（管理科学与工程专业论文）奥运期间公交运营综合调度优化模型.pdf

摘要 奥运期间公交运营综合调度优化模型 摘要 随着北京2 0 0 8 奥运会的日益临近，各项筹备工作也进入了关键 阶段，奥运期间的城市公共交通运营的顺畅与效益是人文奥运的关键 因素。奥运期间公交有别于一般时期的特征表现在：一方面，虽然它 的上下班高峰期基本上与平时无异，但由于人文奥运的要求，( 客流 量加大；负载率下调，发车间隔缩短) 要适当加大运力；另一方面， 它又新产生了奥运高峰期，即奥运游客引起的高峰客流，使过去的一 些线路( 时间段) 进入公交运营高峰期。如何在综合平衡与多目标优 化的前提下，以最小的运力增加和经济投入达到所有高峰期车段的人 文奥运所约束的顾客满意度，有必要系统优化两个高峰期的车辆，以 使在低峰期闲置的公交车充分利用起来，不仅降低奥运高峰期间的专 车增加量，而且也能实现社会资源的充分利用，达到社会效益与企业 效益的统一口本文就此领域深入研究，从一条线路的公交车队规模的 最优化问题入手，并以此推广至所以高峰期与低峰期的公交线路，进 而探索北京市公交公司的综合经济效益与社会效益、乘客满意度等的 整数规划优化模型。 奥运期间公交客运流量的峰值变化研究是以现有车队规模为基 础，以公交运营的成本最低、效率最大( 乘载率与闲置车辆) 为最优 目标。奥运期间公交客流运输峰值变化后的调度管理要受人文奥运、 北京化工大学硕士学位论文 绿色奥运约束，以乘客满意度( 超载率与等车时间) 反映人文奥运的 条件约束，以运力的成本最低、效率最大( 负载率和闲置车辆) 为实 现绿色奥运的优化目标，建立奥运期间公交客流调度优化的数学模 型；并以此模型得出最优解，建立了乘客满意度指标用于评价模型， 同时，模型还能得到在不同满意度下的公交线路低峰期时所能提供的 车辆富余情况供公交公司运营参考，最后，本文在单线路的优化模型 的基础上，运用整数规划中的运输问题建模思想，建立了多条线路在 客流峰值变化的互补下实现综合平衡与优化的模型，用于解决各个错 峰线路之间的车辆冗余与闲置问题，从更宏观的角度实现了资源的优 化与配置。 关键词：公交客运，运营调度，整数规划，优化模型 i i 摘要 b u so p e r a t o r si n t e g r a t e ds c h e d u l i n g o p t i m i z a t i o nm o d e ld u r i n g t h eo l y m p i c a b s t r a c t w i t ht h e b e i j i n g2 0 0 80 1 y l l l p i cg 锄e si s 印p r o a c h i n & m e p d 印a r a t o 哆w o r kh 硒e n t 朗e dac r i t i c a ls t a g c ，t l l eo l y m p i cc i t yd u r i n g p u b l i ct r a l l s p o r te 伍c i e n c ya n ds m o o t ho p e r a t i o no fp e o p l e so l y l l l p i c si s t h e k e yf i a c t o r u n l i k et h eg e n e r a lp u b l i ct m i l s p o r t a t i o nd u r i n gt h e o l 卿i cp e r i o di nt l l ep i 嚣1 0 珊觚c ec _ h a 豫c t 丽s t i c s ：o nt h eo n eh 乏m d ， a l 也o u g hi t t s 、o f k i n gb 懿i c a l l yw i t ht h eu s u a lp l e a ko fm es 锄e ，b u tt h e p e o p l e t so l 卿i c sb e c a u s eo ft h e 咒q u i r 既n e n t so f ( 仃a m ci n c r e 私e s u p p o r t e d t h er a t er e d l l c t i o n ，t h e g ds h o r t e n 也ei n t e r v a l ) i u e 幻 i n c r e a s e dc a p a c i t y0 nt h eo 也e r h a i l d ，i ta l s 0p r o d u c c dan e wp e a ko ft h e o l 卿i cg a m e s ，o l ”n 硝ct o u r i s t sf 酌map e a ko fp 弱s e n g e rn o w ，t h e n u n l b e ro fl i n e si n l ep a s t ( t i n l e ) e n t e r 甜t h ep e a kp e r i o do fb u so p e r a t o r s h o wt ob a l a n c et h ec o n l p r 6 h e n s i v ea n dl m i l t i - o b j e c t i v