基于乘客出行空間分布的公交站點(diǎn)選址布局優(yōu)化方法
【專(zhuān)利說(shuō)明】
[0001 ]
技術(shù)領(lǐng)域： 本發(fā)明涉及交通出行領(lǐng)域，尤其涉及基于乘客出行空間分布的公交站點(diǎn)選址布局優(yōu)化 方法。
[0002]
【背景技術(shù)】： 公交站點(diǎn)是城市公交線(xiàn)網(wǎng)運(yùn)行的重要支撐節(jié)點(diǎn)，其設(shè)置合理性決定了居民出行的方便 性、公交運(yùn)營(yíng)效率，與居民聚集點(diǎn)的空間布局、道路條件、步行距離、相鄰站點(diǎn)距等因素相 關(guān)。針對(duì)道路附近的居民聚集點(diǎn)之間出行需求分布差異，若公交站點(diǎn)的數(shù)量少及位置缺乏 科學(xué)規(guī)劃，則可能造成部分站點(diǎn)的乘客上下車(chē)步行距離長(zhǎng);若公交站點(diǎn)的布局較密，則必然 致使公交車(chē)頻繁停靠站進(jìn)而降低公交運(yùn)營(yíng)速度，從而降低公交服務(wù)水平。因此，針對(duì)居民聚 集點(diǎn)之間出行空間分布特征，如何合理布設(shè)公交站的規(guī)模與數(shù)量，顯得尤為重要。
[0003] 該問(wèn)題為公交站點(diǎn)選址布局問(wèn)題，吸引了眾多國(guó)內(nèi)外學(xué)者的關(guān)注，通常的研究主 要集中在公交站點(diǎn)選址的相關(guān)影響因素分析、構(gòu)建公交站點(diǎn)選址布局的數(shù)學(xué)模型以及評(píng)價(jià) 公交站點(diǎn)選址方案的優(yōu)劣，其中數(shù)學(xué)模型主要分為站距優(yōu)化和位置優(yōu)化兩方面，前者研究 相對(duì)較成熟，如:Furth、梅振宇等研究了基于乘客到達(dá)的最優(yōu)站點(diǎn)布局模型，Saka、Chien、 劉環(huán)宇等研究了考慮公交運(yùn)營(yíng)成本的平均站間距優(yōu)化模型，楊曉光、何紅等研究考慮乘客 出行成本的公交站距優(yōu)化模型;而后者研究相對(duì)較少，如:譚滿(mǎn)春等提出了城市公共汽車(chē)停 靠點(diǎn)選址的離散型模型和連續(xù)型模型，周全等提出了一種基于重心分析法的公交站點(diǎn)的微 觀選址模型，朱廣宇等提出一種基于Voronoi圖的公交站點(diǎn)選址模型。由上可知，現(xiàn)有研究 未考慮居民出行需求差異的公交站點(diǎn)選址布局優(yōu)化，針對(duì)乘客出行空間分布，無(wú)法確保乘 客在起訖點(diǎn)和上下車(chē)站點(diǎn)的步行距離整體最優(yōu)。
[0004]

【發(fā)明內(nèi)容】
： 為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種能夠?qū)崿F(xiàn)極小化所有居民上下車(chē)的步行距離的 目標(biāo)，方便居民出行，同時(shí)提高了公交運(yùn)營(yíng)效率的技術(shù)方案： 基于乘客出行空間分布的公交站點(diǎn)選址布局優(yōu)化方法，主要包括構(gòu)建公交站點(diǎn)選址優(yōu) 化模型，主要包括輸入數(shù)據(jù)準(zhǔn)備及其符號(hào)變量、輸出數(shù)據(jù)及其決策變量、目標(biāo)函數(shù)和約束條 件；以及求解公交站點(diǎn)選址優(yōu)化模型的細(xì)菌覓食優(yōu)化算法，包括細(xì)菌個(gè)體的編碼、生成初始 細(xì)菌群體、生成細(xì)菌個(gè)體的評(píng)價(jià)函數(shù)、細(xì)菌覓食操作。
[0005] 作為優(yōu)選，構(gòu)建公交站點(diǎn)選址優(yōu)化模型建立主要為以下步驟： A、 確定模型的輸入數(shù)據(jù)準(zhǔn)備及其符號(hào)變量，包括:附近共有況個(gè)居民聚集點(diǎn)，每個(gè)聚集 點(diǎn)啲位置為(4上= ,仵意兩個(gè)聚集點(diǎn)話(huà)P.療間出行人數(shù)為柯，它們步行至公交 站點(diǎn)A的距離為
