面，分 別是體制協(xié)調(diào)、規(guī)劃協(xié)調(diào)和運(yùn)營協(xié)調(diào)。本發(fā)明著重解決軌道交通與常規(guī)公交運(yùn)營協(xié)調(diào)中技 術(shù)層面的問題，即調(diào)度協(xié)調(diào)問題。目前有傳統(tǒng)的公交車輛調(diào)度方法、靜態(tài)調(diào)度協(xié)調(diào)和動(dòng)態(tài)調(diào) 度協(xié)調(diào)三種。傳統(tǒng)的公交車輛調(diào)度多是采用經(jīng)驗(yàn)法，即參考線路的平均客流量情況和線路的計(jì) 劃配車數(shù)，從而確定車輛發(fā)車間隔和車輛配置、人員配班，雖然該方法具有一定的實(shí)用性， 但存在著明顯的不足，帶有較大的盲目性，并且很難保證乘客的出行效率以及公交的運(yùn)營 效率。靜態(tài)調(diào)度協(xié)調(diào)技術(shù)的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)是平均客流量等經(jīng)驗(yàn)值，并且在確定公交車發(fā)車間隔 時(shí)，綜合考慮了運(yùn)營商和乘客的效益。然而，在實(shí)際運(yùn)營中，由于多種隨機(jī)因素干擾，公交車 輛的運(yùn)行并不能嚴(yán)格遵循時(shí)刻表，同時(shí)客流需求也是實(shí)時(shí)變化的，這種雙重不確定性，在傳 統(tǒng)的靜態(tài)調(diào)度協(xié)調(diào)中并不能得到體現(xiàn)，使得由靜態(tài)調(diào)度協(xié)調(diào)模型得到的行車計(jì)劃在實(shí)際中 難以保證其實(shí)施效果。在出行者日益關(guān)注出行質(zhì)量的當(dāng)前形勢下，有必要開發(fā)一種基于實(shí) 際公交網(wǎng)絡(luò)雙重不確定性的動(dòng)態(tài)調(diào)度協(xié)調(diào)技術(shù)。由于目前缺乏面向?qū)嶋H應(yīng)用、綜合考慮公 交多源時(shí)變數(shù)據(jù)的調(diào)度協(xié)調(diào)模型，城市常規(guī)公交與軌道交通難以實(shí)現(xiàn)運(yùn)營協(xié)調(diào)，造成乘客 換乘效率低、公交服務(wù)水平低下，且高峰時(shí)段公交資源分配不合理現(xiàn)象尤為突出，在很大程 度上抑制了公交的吸引力。在此背景下，本發(fā)明利用公交時(shí)變客流數(shù)據(jù)和公交GPS數(shù)據(jù)，開 發(fā)了面向應(yīng)用的城市公交調(diào)度協(xié)調(diào)方法和裝置，從而實(shí)現(xiàn)在動(dòng)態(tài)情況下常規(guī)公交銜接軌道 交通的調(diào)度協(xié)調(diào)。本發(fā)明以時(shí)變數(shù)據(jù)為實(shí)施基礎(chǔ)，及時(shí)把握客流需求的時(shí)變性和公交運(yùn)行的不確定 性，將不確定性問題轉(zhuǎn)化為提前預(yù)知、并及時(shí)做出響應(yīng)的問題，為公交調(diào)度提供更為科學(xué)的 方法。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)上述背景技術(shù)中現(xiàn)有城市公交管理中公交資源分配不合理、乘客換乘效率低 等問題，本發(fā)明提出了一種基于時(shí)變客流的城市公交運(yùn)營協(xié)調(diào)方法與裝置。本發(fā)明的技術(shù)方案是，一種基于時(shí)變客流的城市公交運(yùn)營協(xié)調(diào)方法，其特征是該 方法包括以下步驟步驟1 利用公交GPS數(shù)據(jù)對(duì)車輛行程時(shí)間進(jìn)行預(yù)測，推算出車輛在換乘站的到站 時(shí)間間隔；步驟2 根據(jù)動(dòng)態(tài)客流量，確定公交運(yùn)營的擁擠里程比例表達(dá)式；
