（道路与铁道工程专业论文）计算机编制公交行车时刻表方法研究.pdf

捅霞 摘要 城市公共交通自诞生以来在城市交通中的地位越加重要。而随着城市化的发 展和深入，城市交通拥堵程度的日益严重，对于城市公共交通的研究成为目前研 究的主要问题之一。然而城市公共交通作为一个系统，影响因素比较复杂，特别 是运营调度、人员管理、技术管理之间存在着相互的影响。伴随着公共交通系统 日渐复杂，依靠人工经验理顺它们之间的关系，用手工计算的方法编制行车时刻 表已经难以满足时代的要求。 随着计算机技术的发展的网络的广泛应用，利用信息化方法替代繁琐的手工 编制行车计划和人工调度工作逐渐成为辅助公共交通运营工作的一个重要手段。 利用计算机安排运营中的车务和人员管理能够有效的分析这种存在多因素影响 的复杂系统。然而目前的研究还不能够很好的适应运营管理的现有条件的要求， 尤其是相对于动态的行车调度工作，分析运营工作的静态基础( 即行车计划和时 刻表) 的工作还不够细致。从而使信息化手段对于公共交通运营效率的提高打了 折扣。本文尝试着对静态调度中的时刻表编制工作进行较为细致的分析，同时利 用公交i c 卡中丰富的数据资源，探索计算机编制行车时刻表的实现方法。 在详细地研究了行车计划草案与公交客流现状的基础上，本文提出了一种界 定实际运营中的高峰与非高峰时段的方法，为线路各时段的车辆配置提供参考。 并在此基础上提出了分上下行编制行车计划的一般过程和车次不相等时的校核 算法。同时对于各个时段内的车次也随客流变化进行详细安排。然后，将使用上 述方法确定的全日发车时刻序列编制为实际运营工作中使用的横式行车时刻表。 通过对北京市三条不同类型公交线路的分析，用此方法进行了尝试性的编 制。最后指出了算法的不足和有待继续研究的方向。 关键词公共交通公交i c 卡行车计划行车计划草案行车时刻表 a b s t r a c t a b s t r a c t u r b a np u b l i ct r a n s p o r tf r o mi t sb i r t hp l a y sam o r ea n dm o r ei m p o r t a n tr o l ei n u r b a nt r a f f i c a n dw i t ht h ed e v e l o p m e n to fc i t i e sa n di n d e p t h ，t h ei n t e n s i f y i n gj a n l s b e c o m i n gi n c r e a s i n g l ys e r i o u s ，w h i c hm a d et h ec i t yp u b l i ct r a n s p o r to n eo fah o t s u b j e c t st ob er e s e a r c h e d h o w e v e r ，a sas y s t e m ，u r b a np u b l i ct r a n s p o r t a t i o nh a sm a n y c o m p l i c a t e df a c t o r sw i t hm u t u a li n f l u e n c e ，w h i c hi n c l u d es c h e d u l i n gp l a n ，p e r s o n n e l m a n a g e m e n ta n dt e c h n o l o g ym a n a g e m e n t a l o n gw i t ht h ep u b l i ct r a n s p o r ts y s t e m b e c o m e sm o r ea n dm o r e s o p h i s t i c a t e d ，t h e a r t i f i c i a l e x p e d e n c ea n dm a n u a l c a l c u l a t i o nm e t h o dt oc a n n o tb er e l i e do nc o n f r o n tc o m p i l em o r ed i f f i c u l tt i m e t a b l e w i t ht h ed e v e l o p m e n to fc o m p u t e rs c i e n c ea n dt e c h n o l o g ya n daw i d er a n g eo f n e t w o r ka p p l i c a t i o n s ，u s ec o m p u t e rr e p l a c e st h em a n u a lp r e p a r a t i o no fs c h e d u l i n g p l a n sh a sg r a d u a l l yb e c o m et h ep u b l i ct r a n s p o r t o p e r a t o r ss u p p o r t e d u s i n gc o m p u t e r f o rt h eb u ss c