基于拉格朗日松弛算法的自动驾驶公交调度优化研究

为了解决公交实际运营出现的调度方式单一、车辆配合度较差、串车等问题，降低公交运行中人为因素的影响，提高公交系统的运营效率，提出一种考虑乘客动态需求的调度模型，采用自动驾驶环境下的公交运营方式，结合站点实际乘客需求调配车辆，实现了公交车辆利用程度最大和乘客总体等待时间最小的多目标优化。提出的自动驾驶公交调度方法，获取了乘客个体的实时出行需求，同时实现了对车头时距的调控。在模型求解方面，选取拉格朗日松弛算法，最终获得了多目标优化问题的精确解。以北京公交300路快车作为实际案例进行分析，从公交实际运营数据中提取多项参数作为模型的输入，通过拉格朗日松弛算法的求解，得到自动驾驶条件下公交运行时刻表、乘客等待时间、公交承载量、站点上车乘客人数等多项运营指标。通过与公交实际运营状态的对比，论证了采用自动驾驶公交对于改善公交运营现状的可行性。最后将优化结果与公交实际数据进行了对比分析。结果表明：自动驾驶车辆投入公交运营，能够缓解串车问题，同一线路上公交车的载客量分布更为均衡，在同一断面的客流与车头时距的不均衡程度均有所降低；同时高峰时段发车数量减少了20%，公交车的平均承载量提高了21.7%，车辆平均间隔缩短了29.9%。     

基于换乘时间窗的公交区域时刻表优化方法

先进的公共交通系统(APTS)为公交乘客换乘实现最佳衔接提供了基础条件。文中以多条公交线路的区域调度为服务对象,设计了基于换乘时间窗的公交调度策略,建立了以全网络乘客等待时间(换乘乘客等待时间、车内乘客等待时间、非换乘站点乘客候车时间)最短为目标的区域公交发车时刻表模型;采用遗传算法对模型进行求解,并设计算例对模型性能进行验证。结果表明公交线网中协同发车可有效减少换乘乘客的等待时间,基于换乘时间窗的公交调度策略能对区域时刻表作进一步优化。     

城市外围非高峰时段多线路柔性公交协调调度研究

利用柔性公交灵活度高和成本低的优点,考虑公交线路交互对乘客出行选择的影响,提出了城市外围非高峰时段多线路柔性公交的协调调度。首先阐述了柔性公交的运营模式和适用条件以及柔性公交与定制公交的区别。其次分析了城市外围非高峰时段多线路柔性公交的协调调度问题,并给出了柔性公交协调调度的具体流程。接着以乘客的候车时间、乘客减少的步行时间、乘客增加的乘车时间、公交车的运营成本为指标,考虑常规乘客的候车时间约束和公交车响应预约请求时的综合效益约束,建立了多线路柔性公交协调调度的双层规划模型,其中上层模型以乘客的出行时间最少为目标,下层模型以公交的运营成本最低为目标。然后设计了遗传算法,对公交车响应预约站点时的车上乘客数量进行编码来求解该模型。最后以重庆市180路和396路公交为例设置了预约站点,并在4种预约比例下对多线路柔性公交的协调调度和单线调度进行了对比分析。结果表明:有多条柔性公交线路可响应预约站点时,进行协调调度可减少实时预约乘客的候车时间;有共同目的站点的乘客数量越多,进行多线路柔性公交协调调度时乘客整体减少的出行时间越多;预约站点所有乘客有共同目的站点时,进行多线路柔性公交协调调度能降低公交的运营成本。     

城市公交站点乘客候车时间可靠度分析

候车时间的可靠度可直接反映公交运输系统的运营状态和服务水平,是影响公交运输竞争力的一个重要因素.文中通过建立公交站点乘客候车时间的可靠度模型,计算出公交线路中各个站点乘客的候车时间可靠度,为公交站点布置和发车频率制定提供参考;并以成都市某公交线路为例,运用该模型对其站点早高峰乘客候车时间可靠度进行了分析.     

