[发明专利]一种基于带时间窗的到站时间预测的公交晚点恢复方法

说明书

技术领域

本发明涉及公交车辆运营调度领域，尤其涉及一种基于带时间窗的到站时间预测的公交晚点恢复方法。

背景技术

公交车辆运营调度是整个公交企业的核心工作之一。公交车辆的动态调度是有效提高服务水平，从而增强公交吸引力、缓解城市交通拥堵的有效途径。

公交车晚点恢复是指当公交车到站时间与时刻表产生时间偏离时，采用一系列解决方法，使该辆公交车在后续站点能准点到达，本质上是一种实时调度方案。本方案中提出的晚点恢复是在卡尔曼滤波预测公交车辆到站时间的基础上，以时间窗的形式判断调度时机，以公交车路段间参考平均速度作为调度指标，指导司机实时调整车辆运行状态。

目前，公交车的动态调度方案现有以下几种：调整公交车的发车间隔，改变公交车发车的时刻，区间跨线联运。这些方案都是待公交车真正出现晚点情况时，才会做出相应调整，一般从始发站发车角度作调整，动态性较差，是一种被动的调度方案。

经长期研究发现，目前国内外针对晚点实时调整的研究还不多，为数不多的研究主要作用与轨道交通，飞机等交通工具。如果能结合公交车到站时间预测，先行获取车辆到达下一个站点的时间点，在与设定时间窗对比的基础上，在到达该站点之前进行动态调整，避免可能的晚点或在缓解晚点程度，将提高公交车的准点率以及乘客站点等待满意度，也提出了公交车辆调度研究的新方向。

发明内容：

本方法是在准确预测公交车到站时间预测的基础上，结合到站时间窗，提出一种公交车晚点恢复方法。

本方法基于卡尔曼滤波对公交车晚点恢复做了公交车辆到站时间，给出调度时机判断时间窗，提出晚点恢复概念，引入时间偏离系数，以临界时间偏离系数所对应速度与路段最大允许速度为约束，建立晚点恢复模型，以提供路段行驶参考速度。本方法所提出的基于带时间窗的到站时间预测的公交车晚点恢复方法，通过实时公交车辆运行调整，从而避免可能的晚点，或者使其尽快恢复正常运行，克服了现有公交车辆调度方案的滞后性，具有较为理想的可操作性。

为达到上述目的，本发明带时间窗的到站时间预测的公交车晚点恢复方法是这样进行的：

1)首先，利用卫星定位设备采集公交车辆在固定线路上到达每一站点的时刻，计算其在站点间的行程时间；建立城市公交车辆路段行程时间实测数据集合R，将其按照时间段进行整理，划分每个时间段的城市公交车辆路段行程时间数据集合R_(a)，a为划分时间段的标号，且为正整数；根据同一个时间段内的行程时间实测数R_(a)1,R_(a)2,∧,R_(a)m，计算出该时间段的城市公交车辆路段平均行程时间数据：

m为正整数,m为集合R_(a)中的数据个数；

2)其次，对公交车辆在路段及站点空间上进行时间分析，将公交车到站时间划分为路段行程时间与站点滞留时间，利用卡尔曼滤波理论对公交车辆路段行程时间进行预测，同时利用站台无线通讯接收模块，实时接收公交车辆的经纬度以及时刻信息，结合预测的公交车辆路段行程时间，预测公交车辆到站时间；

3)根据公交车行车时刻表的公交车到站时刻T_ai，采用现行“快一慢二”标准设定到站时间窗，将步骤2）中预测的所述公交车辆到站时间与此到站时间窗进行比较，判断是否晚点；

4)根据晚点恢复，时间偏离系数以及临界时间偏离系数建立晚点恢复模型，提供车辆运行参考速度。

其中，利用卡尔曼滤波对公交车辆到站时间进行预测，并根据实际情况设定到站时间窗，具体为：

1)设x(t)为要预测的t时刻出发的到站时间，Ф(t)是状态转移参数，为随机干扰，服从参数为（μ=0，σ²=Q(t)）的正态分布。则状态转移方程为：

2)令z(t)为区间运行时间的观测值，v(t)为观测误差，它服从参数为（μ=0，σ²=R(t)）的正态分布，观测方程为：

z(t)=x(t)+v(t)；

3)对于任意的i，j，有令P(t)为预测方差，根据卡尔曼滤波理论可以得到如下的计算步骤：

a)初始化：t=0，

b)外推：x’(0)=Ф(t-1)x(t-1)

P(t)=Ф(t-1)P(t-1)Ф’(t-1)+Q(t-1)

c)卡尔曼增益矩阵：K(t)=P(t)/(P(t)+R(t))

d)更新：x(t)=x(t-1)+K(t)(z(t)-x′(t-1))