eo p t i m i z a t i o no f t h ep r e m i s e ，w i t ham i n i m u mc a p a c i t ya n di n c 托弱ee c o n o m i ci n v e s t m e n t t or e a c h 也ep e a l ( o fa l lo ft h eh u m a n i s t i co l y n 叩i c sb o u n db yc u s t o m e r n i 北京化工大学硕士学位论文 s a t i s f a c t i o n ，i ti sn e c e s s a 巧t oo p t i m i z et h es y s t e mp e a ko ft h et 、7 i r o v e h i c l e s ，s ot h a ti nt h el o w - p e a ki d l eb u s 如l lu s eo n o to n l yr e d u c e dt h e 0 1 y m p i cg a m e sd u d n gt h eh e i g h to ft h ei n c r e a u s e si nc a r b u ta l s ot o a c h i e v et h e 如1 lu s eo fs o c i a lr e s o u r c e s ，s o c i a lb e n e f i t sa n da c h i e v et h e r e u n i f i c a t i o no fc o 印o r a t ee 瓶c i e n c y i nt h i sp a p e r i n - d 印t h 咖d yo nt h i s f i e l d ，al i n e 盘o mt h eb u sf l e e ts i z eo fo p t i m i z a t i o np r o b l e m ss t a r tw i t h ， a n dt op r o m o t ei tt ot h ep e a ko ft h ep e a ka n dl o wb u sl i n e s ，t h eb e i j i n g b u sc o m p a n yt oe x p l o r e 如n h e rt h ec o m p r e h e n s i v ee c o n o 觚cr e m m sa n d s o c i a lb e n e f i t s ，p a s s e n g e rs a t i s f a c t i o n ，a u l ds ot h ei n t e g e rp r o g r a 姗m i n g o p t i m i z a t i o nm o d e l o l 蛐叩i cb u sp a s s e n g e rf l o wd u r i n gt h ep e a kc h a n g er e s e a r c hi st h e b a s i so ft l l ee x i s t i n gn e e ts i z e ，b u s 叩e r a t o r st ot h el o w e s tc o s t ，m o s t e 珩c i e n t ( a l l dt l l er a t es e tb yi d l ev e h i c l e s ) f o rt h eo p t i 嗽l t a r g e t o l 如印i c b u s p 懿s e n g e rf l o wd u r i n gt h ep e a l ( 纰n s p o r tm a n a g 锄e n tc h a n g e st om e s c h e d u l i n gb y 也i ep e o p l e i so l 如叩i c s g r e e no i 如埘c sb o u n dt o p a s s e n g e rs a t i s f a c t i o n ( s u c ha s0 v e r l o a d i n go fv e h i c l e sa n dt i m e ) r e f l e c t t h eh u m a n i s t i co l y i i l p i c sb o u n db yt h ec o n d i t i o n s ，t ot h el o w e s t - c o s t c a p a c i 吼t h em o s te 伍c i e n t ( a i l dl o a d so fi d l ev e h i c l e s ) t 0a c h i c v et l 地 o p t i m u mo b j e c t i v e ( h e e no l y m p i c s ，t 1 1 ee s t a b l i s h m e n to fb u sp a s s e n g e r 舰珩cd u r i n gt h eo l y l l l p i cs c h e d u l i n g o p t i m i