基于站点群体聚集性客流的公交串车调度优化

为提升城市公交准点率、减少延误，解决车辆串车问题，研究基于站点群体聚集性客流的公交调度优化方法。以乘客出行意愿、乘车属性、到站规律等标识公交客流变化特征，以车辆载客限制、站点延误、到达率、下车率等描述串车形成场景。考虑准时性、客流需求、调控策略等约束，采用实时混合控制策略，实现车头时距偏差与乘客总行程时间最小的多目标优化。提出的公交串车调度方法，考虑到乘客到达率的不确定性，并通过调控公交车辆站点驻站时间以及路段平均行驶速度，可满足站点时段性群体聚集公交客流出行需求，防范潜在的公交串车。在模型求解上，考虑到双目标优化视角的差异性，运用超车规则对串车场景下的出站车辆重新排序，设计基于NSGA-II的求解算法，以拥挤距离标定序度关系，以精英策略获取新种群，改进交叉算子，并基于TOPSIS法对获取的Pareto解集择优。最后，以实际公交线路为例进行案例分析，结果表明：基于站点群体聚集性客流的公交串车优化调度模型，系统考虑了乘客乘车属性与车辆载客限制，能够输出最优的车辆滞站与车速调整方案，并且能运算得出车辆离站时间、车头时距偏差、准点率、乘客等待时间以及乘客行程时间等多项运营指标。优化前后对比表...     

基于IC信息和概率理论的公交OD反推方法

针对现有公交OD调查成本高昂、数据可靠性不高、影响因素考虑不全等问题,通过对公交IC卡信息的处理获得公交站点上下乘客人数及对公交乘客出行特征的分析,结合站点吸引率,提出了单条公交线路站点间OD反推结构化算法,并通过实例分析进行了有效性验证。结果表明该方法经济节约,数据可靠,易于实现。     

基于交通流理论的公交站点间行程时间预测

分析了公交站点间车辆运行过程,将行程预测时间划分为交叉口排队等待时间、路段行驶时间和停站时间3个部分,利用交通波理论和延误三角形,分别建立了无公交专用车道和有公交专用车道2种情况下排队等待时间的动态预测模型;根据乘客到站规律和上下车规律,提出了公交车进站停靠时间模型;针对无公交专用车道条件下的时间预测方法进行了实例演算.实验数据表明,基于交通波行程时间预测方法具有较高的精度,可以满足站点间行程时间预报要求.     

考虑需求起讫点及需求等级的响应型社区公交行车调度优化

为提高社区公交对乘客出行需求空间和时间分布波动性的适应能力,减少乘客等待时间和步行到站时间,提出了一种新型响应型社区公交服务,对响应型社区公交的行车调度优化方法进行了研究。通过在社区内部设置高密度的上车、下车备选站点,并根据需求申请的时间将需求等级划分为3个等级。考虑需求起讫点及需求等级对响应型社区公交行车调度进行优化,满足了乘客对于起讫站点的个性化需求,避免了乘客产生二次等待。以空载率、乘客平均不满意度、以及运营里程最小化为评价目标,考虑各类需求、车辆载客容量、乘客被服务时间窗等约束条件,针对响应型社区公交建立了两阶段行车调度优化模型。第1阶段静态调度优化针对发车前已收到的出行预约需求求解优化模型,确定本班次车辆需要响应的预约需求和行车路线;第2阶段动态调度优化针对本班次发车后收到的动态预约需求,考虑动态预约需求申请时刻,在第1阶段静态调度优化结果的基础上求解第2阶段动态调度优化模型,确定本班次需要响应的动态预约需求并调整行车路线。以上海市温泰线社区公交为案例,验证了调度优化方法的效益,匹配了出行需求的起讫站点,根据需求等级对静态、动态需求进行了区别响应,案例优化效果达到了37.68%。     

