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城市公交调度优化方法研究 摘要 当前我国城市交通问题尽整突出，有效的解决手段就是大力发展公共交逯， 提高公交出行比例。公交调度是公交企业运营管理的核心内容，对公交调度优 化方法进行研究是提高运营调度水平、增强公交吸引力的关键。 本文从我国城市公交系统的特铤啦发，阐述了我国公交调度系统的基本框 架，并分析了智能公交调度系统的技术基础。 准确合理的客流数据是进行公交调度的前提和基础。论文研究了公交数据 的调查内容和方法，并探讨了基于压力变化率豹踏板式乘客计数器的设计原理； 对客流数据按时间进行“平移”处理，辩用三次样条插值法来消除相邻统计时 段之阃的差异，并编程求出整个时间段内光滑的乘客到达率、下车率以及断面 逶过率，作为公交调度的依据。 公交车辆线路调度是公交调度豹基本模式，本文以乘客等车时间成本最小 和公交企业收益最大为目标，考虑最大和最小发车间隔、两个相邻的发车间隔 之差以及满载率和车容量等的约束，以发车时刻为变量建立数学模型，采用遗 传算法求解并用m a t l a b 语言编程实现，求褥整个城度时矮海的不均匀发车辩刻 表。再结合合肥市公交调查数据对模型皮用进行了分析探讨，优化作用显著， 说明模型具有较强的实际应用价值。 公交车辆区域调度是匡外城市普遍采雳的模式，也是我国公交调度的趋势。 文章研究了在保持各条线路发车频率的前提下如何制定所有线路发车时刻的问 题，使网络中换乘点的同步到达性最大，从而使乘客在最短的时间内完成换乘。 驾驶员调度闯题是公交调度中的一个重要内容，本文提出了分两阶段进行 的启发式方法来解决该问题，确定驾驶员的调度时麦表，使所需的驾驶员数量 最少。 关键诞：城市公交调度；公交客流；数据处理；线路调度；区域调度；驾 驶员调度；时刻表 r e s e a r c ho nm e t h o d so fc i t yb u sd i s p a t c h i n go p t i m i z a t i o n a b s t r a c t u r b a nt r a n s p o r tp r o b l e m sa r em o r ea n dm o r es e r i o u si no u rc o u n t r y , a n dt h ee f f i c i e n t w a y t os o l v et h e mi sd e v e l o p i n gp u b l i ct r a n s p o r tg r e a t l ya n dr a i s i n gt h ep r o p o r t i o no ft r i p b yb u s 。f o rt h eb u sd i s p a t c h i n gi sv i t a lf o rp u b l i ct r a n s p o r tm a n a g e m e n t ，w ec a r lc o n c l u d e t h a tr e s e a r c ho nb u sd i s p a t c h i n go p t i m i z a t i o nm e t h o d si sv e r yi m p o r t a n tt oi m p r o v et h e q u a l i t yo f b u sd i s p a t c h i n gm a n a g e m e n ta n dt oe n h a n c et h ea t t r a c t i o no f t r i pb y b u s c o n s i d e r i n gt h ec h a r a c t e r i s t i c so fo u rp u b l i ct r a n s p o r ts y s t e m ，t h i sp a p e rp r e s e n t st h e f l a m eo fb u sd i s p a t c h i n gs y s t e ma n da n a l y s e st h es u p p o r t i n gt e c h n o l o g yo fi n t e l l i g e n tb u s d i s p a t c h i n gs y s t e m t h ea c c u r a c yp a s s e n g e r s d a t ai st h eb a s eo fb u sd i s p a t c h i n g t h ep a p e ri n d u c e st h e c o n t e n t sa n dm e t h o d so f i n v e s t i g a t i n gp a s s e n g e r s d a t a ，r e s e a r c h e sp a s s e n g e rc o u n t e r i n go n f o o t p l a t eb a s e do na c c e l e r a t i o n ，d e a l i n g sw i t ht h ed a t ab y m o v e ”w i t ht i m ea n de l i m i n a t e s t h ev a r i a n c e so fa d j a c e n td a t ab yc u b i cs p l i n ei n t e r p o l a t i o n ，t h e no b