z a t i o nm o d e l ，觚dt h i sm o d e l t l l a tt h eo p t i m a ls o l u t i o n ，ap a s s e n g e rs a t i s f a c t i o n i n d i c a t o r su s e dt 0 e v a l u a t em o d e la tt h es 锄et i m e ，i nd i f f e r e n tm o d e l sc a nb es a t i s f i e d l v 摘要 u n d e rt h e1 0 w p e a kb u sl i n e st ob eo f f e r e da tt h es i t u a t i o no fs u 印l u s v e h i c l e sf o rp u b l i ct 耻s p o r tc o m p a n i e so p e r a t i n gr e f l e r e n c ef i n a l l y ，i na s i n g l el i n eo ft h eo p t i m a lm o d e l b a s e do nt h eu s eo fi n t e g e rp r o 铲a m m i n g m o d e l i n gm et r a n s p o np r o b l e m si nt h i n 虹n g ，t h e e s t a b l i s h m e n to fa n u i n b e ro fl i n e si nt h ep e a l ( p a s s e n g e rn o wc h a n g e st oa c h i e v et h e c o m p l e m e n t a r yb a l a n c ea n do p t i m i z et h ei n t e g r a t e dm o d e lf o rs 0 1 v i n g v 撕o u sc u o f e n gl i n e sb e 俩e e nt h er e 玉u n d a n tv e h i c l e sa n di m eq u e s t i o n ， 舶mam a c r op o i n to fv i e wt oa c h i e v em eo p t i m i z a t i o no fr e s o u r c e sa n d c o n f i g u r a l t i o n k e yw o i m s ：b u sp a s s e n g e r ，o p e r a t o rs c h e d u l i n g ，i n t e g r a lp l a n n i n g ， o p t i m i z a t i o nm o d e l v 北京化工大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下， 独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本 论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文 的研究做出重要贡献的个人和集体，均己在文中以明确方式标明。本 人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名：锄 2 0 0 8 年5 月2 5 日 关于论文使用授权的说明 学位论文作者完全了解北京化工大学有关保留和使用学位论文 的规定，即：研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属北 京化工大学。学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印 件和磁盘，允许学位论文被查阅和借阅；学校可以公布学位论文的全 部或部分内容，可以允许采用影印、缩印或其它复制手段保存、汇编 学位论文。 保密论文注释：本学位论文属于保密范围，在上年解密后适用 本授权书。非保密论文注释：本学位论文不属于保密范围，适用本授 权书。 作者签名：日期：2 q 0 8 垃5 卫5 导师签名：扭翌：日期 2 q q 墨：q 三二2 三 第一章绪论 1 1 选题背景 1 1 1 城市交通背景 第一章绪论 交通发展水平是衡量国家现代化程度的重要指标，同时也体现着国家的综合 经济实力。随着社会经济的高速增长，城市化进程的快速发展，人民生活水平的 不断提高，由此对交通的要求也越来越高，在城市人口持续增长的同时，在客运 方面，各大城市居民出行总量及出行的机动化程度迅速提高，交通需求急剧膨胀， 人们主要关注交通的快速性和通达性；在货运方面，随着物流技术的发展，流通 环节在产品成本中所占比例及其影响作用越来越受到人们的重视，作为物流关键 环节的交通运输系统被认为是社会经济发展最重要的基础之一，人们更加注重降 低运输的成本。 城市规模扩大，政治、经济、文化日益集中，是当今世界发展的总趋势；而 在城市中心区常住人口密度下降，郊区人口增加；重工业和轻工业逐渐由市中心 迁往郊区，商业和服务业在市中心占据主要地位，城市成为面向广大地区居民服 务的中心。