一種基於時變客流的城市公交運營協調方法與裝置的製作方法

2023-12-05 10:30:26 1

專利名稱：一種基於時變客流的城市公交運營協調方法與裝置的製作方法
技術領域：
本發明屬於城市公交管理技術領域，尤其涉及一種基於時變客流的城市公交運營 協調方法與裝置。
背景技術：
現代化社會經濟的發展，客觀上要求各種公共運輸方式之間實現有效銜接，從而 最大限度地提高公共運輸的吸引力。城市軌道交通與常規公交的協調體現在三個方面，分 別是體制協調、規劃協調和運營協調。本發明著重解決軌道交通與常規公交運營協調中技 術層面的問題，即調度協調問題。目前有傳統的公交車輛調度方法、靜態調度協調和動態調 度協調三種。傳統的公交車輛調度多是採用經驗法，即參考線路的平均客流量情況和線路的計 劃配車數，從而確定車輛發車間隔和車輛配置、人員配班，雖然該方法具有一定的實用性， 但存在著明顯的不足，帶有較大的盲目性，並且很難保證乘客的出行效率以及公交的運營 效率。靜態調度協調技術的數據基礎是平均客流量等經驗值，並且在確定公交車發車間隔 時，綜合考慮了運營商和乘客的效益。然而，在實際運營中，由於多種隨機因素幹擾，公交車 輛的運行並不能嚴格遵循時刻表，同時客流需求也是實時變化的，這種雙重不確定性，在傳 統的靜態調度協調中並不能得到體現，使得由靜態調度協調模型得到的行車計劃在實際中 難以保證其實施效果。在出行者日益關注出行質量的當前形勢下，有必要開發一種基於實 際公交網絡雙重不確定性的動態調度協調技術。由於目前缺乏面向實際應用、綜合考慮公 交多源時變數據的調度協調模型，城市常規公交與軌道交通難以實現運營協調，造成乘客 換乘效率低、公交服務水平低下，且尖峰時段公交資源分配不合理現象尤為突出，在很大程 度上抑制了公交的吸引力。在此背景下，本發明利用公交時變客流數據和公交GPS數據，開 發了面向應用的城市公交調度協調方法和裝置，從而實現在動態情況下常規公交銜接軌道 交通的調度協調。本發明以時變數據為實施基礎，及時把握客流需求的時變性和公交運行的不確定 性，將不確定性問題轉化為提前預知、並及時做出響應的問題，為公交調度提供更為科學的 方法。

發明內容
針對上述背景技術中現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，本發明提出了一種基於時變客流的城市公交運營協調方法與裝置。本發明的技術方案是，一種基於時變客流的城市公交運營協調方法，其特徵是該 方法包括以下步驟步驟1 利用公交GPS數據對車輛行程時間進行預測，推算出車輛在換乘站的到站 時間間隔；步驟2 根據動態客流量，確定公交運營的擁擠裡程比例表達式；
步驟3 根據步驟1得到的車輛在換乘站的到站時間間隔，建立換乘乘客平均候車 時間表達式；步驟4 對運營商成本進行分析，進而完成公交調度協調總表達式的建立；步驟5 採用基於快速分類的非支配遺傳算法對步驟4的公交調度協調總表達式 求解，輸出所選擇線路的運營協調方案；步驟6 通過網絡將運營協調方案發送至公共運輸網絡調度指揮中心。所述車輛行程時間預測的方法為對於擁擠的線路，採用基於時間點指數法的方 法預測；對於非擁擠的線路，採用基於指數平滑法的方法預測。所述擁擠裡程比例表達式為滿載率超過期望滿載率閾值上限的公交出行裡程佔 公交出行總裡程的百分比。所述換乘乘客平均候車時間表達式根據乘客換乘方式，其建立方法如下1)乘客從軌道交通換乘常規公交時的平均候車時間表達式將換乘乘客分為直 接換乘和非直接換乘兩種，按兩者分擔的比例，表示特定公交車輛到達間隔內客流到站時 間分布概率密度，從而得到該特定公交車輛到達間隔內客流平均候車時間，對於軌道交通 換乘常規公交構成一對多的換乘系統，可通過換乘人數對各條線路進行加權，從而獲得運 營協調線路的換乘乘客平均候車時間；2)乘客從常規公交換乘軌道交通時的平均候車時間表達式常規公交換乘軌道 交通的平均候車時間的確定分兩種情況，對於軌道交通發車間隔密集的情況，乘客到站平 均候車時間為發車間隔的一半；對於軌道交通發車間隔較大的情況，則視為常規公交換乘 至軌道交通的客流無乘客滯留的情況，控制常規公交到站時間，使軌道交通離站時間與換 乘乘客到達軌道車站的時間間隔最小。