h e d u l i n ga n dp e r s o n n e lm a n a g e m e n tc a nb ee f f e c t i v e a n a l y s i s t h e m u l t i p l ef a c t o r si ns u c hac o m p l e xs y s t e m s h o w e v e r ，t h ec u r r e n ts t u d yi nt h es t a t i c s c h e d u l i n gi sn o te n o u g h t h u st h ee f f e c t i v eo fi n f o r m a t i o nm e t h o dt ot h em e a n so f p u b l i ct r a n s p o r to p e r a t o r si sd i s c o u n t e d t h i sp a p e ra t t e m p t st oad e t a i l e da n a l y z ef o rt h et i m e t a b l e ，t h e nu s i n gp a s s e n g e r f l o wd a t a ，w h i c he x t r a c t e df r o m p u b l i ct r a n s p o r t a t i o ni cc a r d ，t oe x p l o r e a c o m p u t e r - a i d e dc o m p i l em e t h o do ft i m e t a b l e i nad e t a i l e ds t u a yo fs c h e d u l i n gd r a f t ，t h ep a p e rp r o p o s e san e wm e t h o dt o s p e c i f yp e a ka n dn o n - p e a kh o u r s a n db a s e do nt h i s ，p u tf o r w a r dag e n e r a lp r o c e s so f s t u d yo u tu p w a r da n dd o w n w a r ds c h e d u l i n gd r a f ta n dac h e c k i n ga l g o r i t h mw h e nt h e d e p a r t u r ev e h i c l e sa r en o te q u a l a tt h es a n l et i m e ，d i s p a t c he v e r yv e h i c l e si n t e r v a l b yt h ea r r a n g e m e n t sf o rt h ef l o wc h a n g e s t h e nf i l lt h ea b o v ed e t e r m i n e dt i m e s s e q u e n c ei n t ot h eh o r i z o n t a lt i m e t a b l e a tl a s t ，t h r o u g ht h ea n a l y s e so ft h r e ed i f f e r e n tt y p e sb u sr o u t e si nb e i ji n g ，u s i n g t h i sm e t h o df o rs o m et r i a l s f i n a l l y ，p o i n t e do u tt h ei n a d e q u a t eo ft h ea l g o r i t h ma n d c o n t i n u et os t u d yd i r e c t i o n k e yw o r d s ：p u b l i ct r a n s p o r t ，i cc a r d ，s c h e d u l i n g ，s c h e d u l i n gd r a f t ，t i m e t a b l e - i i - 独创性声明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研 究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他 人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京工业大学或其它教育机构 的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均 已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 签名：日期： 关于论文使用授权的说明 本人完全了解北京工业大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权 保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部或部 分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 签名：导师签名： 第l 章绪论 弟 - r1 章绪论 1 1 选题背景与研究意义 雅典宪章界定了城市的四大功能：居住、工作、游憩和交通。