不超過(guò)最大步行距離 D;某條線(xiàn)路的幾何拓?fù)浜瘮?shù)記為7 = /⑴，考慮分流點(diǎn)、合流點(diǎn)、交叉點(diǎn)、路橋等現(xiàn)實(shí)因素， 總共存在戶(hù)個(gè)路段不適宜設(shè)置站點(diǎn)③=丄2,，尸）； B、 輸出數(shù)據(jù)及其決策變量，if和#表示聚集點(diǎn)j或j的居民選擇從公交站點(diǎn).fc上或下車(chē)； C、 確定模型的目標(biāo)函數(shù)，以最小化所有居民乘坐公交的步行距離為目標(biāo)，即min
D、確定模型的6個(gè)約束條件，其中
表示每個(gè)站點(diǎn)至少覆蓋一個(gè)聚集點(diǎn)；
￡<=1(V0表示每個(gè)聚集點(diǎn)的居民都選擇附近距離最短的某站點(diǎn)出行 角保 Λ-Ι 站點(diǎn)優(yōu)化設(shè)置滿(mǎn)足所有聚集點(diǎn)的居民出行需求;式，鞏(3為<=」1)確保居民從聚集點(diǎn)到 站點(diǎn)的步行時(shí)間不超過(guò)一定值；
表示相鄰站點(diǎn)的 距離在一定范圍內(nèi)；該線(xiàn)路的Μ個(gè)站點(diǎn)的位置為(?，九），滿(mǎn)足
表示站點(diǎn)在可行道路上。
[0006] 作為優(yōu)選，細(xì)菌覓食操作過(guò)程中，每個(gè)細(xì)菌朝著最佳細(xì)菌t做翻轉(zhuǎn)、前進(jìn)和停止動(dòng) 作時(shí)，若群體的多樣性方差^降低，部分細(xì)菌隨機(jī)產(chǎn)生一個(gè)頭部角度和距離，使之移動(dòng)到一 個(gè)新位置以完成覓食過(guò)程，逐步聚集于富營(yíng)養(yǎng)區(qū)域，第:個(gè)細(xì)菌的翻轉(zhuǎn)和游動(dòng)根據(jù)下式更新 位置：
其中表示第i個(gè)細(xì)菌在第j次趨化、第r次繁殖和第丨次迀徙中的位置，
是趨化步長(zhǎng)，是第J步前進(jìn)時(shí)的隨機(jī)方向 角，4是〇和最大搜索距離4m之間的一個(gè)隨機(jī)距離;W+1是0和最大搜索角度4?^之間的一個(gè)隨 機(jī)頭部角度，攻_(g+1)該角度對(duì)應(yīng)的向量。
[0007] 作為優(yōu)選，細(xì)菌個(gè)體的編碼方法為:細(xì)菌_位置向量Xi = 表示問(wèn)題的一個(gè)解，其中元素(Α,Λ)表示站點(diǎn)t (1st SM)的經(jīng)煒度坐標(biāo)，若它不滿(mǎn)足 對(duì)道路上的任意位置戶(hù)/⑴，令 τ
若其 滿(mǎn)足約束矣刃((3，=1)和
則它是一個(gè)可 行解。
[0008] 作為優(yōu)選，生成初始細(xì)菌群體包括以下步驟： A、 讀取模型參數(shù)，涉及
B、 將

VJt，得到
和 f個(gè)約束，分別求解&的可行集合#(&)、 紀(jì)(％)，它們的交集可行域，從中隨機(jī)產(chǎn)生以:,為)； C、 設(shè)置fc = % +1，若Μ ΜI，轉(zhuǎn)至步驟B;否則，算法終止輸出結(jié)果。
[0009] 作為優(yōu)選，生成細(xì)菌個(gè)體的評(píng)價(jià)函數(shù)采用目標(biāo)函數(shù)作為每個(gè)細(xì)菌的評(píng)價(jià)函數(shù)，即
[0010] 本發(fā)明的有益效果在于： 本發(fā)明由于采用了上述幾種措施進(jìn)行改進(jìn)，針對(duì)線(xiàn)路附近的居民出行空間分布特征， 結(jié)合實(shí)際道路的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，從系統(tǒng)最優(yōu)角度，考慮居民聚集點(diǎn)和站點(diǎn)的最大步行距離、相鄰 站距的上下限等現(xiàn)實(shí)約束因素，構(gòu)建一類(lèi)公交站點(diǎn)布局優(yōu)化的混合整數(shù)規(guī)劃模型，并設(shè)計(jì) 求解該問(wèn)題的改進(jìn)細(xì)菌覓食優(yōu)化求解算法，合理確定最佳公交站點(diǎn)選址方案，即方便居民 出行，同時(shí)又提高了公交運(yùn)營(yíng)效率，為公交系統(tǒng)科學(xué)規(guī)劃與管理提供數(shù)據(jù)支撐。
[0011]
【附圖說(shuō)明】： 圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2為本發(fā)明的實(shí)施的流程圖。
[0012]
【具體實(shí)施方式】： 為使本發(fā)明的發(fā)明目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施 方式作進(jìn)一步地詳細(xì)描述。