所述公交調度協調總表達式包括運營商成本、擁擠裡程比例和換乘乘客平均候車 時間。一種基於時變客流的城市公交運營協調裝置，其特徵是所述裝置包括數據讀取裝 置、行程時間估算裝置、廣義成本解析裝置、運營協調方案生成裝置和方案輸出裝置；數據 讀取裝置分別與行程時間估算裝置和廣義成本解析裝置連接；行程時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營協調方案生成裝置連接；運營協調方案生成裝 置和方案輸出裝置連接；數據讀取裝置用於獲取所選擇線路的實時客流量和公交GPS響應數據，為整個運 營協調過程提供了數據支持，其數據輸出至行程時間估算裝置和廣義成本解析裝置；行程時間估算裝置用於對公交車輛行程時間進行預測，並以此推算車輛在換乘站 的到站時間間隔，使其可被下一裝置的運行直接利用；廣義成本解析裝置用於對包括擁擠裡程比例、換乘乘客平均候車時間和運營商成 本的廣義成本進行分析，完成公交調度協調總表達式的建立； 運營協調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度協調總表 達式，採用基於快速分類的非支配遺傳算法對總表達式進行優化處理，得到運營協調方 案；方案輸出裝置用於實現對運營協調方案儲存及輸出，可將運營協調方案通過網絡 發送至外部需求用戶。
本發明提出了一種動態的公交運營協調方法，實現了公交資源的合理分配和有效 利用，提高了公交服務水平，解決了目前城市公交領域不同交通方式間的運營協調問題。


圖1是運營協調方法流程圖。圖2是運營協調裝置結構圖。圖3是線路選擇界面。圖4是公交車輛行程時間預測流程圖。圖5是基於快速分類的非支配遺傳算法的求解流程。
圖6是公交線路參數設定界面。圖7是運營協調結果示例。
具體實施例方式下面結合附圖，對優選實施例作詳細說明。應該強調的是，下述說明僅僅是示例性 的，而不是為了限制本發明的範圍及其應用。一種基於時變客流的城市公交運營協調裝置是依據一種基於時變客流的城市公 交運營協調方法設計而來的，該方法流程圖如圖1所示。依據該方法流程設計出的裝置由五個部分組成，其結構如圖2所示，分別為數 據讀取裝置、行程時間估算裝置、廣義成本解析裝置、運營協調方案生成裝置和方案輸出裝 置。其中，運營協調部分是本發明的核心，包括廣義成本解析裝置和運營協調方案生成裝 置，各部分運行過程如下一 .數據讀取裝置通過線路選擇界面(如圖3所示)選擇擬協調的軌道交通線 路，從提供的換乘站點和相關公交線路列表中，選擇需要協調的站點和線路，裝置記錄下所 選公交線路標識號碼後，向公交調度指揮中心伺服器發送請求，獲取實時動態客流量和公 交GPS的響應數據。其中獲取的GPS響應數據為優化時刻前的GPS記錄，包括經度、緯度以 及時間段；動態客流量數據為以每15分鐘為單位的指定公交線路的動態客流量組成的二 維表。二 .行程時間估算裝置接收數據讀取裝置傳輸的公交GPS數據，模糊匹配經度、 緯度坐標以識別站點信息，根據擬實施協調的公交站點，確定其對應的時間點、與發車時刻 的差值，即為公交車輛自始發站至指定站點的歷史行程時間。依據車輛行程時間預測方法 進行預測，從而推算未來15分鐘內車輛在換乘站的到站時間間隔，流程如圖4所示。分析按發車時間順序構造的行程時間序列，用逆序檢驗法對該時間序列進行平穩 性檢驗。經過檢驗後，對於平穩行程時間序列，即非擁擠線路，採用基於指數平滑法的行程 時間預測方法，否則採用基於時間點指數法的行程時間預測方法進行預測，利用預測值推 斷車輛在換乘站的到站時間間隔。(1)基於指數平滑法的公交車輛行程時間預測指數平滑法利用對時間序列由近及遠逐步衰減的方法對未來發展趨勢進行預測。 設某站點間的公交車輛行程時間序列為{yt}，其一次指數平滑公式為S' t = α yt+(l-a )S'
式中 S' t為第t個行程時間的一次指數平滑值；α為修正係數，且0< α < 1。一次指數平滑公式用第t個行程時間的一次指數平滑值作為第t+Ι個行程時間的 預測值，其表示為
權利要求