马丘比 丘宪章明确了公共交通在城市交通发展中的主体地位。相比于其他交通方式， 公共交通具有载客量大、运送效率高、能源消耗低、相对污染小和运输成本低、 人均占用道路面积少等优点，是一种缓解大城市交通拥挤问题的有效方式。 公共交通系统是城市交通的主体，是城市肌体的动脉，是广大市民出行的主 要交通工具【l 】。在大城市交通中，公共交通客运的特点是定时、定线、定站。所 谓定时是指公共交通线路的首末车时间、发车间隔等是根据运营作业计划事先确 定的；所谓定线是指公共交通的线路走向按照客流规律设置；所谓定站是指公共 交通线路所途经的停站地点是根据客流需要选定的，它们都具有相对稳定性，都 是公共交通企业对社会的承诺，是衡量公交服务水平的指标。因此，它们在一定 时期内都不能轻易改变。 公共交通方式在城市中通过公共交通企业一系列满足各种目的交通需求的 运输组织工作来完成，这个组织工作就是运营组织与调度工作。因此，运营调度 工作是公交企业的中心工作，企业的经营方针、经营目标通过运营调度管理工作 来实现【2 j 。运营调度水平是一个公交企业的核心竞争力之一。只有依靠公共交通 的大运量能力和符合乘客出行规律的运营计划，才能有效地缩短城市各种活动的 时间，提高公共交通的运送效率。运营调度工作是实现定时、定线、定站的基本 保证，其主要任务是：调查掌握客流，规划调整线路；制定行车计划，确定劳动 班次计划；实施运营计划，进行实时调度。其中，公交运营组织与调度的工作内 容与目标是以行车计划为依据，合理编制运力、劳动力使用计划。目标是以最少 的人力、物力投入满足客流的需求。 各公交线路的行车计划是由运营部门在规定的时间统一编制的，期间要考虑 人员、车辆、线路、场站的统一调配，考虑车辆的保养。编制好的计划要按规定 的提前时间下达给相关的调度人员。由调度员及时将配班计划发布，并在实际的 调度过程中按行车计划指挥运营。 目前国内行车计划的编制大都是手工进行。手工编制行车计划的方法是【3 】： 首先根据客流数据计算出各种统计数据和计划运行指标数据，工作人员根据计算 出来的数据先制作草表，然后凭借经验反复调试，最终生成正式表。这个计算过 程由手工完成是非常繁琐而复杂的，整个制表过程往往要花费制表员好几天的时 间。 由于在公交线路的行车计划的编制同时受到如居民分布、道路、季节、旅游、 重大活动等诸多因素的影响和制约。各国对于公交行车计划问题都投入了大量的 北京丁业人学工学硕十学位论文 曼曼! 曼曼! ! 曼! ! ! ! 鼍! i i l l 一一一一一 i 曼皇曼曼曼 人力物力进行研究，并多次召开专题性的国际会议进行交流才使这项研究逐步走 向实用。因此，计算机编制公共交通行车计划，是一个很复杂的问题。同时，随 着我国城市化进程的不断推进，城市规模日渐扩大，对公共交通的要求也日益提 高。公共交通线路的运营状况各异，依靠传统的手工编制行车时刻表已经越来越 难以满足时代的要求。 随着公交i c 卡在各地的推广使用，使得客流信息的统计更为便捷、准确。 同时，规范的数据格式有助于利用计算机进行批量处理。 本研究就是在上述背景下，拟对计算机编制公交行车时刻表方法进行研究， 最终以软件的形式直接生成公交行车时刻表。 1 2 相关研究与技术应用现状 不论是计算机辅助公共交通实时调度运营还是编制行车计划，都是一个由来 已久的课题。早在二次世界大战之后，西方各国先后投入这一领域的研究的相关 产品的开发。由于问题本身涵盖的多个技术领域，直到1 9 8 0 年代，才出现了的 智能化的公交运营调度系统【4 刮。以下首先回顾一下该问题的理论研究进展和技 术应用状况。 1 2 1 理论研究方面 1 9 8 2 年，a v i s h a ic e d e r 7 】就提出了四种用客流统计信息确定行车间隔的方法， 其中两种是用运营中可达到的最大满载率计算，另外两种是用给定的满载率要求 计算。这种方法可以基于最小配车数量和最少单程行驶车辆的目标改进时刻表， 同时可以用来确定在线路状况发生变化情况下的车队规模。 1 9 8 4 年，他阐述了利用公交客流统计数据制定公交发车时刻表可供选择的不 同方法【引，并根据不同的要求实现六个目标，按照乘客的要求选择不同的发车方 案。这六个目标是：更改时刻表的时间；基于同时到达线路换乘点的车辆数最多 的考虑，根据乘客的需求改变不同线路的发车时间；提供不同的时刻表供调度员 在不同的具体情况下使用；允许调整直达车次的发车频率以应对潜在的意外情 况，这种情况下的调度策略不再依赖客流需求数据；允许在构建时刻表的同事进 行类似手工操作的发车间隔平滑调整：以及整合不同线路的时刻表，并确定这些 时刻表的编制方法。 1 9 8 6 年，他提出：调度员的一项重要的工作就是为设定的公交网络中的各条 线路编制行车计划。