公交车智能排班调度系统的研究

王翔宇

厦门蓝斯通信股份有限公司 福建厦门 361000

1 概述

公共交通是城市的重要组成部分，运行良好的公交系统，对于完善城市交通环境，改进市民出行状况，提高公交企业经济效益和社会效益都具有很重要的意义。合理的公交车辆排班是公交线路运营的基础。目前我国各个城市公交企业仍然主要采用传统的排班方式，导致行车间隔不均匀，常出现“串车”、“大车隔”现象，严重影响公交服务质量。

公交车和汽车的运输和组织问题取决于固定行驶路线的时区，具有一定的优先级，合理地结合运输车辆的行驶工作形式和供需保持平衡并满足系统性能指标。类优化模型是一种多用途优化模型，不仅考虑了乘客的移动利润，还考虑了公交运营公司的运营成本。最大化车辆时间最小化的目标功能如乘客和最大化公交运营公司的利润如下：

Minz=α×T|β×c

其中，T为调度周期内乘客总候车时间；C为企业运营成本；α，β为权重。

该目标函数必须满足多个约束条件：（1）车厢舒适度约束；（2）公交企业运营成本约束；（3）发车时间间隔约束等。

智能公交排班的求解总是一个难题。目前成熟的解决方案是使用遗传算法的解决方案。一位研究人员提出了一种关于公交车级别形成的遗传算法，并且在短时间内通过安排公交车级能够在一定时间内满足更好。然而，随着比例扩大并且空间扩大，所要求的速度大大降低并且在短时间内获得高质量的可能性增加。

2 公交车排班调度问题描述

例如：某条公交线路上行方向共14站，下行方向共13站，第3-4页给出的是典型的一个工作日两个运行方向各站上下车的乘客数量统计。公交公司配给该线路同一型号的大客车，每辆标准载客100人，据统计客车在该线路上运行的平均速度为20公里/小时。运营调度要求，乘客候车时间一般不要超过10分钟，早高峰时一般不要超过5分钟，车辆满载率不应超过120%，一般也不要低于50%。

我们根据从始发站到终点站的路程计算了一趟公交车由始发站到终点站的大概时间为47分钟。对于模型的建立，第一步确立了早高峰的上下行路线的人数，并以此计算早高峰最大断面客流量时所需公交车辆的数目；第二步建立时间段所需最少车次模型，根据每一时间段内流动的最大断面客流量，并依据时间段的特点进行对车辆的起点站的发车时刻表进行优化排布，最终得到排布结果。

3 公交车智能排班调度系统的研究

3.1 约束条件的确定

用Xi表示第f辆运营车发车时刻，以分钟为单位，则决策变量可表示为：X=[x1，x2，…，xn]T

根据其物理意义可知，优化问题的约束条件如公式（1）：

满足上述约束条件的x的集合记为尺。显然，一旦通过寻优找到了最优或近似最优解，就可以很容易得到公交车队的发车时刻表。

3.2 优化目标函数和适应度函数的确定

公共汽车/车辆运输时间表的问题是，在固定行驶路线的情况下，根据周期，由于某种优先顺序关系，适当地重新组织适当的运输车辆的运行模式，以平衡供需，它是满足指标（目标函数）。

该算法采用方程（2）作为目标函数的基础：

式中：l是公交线路的总站数，n是一天之内车队发车的总班次，Tij为第j辆车到达公交线路第i站的时间，Tijk是第i站第j-1辆车开出后第k个乘客的到达时间。

类切换的问题是优先处理的问题，当类不变时，该优先处理使表达式（2）中指示的目标的函数值最小化。在实际计算中，n=60。正数描述公式（3）：

为了选择计算设计的便利性，通常不能进行健身。这里描述的类切换问题属于目标函数值的最小优化问题，因此要创建的转换规则参考等式（4）。

F(x)=Cmax-f(x)（4）

式中：Cmax为它是同一代中目标函数的最大值。以这种方式，通过等式（4）获得的个体适应度大于或等于0，并且随着目标函数值减小，适应度增加。

3.3 公交车辆的排班结果分析

为方便起见，我们做出以下假设。首先，在不考虑道路状况的情况下，公交车以均匀的速度行驶。其次，每个车站的乘客流量时间分布是相同的。一般情况下，早上6:30至8:30，下午4:30至7:30。

随着进化代数的增加，群体中最佳的个体目标函数值趋于明显收敛。由集团中最佳个人表示的出发时间表上的乘客总等待时间显示出明显的下降趋势。与最后一代中最合适的个体对应的狂欢时间表可以用遗传算法产生结果。该路公交车的出发站的发货表如下：

0-15-29-34-47-51-65-79-91-102-115-120-134-150-166-l81-196-210-225-241-256-272-286-300-316-330-344-359-364-378-394-409-424-440-455-471-487-503-517-531-545-559-575-691-702-712-724-735-744-754-765-780-795-811-826-840-855-871-884-900。

总之，在智能交通系统中，要结合公交系统的运行管理要素提升数据处理和管控的效率，并且优化路线处理结构，维护交通运输监督管理的模式，真正发挥智能交通的优势，有效建立运营调度最优化的资源配置方式，一定程度上提高智能交通系统管控工作流程的合理性，实现经济效益和社会效益的共赢。