1.一種基於時變客流的城市公交運營協調方法，其特徵是該方法包括以下步驟步驟1 利用公交GPS數據對車輛行程時間進行預測，推算出車輛在換乘站的到站時間間隔；步驟2 根據動態客流量，確定公交運營的擁擠裡程比例表達式；步驟3 根據步驟1得到的車輛在換乘站的到站時間間隔，建立換乘乘客平均候車時間 表達式；步驟4 對運營商成本進行分析，進而完成公交調度協調總表達式的建立；步驟5 採用基於快速分類的非支配遺傳算法對步驟4的公交調度協調總表達式求解， 輸出所選擇線路的運營協調方案；步驟6 通過網絡將運營協調方案發送至公共運輸網絡調度指揮中心。
2.根據權利要求1所述一種基於時變客流的城市公交運營協調方法，其特徵是所述車 輛行程時間預測的方法為對於擁擠的線路，採用基於時間點指數法的方法預測；對於非 擁擠的線路，採用基於指數平滑法的方法預測。
3.根據權利要求1所述一種基於時變客流的城市公交運營協調方法，其特徵是所述擁 擠裡程比例表達式為滿載率超過期望滿載率閾值上限的公交出行裡程佔公交出行總裡程 的百分比。
4.根據權利要求1所述一種基於時變客流的城市公交運營協調方法，其特徵是所述換 乘乘客平均候車時間表達式根據乘客換乘方式，其建立方法如下1)乘客從軌道交通換乘常規公交時的平均候車時間表達式將換乘乘客分為直接換 乘和非直接換乘兩種，按兩者分擔的比例，表示特定公交車輛到達間隔內客流到站時間分 布概率密度，從而得到該特定公交車輛到達間隔內客流平均候車時間，對於軌道交通換乘 常規公交構成一對多的換乘系統，可通過換乘人數對各條線路進行加權，從而獲得運營協 調線路的換乘乘客平均候車時間；2)乘客從常規公交換乘軌道交通時的平均候車時間表達式常規公交換乘軌道交通 的平均候車時間的確定分兩種情況，對於軌道交通發車間隔密集的情況，乘客到站平均候 車時間為發車間隔的一半；對於軌道交通發車間隔較大的情況，則視為常規公交換乘至軌 道交通的客流無乘客滯留的情況，控制常規公交到站時間，使軌道交通離站時間與換乘乘 客到達軌道車站的時間間隔最小。
5.根據權利要求1所述一種基於時變客流的城市公交運營協調方法，其特徵是所述公 交調度協調總表達式包括運營商成本、擁擠裡程比例和換乘乘客平均候車時間。
6.一種基於時變客流的城市公交運營協調裝置，其特徵是所述裝置包括數據讀取裝 置、行程時間估算裝置、廣義成本解析裝置、運營協調方案生成裝置和方案輸出裝置；數據 讀取裝置分別與行程時間估算裝置和廣義成本解析裝置連接；行程時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營協調方案生成裝置連接；運營協調方案生成裝 置和方案輸出裝置連接；數據讀取裝置用於獲取所選擇線路的實時客流量和公交GPS響應數據，為整個運營協 調過程提供數據支持，其數據輸出至行程時間估算裝置和廣義成本解析裝置；行程時間估算裝置用於對公交車輛行程時間進行預測，並以此推算車輛在換乘站的到 站時間間隔，使其可被下一裝置的運行直接利用；廣義成本解析裝置用於對包括擁擠裡程比例、換乘乘客平均候車時間和運營商成本的 廣義成本進行分析，完成公交調度協調總表達式的建立；運營協調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度協調總表達式， 採用基於快速分類的非支配遺傳算法對總表達式進行優化處理，得到運營協調方案；方案輸出裝置用於實現對運營協調方案儲存及輸出，可將運營協調方案通過 網絡發送 至外部需求用戶。
全文摘要
本發明公開了城市公交管理技術領域中的一種基於時變客流的城市公交運營協調方法與裝置。該裝置利用公交動態客流量和公交實時GPS數據，基於公交運營受實時路況隨機擾動的實際，以運營商成本、擁擠裡程比例和換乘乘客平均候車時間為目標，構建基於公交時變數據的多變量運營協調總表達式，通過基於快速分類的非支配遺傳算法尋求最優的動態運營協調方案。本發明有利於改善城市公交系統的資源利用和有效銜接。
文檔編號G08G1/00GK102044149SQ20111000570
公開日2011年5月4日 申請日期2011年1月12日 優先權日2011年1月12日
發明者於雷, 李欣, 荊長林, 郭淑霞, 陳旭梅 申請人:北京交通大學