解决这一问题的过程分为以下三个步骤1 9 1 ： 1 确定发车间隔； 2 寻找确定车辆满载率的方法( 用最大满载率方法或给定满载率的方法) ； 3 根据行车计划的执行目的确定相应的目标函数( 如目标可以是达到一定服 务水平条线下的运营成本最小化，其中对运营者和乘客要分别设定其成本权重的 第1 章绪论 参数) 。 1 9 9 5 年x u j 【l o 】研究了行车间隔对公交服务水平的影响，即如何通过间隔控 制来改善公交服务的可靠性，维护行车时刻表的正常执行。 可以看出在9 0 年代中期以前对于编制行车计划的研究着重于行车间隔的确 定和各种运营限定条件的数学表述方法。而后来的研究则伴随着计算机技术的飞 速发展，研究内容多为适合各地不同情况的启发式算法。 1 9 9 7 年，c k c h u 和c h c h a n 【i l j 以香港屯门、元朗地区的轻铁线网为实 践网络，提出了一种基于改进的网络启发式算法分步解决l r t 网络的调度和配 班模型，并在p c 上实现了相应的决策支持工具。 1 9 9 9 年a c e d e r 1 2 实现了他在1 9 8 4 年的论文中提到的基于乘客换乘最为方 便的行车调度算法，这一算法力图使同时到达网络中各节点的公交车数量最多， 从而使换乘客流能够在尽可能短的时间内完成换乘。他将该研究成果应用于当地 的公交调度系统，取得了一定效果。 同年h o nw a ic h u n 和s t e v eh oc h u e nc h a r t 1 3 结合约束规划、启发式搜索和 分布式调度技术，提出了构建行车时刻表的d c b s 算法。并借助此算法和多层次 c s 软件体系结构实现了一个分布式的区域调度系统。 2 0 0 0 年1 月，希腊的两位学者c h r i s t o sv a l o u x i s 和e f t h y m i o sh o u s o s 撰文【1 4 1 认为由于每天的乘客需求不同，每天的行车计划安排也是不同的。因此每天都需 要经过高成本的客流调查在每天下午为第二天的运营确定行车计划。希腊的公交 公司运营方式与国内类似，均为包乘制。根据这种人车相对固定的运营模式，他 们提出了一种名为q s 的启发式算法，文章最后给出了一个算例证明。 2 0 0 1 年1 月，美国马里兰大学城市环境工程系的m ii q a g h a n i 和k u n h u n g c h i a n g t l 5 】将一条公交线路看作一个网络，将每位乘客的路线看成需要完成的旅 程，车辆集中住车管理，其目标是在满足限定参数的情况下，使得由于乘客等待 时间最短和车辆空车行驶的成本最低。他们对单一驻车站方式和多个驻车站方式 进行了研究，前者是所有服务若干条路线的车辆都从同一个住车站出发，而后者 是对单一住车方式的扩展，两种驻车方式的目标都是确定最少的车辆同时安排每 个住车点车辆住车的数量。 同年北方交通大学硕士研究生张德欣0 6 1 尝试采用计算机模拟技术来编制公 交行车计划，给出了研究的总体思路和基本步骤，实现了对北京4 4 路公交线路 的车辆计划的编制，但论文没有对配车和配班的优化问题进行研究，其结果还不 能直接应用于实际。 2 0 0 2 年，北京交通大学硕士研究生张铁梁l i7 j 提出根据客流情况构造行车时刻 表的方法，描述了通过建立公交车辆运行系统模拟模型并实现动态模拟过程实现 合理实用的车辆计划和班组计划的方法，实现了对构造时刻表、车辆计划和班组 计划的整体优化，并结合实际以北京公交3 0 8 路为例进行了行车计划编制，取得 北京丁业大学丁掌顶：t 学位论文 曼罡i i i i i i i i i ii i ii il l i i |i i i i i i 鼍鼍! 曼鬯罡! ! 苎篡寰! 曼苎曼簟詈! ! 墨舞! 曼曼曼墨曼曼曼燮曼 了一定的效果，但是其研究没有解决线路双端驻车时行车计划的编制问题，同时 对于上下行单程行驶时闻、首末站发车次数的分别设定以及车辆抽停、加开的原 则问题没有很好解决，因此其结果还不熊实际应用于大多数公交线路。 2 0 0 3 年，利兹大学的j i r t g p e n gl i 和r a y m o n ds k k w a n l l 8 1 首次将模糊集合 理论用于司机调度问题。不同于简单的贪婪算法，这种模糊遗传算法包括个体司 机的总工作时闻、灵活时阆制度下总工作时闻占允许工作时闻的比钊，值班量， 替班量和一些保障指标这五个模糊评价标准。实践结果表明，这种模糊评价遗传 算法可以生成一个近似最优分布的司机调度结果，可以用于解决现实中的大规模 司机调度问题。 2 0 0 4 年北京交通大学硕士研究生肖挺【3 】结合北京市2 l 路公交线路进行了行 车计划的编制，并进行了对比分析。但文章最后提到该系统的计划编制规则缺乏 通用性，尚无法适应各种线路的实际情况。 2 0 0 6 年，避谣的三位学者m a i k o lm r o d r i g u e s a ，c i dc s o t t z a b ，和a r n a l d ov m o u r a 1 9 】给出了一釉同时满足乘客需求和技术条件限制、同时对降低运营成本起 到一定作用的配车和配班计划。他们以圣保罗市一条公交线路的案例用整数规划 模型和启发式算法给出了这个模型的解法。他们认为整数规划可以得出较好并且 可行的解决方案，聪启发式算法提高了解的精度，是最终的解决办法。 