[0013] 如圖1所示，基于乘客出行空間分布的公交站點(diǎn)選址布局優(yōu)化方法，主要包括構(gòu)建 公交站點(diǎn)選址優(yōu)化模型，主要包括輸入數(shù)據(jù)準(zhǔn)備及其符號(hào)變量、輸出數(shù)據(jù)及其決策變量、目 標(biāo)函數(shù)和約束條件；以及求解公交站點(diǎn)選址優(yōu)化模型的細(xì)菌覓食優(yōu)化算法，包括細(xì)菌個(gè)體 的編碼、生成初始細(xì)菌群體、生成細(xì)菌個(gè)體的評(píng)價(jià)函數(shù)、細(xì)菌覓食操作，模型的核心輸入是 乘客出行空間分布和道路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，在決策者的可變輸入?yún)?shù)干擾下，如:居民聚集點(diǎn)和站 點(diǎn)的最大步行距離、相鄰站距的上下限等變量不同取值，利用模型求解算法給出不同最佳 公交站點(diǎn)選址布局方案的靈敏度分析，進(jìn)而得到最佳方案。
[0014] 如圖2所示，本發(fā)明提供一種基于乘客出行空間分布的公交站點(diǎn)選址布局優(yōu)化方 法，還包括數(shù)據(jù)調(diào)查和分析、模型設(shè)計(jì)、模型求解及模型分析運(yùn)用等四個(gè)步驟，具體實(shí)施方 式如下。
[0015]數(shù)據(jù)調(diào)查和分析包括以下步驟： A、確定某條線(xiàn)路的交通小區(qū)，通過(guò)問(wèn)卷調(diào)查，確定乘客出行空間分布。
[0016] B、基于GIS，根據(jù)道路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的經(jīng)煒度坐標(biāo)，確定該道路的幾何特征函數(shù)。
[0017] C、考慮交叉口、橋梁等實(shí)際道路條件，確定一系列候選站點(diǎn)集合。
[0018] 模型設(shè)計(jì):構(gòu)建公交站點(diǎn)選址優(yōu)化模型建立主要為以下步驟： A、 確定模型的輸入數(shù)據(jù)準(zhǔn)備及其符號(hào)變量，包括:附近共有3/個(gè)居民聚集點(diǎn)，每個(gè)聚集 點(diǎn)柏勺位置為(? J) 〇 = 1，2，.…見(jiàn)），仵意兩個(gè)聚集點(diǎn)i和J之間出行人數(shù)為巧，它們步行至公交 站點(diǎn)t的距離為
不超過(guò)最大步行距離 氏某條線(xiàn)路的幾何拓?fù)浜瘮?shù)記為，=:/(X)，考慮分流點(diǎn)、合流點(diǎn)、交叉點(diǎn)、路橋等現(xiàn)實(shí)因素， 總共存在f個(gè)路段不適宜設(shè)置站點(diǎn)(ρ = 1，2,...，P); B、 輸出數(shù)據(jù)及其決策變量，;^和^表示聚集點(diǎn)i或^的居民選擇從公交站點(diǎn)i上或下車(chē)； C、 確定模型的目標(biāo)函數(shù)，以最小化所有居民乘坐公交的步行距離為目標(biāo)，即min
D、 確定模型的6個(gè)約束條件，其中：
|表示每個(gè)站點(diǎn)至少覆蓋一個(gè)聚集點(diǎn)；
良示每個(gè)聚集點(diǎn)的居民都選擇附近距離最短的某站點(diǎn)出行
商保 站點(diǎn)優(yōu)化設(shè)置滿(mǎn)足所有聚集點(diǎn)的居民出行需求= 確保居民從聚集點(diǎn)到 站點(diǎn)的步行時(shí)間不超過(guò)一定值p
表示相鄰站點(diǎn)的 距離在一定范圍內(nèi)；該線(xiàn)路的Μ個(gè)站點(diǎn)的位置為(&.Λ)，滿(mǎn)足
表示站點(diǎn)在可行道路上。
[0019] 細(xì)菌覓食操作過(guò)程中，每個(gè)細(xì)菌朝著最佳細(xì)菌·Η故翻轉(zhuǎn)、前進(jìn)和停止動(dòng)作時(shí)，若群 體的多樣性方差σ降低，部分細(xì)菌隨機(jī)產(chǎn)生一個(gè)頭部角度和距離，使之移動(dòng)到一個(gè)新位置以 完成覓食過(guò)程，逐步聚集于富營(yíng)養(yǎng)區(qū)域，第i個(gè)細(xì)菌的翻轉(zhuǎn)和游動(dòng)根據(jù)下式更新位置：
其中，足衷示第:個(gè)細(xì)菌在第次趨化、第λ次繁殖和第/次迀徙中的位置，
是趨化步長(zhǎng)，厶狄