基于成本最优的城乡公交站点布设模型研究

城乡公交站点的优化布设作为城乡公交一体化规划的重要内容,它决定了运营企业的运营成本和公交乘客的出行时间成本。在分析城市公交站点布设模型的基础上,提出了城乡公交经营者的费用成本和公交乘客的时间价值成本的概念,并以两者之和最小化为目标,建立起城乡公交站点的布设模型,并进行了优化。     

基于乘客感知的公交行程时间可靠性研究

对基于乘客感知的公交行程时间可靠性进行定义,运用马尔科夫链的方法预测了公交站点之间路段行程时间,同时对公交站点的延误时间进行了分析与计算,研究乘客在整个出行过程中的行程时间基本分布状况;然后建立模型求解以乘客角度为出发点的公交行程时间可靠性,并通过实例验证了模型的可行性。     

考虑时间窗的定制公交线路时空分层优化模型

研究定制公交线网布局及调度优化对增强公交系统吸引力, 提高乘客出行效率具有重要意义。针对定制公交乘客需求点在时间和空间上分布离散的特点, 构建了考虑时间窗的定制公交时空分层优化模型, 并设计遗传算法对模型进行求解。通过渔网与核密度分析对需求点在时间和空间上进行了热点识别, 并实现热点区域聚类分析以及合乘站点分类。基于合乘站点集合, 综合考虑公交容量、线路长度、乘客出行距离构建了线路空间优化模型, 以乘客的时间花费最小作为优化目标构建了线路时间优化模型。以济南市城区定制公交为例对模型的性能进行评估, 案例结果表明: 模型优化后的线路方案, 乘客平均服务覆盖率可达96%, 服务区域内每个时段的单个乘客的平均节省时间为15 min, 公交的平均满载率为90%。      

即时响应式定制公交调度优化

调度是支撑即时响应式定制公交运营的关键技术。针对即时响应式定制公交高度分散和随机的乘客出行需求的特点,建立了即时响应式定制公交两阶段调度决策模型。第1阶段进行定制公交初始线路整体决策,以车辆数(线路数)最少为目标,根据区域内分时段的高概率出行OD点的地理分布,优化定制公交系统的初始线路;第2阶段进行车辆实时调度决策,以乘客延误成本最小、运输企业利润最大以及未服务乘客造成的损失最小为目标,在初始线路的基础上,结合实时乘车请求的时空分布、上/下车站点关系、上/下车时间、车辆容量等限制条件,对各线路车辆的实际行驶路线以及到站时刻进行决策。两阶段调度方法从整体和局部两个层面平衡了运输企业和乘客双方的利益,在车辆实时调度决策中兼顾了实时需求和后续最可能需求对调度决策方案的影响。根据两阶段调度模型的特点,分别设计了改进的遗传算法和带精英策略的快速非支配排序遗传算法(NSGA-II)。最后,以广州市内的高概率出行点为例对即时响应式定制公交两阶段调度模型和算法进行了验证。仿真结果表明:初始线路优化模型能够生成数量最少且覆盖区域内所有高概率出行点的线路,车辆实时调度决策模型能够根据实际乘车请求合理调整车辆的行驶路线和到站时刻。     

快速公交站点步行吸引范围研究

基于济南市快速公交站点问卷调查结果与GIS处理数据,运用数理统计分析方法,研究快速公交的各类型站点步行吸引范围及其影响因素。研究表明：站点步行吸引范围应主要以乘客步行吸引距离为标准;乘客步行吸引距离与其月收入相关性最大;快速公交的首末站步行吸引半径为普通站点的2~3倍。     