1 2 。2 技术应用方蕊 早在上世纪5 0 年代末期，国外就开始了利用计算机辅助编制公交行车计划 的研究。 8 0 年代初豳本开始应用公共汽车运营管理系统，约十年后开始应用公共汽车 综合管理系统【5 1 。缀多国家在旱期关予计算机编制彳亍车计划的研究当中取褥了一 些成果，比如美国m i t r e l 联营开发的r u c u s 软件，英国的l e e d s 大学开发出 的t a s c 软件，以及加拿大的h a s t u s 软件等等。其中加拿大g i r o 公司的产 品h a s t u s 是冒外最流行的公交调度软件之一，它由蒙特利尔大学交通研究中 心和蒙特利尔城市社区公共交通协会联合开发【2 0 1 ，目前已经在温尼伯、纽约、巴 塞罗那、爱丁堡、奥斯陆、维也纳、新加坡、悉尼等城市的超过2 5 0 个巴士和轨 道交通公司中使用疆弱。此井，以色列工程技术大学的o p t i b u s t 2 2 】也是具有代表 性的公交调度系统软件之一。 1 9 9 6 年m a r q u e s 等人研制的s u p e r b u s 系统是一个包括公交时刻表动态编 制的计算机软件系统，它将时刻表和配班表统一编排，具有灵活性和集成性豳】。 上世纪9 0 年代寒裳，香港各巴士公司陆续开始应用计算机生成霉亍车时刻表， 并综合运用g p s 等智能交通手段实现动态调度。 图i - i 香准马鞍山换乘枢纽信息板 f i g u m i v a r i a b l e m e s s a g eb o a r do f m a o ns h a h t r a r u f e rh u b ，b l k 1 9 9 8 年3 月北京市公变总公司决定开展“北京市公交总公司智能化调度系统 总体方案设计及示范工程”项目，这是我国第一个综合性公交i t s 项目衅j 。北京 公交智能化调度指挥系统是一个用高新技术解决城市交通问题的i t s 的具体应 用实例。当时这个示范工程仅在1 路、4 路、“路外环和4 4 路内环四条线路上 实施。但是该示范系统的建成已经为整个北京市公交系统的信息化建设奠定了基 础。 2 0 0 2 年，苏州公交公司”始使用“运营丽度微机管理系统”f 。经过各运营 分公司一段时间数据调试及短期试运行，基本运转情况良好。目前计划调度模块， 和电脑自动排班均已实现。 2 0 0 4 年，青岛海信网络科技股份有限公司发布了海信智能公交行车计划编制 系统口i 。 2 0 0 4 年i o 月，香港立祛会交通事务委员会针对专营巴士服务营运安全问题， 特别出台了文件说明专营巴士公司采用的车长( 司机) 变更安排以及这些安排与 巴士营运安全的关系b ”。 近日，北京公交已经在部分线路应用实时调度系统。该系统以 s y n c h r o f l o w 4l 企业版为应用支撑平台，服务于北京公共交通控股( 集团) 有 限公司、j 1 个分公司、j 7 0 个车队、4 5 2 条线路i 州。该系统结束了公变调度“耳 听电话、口喊发车、手签路单”的手工作业方式，取消了纸质行车路单，实现了 北京工业大学工学碰学位论立 无纸化调度。另外，该系统在实现车队调度的同时实现了区域化运营调度，并实 现了各条线路人员、车辆的集中管理、统一调度，实现了运输资源在多条线路之 间的动态优化配置。但尚未实现根据客流状况自动编制行车时刻表。 图l - 2 北京公室实时调度软件 f i g u r e l 2b e i j i n g b u sr e a l t i m es c h e d u l i n gs o r w 盯e 酗i - 3 北京公交实时调度系统发车信息板 f i g u r e l 一2 r e a l - t i m es c h e d u l i n gs y s t e m i n f o r m a t i o n b o a r d a t d c s h e n g m e n w e s t 第1 荦绪论 i 1 3 主要研究内容 本研究的目的在于完善计算机辅助编制公交行车时刻表的一般算法，重点在 于开发出一个能够适应多条公交线路的行车时刻表编制系统。该系统的实现包括 以下两个步骤： ( 1 ) 一条公交线路全日运营时刻的确定 全日运营时刻的确定是编制行车时刻表的基础。通过导入乘客i c 卡信息获 取的客流数据，根据线路的实际状况设定运营信息相关参数，首先编制行车计划 草案，并在该草案的指导下确定全日的发车时刻。 ( 2 ) 根据全日运营时刻生成行车时刻表 用导入的i c 卡客流数据信息的中各运营时段的客流变化情况逐一判断每一 次车的运营时刻，根据运营时间的限制和场站停放车辆能力的限制结合车次按时 间顺序发出的规则分别将其编入行车时刻表。 1 4 论文结构 本课题主要就是针对公交行车计划中行车时刻表的编制问题，在对现有编制 方法进行分析的基础上，完善和改进现有方法。根据现有手工编制过程，编制相 应的计算机算法，最终实现完成应用程序的设计。论文的结构如下： 首先在绪论一章中通过分析计算机编制公交行车时刻表的相关研究和技术 应用现状、明确本论文的研究内容。 在第二章中说明了公交行车时刻表在公交运营工作中的地位和相关基本概 念，分析确定计算机编制行车时刻表的编制方法。 