步驟3 根據(jù)步驟1得到的車輛在換乘站的到站時(shí)間間隔，建立換乘乘客平均候車 時(shí)間表達(dá)式；步驟4 對(duì)運(yùn)營商成本進(jìn)行分析，進(jìn)而完成公交調(diào)度協(xié)調(diào)總表達(dá)式的建立；步驟5 采用基于快速分類的非支配遺傳算法對(duì)步驟4的公交調(diào)度協(xié)調(diào)總表達(dá)式 求解，輸出所選擇線路的運(yùn)營協(xié)調(diào)方案；步驟6 通過網(wǎng)絡(luò)將運(yùn)營協(xié)調(diào)方案發(fā)送至公共交通網(wǎng)絡(luò)調(diào)度指揮中心。所述車輛行程時(shí)間預(yù)測的方法為對(duì)于擁擠的線路，采用基于時(shí)間點(diǎn)指數(shù)法的方 法預(yù)測；對(duì)于非擁擠的線路，采用基于指數(shù)平滑法的方法預(yù)測。所述擁擠里程比例表達(dá)式為滿載率超過期望滿載率閾值上限的公交出行里程占 公交出行總里程的百分比。所述換乘乘客平均候車時(shí)間表達(dá)式根據(jù)乘客換乘方式，其建立方法如下1)乘客從軌道交通換乘常規(guī)公交時(shí)的平均候車時(shí)間表達(dá)式將換乘乘客分為直 接換乘和非直接換乘兩種，按兩者分擔(dān)的比例，表示特定公交車輛到達(dá)間隔內(nèi)客流到站時(shí) 間分布概率密度，從而得到該特定公交車輛到達(dá)間隔內(nèi)客流平均候車時(shí)間，對(duì)于軌道交通 換乘常規(guī)公交構(gòu)成一對(duì)多的換乘系統(tǒng)，可通過換乘人數(shù)對(duì)各條線路進(jìn)行加權(quán)，從而獲得運(yùn) 營協(xié)調(diào)線路的換乘乘客平均候車時(shí)間；2)乘客從常規(guī)公交換乘軌道交通時(shí)的平均候車時(shí)間表達(dá)式常規(guī)公交換乘軌道 交通的平均候車時(shí)間的確定分兩種情況，對(duì)于軌道交通發(fā)車間隔密集的情況，乘客到站平 均候車時(shí)間為發(fā)車間隔的一半；對(duì)于軌道交通發(fā)車間隔較大的情況，則視為常規(guī)公交換乘 至軌道交通的客流無乘客滯留的情況，控制常規(guī)公交到站時(shí)間，使軌道交通離站時(shí)間與換 乘乘客到達(dá)軌道車站的時(shí)間間隔最小。所述公交調(diào)度協(xié)調(diào)總表達(dá)式包括運(yùn)營商成本、擁擠里程比例和換乘乘客平均候車 時(shí)間。一種基于時(shí)變客流的城市公交運(yùn)營協(xié)調(diào)裝置，其特征是所述裝置包括數(shù)據(jù)讀取裝 置、行程時(shí)間估算裝置、廣義成本解析裝置、運(yùn)營協(xié)調(diào)方案生成裝置和方案輸出裝置；數(shù)據(jù) 讀取裝置分別與行程時(shí)間估算裝置和廣義成本解析裝置連接；行程時(shí)間估算裝置和廣義成 本解析裝置連接；廣義成本解析裝置和運(yùn)營協(xié)調(diào)方案生成裝置連接；運(yùn)營協(xié)調(diào)方案生成裝 置和方案輸出裝置連接；數(shù)據(jù)讀取裝置用于獲取所選擇線路的實(shí)時(shí)客流量和公交GPS響應(yīng)數(shù)據(jù)，為整個(gè)運(yùn) 營協(xié)調(diào)過程提供了數(shù)據(jù)支持，其數(shù)據(jù)輸出至行程時(shí)間估算裝置和廣義成本解析裝置；行程時(shí)間估算裝置用于對(duì)公交車輛行程時(shí)間進(jìn)行預(yù)測，并以此推算車輛在換乘站 的到站時(shí)間間隔，使其可被下一裝置的運(yùn)行直接利用；廣義成本解析裝置用于對(duì)包括擁擠里程比例、換乘乘客平均候車時(shí)間和運(yùn)營商成 本的廣義成本進(jìn)行分析，完成公交調(diào)度協(xié)調(diào)總表達(dá)式的建立； 運(yùn)營協(xié)調(diào)方案生成裝置接收來自廣義成本解析裝置所建立的公交調(diào)度協(xié)調(diào)總表 達(dá)式，采用基于快速分類的非支配遺傳算法對(duì)總表達(dá)式進(jìn)行優(yōu)化處理，得到運(yùn)營協(xié)調(diào)方 案；方案輸出裝置用于實(shí)現(xiàn)對(duì)運(yùn)營協(xié)調(diào)方案儲(chǔ)存及輸出，可將運(yùn)營協(xié)調(diào)方案通過網(wǎng)絡(luò) 發(fā)送至外部需求用戶。
