[发明专利]一种城市常规公交线网设计方法

摘要

本发明公开了一种城市常规公交线网设计方法，包括简化已知的城市道路网，然后以发车频率为变量，以乘客和运营者成本最小为目标函数，以最小发车频率、车辆容量等限制条件为约束的城市常规公交线网设计模型，通过模拟退火算法求解，最终可以得到总成本最小时的最优公交线网设计和对应发车频率，“一次成网”，实现公交线路设计和运营调度的双重目的，在得到的优化线网基础上本专利将进行线路调整，使公交线网设计更加合理、质量更优、结构更加稳定，更具有实用性。

主权项

1.一种城市常规公交线网设计方法，其特征在于，包括如下步骤：S1简化已知的城市道路网，并数据初始化；S2根据乘客出行OD点，采用Dijkstra算法计算最短线路，并将最短线路作为初始候选线路；S3以将乘客的时间价值成本及企业营运成本控制最低为目标，建立目标函数，所述乘客的时间价值成本包括乘客的候车成本、乘客的车内时间成本及乘客在中间站换乘候车时间成本；Min C＝C_W+C_R+C_I+C_o其中，C_I是乘客的车内时间成本，C_W是乘客的候车成本，C_R乘客在中间站换乘候车时间成本，C_o车辆运营成本；S4设定相关约束条件，所述约束条件包括：(1)上下行发车间距相等公交线路的来回两个方向的公交车发车频率相同，即：f_ij＝f_ji(2)发车频率需满足基本运输要求，能够尽最大可能运走需要通过公交出行的乘客，即：其中：K为每辆车载客容量，单位是人/veh；Q_ab，Q_ba分别为路段上行即方向a到b、下行方向乘客需求量，单位是人/h，F_ab为路段上的公交车发车频率；F_ba为路段上的公交车发车频率，取值为0或者1，若i为起点站，j为终点站的线路R_ij经过了路段则取值为1，其他情况为0；(3)从出发点i至目的地j的乘客需求量应小于或者等于其对应的直达、换乘线路允许载客总数，这样用以确保满足车辆容量限制，需求的容量限制可表示如下：其中：取0或者1，当经过乘客从发点i和目的地j时或者当经过乘客出发点i和线路R_ij的中点站b时当路径无法为i到j的乘客提供直达或者换乘服务时K是每辆车的最大载客量；(4)路线长度l_ij7≤l_ij≤15；(5)发车频率发车频率需要大于等于0，满足整数条件的限制；S5由上述目标函数及约束条件，可整理得到如下公交线网设计的非线性数学规划模型：Min C＝C_W+C_R+C_I+C_os.t.f_ij＝f_ijS6采用以模拟退火方法为基础结合公车线路运营调整的经验，对非线性数学规划模型进行求解，得到优化线路与发车频率；所述乘客的候车成本C_W公交线路规划需要考虑所有愿意使用公交出行的乘客的特征，这里将乘客分为愿意换乘与不愿换乘者两类，将乘客候车成本也细分到对应的两种人群成本，愿意换乘的乘客平均等车时间少于不愿换乘的乘客等车时间，下文中的时间单位均为小时，时间价值单位均为元/小时，为有所区分，这里用所有线路发车间隔的平均值表示各类乘客的平均等车时间：其中：q_ij为出发点i到目的地j的需求量，单位人/小时；N为站点总数；分别为愿意换乘和不愿意换乘乘客的单位等车时间价值，单位元/h；r_ij为出发点i到目的地j的乘客中换乘乘客比例，出发点i到目的地点j的愿意换乘的乘客候车时间与不愿意换乘的乘客候车时间分别为：其中：表示起点站i₁到终点站j₁的公交线路；表示起点站i₁到终点站j₁的公交线路发车频率，单位车/小时；为全体站点集合；为乘客平均等车时间因子，一般假设乘客到站服从均匀分布，取值为0或者1，当起点站i₁到终点站j₁的公交线路经过乘客出发点i但却不经过乘客目的地j，乘客只能在公交线路的某个中途站下车时，否则取值为0或者1，起点站i₁到终点站j₁的公交线路经过乘客出发点i并且经过乘客目的地j时，否则乘客在中间站换乘候车时间成本C_R其中，V_R表示单位转车时间价值，单位元/h；r_ij表示愿意换乘的乘客比例；为出发点i到目的地j的换乘乘客平均换乘时间，单位h，p_sk表示想从出发点i到目的地j的换乘乘客可能选择换乘线路R_sk的概率，表示乘客在中转站等车的等待时间，p_sk、t_sk分别为：其中：f_sk表示从以s为起点站，k为终点的公交发车频率，单位车/小时；取值为0或者1，当以s为起点站，k为终点的公交线路经过乘客出发点i但却不经过乘客目的地j，乘客只能在线路R_sk的中点站b下车并且从b到j有直达车时，否则取值为0或者1，当以i₁为起点站，j₁为终点站的车经过乘客出发点i和R_ij的中点站b但不经过终点站j并且从b到j有直达车时或者当线路R_sk经过乘客出发点i和乘客目的地j时其他情况为0；为乘客换乘平均等车时间因子，取值为0或者1，当以i₁为起点，j₁为终点的车经过中点b并且可以达到乘客目的地j时，否则乘客的车内时间成本C_I其中：V_I表示乘客的车内时间价值，单位元/h；为车辆运行于发点i至目的地j的平均车内时间是车辆运行时间与车辆停靠时间之和；车辆运行成本C_o车辆运行成本C_o为：其中：c为每车公里成本；D_ij为车辆从发点i至目的地j的行驶距离。