由于这些因素的影响，道路不适应交通需求的矛盾同益尖锐，造成交 通严重阻塞、道路交通事故频繁、通行能力下降、废气与噪声严重污染环境、市 民出行的舒适度降低。人口密集、活动频繁、设施集中、用地紧张的特点，反映 在交通上则表现为人多地少、车多路少、“求 大于“供 的基本矛盾。这是世 界各城市普遍存在的交通问题。交通拥挤与不顺畅直接影响着经济运行的效率和 国民生活的品质。调整交通结构，大力发展交通事业是提高交通通行能力，缓解 交通压力和提高全社会经济运行效率的一个重要手段。 在国外发达国家，交通建设普遍受到高度重视。经过一个多世纪的建设，国 外发达国家的大城市的公共交通大都具有了相当的规模，有一套完整城市公共交 通建设与管理体系。现今已经建成了许多具有不同风格和特点的诸如：法国巴黎 的以多层地铁为主的公共交通系统；日本东京的直接连接各高层建筑的多层立体 公共交通系统：英国的伦敦以矩形网格状地铁为主的公共交通系统和加拿大的多 仑多以地铁、巴士、出租车与租车综合发展的公共交通系统等；还有现今受到人 们普遍认同的巴西的库里提巴市和美国洛杉矶市的快速公共汽车( b l l sr a p i d 1 b n s i t ，b r - t ) 运输系统等公共交通模式。这些城市的道路交通建设和运输车辆调 度都处于世界先进水平【l 】- 【4 】。 我国政府历来也十分重视公共交通建设，坚持“公交优先的方针，在力所 北京化工大学硕士学位论文 能及的范围内努力加大投资力度，并在实践中不断创新，从理论观念、组织体制、 线网规划、投资机制、政策法规和科技项目等多方面加以深入研究，开拓创新， 不断适应广大群众日益增长的公交出行需求。 如上海市充分发挥综合交通管理体制和职能的优势，率先实施地铁与常规交 换乘规划，优化客流与地下、地面两种运能的资源配置，让市民通过一次换乘能 基本到达目的地。并通过试行一批高科技项目，增加公交的科技含量，提高服务 水平。上海市在1 9 9 7 年开始使用非接触式i c 卡“电子月票”、1 9 9 8 年试用l p g 以液化石油气为燃料的环保公交车和发动机无级变速公交车的基础上，浦东新区 城建局通过“浦东公交发展基金”，取得5 0 0 万元投资，在9 8 l 路和8 1 路两条公 交线的8 4 辆公交车上试用g p s 卫星定位技术，在沿线十多个主要公交车站安装 使用电子显示牌。运用g p s 卫星定位技术，在公交车上装载发射器，即时把车 辆运行信息传输到中心调度室，在电子地图上便能清晰地显示出每辆车的走向和 位置，既便于加强动态管理，有效控制车速，确保行车安全，又能经过计算机运 算出车辆到站时间，把信息发射给车站上的电子显示牌，方便乘客候车【5 】。 北京市则加快发展地铁和轻轨的步伐，北京从1 9 6 9 年开始有地铁至今虽然 不过三十几年，但发展非常迅速，目前就有八条在建、拟建的地铁、轻轨项目。 未来的北京城市快速公共交通将以地铁、轻轨等轨道交通为主。运量大、速度快、 舒适、准点的轨道交通将成为人们出行的首选交通工具。未来l o 年内，轨道交 通里程将以每年4 0 公里的速度增长，到2 0 0 8 年总罩程将达到3 0 0 公里。根据远 期规划，到2 0 2 0 年，北京市轨道交通的总里程将超过1 0 0 0 公里，届时不超过一 个小时将可以从首都直接到达北京的远郊区县。修建地铁节约了北京的土地资 源，维护了古都风貌，并对保护环境起到了重要作用嘲。 现代城市公共交通的发展，体现了社会的进步。但是，各国首都或重要的特 大城市所能获得的巨额财政投入是绝大多数一般大中城市所可望而不可及的。而 一般城市的现行公共交通车辆调度方法普遍落后，造成了现有非常有限的公共交 通资源大量浪费。因此，探索一般城市公共交通车辆优化调度管理方法，从“软 件 入手改革现有城市公共交通车辆调度管理系统提高城市公共交通的效率是非 常有必要的。 从城市公共交通运输车辆生产组织过程入手，研究一般大、中城市现有条件 下的城市公交车辆调度优化问题，运用现代非线性数学方法构建公共交通车辆调 度管理系统模式，建立乘客满意度指标用于评价模型，科学地确定公共交通车辆 调度方案，指导调度系统决策，以协调公共交通运输的服务性与经济性之间的关 系，达到降低运输成本、提高生产效率、减少道路占用、缓解交通拥挤的目的具 有重要的现实意义，并结合奥运期间的公交调度的特性，提出了一套参考方案。 2 第一章绪论 1 1 2 奥运公交 作为世晃性的盛会，奥运会吸引着世界各地的观众和游客。同时，承办城市 以大都市居多，举办奥运会带来的巨量出行无疑会给承办城市的交通网络带来巨 大的冲击。但是为了半个月的出行剧增而大量进行基础措施建设是非常不经济 的，实行必要的管理措施来抑制或调整需求，以维持交通供给平衡，同时，对奥 运期间的交通系统进行相应的优化调整显得不可或缺。 对于一个来自异地的奥运会观众而言，交通系统无疑非常重要，承办城市发 布的交通信息将有助于他顺利找到目的地，减少错误的出行；而对于本地的交通 使用者丽言，也可以及时发现道路的拥堵情况，从而改变出行路线。合理正确的 信息可以防止堵塞，减少交通资源的浪费，因此各承办城市对信息发布都非常重 视。 