本發(fā)明提出了一種動(dòng)態(tài)的公交運(yùn)營協(xié)調(diào)方法，實(shí)現(xiàn)了公交資源的合理分配和有效 利用，提高了公交服務(wù)水平，解決了目前城市公交領(lǐng)域不同交通方式間的運(yùn)營協(xié)調(diào)問題。


圖1是運(yùn)營協(xié)調(diào)方法流程圖。圖2是運(yùn)營協(xié)調(diào)裝置結(jié)構(gòu)圖。圖3是線路選擇界面。圖4是公交車輛行程時(shí)間預(yù)測流程圖。圖5是基于快速分類的非支配遺傳算法的求解流程。
圖6是公交線路參數(shù)設(shè)定界面。圖7是運(yùn)營協(xié)調(diào)結(jié)果示例。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖，對(duì)優(yōu)選實(shí)施例作詳細(xì)說明。應(yīng)該強(qiáng)調(diào)的是，下述說明僅僅是示例性 的，而不是為了限制本發(fā)明的范圍及其應(yīng)用。一種基于時(shí)變客流的城市公交運(yùn)營協(xié)調(diào)裝置是依據(jù)一種基于時(shí)變客流的城市公 交運(yùn)營協(xié)調(diào)方法設(shè)計(jì)而來的，該方法流程圖如圖1所示。依據(jù)該方法流程設(shè)計(jì)出的裝置由五個(gè)部分組成，其結(jié)構(gòu)如圖2所示，分別為數(shù) 據(jù)讀取裝置、行程時(shí)間估算裝置、廣義成本解析裝置、運(yùn)營協(xié)調(diào)方案生成裝置和方案輸出裝 置。其中，運(yùn)營協(xié)調(diào)部分是本發(fā)明的核心，包括廣義成本解析裝置和運(yùn)營協(xié)調(diào)方案生成裝 置，各部分運(yùn)行過程如下一 .數(shù)據(jù)讀取裝置通過線路選擇界面(如圖3所示)選擇擬協(xié)調(diào)的軌道交通線 路，從提供的換乘站點(diǎn)和相關(guān)公交線路列表中，選擇需要協(xié)調(diào)的站點(diǎn)和線路，裝置記錄下所 選公交線路標(biāo)識(shí)號(hào)碼后，向公交調(diào)度指揮中心服務(wù)器發(fā)送請(qǐng)求，獲取實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)客流量和公 交GPS的響應(yīng)數(shù)據(jù)。其中獲取的GPS響應(yīng)數(shù)據(jù)為優(yōu)化時(shí)刻前的GPS記錄，包括經(jīng)度、緯度以 及時(shí)間段；動(dòng)態(tài)客流量數(shù)據(jù)為以每15分鐘為單位的指定公交線路的動(dòng)態(tài)客流量組成的二 維表。二 .行程時(shí)間估算裝置接收數(shù)據(jù)讀取裝置傳輸?shù)墓籊PS數(shù)據(jù)，模糊匹配經(jīng)度、 緯度坐標(biāo)以識(shí)別站點(diǎn)信息，根據(jù)擬實(shí)施協(xié)調(diào)的公交站點(diǎn)，確定其對(duì)應(yīng)的時(shí)間點(diǎn)、與發(fā)車時(shí)刻 的差值，即為公交車輛自始發(fā)站至指定站點(diǎn)的歷史行程時(shí)間。依據(jù)車輛行程時(shí)間預(yù)測方法 進(jìn)行預(yù)測，從而推算未來15分鐘內(nèi)車輛在換乘站的到站時(shí)間間隔，流程如圖4所示。分析按發(fā)車時(shí)間順序構(gòu)造的行程時(shí)間序列，用逆序檢驗(yàn)法對(duì)該時(shí)間序列進(jìn)行平穩(wěn) 性檢驗(yàn)。