t a i n st h ep a s s e n g e r s a r r i v a lr a t e ，g e to f fr a t ea n dt h r o u g h p u ti nt h ew h o l ep e r i o db yp r o g r a m m i n g ，w h i c hg i v e s p u r s u a n tt od i s p a t c h i n g v e h i c l el i n ed i s p a t c h i n gi st h eb a s em o d ei nb u sd i s p a t c h i n g t h i sp a p e rp r e s e n t sa m a t h e m a t i c a lm o d e lw i t hd i s p a t c h i n gt i m ea sv a r i a b l e t h em o d e la i m sa tt h em i n i m u mo f p a s s e n g e r s w a i t i n gt i m ea n dt h em a x i m u mo fb u sc o m p a n y i n c o m e ，a n ds u b j e c t st ot h e m a x i m u ma n dm i n i m u m d i s p a t c h i n gi n t e r v a l ，t h ed i f f e r e n c ev a l u eo fa d j a c e n ti n t e r v a l ，t h e f u l l - l o a dr a t ea n dt h ec a p a c i t yo fv e h i c l e t h e ng e n e t i ca l g o r i t h mi sd e v e l o p e dt os o l v et h e p r o b l e m ，a n dan o n u n i f o r mt i m e t a b l ei so b t a i n e db yp r o g r a m m i n g w i t hm a t l a b t h em o d e l i sp r o v e dt ob eu s e f u lb yb e i n ga p p l i e di nh e f e i i n t e r l i n ed i s p a t c h i n gi sw i d e l yu s e di nm a n yc i t i e so fd e v e l o p e dc o u n t y ，w h i c hw i l lb e ab e n di nt h ef u t u r ei nc h i n ac i t i e s n o tc h a n g i n gt h ed i s p a t c h i n gf r e q u e n c yo f e a c hl i n e ，t h e p a p e ra d d r e s s e st h ep r o b l e mo fg e n e r a t i n gt i m e t a b l ef o rt h eg i v e nn e t w o r k 。i ta t t e m p t st o m a x i m i z es y n c h r o n i z a t i o no ft h en e t w o r k ，w h i c he n a b l e st h et r a n s f e ro fp a s s e n g e r sw i t h m i n i m u mw a i t i n gt i m ea tt h et r a n s f e rn o d e s d r i v e rs c h e d u l i n gi sa ni m p o r t a n to p e r a t i o ni nb u sd i s p a t c h i n g ah e u r i s t i ca p p r o a c hi n t w os t e p si sd e v e l o p e dt oa n a l y z et h ep r o b l e ma n dg e n e r a t et h ed r i v e rs c h e d u l e ，w h i c h p r o v i d e st h em i n i m u mn u m b e ro f d r i v e r st of u l f i l lt h eb u sd i s p a t c h i n g k e 3 ，w o r d s ：c i t yb u sd i s p a t c h i n g ；p a s s e n g e r d a t a ；d a t ap r o c e s s i n g ；l i n ed i s p a t c h i n g ；i n t e r l i n e d i s p a t c h i n g ；d r i v e rs c h e d u l i n g ；t i m e t a b l e 图2 1 图3 1 图3 2 图3 ，3 图3 。4 图3 - 5 图3 - 6 图4 1 图4 。2 图4 3 圈4 4 强5 。1 图5 - 2 图5 3 图6 1 图6 。