[发明专利]一种基于区间计算的公交动态发车调度优化方法

摘要

本发明公开了一种基于区间计算的公交动态发车调度优化方法，步骤S1：在规划周期起始时刻之前采集在线路上正在运行的车辆信息和乘客信息；步骤S2：预测规划周期起始时刻的乘客基准到达率，并确定模型计算所需要的参数；步骤S3：考虑单条线路上各个站点的乘客基准到达率在一定区间内变化的情况下，以所有乘客的总等车时间最小为目标函数，建立基于区间计算的公交动态发车调度鲁棒优化模型；步骤S4：对该优化模型，利用遗传算法进行求解，最终得到乘客总等待时间较小且具有鲁棒性的发车方案。本发明方法从鲁棒优化的角度来考虑我国的公交动态发车调度问题，解决了不确定的情况下的公交动态发车调度问题，有助于提高公交运营效率。

主权项

1.一种基于区间计算的公交动态发车调度优化方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤S1：在规划周期起始时刻之前采集在线路上正在运行的车辆信息和乘客信息，其中，采集的车辆信息至少包括正在行驶的车辆刚经过的上游站点以及其距离、正在行驶的车辆离开已经行驶过站点的离站时间；采集的乘客信息至少包括每个站点正在等车的乘客数量；步骤S2：在规划周期起始时刻，预测乘客基准到达率并确定模型计算所需要的参数；其中，该参数包括待发车辆数量、车辆在站点停车由于加速减速所需要的缓冲时间、乘客上下车所需的平均时间、车辆到达站点后乘客的下车比率、车辆在站点之间的运行速度、站点距离、车辆最大载客量、公交公司要求的最大发车间隔和最小发车间隔；步骤S3：考虑单条线路上各个站点的乘客基准到达率在一定区间内变化的情况下，以所有乘客的总等车时间最小为目标函数，建立基于区间计算的公交动态发车调度鲁棒优化模型；步骤S4：对上述优化模型，利用遗传算法进行求解，同时调节模型中鲁棒优化的保守程度R，得到满足乘客总等待时间较小且具有鲁棒性的发车方案；所述S3中，基于区间计算的公交动态发车调度鲁棒优化模型进一步如下：步骤S31：设置模型的假设条件：线路上公交车车型统一，车辆最大载客量都相同，公交车在线路上运行时，前后次序不变，每个站点都会停靠，不会出现跨站现象，没有意外事故的发生，车辆运行状况、道路状况保持正常，公交车在不同站点间、不同时段的运营速度是已知的，模型只考虑正在线路上运营的最后一辆车N的运行状态对于待发决策第一辆车的影响；步骤S32：设置模型中的已知参数的符号以及决策变量，具体说明如下：t₀表示规划周期的起始时刻，σ表示车辆在站点停车以及启动时由于加速减速所需要的缓冲时间，C_max表示车辆的最大载客量，α表示乘客上下车所需的平均时间，q_j表示车辆到达站点j后乘客的下车比率，D_j表示从第j‑1站到第j站之间的站间距离，V_j表示车辆在站点j‑1和j之间的运行速度，P_j表示t₀时刻正在线路上运行的最后一辆车N到达站点j时正在站点j等车的乘客数量，H_max与H_min分别表示最大发车间隔和最小发车间隔；表示车辆i在首站的发车时间，为模型决策变量，i＝1,2,...,M；步骤S33：根据发车时间和步骤S2中预先确定的参数计算模型中的中间变量；其中，所述中间变量至少包括到达下游站点的时间、车辆停靠时间、下车的乘客人数、上车乘客的人数、车上的乘客人数、等车人数、未上车乘客人数；该步骤S33进一步包括如下步骤：步骤S331：到达下游站点的时间的计算分为正在路上运行的车辆N到达下游站点的时间与待发决策车辆到达站点的时间；对于规划周期开始时正在线路上运营的车辆最后一辆车N，它到达下一站点的时间是由车辆所在的当前位置决定的，计算公式为：其中，为车辆N离开站点j的时间，表示车辆N在站点j的停靠时间，D_N'表示正在行驶的车辆N刚经过的上游站点的距离，L_N表示正在行驶的车辆N刚刚经过的上游站点；对于待发决策车辆从首站到末站，到达下游站点的时间可以通过在首站的发车时间进行计算，计算公式为：步骤S332：上一步中车辆停靠时间的计算公式为：其中，为车辆i到达站点j后上车的乘客数量，为车辆i到达站点j后下车的乘客数量；步骤S333：下车乘客人数计算公式为：其中，为车辆i在到达站点j时车上的乘客数量；步骤S334：车上乘客人数计算公式为：步骤S335：上车人数计算公式为：其中，为车辆i到达站点j时等车的乘客数量；步骤S336：上一步中等车人数的计算可以分为正在路线上运行的最后一辆车N即将到达站点的等车人数和待发车辆到达站点的等车人数两种情况；该步骤S336进一步包括：步骤S3361：对于线路上正在运行的车辆N，站点等车的乘客人数可以表示为之前车辆剩余的乘客人数与之后到达乘客的人数之和：其中，表示站点的实际乘客到达率；步骤S3362：对于第一辆待发车辆，站点等车的人数可以表示为：其中，为车辆i到达站点j后未能上车的乘客数；步骤S3363：从规划周期内第二辆待发车辆开始，等车人数即是在这段时间内到达的乘客人数与未登上前一辆车的乘客数目之和，其表示为：步骤S337：未上车乘客数目计算公式如下：步骤S34：建立发车间隔约束以及不允许超车约束，对目标函数进行建模，考虑所有乘客的等车时间总和最小；该步骤S34进一步包括：步骤S341：待发车辆的发车间隔不能超过最大和最小发车间隔约束如下：步骤S342：在车辆运行的过程中，超车是不被允许的，建立不允许超车约束：步骤S343：目标函数最小化所有乘客的总等车时间，总等车时间又可分为两部分；第一部分是乘客在达到站点后等待第一辆车到达的等车时间，这又可以分为两种情况，首先是第一辆待发车辆作为等待的第一辆到达的车辆的乘客总等车时间计算如下：然后是第二辆到第M辆待发车辆作为等待的第一辆到达的车辆，对应乘客总等车时间计算公式如下：第二部分是乘客在到达站点后由于车辆满员，而需要等待后一辆车到达所产生的等车时间，等车时间计算公式：其中，T_avg表示最后一辆车所滞留乘客的预计等车时间(单位乘客)，该变量是根据历史数据预先确定的参数；优化的目标是最小化这两部分的等车时间总和：步骤S35：采用典型的基于区间的鲁棒优化模型转化方法对原模型目标函数做等价转换，用η来代替目标函数Z如下所示：minη转化为对应的鲁棒模型时，需要添加一个新的关键性约束：其中，t₁是规划周期内最后一辆车到达末站的时间；表示基准乘客到达率，表示不确定的乘客到达率允许变化的最大值；R是一个正数用来衡量鲁棒优化的保守程度，W(R)表示在保守程度R下实际乘客到达率的取值范围。