可靠性理论在公交网络分析中的应用

为了研究公交线路的布局及其发车频率两因素对乘客候车难易程度的影响,以公交网络拓扑为基础,借鉴工程可靠性理论,从直达站点对、非直达站点对以及公交网络3个层次提出了乘客候车可靠度概念,建立了相应的计算模型,并设计了可行的计算机程序。其中直达站点对、非直达站点对的乘客候车可靠度指标反映了在给定的公交站点对之间乘客候车难易程度,公交网络乘客候车可靠度反映了所有站点对之间乘客候车难易程度的平均值。乘客候车可靠度图中各站点对之间用线条连接,其宽度表示乘客候车可靠度值大小。该图可反映乘客在站点对之间出行时等候公交车辆难易程度的分布规律。算例证明了乘客候车可靠度及其图形能够为公交网络的定量、定性分析提供依据。     

基于优化模型的城市公交停靠站址的选择

通过分析影响公交停靠站站址选择的主要因素,综合考虑行人过街延误,和公交站点离交叉口距离限制,将公交站址依据路况进行分类研究,针对各类型建立了基于乘客平均出行时间最小的多条公交线路的停靠站位置的优化选择模型,并提出了该模型的求解算法。     

基于换乘地铁的公交信号优先控制方法研究

针对公交车在临近公交站的交叉路口处的延误导致换乘地铁时间较长的问题,提出基于换乘地铁的交叉口处公交信号优先控制研究的方法.首先分析公交优先与地铁的衔接问题,其次根据历史调查数据运用DBSCAN聚类算法划分时段,然后分析在公交站点处公交车中换乘地铁的平均乘客人数以及非换乘地铁的平均乘客人数,建立优化模型并确定公交车在交叉口处的人均延误公交信号优先控制方法.最后建立交叉口的仿真模型,根据仿真的结果验证本文控制方法,将乘客公交换乘地铁的平均时间缩短了20%,提高了乘客公交换乘地铁的效率.     

基于可变线路定制公交软件平台开发

可变线路定制公交软件主要针对城郊区域低密度需求地区乘客的接载不便等问题,利用最短路程、最经济以及乘客等待时间最短3种规划路线方式,开发了一款可变线路运行方式的软件平台。利用仿真对南京江宁区一实验区域进行实验,得到软件测试的偏移系数以及时间延误。结果表明,软件对于路径的抉择、时间的控制均符合要求,验证了软件的可行性。乘客可以根据需求即时定制,公交公司也可根据不同的乘客需求实时调度,实现不同班次不同线路的出行规划方式,可满足不同线路的运营需求。     

基于站点上下客人数的公交客流OD反推方法研究

通过公交出行行为特征调查分析,研究了公交乘客出行站数的概率分布.基于公交乘客下车概率,以公交站点上下客人数和路段客流量为约束条件,提出了单条公交线路客流OD矩阵的推算方法,通过实例分析,验证了该方法的可行性和有效性.     

双发公交发车频率优化模型研究

合理协调的公交运营调度是优先发展城市公共交通的重要举措,是提高城市公共交通出行效率、改善城市公交服务水平的重要途径.文中在分析单发公交缺陷的基础上,建立了适宜在城市交通高峰时段使用的双发公交发车频率模型,并以公交乘客利益最大化、兼顾公交企业的效益为目标对其进行了优化;结合实际调查数据对优化模型进行验算,证明其相比于单发...     

公交联动发车模型的研究

乘客的候车时间可分为2部分(在出发站点的等待时间及在换乘站的换乘时间),仅考虑换乘时间最短的区域公交协调调度模型无法降低乘客在出发站点的等待时间。针对此问题,提出了公交联动发车的概念及需满足的条件。在对乘客类型分类的基础上,分析了弹性乘客候车时间的计算方法,统计了各类型乘客的各部分候车时间,以所有乘客总的候车时间最短为目标建立公交联动发车模型。针对模型变量多的特点,选用遗传算法进行了求解。采用实例对模型的有效性进行了验证。结果表明,在维持发车间隔不变的基础上,联动发车模型较区域协调调度模型在降低乘客候车时间方面具有明显的优势,乘客候车时间降低了15.2%。