奥运期间的交通参与者一般包括奥运大家庭成员( 运动员、裁判、奥林匹克 官员、媒体等) 、普通观众和市民，对不同的人群有着不同的输送要求及目标。 因此历届奥运会都会针对不同对象分别进行科学的交通组织。其中奥运大家庭成 员的出行具有较高的优先权。从历届奥运会交通组织经验来看，大家庭人员提供 的交通组织主要包括为其出行准备的专用线路、专用车辆、专用进出场馆通道等 等。例如悉尼奥运会期间，占用奥运专用车道会被罚款2 0 0 0 澳元，奥林匹克大 家庭成员车辆的专用证件也使用了二维条形码防伪。 在悉尼，由于公共交通的大量提供，路面交通情况并不复杂，虽然存在奥运 专用道，但事实上观众使用的穿梭巴士、公共交通、出租车、自行车及紧急车辆 也可以在上面行驶，在特权性减弱的同时，质量却并无降低；洛杉矶奥运会中穿 梭巴士享有优先权，并且制定了特殊的停车、上下车区及其他的交通优先措施， 在一些街道上实行了优先控制手段，并开辟了专用道。在主要街道上实行公交优 先，同时一些高速公路出口的臣道在高峰期间只允许公共汽车通过。1 9 8 8 年卡 尔加里冬奥会采用了低价位或免费的措施以便让更多的人使用公交车。这些交通 规划相对发达地区的经验十分值得国内借鉴。 1 1 9 8 4 洛杉矾奥运会 1 9 8 2 年，洛杉矶市政府为奥运会规划该市交通道路初期，缓解交通堵塞的 效果还不明显。高速公路上1 0 0 0 公里长的道路至少有3 0 0 公里在堵塞，这还是 大清早的状况，到了下午或傍晚，堵塞有时能达到4 0 0 公里。奥运会为该市带来 至少6 0 0 万旅游者，分布于2 4 个比赛场馆周边，超过2 5 万名运动员被来固输送 于出赛场馆与奥运村之间。由于当时规划者既没有多余时间，也没有富足的资金 兴建新的交通设施，奥运会期间的交通只能通过有效管理技术和一系列立法来解 决。结果表明，规划管理行之有效，比赛期间的交通状况令人满意。 3 北京化工大学硕士学位论文 洛杉矶奥组委建立了一套票务政策，用以调整出行时的分布，包括对全天穿 梭在洛杉矶纪念大体育馆的公，交车辆发售打折的全天通票，这将有助于减少大 体育馆地区的车辆和行人在上、下午或赛前赛后高峰时的出行。另外，政府还采 取了日常出行错时的政策，在加州大学洛杉矶分校等主要赛区，比赛期间校园内 不得举行任何会议，让交通量得以减少，对于周边道路交通情况、校区停车情况 起了缓解作用。 2 1 9 8 8 年汉城奥运会 比北京实施“机动车单双号出行”的措施还要早2 0 年，韩国首都首尔( 汉 城) 早在1 9 8 8 年举办奥运会时就已推行过“十日制”和“五日制”等类似制度， 在奥运会举办前一个月开始控制上路的汽车数量，减少首尔市的大气污染。 所谓“十日制 ，即以1 0 天为一个周期，根据车辆车牌号码的尾数，禁止其 在相应的某一天上路。例如，车牌号码尾数为1 的车辆不得在1 日、日、2 1 日上路，车牌尾数为2 的车辆不得在以2 结尾的同期上路，以此类推。同样的， “五日制 则以5 天为一个周期，根据车辆车牌号码的尾数，禁止其在相应的某 一天上路。 3 1 9 9 2 年巴塞罗那奥运会 巴塞罗那政府在奥运会期间，规定市中心和大面积的奥运赛场和设施前只允 许奥运大家庭的车辆和部分出租车经过，除非有巴塞罗那市政府签发的停车证。 但由于市政府没能及时将全部停车证发出，许多居民的车辆在自己原来车位都被 警方的拖车拖走。 与此同时，巴塞罗那市政府在全市设立了三类停车场满足停车需要，一类是 在市中心和旅游地的停车场，第二类是在地铁站附近的停车场，第三类是在城市 边缘地区高速公路和近郊火车站附近的停车场。 4 19 9 6 年亚特兰大奥运会 对于亲身参加奥运会的旅游者来说，亚特兰大一定是一个不太好的记忆，交 通的无序让观看比赛的观众吃苦不少。 对于游客来说，如果要去分赛场显得异常的艰难。组委会采取一种“接力 的方式，即通过市中心的一个巴士中转站，去往市中心以外的各分赛场，然而， 由于车辆通过频率比较低，使得观众往往在路上花费的时间通常有两个多小时。 尽管亚特兰大奥运会上有这样那样的问题，但是亚特兰大市先进的智能交通 管理系统，能在“瞬间”把大量人流合理疏散，这也是值得北京奥运会学习的地 方。 5 2 0 0 0 年悉尼奥运会 悉尼奥运会的一个创举就是成立了一个专门的交通管理机构：奥运会交通 局，这是新南威尔士州政府在1 9 9 7 年设立的。交通局首先对悉尼的城市铁路系 4 第一章绪论 统进行了大规模的改造。 交通局组织修建了一条5 3 公里的环形铁路，把奥运村与市区的各条铁路线 都连接起来。这样使得悉尼的城市铁路系统在奥运期间的承载能力比正常情况下 增强了2 5 倍。在奥运会举办期间，悉尼的城市铁路系统实行2 4 小时运营。 在赛前，悉尼市政府加大宣传公交优势的力度，向普通家庭发放9 0 万份普 通公交的宣传资料和8 5 万份轨道交通宣传资料，以加强普通市民的交通意识。 在2 0 0 0 年9 月2 2 日到9 月2 4 日之间的高峰期，为了使观众分批到达，悉尼通 过媒体宣传，鼓励人们提早出行。 为了避免高峰出行在不同交通方式之间的分布不均，悉尼通过向观众提供出 行手册，以诱导不同地区、不同目的地的观众使用不同的交通方式。在手册中， 悉尼被分成1 8 个区，观众根据自己的起、终点通过于册来确定自己应使用的交 通方式及路线。手册中的建议一方面可帮助观众便捷地到达目的地，另一方面也 满足了不同方式均衡承担压力的要求。