在第三章中尝试针对手工编制方法的不足之处，提出对行车计划草案的改进 方法和该方法实现过程中的技术细节。 第四章在上一章得出全日发车时刻的基础上，详细介绍了如何根据不同的时 间指标限制和场站停放车辆能力限制将各车次时刻编制成表的判定规则。 第五章选取了北京市三条具有一定代表性的公交线路对上述算法的有效性 进行了验证。 最后的第六章总结了论文的研究成果和不足，并进行了具有可行性的展望。 论文结构如图1 4 所示： 北京t q 2 大学t 学硕一i ：学位论文 图1 4 论文结构 f i g u r el - 4s t r u c t u r eo fp a p e r 矍：耋尘薹：呈型堡兰 第2 章公交行车计划概述 公共交通行车计划是公共交通运营调度的基础。公交运营部门在研究乘客流 动规律之后，把相应的车辆组织在规定的线路上，按照客流的数量、方向、时间 制定行车间隔随客流变化、车辆周而复始运转的行车计划，指导公交车辆的运行 3 0 1 。 因此，反映客流规律的客流量数据足编制行车时刻表过程中的基础参数。 2 1 客流量数据的来源与处理 公交客流信息作为城市公共交通规划方案和运营决策的依据，规划者和管理 者一直致力于获取准确反映公交运营状况的客流信息。 在以往的运营工作中，客流信息的取得依靠组织人力进行站点和随车的调 查，由于近年来各地的公共交通系统普遍推广使用i c 卡乘车，随之也就产生了 大量自动获取的运营数据。公交i c 卡在国内许多城市都有应用，不仅方便了广 大乘客，也提供了一种新的客流调查统计手段”“。本研究拟基于北京公交i c 卡 数据的客流量数据。与人工调查方法相比，这种方法省去了设计调查方案、发放 调查表格、回收及录入调查数据等采集数据的环节，公交i c 数据采集是在乘客 上车刷卡的同时完成的吲。通过采集公交i c 信息可以分析得到城市过去任何一 天的公交出行数据。由于公交i c 卡信息不容易受人为因素的影响，数据准确真 实，时效性强，因此，得到的客流结果更能准确地反映城市公交运营情况和居民 公交出行特征。 1 ，0 0 0 8 0 0 蠼6 0 0 婶“0 0 2 0 0 0 口l 行客流 f 行客流 hon口m-o“o dhh一一一一“ h iliiin oo一“q口-onn h 一一n 时段 圈2 - 1 北京公室3 2 0 路上下行客流对比图 f i g u r e 2 一lp a s s e n g e r - t i m er e l a t i o n s h i p o f t w o d i r e c t i o n s o f b u sl o u t e3 2 0i nb c i j i n g 如图2 1 所示为北京公交3 2 0 路某日双向的客流随时间变化趋势图。从图中 # 工业 学i 掌m 学位镕t 可以看出该线路具有早晚两个较明显的高峰时段早高峰的持续时间较短，客流 强度较大：晚高峰的持续时间较长，客流强度较小。并且在上行方向1 2 1 3 点、 下行方向1 0 1 1 点和双方向的2 1 2 2 点这些非通勤时段均出现了一段时间客流变 化程度不等的高峰。造成这种不规则高峰时段出现的原因各异，但应看到一个总 的趋势是，随着城市公交线网口渐复杂，各公交线路基本情况有所差异，高、低 峰对段的出现时间也不仅限于传统意义上的五峰时间( 早、晚高峰、上午、下午、 晚问低峰) 1 2 1 由于在行车计划的制订过程中高低峰时段的部分指标要求( 如 满载率) 是不同的，因此不仅应当了解各时段的客流大小，还应明确一条线路全 天运营中的高、低峰时段分布状况。 上述各时段客流状况为编制行车计划提供了基础信息。 22 公交行车计划的基本概念 公共电汽车的生产特点是：线路多，运量大，营业时间长，服务面广，生产 环境分散，车组独立作业。公交运营部门通过线路行车计划和将各分散作业的车 组组织起来，使之即是整体线网运营中的一部分，又是在计划指导下独立作业的 一员，使公共电汽车在线路走向、停车站、营业时间、行车间隔已经确定的基础 上正常运营。 公交行车计划包括行车时刻表、配车计划、配班计划三个组成部分。根据行 车计划的总体要求，可制订出出线路的车辆、人员、劳动班组的组织方案。 r 。：一j 一。l 1 l 1 j 3 雨。丁1 j 。 j i 弱j 3 萤r l i 皇萤喜要薯l l 重童 j i3 墨j j | 弱j 誊 ! j 二1 己i 暑3 j 吾j 暑量 j 耄苎莹墨蛋要暑墨碣髓 强i 蹿 i 习玛。i 图2 。2 北京公交3 2 4 路排班表( 局部) f i g u r e 2 - 2b e i j i n gb u sr o u | e3 2 4 a ws c h e d u l i n g t a b l e ( 1 0 c a l ) ：! ! 堑些! 些 凹2 - 3 北京公交1 2 4 路各时段行走叫问样表 f i g u r e 2 3b e i j i n gb u sr o u t e1 2 4s i n g l e t r i p t i m e i ne v e r yh o u r s 2 3 行车时刻表的概念及作用 行车时刻表是在现行运营管理模式下根据运营生产特点，全面分析运营生产 条件和乘客在现阶段的要求而确定出合理的运营服务水平之后编制的，是用以组 织和指导公共交通运营生产的全过程，从而保证城市交通系统的基本功能完 成人们在城市范围内的位移一得以充分实现的生产作业计划。