經(jīng)過檢驗(yàn)后，對(duì)于平穩(wěn)行程時(shí)間序列，即非擁擠線路，采用基于指數(shù)平滑法的行程 時(shí)間預(yù)測方法，否則采用基于時(shí)間點(diǎn)指數(shù)法的行程時(shí)間預(yù)測方法進(jìn)行預(yù)測，利用預(yù)測值推 斷車輛在換乘站的到站時(shí)間間隔。(1)基于指數(shù)平滑法的公交車輛行程時(shí)間預(yù)測指數(shù)平滑法利用對(duì)時(shí)間序列由近及遠(yuǎn)逐步衰減的方法對(duì)未來發(fā)展趨勢進(jìn)行預(yù)測。 設(shè)某站點(diǎn)間的公交車輛行程時(shí)間序列為{yt}，其一次指數(shù)平滑公式為S' t = α yt+(l-a )S'
式中 S' t為第t個(gè)行程時(shí)間的一次指數(shù)平滑值；α為修正系數(shù)，且0< α < 1。一次指數(shù)平滑公式用第t個(gè)行程時(shí)間的一次指數(shù)平滑值作為第t+Ι個(gè)行程時(shí)間的 預(yù)測值，其表示為
權(quán)利要求
1.一種基于時(shí)變客流的城市公交運(yùn)營協(xié)調(diào)方法，其特征是該方法包括以下步驟步驟1 利用公交GPS數(shù)據(jù)對(duì)車輛行程時(shí)間進(jìn)行預(yù)測，推算出車輛在換乘站的到站時(shí)間間隔；步驟2 根據(jù)動(dòng)態(tài)客流量，確定公交運(yùn)營的擁擠里程比例表達(dá)式；步驟3 根據(jù)步驟1得到的車輛在換乘站的到站時(shí)間間隔，建立換乘乘客平均候車時(shí)間 表達(dá)式；步驟4 對(duì)運(yùn)營商成本進(jìn)行分析，進(jìn)而完成公交調(diào)度協(xié)調(diào)總表達(dá)式的建立；步驟5 采用基于快速分類的非支配遺傳算法對(duì)步驟4的公交調(diào)度協(xié)調(diào)總表達(dá)式求解， 輸出所選擇線路的運(yùn)營協(xié)調(diào)方案；步驟6 通過網(wǎng)絡(luò)將運(yùn)營協(xié)調(diào)方案發(fā)送至公共交通網(wǎng)絡(luò)調(diào)度指揮中心。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種基于時(shí)變客流的城市公交運(yùn)營協(xié)調(diào)方法，其特征是所述車 輛行程時(shí)間預(yù)測的方法為對(duì)于擁擠的線路，采用基于時(shí)間點(diǎn)指數(shù)法的方法預(yù)測；對(duì)于非 擁擠的線路，采用基于指數(shù)平滑法的方法預(yù)測。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種基于時(shí)變客流的城市公交運(yùn)營協(xié)調(diào)方法，其特征是所述擁 擠里程比例表達(dá)式為滿載率超過期望滿載率閾值上限的公交出行里程占公交出行總里程 的百分比。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種基于時(shí)變客流的城市公交運(yùn)營協(xié)調(diào)方法，其特征是所述換 乘乘客平均候車時(shí)間表達(dá)式根據(jù)乘客換乘方式，其建立方法如下1)乘客從軌道交通換乘常規(guī)公交時(shí)的平均候車時(shí)間表達(dá)式將換乘乘客分為直接換 乘和非直接換乘兩種，按兩者分擔(dān)的比例，表示特定公交車輛到達(dá)間隔內(nèi)客流到站時(shí)間分 布概率密度，從而得到該特定公交車輛到達(dá)間隔內(nèi)客流平均候車時(shí)間，對(duì)于軌道交通換乘 常規(guī)公交構(gòu)成一對(duì)多的換乘系統(tǒng)，可通過換乘人數(shù)對(duì)各條線路進(jìn)行加權(quán)，從而獲得運(yùn)營協(xié) 調(diào)線路的換乘乘客平均候車時(shí)間；2)乘客從常規(guī)公交換乘軌道交通時(shí)的平均候車時(shí)間表達(dá)式常規(guī)公交換乘軌道交通 的平均候車時(shí)間的確定分兩種情況，對(duì)于軌道交通發(fā)車間隔密集的情況，乘客到站平均候 車時(shí)間為發(fā)車間隔的一半；對(duì)于軌道交通發(fā)車間隔較大的情況，則視為常規(guī)公交換乘至軌 道交通的客流無乘客滯留的情況，控制常規(guī)公交到站時(shí)間，使軌道交通離站時(shí)間與換乘乘 客到達(dá)軌道車站的時(shí)間間隔最小。