例如，发给西部轨道线附近的观众的手册 中并没有注明r e g a 仃a 中心的停车换乘点，从而促使他们使用轨道而非停车转乘。 手册最后列出了1 8 个分区之间的3 0 0 种出行方式和所需时间、奥体公园专用道 的1 2 5 个巴士停靠站及c i t y r a i l 轨道网的3 0 0 个站点。此外，悉尼还实行了分时 上下班的措施，鼓励减少高峰期的非必要出行等等。 6 2 0 0 2 年盐湖城冬奥会 盐湖城冬奥会期间，组织者非常重视公共信息发布，以确保观众、奥运家庭、 运动员、媒体的安全和高效运送，为此特别建立了一个公共信息程序和系统，这 个系统包括发布到达各个地区的最佳交通方式、比赛时间和交通通行时间以及奥 运会和残奥会的赛前即时交通状况。这些信息同时通过网站、电视、收音机、5 l l 热线等途径公布，并及时通知居民主要事件的时间和总体的计划安排。 冬奥会前，盐湖城便通过电视、收音机和宣传手册等途径对奥林匹克交通计 划进行了耗资1 0 0 万美元的宣传活动，发放奥林匹克交通指南和官方观众 指南两种手册。奥林匹克交通指南的内容非常全面，其中标明了市区交通 管制的路段，说明了工作时间和地点的调整以及公共交通的调整。3 5 页的手册， 共印刷了8 0 万份，对公众免费发放并邮寄到所有的持票者手中。 盐湖城冬奥会期间还制定了一个详尽的t d m ( 交通需求管理) 计划，针对 盐湖域地区的不同对象采取不同措施。奥运期间，通过这个计划来降低居民出行， 特别是私家车出行和与奥运无关的出行。主要包括通过交通信息手册指出备用交 通方案，并在其中对可能出现拥挤的地点和时间发出警告；在某些赛场鼓励观众 合乘和乘坐长途公共汽车，然后使用穿梭巴士或步行前往比赛地点等等。 7 2 0 0 4 年雅典奥运会 雅典奥运村距离城市较远，因此雅典奥组委把公共交通作为解决交通问题的 5 北京化工大学硕士学位论文 一项重要措施。在奥运会前雅典共修建了5 1 公里的轻轨，连接了市区和奥运村。 在奥运会召开期间，雅典开通了2 3 条奥运专线公交线路，乘客只需要凭借 当天的比赛门票或者其他奥组委发放的证件就可以免费乘坐这些公交车。 除了新开通线路以外，雅典政府还对1 0 多条热门公共汽车和电车线路实行 2 4 小时运营，而地铁线路也将闭门时间延长到凌晨2 点，保证游客在雅典的出 行。 8 2 0 1 2 年伦敦奥运会 对于交通、设施等一系列别出心裁、简洁独到的规划方案让伦敦在与巴黎竞 争2 0 1 2 年奥运会的主办权过程中胜出。伦敦对于奥运场馆的建设也充分考虑到 交通因素。例如火车站与运动场馆之间有1 5 分钟的步行路程，给观众留出了走 到奥运场馆的时间，足以让人群变得自然有序。而细心的伦敦人又考虑到，奥运 会之后，1 5 分钟的路程未免太远，于是他们还计划在奥运后将这条路安装电动 步行道。 负责将伦敦2 0 1 2 年奥运承诺化为实际成果的奥运交付管理局，从2 0 0 6 年4 月开始正式运作。前期的准备工作包括移走规划的东伦敦奥运体育场上的5 0 座 高压电塔、在斯特拉福德安装地下电缆等，该项工程预计将于2 0 0 8 年完成。在 泰晤士河底进行的地下隧道工程已经开始把轨道交通线路延伸至沃尔维奇，在城 市交通方面为奥运的如期举办做好了准备。 从以往几届奥运会以及伦敦奥运会筹备的经验和教训我们可以看出，解决奥 运交通问题需要早规划、合理规划。而在实施方案时还要考虑其可行性以及市民 的利益，牵一发而动全身。公共交通运营的顺畅与效益是人文奥运的关键因素， 而绿色奥运在于解决城市公交的浪费与污染，奥运公交问题是一个庞大的系统工 程，只有合理规划、综合考虑各方面因素，不出纰漏，这样才能达到社会效益与 企业效益的统一，完满的解决奥运会的交通问题。 1 2 国内外研究现状 1 2 。1 国外研究现状 发达国家的交通运输建设起步较早，对于公交调度优化的研究很重视，而且 开始研究的时间也较早，已经有一套完整的体系，随着经济的发展而不断的完善 与进步，特别是城市公共交通运输的经营决策有较完整的和相对比较科学的方 法，城市的公共交通规模，公共交通形式，公共交通网络的形成和公共交通车辆 调度等等都有一定的科学依据。国外的研究成果和应用实例主要体现在公交运营 6 第一章绪论 车辆调度的相关信息的自动采集、运输、处理和输出显示等几个方面。 1 9 9 3 年英国的m a l a c h y c 粼y 研究了车辆的非准点到站分布，以及不同发车 间隔下乘客到达分布，基于个体对费用、出行时间等因素的考虑研究了时刻表的 制定问题1 9 9 5 年美国的a d 锄幽等运用s i m u l i n k 仿真工具对处于准点控 制、发车间隔控制、协同控制和随机控制四种调度控制模式下的公交线路运营状 况进行了仿真研究【刎；1 9 9 8 年p a o l od e l l es i t e 等研究公交客运走廊上的调度优化 模型，研究线路在不同的运营模式下( 例如不同车型配置) 的调度优化问题，优 化的内容包括：公交客运走廊上的车型配置、发车频率和区间车的设置等【9 】：1 9 9 9 年美国的m a g e dd e s 9 0 u k y 等运用车辆跟踪技术研究了大间隔发车的公交车辆到 站的延误分布，发现车辆的晚点与起始时间无关，为实时控制提供了一定依据【1 0 】： 以色列的a c e d e r 等人于1 9 9 9 年对最大一致性的公交时刻表做了研究，建立了 多条公交线路协调发车的调度模型；c h i s t o sv a l o u x i s 等人于2 0 0 0 年通过分析 以出行费用最少为目标的车辆与司机的最佳组合问题，提出了一种快速的遗传算 法，在希腊的几个运输公司得到了较好应用【1 2 】；2 0 0 0 年s h 锄g y a oy 觚用多时空 网络描述了城市间的长途客运的调度优化问题，并提出用拉格朗同遗传算法和流 量分解算法求解此类问题的思路；美国的r 锄d o l p hh a l l 等于2 0 0 1 年提出以线 路上固定的控制站对公交车辆到站时刻进行控制的自动控制策略，有效解决了控 制信息传输的延误【1 4 】。 