可变线路式公交车辆调度优化模型
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
收稿日期 ： ２ ０ １ ２ ０ ５ ３ ０ ２ ０ １ ２ ０ ８ ２ ３ － － 修回日期 ： － － ） 、 ） 、 项目 （ 批准号 ： 国家自然科学基金资助项目 （ 批准号 ： 江苏省普通 ９ ７ ３ 计划 ） ２ ０ １ ２ Ｃ Ｂ ７ ２ ５ ４ ０ ２ ５ ０ ９ ７ ８ ０ ５ ７ ＊ 国家重点基础研究发展计划 （ ＿ ） 高校研究生科研创新计划项目 （ 批准号 ： 资助 Ｃ Ｘ Ｚ Ｚ １ ２ ０ １ １ １ ） ， ： 第一作者简介 ： 林叶倩 （ 硕士生 ． 研究方向 ： 交通运输规划与管理 ． １ ９ ８ ９ Ｅ－ｍ ａ ｉ ｌ ｉ ａ ｎ ｉ ａ ｎ ０ ５ ９ ２＠１ ２ ６． ｃ ｏ ｍ ｑ ｑ
９］ 等［ 以 多 伦 多 市 的 ３ 条 公 交 线 路 为 例， 利用数学
仿真模型证明单纯增加松弛时间并不能有效的增 并通过与常 规 公 交 运 营 方 式 进 加 公交服务能力 ，
— — 林叶倩 李文权 邱 丰 丁钰玲 可变线路 式公 交车辆 调度优 化模型 —
１ ５
பைடு நூலகம்
行对比 ， 判定其作 为 地 铁 接 驳 线 路 的 可 行 性 和 适 用性 。 本文在总结已 有 研 究 的 基 础 上 ， 以为更多乘 客提供站外上车 （ 下 车） 服 务 为 目 标， 综合考虑乘 建立了可变线路式 客出行成本和公 交 运 营 成 本 ， 公交的运营调度模型 。 这对于我国开展可变线路 提高 公 交 整 体 服 务 水 平 具 有 重 要 意 式公交服务 ， 义。
１ ４
交通信息与安全 ２ ０ １ ２年 ５期 第３ ０卷 总１ ７ １期
可变线路式公交车辆调度优化模型 ＊
林叶倩 李文权 邱 丰 丁钰玲
（ ） 东南大学交通学院 南京 ２ １ ０ ０ ９ ６ 摘 要 将可变线路式公交调度模型描述为混合 整 数 规 划 问 题 ， 考虑公交公司运营成本和乘客出行 费用 ， 以系统成本最低为目标建立可变线路式公 交 调 度 模 型 。 针 对 该 调 度 模 型 的 特 点 采 用 最 近 插 入 法构建初始解 ， 并设计了相应的遗传算法对模型 进 行 求 解 。 通 过 数 学 仿 真 实 验 对 该 模 型 进 行 有 效 性 对比分析了可变线路式公交与常规公交在不同出行需求量下的性能指标 。 结果 表 明 ， 该调度模 验证 ， 型适用于可变线路式公交系统 ， 随着出行需求的降低 ， 可变线路式公交相比于常规公交的 优 势 愈 加 明 显。 关键词 公交调度 ； 车辆路径问题 ； 遗传算法 ； 仿真实验 ； 可变线路式公交 ： ／ 中图分类号 ： Ｕ ４ ９ ２． ２ ２ 文献标志码 ： Ａ ｄ ｏ ｉ １ ０． ３ ９ ６ ３ ． ｉ ｓ ｓ ｎ １ ６ ７ ４ ４ ８ ６ １． ２ ０ １ ２． ０ ５． ０ ０ ４ － ｊ
停靠点ｉ 的 横 坐 标 ； ｄ ｘ ｂ ａ ｃ ｋ为 车 辆 在 ｘ 方 向 上 允 许 ； 的最大逆行距 离 固 定 站 点ｉ 的 车 辆 计 划 发 车 时 间用 Ｔ 上 一 发 车 班 次 固 定 站 点ｉ 的 发 车 Ｓ ｉ 表 示， 时间用 Ｔ 且Ｔ Ｓ ′ Ｓ Ｔ Ｓ ′ Ｔ； Ａ Ｓ ｉ 表示 ， ｉ＝ ｉ＋ ｉ 为计划 分别用ｔ 中车辆到达固定站点ｉ 的时间 ； ）、 ）（ ｔ ｉ ａ（ ｉ ｄ（ ｉ 表示车辆到 达 停 靠 点ｉ 的 时 间 和 从 停 靠 点 Ｓ） ∈Ｓ ｉ 发车的时间 ； Ｔ Ｐ ｋ 和 ＴＤｋ 分 别 为 乘 客ｋ 的 上 车 时间 和 下 车 时 间 ； （ Ｔ Ｒ ｉ ｋ）为 站 外 上 车 乘 客 希 望 在 （ ［ 能够上车的时间 ； 为站外 停靠点ｉ ｉ Ｓ） ｅ ｌ ∈Ｎ ｋ， ｋ］ 上车乘客 ｋ（ 上 车 时 间 的 时 间 窗； ｋ∈Ｎ１ ∪Ｎ３ ） Ｔ ｓ 为公交车辆在每 个 站 点 的 服 务 时 间 ， 文中认为各 个站点的服务时间相同 ； ｗ１ 、 ｗ２ 和 ｗ３ 分别为车辆 乘客候 车 时 间 和 乘 客 在 固 定 站 点 空 闲 运营成本 、 时间的 权 重 系 数 ； α １ 为车辆行驶里程的货币成 本， 为 ｃ ｍ ∈Ｍ ） α ２ 为乘客时间消耗的 货 币 价 值 ； ｍ（ 本文 认 为 同 类 乘 客 第 ｍ 类乘客支付的公交票价 ， 的票价相同 ； 车 辆 的 行 驶 速 度 用ｖ 表 示； ＣＢ 为 公 交车辆的额定载客数 ； Ｚ 为一个任意大的值 。 １． ３ 数学模型 以系统总成本最优为目标建立的可变线路式 公交车辆调度模型为 ｍ ｉ ｎ Ｚ＝ｗ α １［ １
０ 引 言
随着经济的发 展 和 机 动 化 水 平 的 提 高 ， 城市 交通拥堵问题也不断加剧 。 公共交通在道路交通 资源的充分利用上具有私人交通无法比拟的优越 性， 已经成为缓解道路交通拥堵的 １ 条重要途径 。 ） 可变线路 式 公 交 （ 作为１种新 ｆ ｌ ｅ ｘ ｒ ｏ ｕ ｔ ｅ ｔ ｒ ａ ｎ ｓ ｉ ｔ － 融合了常规公交运营模式 型公 交 运 营 模 式 ， （ 的高成本效益以及需求响应式公交系统 Ｆ Ｒ Ｔ） （ ） 能够提供门到门的公交运输 Ｄ Ｒ Ｔ 的机动灵活 ， 是解决城郊 地 区 公 交 服 务 问 题 的 １ 条 重 要 服务 ， 途径 。 可变线路式公 交 可 以 描 述 为 ： 车辆在一定的 服务区域内围绕 基 准 线 路 运 行 ， 并在松弛时间内 偏离基准路线行 驶 ， 在乘客要求的地点停车上下 客 。 车辆行驶过 程 中 满 足 一 定 的 时 空 限 制 ， 即车 辆驶离基 准 路 线 为 乘 客 提 供 站 外 上 下 车 服 务 之 需要返回基准线路继续行驶 ， 并且满足线路上 后， 固定站点的时间约束 。 根据可变线路式公交乘客 的上下车位置可 以 将 其 分 为 ４ 类 ： 站外上车站外 、 、 下车 （ 站内 上 车 站 外 下 车 （ 站外上车 Ｉ类 ） Ｉ Ｉ类 ） 。 站内下车 （ 和站内上车站内下车（ Ｉ Ｉ Ｉ类 ） Ｉ Ｖ 类） 其运行模式见图 １， 其中 １ 和ｓ 为公交线路的首末 站。
图 １ 可变线路式公交运行模型 Ｆ ｉ ． １ Ｒ ｕ ｎ ｍ ｏ ｄ ｅ ｌ ｏ ｆ ｆ ｌ ｅ ｘ ｒ ｏ ｕ ｔ ｅ ｔ ｒ ａ ｎ ｓ ｉ ｔ － ｇ
现阶段国内外学者对于可变线路式公交系统
］ １ ２ － 已经做了一 些 研 究 。 云 亮 等 ［ 总结了目前国内
外可变线路式公 交 的 主 要 研 究 成 果 ， 并研究了多
［］ 度模型 ； Ｗ ｅ ｉ Ｌ ｕ 等 ７ 针对多车辆可变线路式公 交
调度的 动 态 插 入 算 法 进 行 了 研 究 ； Ｑ ｕ ａ ｄ ｒ ｉ ｆ ｏ ｌ ｉ ｏ ｇ
［ ８］ 和Ｄ ｅ ｓ ｓ ｏ ｕ ｋ ｌ ｙ 利用仿 真 实 验 对 可 变 线 路 式 公 交
的性 能 指 标 进 行 了 分 析 ； Ｂ ａ ｈ ａ Ｗ． Ａ ｌ ｓ ｈ ａ ｌ ａ ｌ ｆ ａ ｈ
［］ 车辆可变 线 路 式 公 交 的 调 度 问 题 ； Ｋ ｏ ｆ ｆ ｍ ａ ｎ３ 探