2 图6 3 图6 4 圈6 5 插图清单 智能公交调度系统框架 乘客上车踩踏压力板示意图 站点1 在6 ：o o 一7 ：0 0 的乘客到达率 7 1 3 1 9 双峰型客流分布2 1 三峰型客流分布2 2 四峰型客流分布2 2 平峰型客流分布2 3 单点交叉操作示例图3 1 基本位变异操作示例图3 2 遗传算法构造过程示意图3 3 遗传算法程序框架示意隔3 6 公交瞬络图4 4 基本算法流程图4 6 基本网络图。4 8 公交车换班机会示意图5 2 某线路公交车运行情况5 4 i 组驾驶员排班过程5 6 i l 组驾驶员撵班过程5 7 瑕组驾驶员辩班过程5 7 表格清单 表3 1某线路主要站点原始客流数据统计表 表3 - 2某线路6 ：0 0 7 ：3 0 各站点的上车人数统计表 表3 3“平移”时间后6 ：0 0 7 ：0 0 各站点的上车人数统计表 表4 1公交线路参数 表4 2合肥市1 2 2 路公交车客流统计表( 单位：人1 上行方向 表4 3合肥市1 2 2 路公交车路各站点间距离( 单位：公里) 表4 4 12 2 路正向线路发车时刻表 表4 57 ：o o 8 ：0 9 时段内调整后的发车时刻 表5 1线路结构 表5 2结点结构 表5 - 3线路i i 、的最早发车时刻 表5 4基于结点2 的同步到达的发车时刻 表5 - 5线路i 的发车时刻 表6 - 1车辆分组情况 表6 2i 组驾驶员排班表 表6 - 3i i 组驾驶员排班表 表6 - 4i i i 组驾驶员排班表”托弘扣铊铝鹌巧靳”船 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的 研究成果。据我所知，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，也不包含为获得金艘王些太堂 或其 他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 的任何贡献均己在论文中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名：霹逡抽 签字日期：一彳年月? 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解 金胆王些盔堂 有关保留、使用学位论文的规 定，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，允许论文被 查阅和借阅。本人授权金壁王些太堂 可以将学位论文的全部或部分内容编 入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学 位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名：窜场墒 导师签名： 签字日期：弦年石月j 日 学位论文作者毕业后去向： 工作单位： 通讯地址： 签字日期：驴年多月岁日 电话： 邮编： 弩 厄 致谢 本论文是在我豹导帮一一石琴剿教授的悉心指导下完成的。扶漂疆的选定 到论文完成的过程中，倾注了石老师大量的心血。石老师渊博的学识、严谨的 治学态度是我终身学习的榜样。在论文究成之际，谨向最尊敬的导师表示最真 挚的感谢l 感谢张卫华鞲士压、张代胜教授和湿千宏老师，对他们在硬究生期闻给予 我的关心和帮助表示深深的感谢! 感谢同窗的黄志鹏、王亚靖、郑月楠、李华香、李增辉、初长宝等同学， 感谢他们在研究生期闻在学习秽生滔上绘予我的关心和帮助! 感谢张雷、杨立群、潘震等师弟师妹们的支持和帮助! 特别要感谢我的家人，他们对我的笑爱、理解和包容使我得以顺利完成学 韭。感谢 电们为我无私奉献豹一切! 感谢我所有的同学和朋友，感谢他们的关心、支持和祝福! 覃运梅 2 0 0 6 年5 月1 6 日 l 。1 引言 第一章绪论 随着国民经济的迅猛发展和城市化、机动化进程的加快，各个城市的规模 不断扩大，机动车拥有量急尉增加，邀路交通流量日憝饱和，特刹是大城市， 交通问题日益突出。面对出现的这些交通问题，直接的解决办法是通过修建更 多豹道路来提瘫路网的逶嚣能力，但由于城市中可供修建道路的空阅有限，交 通设施建设的步伐远远跟不上交通需求增长的速度，交通拥挤现象仍然十分严 熏。国内外多年的实践经验表明，解决城市交通问题的蠢效途径就是发展公共 交通，建立先进的公共交通系统a p t s ( a d v a n c e dp u b l i ct r a f f i cs y s t e m ) ，实现 公交调度智能化，提高道路通行能力和公交运营管理水平【l 。 1 2 立题的背景及意义 我匡众多大城枣鬣i 斑的交通闻遨主要是拥挤翔题。交通的拥挤和圭蠹塞影响 了城市居民的生活，制约了经济的发展【3 】。多年的实践和经验表明，单靠修建 道路并不能彻底解决交通拥挤闯题，蔼遗过交通管制手段，使明智能化方法， 提高道路利用率是解决问题的关键。由于城市公共交通与小汽车相比具有客运 量大、相对投资少、占有资源少、效率商、人均占用道路少等优点，各地政府 及交通管理部门逐渐认识道“发展公共交通是渡善城市交通的战略选择”，“解 决城市交通问鼷必须体现优先发展城市公交”的原则【4 1 。 琢境污染帮能源短缺成为铡约和影响我潮城市交通发展豹两个重要闰题 j 。汽车废气是大气污染的重要来源。世界上的一氧化碳( c o ) 、碳氢化合物 和二氧化氮( n 0 2 ) 气体将近5 0 是由以汽油和柴油为动力的发动机所燃烧的 矿物燃料释放的，估计大气中有8 0 9 0 的铅来自汽车所使粥的含铅汽油 鲥。 北京市每年大气污染中3 9 1 的一氧化碳、7 4 8 的碳氯化台物和4 6 2 的氮 氧化合物都来源予运输工具的熊气睛】。