上世纪8 0 年代以来、美国、欧盟、日本、新加坡等发达国家对于公交智能 调度的研究给予了高度重视和巨大的投入，已经有大量研究成果和先进技术付诸 应用。这些国家在系统设计和集成方面的基本思路是通过大量地应用通讯、控制 等领域的新技术手段，使得调度管理者能获得充分的实时信息，保证管理者与被 管理者之间的信息交流畅通。目前应用较成熟的技术主要有公交车辆自动定位技 术、车载设备、地面无线电通讯调度网络等。公交车自动定位系统自八十年代末 期应用于加拿大和美国的公共运输系统中，该系统以双向无线电信号杆为基础进 行公交车辆和控制中心的信息交换，通过比较车辆运行的实际位置与计划位置来 评判公交线路运营状况。车辆可实现自主操作，包括如下功能计划：计划与实际 数据比较、根据计划数据保证车辆的连续性、现实落后于超前的时间、出发时间 的可视化和语音信息、车站的乘客信息系统控制，新加坡公交在此方面有较成功 的应用。巴黎公交总公司建立的无线电调度网络可实现指挥中心与各有关部门的 联络功能，调度分中心和指挥中心的工作人员依靠该系统可随时准确了解公共汽 车所在地位置和采取各种必要的措施，从而为乘客提供尽可能好的服务。 7 北京化工大学硕士学位论文 1 2 2 国内公交调度方法研究现状 随着公交优先战略的确定，公交在缓解城市交通拥堵方面的作用将越来越重 要，与这种要求相比，我国大城市公共交通还有很大差距，主要表现为：为社会 提供服务信息的水平低，乘客缺乏必要的乘车服务信息调度缺乏必要的信息与辅 助处理手段，主要是以经验为主被动、滞后的实施调度；企业管理信息化水平低， 信息采集、传输初始仍以手工作业为主。上述问题显然不利于公交对乘客的吸引， 也是导致公交运营组织模式落后、调度方式原始陈旧、企业管理效率不高的重要 原因。因此，如何将众多的营运车辆纳入现代化、信息化、高效率的管理之中， 解决由原始调度模式造成的低效率问题，是现代公交行业亟待解决的问题。 我国发展智能运输的基础较差，因此理论研究虽在进行，但是相应技术却得 不到推广。智能公共交通研究多限于对系统模式的探讨和硬件设备的选择，在信 息采集、运输、处理和输出显示等方面缺乏系统研究。 吉林大学的杨兆升对智能公交系统框架做了一定研究【1 5 】；同济大学的杨晓光 在研究了国外智能运输系统的基础上提出了构筑适应于中国的先进的公共汽车 交通优先结构体系的一些见解1 1 6 】；东南大学杨新苗等研究了基于准实时信息的公 交调度优化系统，提出了公交调度峰值曲线的优化方法【1 7 】；西安公路交通大学孙 荚灵依据西安市部分公交客流调查数据，探讨了集中确定发车间隔的方法【1 8 】；北 方交通大学i t s 研究中心黄溅华等人对公共交通实时调度控制模型和方法做了 深入研究【1 9 2 1 1 ：吉林工业大学李雄飞等对路牌调度系统做了一定研究【捌；北京航 空航天大学张飞舟对公交车辆智能调度及相关技术进行了研究1 2 3 】；北方交通大学 结合北京公交l t s 示范工程对公交智能调度及相关技术进行了平台专家系统设 计与开发、区域调度运营组织与调度体制等做了重点研究f2 铊6 l ：上海同济大学陈 继军结合上海市公交自动调度系统的开发侧重于计算机在公交调度方面的应用 做了一定研究【z 7 l 。 北方交通大学的张庆国在公交调度优化中引入了遗传算法，构造了符合行车 规律的编码方式、遗传操作和适应度函数。但是采用基本遗传算法，运算效率低， 而且遗传算法的目标函数只是考虑了车辆的运行时间，没有考虑到乘客的等车时 间脚】；四川大学的曹更新在公共交通调度管理智能决策系统的研究中引入了免疫 遗传算法，但是选择的目标函数是使某条公交线路上所有乘客的等待时间最短， 而没有考虑到公交公司的利益( 2 9 】。上海交通大学的郭振宇在上海巴士公交信息 化中的关键技术一文中也引入了遗传算法，同样目标函数只考虑了车辆的运行 时间，用基本的遗传算法求解f 捌。哈尔滨工业大学的刘翠所研究的排班模型，目 标函数考虑了乘客的等车费用、乘客的车内费用和公交公司的可变运营费用，模 型过于复杂，不利于求解【3 。 8 第一章绪论 综上所述，关于公交调度的研究，要么算法过于简单，导致结果不准确，计 算效率低，要么模型太复杂不利于求解和推广。本文基于以上的考虑，提出了简 易算法应用于公交调度，模型同时考虑了乘客和公交公司的双重利益，而且模型 简单，便于求解同时提高了计算效率，而且本文还综合考虑了多条线路之间的优 化互补并把模型应用到具体案例奥运期间的公交调度。 目前国内还有相当部分的城市开始着手发展智能公交，引进先进的技术设 备，提高调度管理手段。