讨 了 已 有 的 可 变 线 路 式 公 交 系 统 的 实 践 经 验；
［ ］ Ｑ ｕ ａ ｄ ｒ ｉ ｆ ｏ ｌ ｉ ｏ 等 ４－６ 利 用 连 续 近 似 的 方 法 计 算 出 ｇ
可变线路式公交系统中车辆径向速度的上限和下 并全面描述了可变线路式公交的参数 ， 建立了 限， 可变线路式公交 的 混 合 整 数 规 划 模 型 ， 同时分别 提出可变线路式公交的静态和动态路径选择及调
９］ 等［ 以 多 伦 多 市 的 ３ 条 公 交 线 路 为 例， 利用数学
仿真模型证明单纯增加松弛时间并不能有效的增 并通过与常 规 公 交 运 营 方 式 进 加 公交服务能力 ，
— — 林叶倩 李文权 邱 丰 丁钰玲 可变线路 式公 交车辆 调度优 化模型 —
１ ５
பைடு நூலகம்
行对比 ， 判定其作 为 地 铁 接 驳 线 路 的 可 行 性 和 适 用性 。 本文在总结已 有 研 究 的 基 础 上 ， 以为更多乘 客提供站外上车 （ 下 车） 服 务 为 目 标， 综合考虑乘 建立了可变线路式 客出行成本和公 交 运 营 成 本 ， 公交的运营调度模型 。 这对于我国开展可变线路 提高 公 交 整 体 服 务 水 平 具 有 重 要 意 式公交服务 ， 义。
１ ４
交通信息与安全 ２ ０ １ ２年 ５期 第３ ０卷 总１ ７ １期
可变线路式公交车辆调度优化模型 ＊
林叶倩 李文权 邱 丰 丁钰玲
（ ） 东南大学交通学院 南京 ２ １ ０ ０ ９ ６ 摘 要 将可变线路式公交调度模型描述为混合 整 数 规 划 问 题 ， 考虑公交公司运营成本和乘客出行 费用 ， 以系统成本最低为目标建立可变线路式公 交 调 度 模 型 。 针 对 该 调 度 模 型 的 特 点 采 用 最 近 插 入 法构建初始解 ， 并设计了相应的遗传算法对模型 进 行 求 解 。 通 过 数 学 仿 真 实 验 对 该 模 型 进 行 有 效 性 对比分析了可变线路式公交与常规公交在不同出行需求量下的性能指标 。 结果 表 明 ， 该调度模 验证 ， 型适用于可变线路式公交系统 ， 随着出行需求的降低 ， 可变线路式公交相比于常规公交的 优 势 愈 加 明 显。 关键词 公交调度 ； 车辆路径问题 ； 遗传算法 ； 仿真实验 ； 可变线路式公交 ： ／ 中图分类号 ： Ｕ ４ ９ ２． ２ ２ 文献标志码 ： Ａ ｄ ｏ ｉ １ ０． ３ ９ ６ ３ ． ｉ ｓ ｓ ｎ １ ６ ７ ４ ４ ８ ６ １． ２ ０ １ ２． ０ ５． ０ ０ ４ － ｊ
停靠点ｉ 的 横 坐 标 ； ｄ ｘ ｂ ａ ｃ ｋ为 车 辆 在 ｘ 方 向 上 允 许 ； 的最大逆行距 离 固 定 站 点ｉ 的 车 辆 计 划 发 车 时 间用 Ｔ 上 一 发 车 班 次 固 定 站 点ｉ 的 发 车 Ｓ ｉ 表 示， 时间用 Ｔ 且Ｔ Ｓ ′ Ｓ Ｔ Ｓ ′ Ｔ； Ａ Ｓ ｉ 表示 ， ｉ＝ ｉ＋ ｉ 为计划 分别用ｔ 中车辆到达固定站点ｉ 的时间 ； ）、 ）（ ｔ ｉ ａ（ ｉ ｄ（ ｉ 表示车辆到 达 停 靠 点ｉ 的 时 间 和 从 停 靠 点 Ｓ） ∈Ｓ ｉ 发车的时间 ； Ｔ Ｐ ｋ 和 ＴＤｋ 分 别 为 乘 客ｋ 的 上 车 时间 和 下 车 时 间 ； （ Ｔ Ｒ ｉ ｋ）为 站 外 上 车 乘 客 希 望 在 （ ［ 能够上车的时间 ； 为站外 停靠点ｉ ｉ Ｓ） ｅ ｌ ∈Ｎ ｋ， ｋ］ 上车乘客 ｋ（ 上 车 时 间 的 时 间 窗； ｋ∈Ｎ１ ∪Ｎ３ ） Ｔ ｓ 为公交车辆在每 个 站 点 的 服 务 时 间 ， 文中认为各 个站点的服务时间相同 ； ｗ１ 、 ｗ２ 和 ｗ３ 分别为车辆 乘客候 车 时 间 和 乘 客 在 固 定 站 点 空 闲 运营成本 、 时间的 权 重 系 数 ； α １ 为车辆行驶里程的货币成 本， 为 ｃ ｍ ∈Ｍ ） α ２ 为乘客时间消耗的 货 币 价 值 ； ｍ（ 本文 认 为 同 类 乘 客 第 ｍ 类乘客支付的公交票价 ， 的票价相同 ； 车 辆 的 行 驶 速 度 用ｖ 表 示； ＣＢ 为 公 交车辆的额定载客数 ； Ｚ 为一个任意大的值 。 １． ３ 数学模型 以系统总成本最优为目标建立的可变线路式 公交车辆调度模型为 ｍ ｉ ｎ Ｚ＝ｗ α １［ １
０ 引 言
随着经济的发 展 和 机 动 化 水 平 的 提 高 ， 城市 交通拥堵问题也不断加剧 。 公共交通在道路交通 资源的充分利用上具有私人交通无法比拟的优越 性， 已经成为缓解道路交通拥堵的 １ 条重要途径 。 ） 可变线路 式 公 交 （ 作为１种新 ｆ ｌ ｅ ｘ ｒ ｏ ｕ ｔ ｅ ｔ ｒ ａ ｎ ｓ ｉ ｔ － 融合了常规公交运营模式 型公 交 运 营 模 式 ， （ 的高成本效益以及需求响应式公交系统 Ｆ Ｒ Ｔ） （ ） 能够提供门到门的公交运输 Ｄ Ｒ Ｔ 的机动灵活 ， 是解决城郊 地 区 公 交 服 务 问 题 的 １ 条 重 要 服务 ， 途径 。 可变线路式公 交 可 以 描 述 为 ： 车辆在一定的 服务区域内围绕 基 准 线 路 运 行 ， 并在松弛时间内 偏离基准路线行 驶 ， 在乘客要求的地点停车上下 客 。 车辆行驶过 程 中 满 足 一 定 的 时 空 限 制 ， 即车 辆驶离基 准 路 线 为 乘 客 提 供 站 外 上 下 车 服 务 之 需要返回基准线路继续行驶 ， 并且满足线路上 后， 固定站点的时间约束 。 根据可变线路式公交乘客 的上下车位置可 以 将 其 分 为 ４ 类 ： 站外上车站外 、 、 下车 （ 站内 上 车 站 外 下 车 （ 站外上车 Ｉ类 ） Ｉ Ｉ类 ） 。 站内下车 （ 和站内上车站内下车（ Ｉ Ｉ Ｉ类 ） Ｉ Ｖ 类） 其运行模式见图 １， 其中 １ 和ｓ 为公交线路的首末 站。
图 １ 可变线路式公交运行模型 Ｆ ｉ ． １ Ｒ ｕ ｎ ｍ ｏ ｄ ｅ ｌ ｏ ｆ ｆ ｌ ｅ ｘ ｒ ｏ ｕ ｔ ｅ ｔ ｒ ａ ｎ ｓ ｉ ｔ － ｇ
现阶段国内外学者对于可变线路式公交系统
］ １ ２ － 已经做了一 些 研 究 。 云 亮 等 ［ 总结了目前国内
外可变线路式公 交 的 主 要 研 究 成 果 ， 并研究了多
［］ 度模型 ； Ｗ ｅ ｉ Ｌ ｕ 等 ７ 针对多车辆可变线路式公 交
调度的 动 态 插 入 算 法 进 行 了 研 究 ； Ｑ ｕ ａ ｄ ｒ ｉ ｆ ｏ ｌ ｉ ｏ ｇ
［ ８］ 和Ｄ ｅ ｓ ｓ ｏ ｕ ｋ ｌ ｙ 利用仿 真 实 验 对 可 变 线 路 式 公 交
的性 能 指 标 进 行 了 分 析 ； Ｂ ａ ｈ ａ Ｗ． Ａ ｌ ｓ ｈ ａ ｌ ａ ｌ ｆ ａ ｈ
［］ 车辆可变 线 路 式 公 交 的 调 度 问 题 ； Ｋ ｏ ｆ ｆ ｍ ａ ｎ３ 探
讨 了 已 有 的 可 变 线 路 式 公 交 系 统 的 实 践 经 验；
［ ］ Ｑ ｕ ａ ｄ ｒ ｉ ｆ ｏ ｌ ｉ ｏ 等 ４－６ 利 用 连 续 近 似 的 方 法 计 算 出 ｇ
可变线路式公交系统中车辆径向速度的上限和下 并全面描述了可变线路式公交的参数 ， 建立了 限， 可变线路式公交 的 混 合 整 数 规 划 模 型 ， 同时分别 提出可变线路式公交的静态和动态路径选择及调