達(dá)州市公交車(chē)發(fā)車(chē)間隔時(shí)間優(yōu)化設(shè)計(jì)

張富瑜 李密 柏中玲

摘 要：公交車(chē)輛調(diào)度問(wèn)題是公交系統(tǒng)運(yùn)作中的重要組成部分，本文主要研究公交調(diào)度問(wèn)題中公交線路的最優(yōu)發(fā)車(chē)間隔時(shí)間，優(yōu)化資源分配，提高乘客滿(mǎn)意度。將一天內(nèi)的行車(chē)時(shí)間根據(jù)其特征劃分為不同的特征時(shí)段，考慮在各個(gè)特征時(shí)段內(nèi)乘客總數(shù)（同向包含一個(gè)特征時(shí)段內(nèi)的上下車(chē)乘客總數(shù)），將實(shí)際的采集數(shù)據(jù)用插值的方法補(bǔ)全各個(gè)時(shí)段的數(shù)據(jù)。建立公交車(chē)的利益最大化模型和乘客的時(shí)間成本最小化模型，并同一量綱，建立靜態(tài)最優(yōu)模型，求解得出最優(yōu)的時(shí)間間隔。

關(guān)鍵詞：動(dòng)態(tài)系統(tǒng) 全局靜態(tài)分析 特征時(shí)段 量綱統(tǒng)一 靜態(tài)最優(yōu)模型

一、引言

近年來(lái)，城市人口及規(guī)模的不斷擴(kuò)大，我國(guó)城市交通擁擠和阻塞的現(xiàn)象越來(lái)越嚴(yán)重。公交調(diào)度模式合理的改善是解決乘客出行問(wèn)題和堵塞問(wèn)題的有效方法。國(guó)內(nèi)外對(duì)于如何優(yōu)化公交調(diào)度相關(guān)問(wèn)題有一定的研究，主要有公共交通線路組合調(diào)度模型、公交智能調(diào)度系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案、遺傳算法和混合遺傳算法來(lái)進(jìn)行車(chē)輛調(diào)度優(yōu)化的方法等。

大部分城市現(xiàn)施行的公交調(diào)度方法是經(jīng)驗(yàn)調(diào)度法，根據(jù)調(diào)度員的工作經(jīng)驗(yàn)，確定公交車(chē)的發(fā)車(chē)間隔為某特定值。但是乘客對(duì)公交車(chē)的需求是動(dòng)態(tài)的，公交公司發(fā)布的發(fā)車(chē)間隔在某些時(shí)候不能滿(mǎn)足乘客的出行需求。據(jù)了解，許多公交公司就車(chē)費(fèi)收益方面，通常是入不敷出的。因此，針對(duì)不同的城市，找到一個(gè)合適的公交調(diào)度方案是很有必要的，不僅可以提升人們的出行體驗(yàn)，還可以提升公交公司的收益。

二、問(wèn)題的分析

公交車(chē)的運(yùn)行系統(tǒng)是一個(gè)動(dòng)態(tài)的復(fù)雜的系統(tǒng)，為了使問(wèn)題更加簡(jiǎn)單，我們須得把公交車(chē)的運(yùn)行時(shí)間分為不同的特征時(shí)間段，從每一個(gè)時(shí)間的全局來(lái)分析問(wèn)題，即將動(dòng)態(tài)的問(wèn)題轉(zhuǎn)化成靜態(tài)的問(wèn)題。且因公交車(chē)上下行方向運(yùn)行情況可視為是對(duì)稱(chēng)的，本文僅研究上行方向（徐家壩公交首末站→火車(chē)站公交樞紐站）的運(yùn)行情況，由雙向的運(yùn)行情況簡(jiǎn)化為單向的運(yùn)行情況。

再?gòu)某丝偷某鲂畜w驗(yàn)和公交公司的盈利這兩個(gè)方面入手，我們需建立兩個(gè)目標(biāo)函數(shù)，一是關(guān)于乘客出行體驗(yàn)，即通過(guò)使不同時(shí)間段內(nèi)乘客等待的時(shí)間最小從而達(dá)到使乘客等待時(shí)間成本最小;二是關(guān)于公交公司盈利，即根據(jù)各時(shí)段內(nèi)公交車(chē)發(fā)車(chē)車(chē)次和客流量建立關(guān)于發(fā)車(chē)間隔的優(yōu)化模型來(lái)分析公交公司的收益狀況。想要盡可能地同時(shí)滿(mǎn)足兩個(gè)目標(biāo)函數(shù)，就須得統(tǒng)一兩個(gè)函數(shù)的量綱，再結(jié)合K3路的實(shí)際情況建立公交調(diào)度的靜態(tài)最優(yōu)模型。

三、實(shí)驗(yàn)假設(shè)