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種基于時(shí)變客流的城市公交運(yùn)營協(xié)調(diào)方法，其特征是所述公 交調(diào)度協(xié)調(diào)總表達(dá)式包括運(yùn)營商成本、擁擠里程比例和換乘乘客平均候車時(shí)間。
6.一種基于時(shí)變客流的城市公交運(yùn)營協(xié)調(diào)裝置，其特征是所述裝置包括數(shù)據(jù)讀取裝 置、行程時(shí)間估算裝置、廣義成本解析裝置、運(yùn)營協(xié)調(diào)方案生成裝置和方案輸出裝置；數(shù)據(jù) 讀取裝置分別與行程時(shí)間估算裝置和廣義成本解析裝置連接；行程時(shí)間估算裝置和廣義成 本解析裝置連接；廣義成本解析裝置和運(yùn)營協(xié)調(diào)方案生成裝置連接；運(yùn)營協(xié)調(diào)方案生成裝 置和方案輸出裝置連接；數(shù)據(jù)讀取裝置用于獲取所選擇線路的實(shí)時(shí)客流量和公交GPS響應(yīng)數(shù)據(jù)，為整個(gè)運(yùn)營協(xié) 調(diào)過程提供數(shù)據(jù)支持，其數(shù)據(jù)輸出至行程時(shí)間估算裝置和廣義成本解析裝置；行程時(shí)間估算裝置用于對(duì)公交車輛行程時(shí)間進(jìn)行預(yù)測，并以此推算車輛在換乘站的到 站時(shí)間間隔，使其可被下一裝置的運(yùn)行直接利用；廣義成本解析裝置用于對(duì)包括擁擠里程比例、換乘乘客平均候車時(shí)間和運(yùn)營商成本的 廣義成本進(jìn)行分析，完成公交調(diào)度協(xié)調(diào)總表達(dá)式的建立；運(yùn)營協(xié)調(diào)方案生成裝置接收來自廣義成本解析裝置所建立的公交調(diào)度協(xié)調(diào)總表達(dá)式， 采用基于快速分類的非支配遺傳算法對(duì)總表達(dá)式進(jìn)行優(yōu)化處理，得到運(yùn)營協(xié)調(diào)方案；方案輸出裝置用于實(shí)現(xiàn)對(duì)運(yùn)營協(xié)調(diào)方案儲(chǔ)存及輸出，可將運(yùn)營協(xié)調(diào)方案通過 網(wǎng)絡(luò)發(fā)送 至外部需求用戶。
全文摘要
本發(fā)明公開了城市公交管理技術(shù)領(lǐng)域中的一種基于時(shí)變客流的城市公交運(yùn)營協(xié)調(diào)方法與裝置。該裝置利用公交動(dòng)態(tài)客流量和公交實(shí)時(shí)GPS數(shù)據(jù)，基于公交運(yùn)營受實(shí)時(shí)路況隨機(jī)擾動(dòng)的實(shí)際，以運(yùn)營商成本、擁擠里程比例和換乘乘客平均候車時(shí)間為目標(biāo)，構(gòu)建基于公交時(shí)變數(shù)據(jù)的多變量運(yùn)營協(xié)調(diào)總表達(dá)式，通過基于快速分類的非支配遺傳算法尋求最優(yōu)的動(dòng)態(tài)運(yùn)營協(xié)調(diào)方案。本發(fā)明有利于改善城市公交系統(tǒng)的資源利用和有效銜接。
文檔編號(hào)G08G1/00GK102044149SQ20111000570
公開日2011年5月4日 申請(qǐng)日期2011年1月12日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月12日
發(fā)明者于雷, 李欣, 荊長林, 郭淑霞, 陳旭梅 申請(qǐng)人:北京交通大學(xué)