它是公批交通运 营调度的基础，体现了公交企业的经营方向和懿的管理水平口i 。其作用在于： ( 1 ) 组织线路运营的具体工作计划，指导线路各个车组运营生产 行车时刻表编制内容包括：本线路的营业时间、全日计划车次、载客公里； 线路高低峰时间各时段发出车次，行车间隔和到达对向站点的停站时i n j ；本线路 车辆的行车调度方法；本线路低峰停车、晚间车辆住站的起始时间、班次和住站 地点。根据行车时刻表的要求，可编制出线路需配备的劳动班次、班型、班数及 司售人员数量。规定出每个车组司售人员进出场( 站) 时间和上下班的时间、地 点。通过行车时刻表，可以把线路上分散、流动的车辆和司售人员组成一个整体， 纳入计划运营的轨道，使之有秩序、有节奏地运转。 ( 2 ) 确定营业时间内各时段的行车频率和行车调度方法 由于乘客的出发地点不同、乘车方向不同、目的地点不同，公交线路的布设 又受到道路条件、场站条件、沿途交通状况等因素的影响，因而形成了公交线路 客流量在时间上、断面上、方向上的不均衡( 如图2 _ 4 、图2 5 所示) 。行车时刻 表则依据客流的这些不均衡枷律做好车辆在时间、空间上的合理分配，确定行车 北京i 业 学i 学# 论立 频率和行车调度方法，使之基本上保证在各时段、各断面上保持运力和运量上平 衡，符含满载率的耍求。 一 r - -豆 = 二五习 _i _目 图2 4 线路客流的断而不均衡和方向不均衡性 f i g u r e 2 4s e c t i o nn o n - e q u i l i b r i u ma n d d i r e c t i o nn o n e q u i l i b r i u mo f p a s s e n g e rf l o w 厂、 i 篓i ，詈舍、 * ，mlii=善 m - * f 目、一 一 篓 7 翼霉翼粤鬟雾1 雾雾翟、 i ljj一一 图2 - 5 线路客流的时同不均衡性 f i g u r e 2 - 5 t i m e n o m e q u i l l b r l u mo f p a e n g e r f l o w ( 3 ) 为提高公共交通的整体服务水平提供了条件 交通工程心理学理论认为i ”：乘客对交通的要求是安全、舒适、迅速、准时。 行车时刻表是将乘客要求具体化并付诸实施。只有安全、服务、运营等各专业系 缆和全体职工共同努力，协调执行好公交行车计划，才有可能实现整体运营服务 水平和各专业系统的工作目标。 ( 4 ) 实现计划管理和完善经济核算的功能 公交运营部门的经济技术指标如运营车数、载客公里、运营速度、满载率、 工时利用率等都具体体现在线路行车时刻表中。所以编制公交行车计划时，要挖 掘潜力，提高效率。经济合理地使用车辆，使车辆、劳力、成本合理地投入并取 得定的经济效益和社会效益。依据行车时刻表调整和确定车队、车组的有关指 标和承包方案。行车时刻表的编制和实施起到了保证或均衡完成企业生产计划的 作用。 第2 帝公交行车计划概述 2 4 手工编制行车时刻表的方法及其问题 手工编制行车时刻表是在上级运调部门的指导下，根据客流变化规律、线路 运营条件、企业运输能力以及企业社会效益、经济效益指标的要求，经过客流调 查后进行编制的。在正式开始公交行车计划的编制以前，还要根据线路的客流量 特点和指标要求确定行车调度的方法( 如区间车、大站快车等) ，以便在具体编 制过程中考虑如何满足并实现采用的行车调度方法。同时，通过调度系统对线路 运营状态的监控和现场适时、合理的调度指挥，保持运营生产的稳定性，从而保 证公交企业顺利完成客运任务和各项经济、技术、服务指标闭。 在不同的城市、公交公司所使用的公交行车计划也不尽相同，编制的方法也 是千差万别。但编制的基本步骤和所遵循的原则大体上是相同的。 行车时刻表的编制依据主要有3 个： ( 1 ) 客流分布数据 主要指本线路营业时间内各断面的客流资料，并应明确正在执行中的行车时 刻表在编制上与客流规律不相吻合的问题，进而提出拟改进和采取的调度措施。 ( 2 ) 运营指标数据 包括： 营业时间 载客里程 ，满载率 劳动工时定额 高低峰时段的单程行驶时间 停站时间 极限间隔 用餐时间 整备时间 等等。 ( 3 ) 上级下达的其他指标 一般包括： 线路配车数 劳动配班数 全日发车次数 等等。 客流依据反映客流的需要，配车数、劳动配班数、指标控制数则是公交企业 主观上应达到的供应能力。 客流在时间上的不均衡规律决定了行车时刻表各时组的配车数和车次。断面 北京i 业 i 日位论i 上的不均衡规律和方向上的不均衡规律决定了行车调度方法。h 有与配车数、配 班数、指标数互相综合平衡，刊能最后确定行车调度方法和行车时刻表的编制内 容。 行车时刻表是依据以上3 类数据，综合平衡的产物。行车时刻表和劳动配班 的班型班数，必须同时拟定、配套、相互比照先后拟出。以此为依据由调度人员 根据其业务熟练程度和专业编制技巧，编制出行车时刻表( 图2 - 6 ) 。 