公交車(chē)調(diào)度，是一個(gè)復(fù)雜的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)，為了方便本文研究，忽略現(xiàn)實(shí)中偶然因素的影響，考慮作出如下假設(shè)：（1）交通情況良好，沒(méi)有交通意外的發(fā)生，沒(méi)有天氣的干擾（如暴雨、大雪）;（2）公交車(chē)以20km/h的速度勻速行駛;（3）乘客嚴(yán)格按照先到先上車(chē)的原則上車(chē);（4）假設(shè)數(shù)據(jù)能反映該線路上的日?？土髁?（5）車(chē)輛到達(dá)終點(diǎn)站時(shí)，所有的乘客必須全部下車(chē);（6）公交車(chē)會(huì)按調(diào)度時(shí)刻表準(zhǔn)時(shí)到站和出站;（7）忽略乘客上下車(chē)所花費(fèi)的時(shí)間。

四、變量說(shuō)明

五、模型的建立與求解

（一）問(wèn)題背景

在該線路上，共有6輛公交車(chē)運(yùn)行，上下行方向均有7個(gè)站臺(tái)，行車(chē)時(shí)間為6∶30～20∶30，通過(guò)實(shí)地考察得到的兩個(gè)運(yùn)行方向各站上下乘客的數(shù)量統(tǒng)計(jì)。公交公司為此線路配置的公交車(chē)的標(biāo)準(zhǔn)載客量為60人?？紤]資源充分利用與乘客舒適度，本文考慮最多不超80人。據(jù)統(tǒng)計(jì)，每趟路線（僅上行或者僅下行路線）用時(shí)為35min～45min，開(kāi)始時(shí)間段在終點(diǎn)站（火車(chē)樞紐站）停有6輛，起點(diǎn)站（徐家壩站）0輛。上午：每隔10—20min發(fā)一趟車(chē);下午：每30min發(fā)一趟車(chē)。根據(jù)運(yùn)營(yíng)調(diào)度的要求，乘客的候車(chē)時(shí)間一般不超過(guò)10分鐘，高峰期一般不超過(guò)5分鐘，公交車(chē)的滿(mǎn)載率不應(yīng)該超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)載客量的120%，且不應(yīng)該低于50%。

（二）模型建立

1.模型準(zhǔn)備

以k3路為例，根據(jù)實(shí)際調(diào)查所得客流量數(shù)據(jù)的平均值得到某時(shí)段的客流總量，并用插值法補(bǔ)全需要的各個(gè)時(shí)段的客流總量（包括同向該時(shí)段內(nèi)所有上下車(chē)乘客總數(shù)），建立乘客等待時(shí)間成本最小化模型;利用每個(gè)時(shí)段的客流總量和同一時(shí)段內(nèi)的運(yùn)行車(chē)輛數(shù)，建立公交公司利益最大化模型，統(tǒng)一兩模型求解的量綱。根據(jù)調(diào)查問(wèn)卷所得的結(jié)果，賦予數(shù)據(jù)相應(yīng)的權(quán)重，最終將兩個(gè)模型變成一個(gè)模型，即公交調(diào)度問(wèn)題的靜態(tài)最優(yōu)模型。每輛公交車(chē)的最大載客量為，根據(jù)各個(gè)站臺(tái)乘客上下車(chē)的人數(shù)，乘客的等待時(shí)間，公交車(chē)的車(chē)輛數(shù)，發(fā)車(chē)時(shí)間間隔使得乘客等待時(shí)間最小，公交車(chē)的盈利

最高。

（1）公交客流量調(diào)查

公交客流量的調(diào)查方法可以選擇跟車(chē)調(diào)查，主要目的是搜集該線路每一班次公交車(chē)沿線各站的乘客數(shù)量和乘客到達(dá)時(shí)間的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

（2）客流量特征調(diào)查

客流量特征調(diào)查是在引入統(tǒng)計(jì)指標(biāo)的基礎(chǔ)上，根據(jù)實(shí)際數(shù)據(jù)，找出規(guī)律，描繪指標(biāo)的曲線，即描繪該公交線路客流量與時(shí)間的曲線。

如某日16：35時(shí)刻發(fā)車(chē)，上行方向各站臺(tái)的客流量如表1所示：

最后求解得到各個(gè)時(shí)段的發(fā)車(chē)間隔時(shí)間，如包含上表數(shù)據(jù)的發(fā)車(chē)時(shí)刻的時(shí)段，時(shí)間跨度為275分鐘，其間共發(fā)車(chē)20趟，得到上行方向平均每13分鐘發(fā)一趟車(chē)。

六、模型的評(píng)價(jià)

本實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果表明：優(yōu)化模型可以有效地安排上下行兩種路線的發(fā)車(chē)計(jì)劃，提高公交車(chē)的運(yùn)行效率。確定合理的發(fā)車(chē)間隔，提高乘客的利益，同時(shí)也可以挖掘潛在客流量。

優(yōu)點(diǎn)：本文將公交車(chē)調(diào)度問(wèn)題這一復(fù)雜的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)問(wèn)題合理的轉(zhuǎn)化成了靜態(tài)的問(wèn)題，極大程度上簡(jiǎn)化了問(wèn)題的研究過(guò)程。

缺點(diǎn)：由于疫情的影響，本文的采集數(shù)據(jù)的時(shí)間段較為集中，所得的結(jié)果還較為片面;本模型是在多個(gè)理想化的假設(shè)條件上建立的，實(shí)際情況中還存在著許多復(fù)雜的情況。

參考文獻(xiàn)

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