公交的智能化是城市交通的一个重要发展方向，是从根 本上提高公交服务水平的重要手段。总的看来，目前国内在这方面的研究还处于 起步阶段，研究的深度和广度都很有限，与国外的差距还较大。虽然国外有许多 可借鉴的成果，但国内公交运营有别于国外情况，因此，要研究出符合我国自身 特点的公交调度优化系统还有很多工作要做。 1 2 3 国内公交运输管理方法研究的状况 传统的公共交通运营组织以线路调度为核心【3 2 】，是一种基于传统设备和调度 员的经验的调度。调度员通过电话等工具传达调度指令，手签路单、目测客流。 当出现突发情况，破坏正常的行车秩序时，现场调度就出现了所谓“瞎子调度 的现象。这种状况很难跟上现代化城市的发展步伐。目前我国公共交通运输管理 中运用智能运输技术，基本上还处于“构想和“初步实验 阶段1 3 3 1 。建立完善 的城市公共交通车辆调度系统，用各种经济性和非经济性指标综合评价公共交通 车辆调度方案，并在此基础上进行新的组织功能重构，就显得非常重要了。 由此可见，在对城市公共交通的研究过程中，除把注意力放在宏观层面的交 通规划研究外，还需从公共交通企业的利益的角度来进行研究【3 馅研，在遵循城市 整体发展的基础上建立一个对城市公共交通企业具有较好经济效益的公共交通 智能调度体系，具有重要的现实意义。公共交通智能调度系统可以改善城市公 共交通的现状，提高公共交通的效率。 1 3 论文主要研究内容 城市公共交通系统的研究是一个复杂的、多因素、多目标、多约束、多功能 的随机大系统的问题【3 6 1 ，涉及到方方面面。但是：线路运营是城市公共交通系统 中最基本的营运单位，它的营运状态具有相对独立性，它的营运机制具有绝对的 完整性，而城市公共交通服务是线路营运的成果，线路营运的合理性，直接影响 到城市公共交通服务的质量。因此，本文在总结他人的研究成果和经验教训的基 9 北京化工大学硕士学位论文 础上【3 7 1 ，利用统计学、经济学、运筹学和概率论的有关分析、决策方法、定理、 模型对公交线路运营的调度所涉及的问题进行科学的分析决策：采用定性分析和 定量分析相结合，客观数据与专家意见相结合的方法，充分利用现有的研究成果， 总结历史经验，借鉴国外相关经验，建立公交线路运营的调度的数学模型。 本论文主要研究内容有四个方面： 一是公共交通运输车辆调度方法的国内外发展状况的研究与分析，确定论文 的研究方向和研究方法； 二是通过对公交调度特点的分析，进行相应实证调查，分析城市客流运行规 律、乘客舒适度、公交运营成本等，并在此基础上建立了以成本和效益为目标的 数学模型； 三是依据上述模型结合数学规划得出公交调度问题的最优解，并对结果进行 相关分析。 四是把上述模型应用到多线路公交调度问题中，以整体的最优为目标重新设 置线路的车辆组合问题。 具体研究内容包括： ( 1 ) 城市客流调查、分析与预测通过客流调查和分析获得城市客流在道路上 的时间分布特征，为合理组织公共交通车辆调度特别是预测奥运期间客流分布提 供依据。 城市公共交通运输研究必须根据城市客流特征展开，城市客流表现为高峰、 和平峰两个时段明显的流量变化，通过实地调查和理论分析研究其变化规律，根 据该规律建立城市公共交通运输车辆调度系统。 ( 2 ) 公共交通运输车辆调度优化决策研究 公交车辆调度问题属于非确定型多项式综合寻优问题，受多项不确定的可变 因素影响，一般不易求精确解。本文研究了如何规避非关键因素，着重研究了车 型、车辆、发车时间等变量，并对目标的设置进行了全面的考查，以绿色奥运 一企业效益为目标，以人文奥运社会效益为约束条件，建立了公交调度优化 模型。 ( 3 ) 结果处理及拓展 根据算法所得到的最优解不仅包括一般的发车时刻表，还包括高峰、低峰时 期的车辆需求、冗余数量，提供了可协调的车队数量规模，同时为车队之间的车 辆调度以及可抽调的规模提供了依据。此外，在该模型的基础之上通过整数规划 的运输问题建模方法建立了车队之间的车辆调度模型，从宏观的方面规划了公交 系统，为奥运期间公交运营提供了参考依据。 1 0 第二章公交运营调度理论 2 1 运营调度理论 第二章公交运营调度理论 公共交通线路营运调度分两种：( 1 ) 原始调度，首站发车时刻表的制定，称 为静态调度；( 2 ) 由于某种路况信息或突发事件，使得原始调度必须做修改、更 新，称为动态调度。在本系统中主要考虑静态调度( 首站发车时刻表的制定) 。 定线( 定站) 式公共交通行车时刻表，即公共交通行车作业计划，是在既定 线网布局的基础上，根据企业的运输生产计划要求和基本客流变化规律编制的生 产作用性质的计划。它具体规定了企业各基层运输生产单位和车组在计划期内完 成的一系列工作指标，从而为线路运营管理提供依据，并为乘客乘车创造良好条 件。 公共交通车辆首站发车时刻表可有多种分类： ( 1 ) 按一年中客流季节性波动，可大致区分为春季、夏季、秋季、冬季及 高温季节发车时刻表等五种类型。这主要是由于居民在不同季节其生活习惯、生 产与工作制度以及交通方式选用情况变化，引起客流量及其沿线线路营运时间及 空间分布变化，使行车时刻表需按不同季节进行相应调整所致。 ( 2 ) 按客流日间( 日际) 波动性，可区分为节日、假日及平同行车时刻表 等三种类型。这主要是由于节假日及平同乘客出行目的与出行时间变化，引起客 运服务区域内各线路间客流量分布及