图2 - 6 手工编制行车计划流程 f i g u r e 2 - 6s c h e d u l i n gp l a np r o c e s sb ym a n u a l 趟孥暑；习 刘赫赫鼎 圈2 7 北京公交9 4 8 路行车时刻表 f i g u r e 27 b e r i n gb u sr o u t e 9 4 8 t i m e t a b l e 第2 章公交行! f = 计划概述 ! i 曼! 曼! ! 曼曼皇曼曼! ! 曼曼 通过对北京公交集团的管理和调度人员调研得知，尽管有相当部分线路的行 车调度工作由计算机辅助完成，但公交行车计划和时刻表的编制工作仍然由调度 员手工完成。这种方法存在以下一些问题： 首先，手工编制公交行车计划，依赖于调度员对该线路客流分布情况的熟悉 程度，并需要编制人员有充分的调度经验，它的编制方法难以用精确的逻辑和语 言描述清楚并编制成表格。而且计划的编制结果会因人而异，受到编制人员的习 惯、水平和风格等因素的影响很大。因此，一名优秀调度员的培养周期就比较长， 不利于公司对人力资源成本的控制。 其次，手工编制的行车时刻表不便于修改，如果某车次的发生时刻或间隔需 做出调整，那么该车次前后相近的车次可能也需要做出某些调整，这样修改前就 必须将己经填写的数据涂掉，这样会花费大量的时间在涂改之上。 最后，手工编制计划时间长，效率低。公交行车计划需要随着本线路和沿途 线路的调整、交通状况的变化、客流情况和指标要求的改变而变更。特别是在公 交优先政策的推动下，手工编制公交行车计划和时刻表已难以适应迅速发展的公 交事业的要求。 利用计算机编制公交行车计划，是从手工编制公交行车计划的基础上实现 的。这种方法在充分利用手工编制公交行车计划的原则和方法的同时，较好地解 决了上述几个问题。 2 5 计算机编制行车时刻表的基本方法 计算机编制行车时刻表主要有面向对象的模拟运行仿真方法和结构化编制 方法两类。结构化编制方法的基本流程与手工编制方法类似，只是在个别细节问 题( 如非整数行车间隔的处理) 上需要将手工编织方法中较为模糊的经验决策转 化为对相关变量的细化处理。为今后深入研究各种调度决策在编制时刻表中的运 用，需要更深入的体会传统手工编制方法，本研究拟采用结构化算法。算法的主 流程如图2 8 所示。 同时考虑到网络的普及和程序的可移植性，今后本系统应与公交整体的办公 网络进行整合，利用并组合其中的相关服务，创建功能更为丰富的应用程序。企 业必须提供针对他们的商业逻辑服务的编程接口，这样的编程接口必须可以通过 远程网络进行调用 3 4 1 。m i c r o s o f t n e t 平台提供了这种关于人、信息和设备的之 间互联的功能，因此拟采用m i c r o s o f tv i s u a ls t u d i o n e t2 0 0 5 作为开发平台，开 发语言选用v i s u a lc 群。 2 6 本章小结 ， 本章首先分析说明了公交行车计划的数据基础和相关概念。公交行车计划是 几种计划的复合产品，结合本课题的需要本章只着重分析了课题涉及的行车时刻 北京t _ q k 大学工学硕： ：学位论文 表的编制和现行编制方法中的一些问题，从而明确了使用计算机编制行车时刻表 的必要性。最后本章简单说明了选取的开发技术、开发平台及选取这个平台的必 要性。 y 根据抽停牟数校核行车草案 r i 将已编制的行车时刻填入全日时刻表 r r 结束、 l 图2 8 计算机编制行车时刻表总流程 f i g u r e 2 8p r o c e s so fc o m p u t e r - a i d e ds c h e d u l i n gs y s t e m 第3 章行车计划草案的制订方法 薯ii； 一一 ；一i ! 苎! 曼曼! 曼曼! 曼! ! ! 曼! ! 曼曼曼! 苎皇曼! 曼曼! 曼 第3 章行车计划草案的制订方法 行车计划草案是编制行车时刻表的重要步骤，它以小时为单位提供了的行车 计划的基本信息。行车时刻表编制的目标是在满足客流需求的前提下，以尽可能 少的人力、物力完成运送任务，它体现了乘客和公交企业两方面的需求。我国的 公交行车计划是首末站行车计划，其调度目标、乘客需求、司售人员的管理体制 等方面均与国外存在不同程度的差异。 国内自1 9 9 0 年代初已开始了这方面的研究，但较多的研究是全日时刻的计 算方法，研究结果并没有生成与实际行车时刻表类似的表单【3 , 3 2 , 3 5 , 3 6 1 。并且对于 上下行的客流较少分开编制行车计划，这样难以保证编制的行车计划符合双向客 流量的差异和各自的变化规律。同时应注意到一条公交线路沿途全天交通拥挤程 度的变化，各个时段的单程行驶时间是与此紧密相关的，理论上应对各时段沿线 交通量做短时预测后确定该时段的单程行驶时间。对各时段的客流。另一个问题 就是在各时段内的实际客流量不仅也是有起伏变化的，还承接了上下时段的客流 变化趋势，只配备一种行车间隔或两种交替的行车间隔发完该时段的所有车次难 以反映各时段的客流变化状况。 3 1 基本的行车计划草案 基本的行车计划草案一般包括营业时段、各营业小时的参考客流量、发车次 数、行车间隔、配车数量、基本运营参数( 如表3 1 所示) 。其中车次以0 5 次为 基本单位进行取整。具体的车次确定方法将在下文中讨论。 北京丁业火学工学硕七学位论文 表3 1 某线路行车计划草案 t a b l e3 - 1s c h e d