[发明专利]一种基于乘客出行时间窗约束的需求响应公交调度方法

权利要求书

1.一种基于乘客出行时间窗约束的需求响应公交调度方法，其特征在于，包括：

步骤1：获取乘客出行需求数据和需求响应型公交始发站及换乘枢纽点的位置信息，构建总目标函数，并对总目标函数内的参数进行初始化；

步骤2：以需求响应型公交始发站为起点、以换乘枢纽点为终点，将乘客出行需求数据中乘客出行需求点按照时间窗先后排序并串联，得到多条候选路径；

步骤3：获取各条候选路径上乘客出行需求点对应的公交停靠站点候选集合，从所述公交停靠站点候选集合中选出最佳公交停靠站点，并将乘客出行需求点分配到所述最佳公交停靠站点，生成公交运营线路；

步骤4：获取所述公交运营线路上各个乘客出行需求点对应的最佳乘车时间窗，生成需求响应型接驳公交时刻表；

所述总目标函数具体为：

式中，U为总目标函数，D为需求响应型接驳公交路径起点的集合，M为候选公交停靠站点的集合，MS为换乘枢纽点，即路径终点的集合，为取值为0或1的变量，t_jm为车辆从公交停靠站点候选点j行驶到点m的行驶时间，为路径k上预计驶离公交停靠站点候选点j的时间，为路径k上预计到达公交停靠站点候选点j的时间，D_i为需求点i的乘客数量，d_ij为乘客从需求点i到公交停靠站点候选点j的步行距离，x_ij为取值为0或1的变量，W_s为乘客平均步行速度，和分别为乘客偏好时间窗与公交运行时刻表偏差值的上下界；

所述步骤2中，采用蚁群算法获取多条候选路径，具体包括：

步骤2.1：按照所述乘客出行需求数据中乘客出行时间窗上界和下界的中间值，对乘客出行需求点进行排序，并将N只蚂蚁个体置于乘客出行时间窗的序列初始点；

步骤2.2：根据排序后的乘客出行需求点与紧邻的候选站点，生成蚁群候选路径集；

步骤2.3：基于候选路径集，确定蚂蚁个体转移路径；

步骤2.4：直至所有乘客出行需求点均被分配到从公交始发站到换乘枢纽点的线路上，得到多条候选路径；

所述蚁群候选路径集具体为：

其中，allowed为蚁群候选路径集，i为选择需求响应型接驳公交出行的乘客需求点，K为所有路径的集合，ψ(k)为路径k上紧邻需求点i的下一个候选站点，e_ψ(k)和l_ψ(k)分别为候选站点对应的时间窗的上界和下界，t_ψ(k)i代表候选站点和需求点i之间的出行时耗，e_i和l_i分别为需求点i对应的时间窗的上界和下界；

所述步骤2.3中，采用伪随机比例规则确定蚂蚁个体转移路径，具体为：

取伪随机数为q，预设参数为q₀；

若q≤q₀，则蚂蚁个体选择令参数τ_iψ(k)(t)[η_iψ(k)]^β的值最大的第k条路径作为下一步的转移路径；

若q＞q₀，则计算概率值蚂蚁个体选择路径集合中概率值最大的第k条路径作为下一步的转移路径；

其中，m∈MS；q₀为预设参数，q₀∈(0，1]；η_iψ(k)为第k条路径上需求点i与下一个点ψ(k)之间的启发式因子；τ_iψ(k)(t)为在t时刻第k条路径上紧邻需求点i的下一个站点与需求点i之间的路径信息素因子；α为信息素相对影响程度因子；β为启发式因子相对影响程度因子；

所述步骤3具体包括：

步骤3.1：采用回溯法，选取一个换乘枢纽点作为候选路径的终点，从所述终点出发，根据两个站点间的公交行驶时间以及乘客走到站点候选点的步行时间之和，构建时间成本目标函数；

步骤3.2：将待求乘客出行需求点对应的时间成本目标函数的初始值设为0，并生成候选路径上待求乘客出行需求点对应的公交停靠站点候选点集合；

步骤3.3：基于所述公交停靠站点候选点集合，进行公交停靠站点选址，选取最佳公交停靠站点；

步骤3.4：将所有的乘客出行需求点分配到对应的最佳公交停靠站点，生成公交运营线路；

所述时间成本目标函数为：

其中，表示从当前公交停靠站点候选点j到下一个需求点i+1对应的公交停靠站点候选点的车辆行驶时间，d_ij表示需求点i到公交停靠站点候选点j的距离，W_s指乘客平均步行速度；

所述步骤4具体包括：

步骤4.1：计算公交车通过公交运营线路中某条线路到达目标换乘枢纽点的预计到达时间；

步骤4.2：计算公交停靠站点候选点处的公交车预计离站时间；

步骤4.3：根据所述预计到达时间和所述预计离站时间，生成每一个公交停靠站点候选点的车辆预计到达时间区间[l_i-TD_max，l_i+TD_max]；

其中，l_i为最佳公交停靠站点所服务的乘客出行需求点i的乘客出行时间窗上界，TD_max为公交预计离开公交停靠站点候选点j的时间与乘客出行时间窗的上界之间所允许的最大差值；

步骤4.4：遍历所有公交停靠站点候选点的公交车预计到达时间区间，将最接近乘客偏好时间窗的结果，作为最终的分配结果；

步骤4.5：若所有的乘客出行需求点的乘客偏好时间窗都被满足，则形成需求响应型接驳公交时刻表。