褥近几年，我罄能源消费增长迅速，其 中汽车消耗的能源比重不断增加，导致能源短缺问题越来越严重，对经济的发 展有一定的制约作用。因此，研究和发展与环境保护、链源节约相势调的城市 交通系统成为追在眉睫的课题。由于公基交通载客量大，其人均耗油量、尾气 排放量远远小于小汽率，大力发展城市公共交邋系统、提高公交智能化水平成 为发展现代城市交通系统的核心内容。 目前，我圈的公兴交通事业发展还比较落后，公交智能化水平还比较低， 绝大部分是l 嚣的运营体测。瑗行的公交企韭运营调度管理工作存在很多瓣蘑： 调度管理主要依靠人力，运营计划主要依靠调度管理人员凭经验制定，总体技 术方法落后p “j 。因此，导致了公交运黎效率低、服务质量差，从丽使乘客选 择公交出行方式的比例不商。这样，致使公交公司亏损严重，公交运薷管理技 术、设施的建设投入资金不足，公交运营效率的提高很缓慢，公交出行方式的 比例依然很低，从而形成恶性循环。现在，国家每年给公交的财政补贴还很多。 克服上述问题的关键，就是建立切实可行的公交优先发展体系，实现公交调度 管理的智能纯，丽这磐都离不开相应的理论研究和技术支持。 本论文将结合合耱常科技局项目一一“智能公交系统关键技术研究及实旄 应熙”，在探讨适合我国公交特点的智能调度系绕的同时，从数据处理、线路调 度优他横型与葵法以及送域调度模型及其求勰方法等方面进行磷究，为公交企 业进行科学的运蘸决策提供理论依据和技术支持，保障城市交通的协调、有序 和高效率的发展。 1 3 国内外研究摄况 1 3 1 国外研究概况 发达国家对智能公交调度优化的研究较早，理论相对成熟，面且已存大量 的研究成果得到实际应用，并取得显著的效果。 2 0 世纪6 0 年代，英国利兹大学计算实验窟目国家交通委员会提交了“大 规穰调度计划问超的计算机求解：基础藤理和未来可能性”的报告p j ，其研究 成果被应用于铁路机车调度诗粼并取得显著效果。7 0 年代， b l y ，j a c k s o n ， k o f f m a n 和r y a n 等建立起了闵于评价不箍调度方案的模j 耋l 模型”。 8 0 年代届，结合计算机模拟的公交调度优化理论有了进步的发展。1 9 8 5 年，p e t e rg f u r t h 针对线路双方向客流不均匀问题，探讨了如何优化放车调度 ( 空车发出，中途载客) 过程，并提出了相关模烈 l ”。1 9 8 6 年a v i s h a ic e d e r 阐述了零j 嗣公交乘客数据制定公交发车时刻表的哥供选择的不丽方法，根据不 弼静要求计算六个主要评价目标，按照乘客的要求选撵不同的发率方案”。9 0 年代，该领域的理论有了更大的发展。1 9 9 8 年英国的c h r i s t o p h e rj 。e l l i s 和 e m i l s o nc d s i l v a 阐述了英国公交事北中竞争与霭求携调的反调节措施，强调 了需求协调机制在公交市场的主要作用，并表明了一旦需求协调时模型存在纯 策略平衡解”。1 9 9 9 年m a g e dd e s s o u k y 等研究了在定时换乘端点迸站车辆的 剜达与出站车辆的出发同步进行可以使换乘延误最小他，用智能交通系统的车 辆鞭踪和控制技术，阐述了能够实瑗婀步换乘的实酵控制的技本【h l 。 j 垃年来，公交谣度优化瑗论得到进一步发簇和深化。2 0 0 1 年a n d r 6d e p a l m a 和r o b i nl i n d s e y 研究了在给定公交车辆数量的前提下，当乘客对出行次 数和时亥4 延误成本有不嘲的期望时，分析了单条线路的发车时刻优化方法f ”】。 同年a c e d e r 等阐述丁给定网络公交率同步性最大化的时刻表的制定问题，考 虑了糟户的满意度和方便性，使蕊时到达网络连接( 换乘) 点豹公交苹的数量 2 最大，从而使换乘乘客在最短的等待时间内在换乘站点从一条线路到另一条线 路上。该研究成果应用于以色列的公交调度系统，取得一定的效果 i 。 2 0 0 2 年a l ih a g h a n i 等研究了多车场车辆调度问题和有时间窗的多车场车辆调度问 题的模型，并用阐述了相应的启发式算法【1 7 】。 在技术和系统开发应用方面，欧盟、美国、日本、韩国等发达国家已有大 量研究成果和先进技术得到应用。日本于7 0 年代末开始应用公共汽车定位系统 一一公共汽车接近显示系统；8 0 年代初开始应用公共汽车运营管理系统，9 0 年代初开始应用公共汽车综合管理系统【l 引。公共交通车辆和驾驶员调度软件方 面，有h a s t u s 、s c a g e 、o p t i b u s 、h h a 等，其中加拿大g i r o 公司的产 品h a s t u s 是国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【l9 1 。此外，以色列工程技术大学 的o p t i b u s 也是具有代表性的公交调度系统软件之一 2 0 1 。 1 3 2 国内研究概况 公交优先发展战略在我国的研究和实施起步较晚，于上世纪8 0 年代才逐渐 受到人们的关注，相应的公交调度优化理论和系统建设到目前为止都还处在探 索和初步发展阶段。8 0 年代，蒋光震等介绍了基于乘客分布的公共交通线路组 合调度模型【2 “，张席洲在其硕士论文中对公交调度优化问题进行了初步的研究 口“。9 0 年代，西安公路交通大学孙芙灵于1 9 9 7 年根据西安市公交公司客流调 查数据，探讨了几种确定发车间隔的方法【23 1 ，1 9 9 9 年北方交通大学的刘云等在 分析北京公交智能调度系统需求和相对当前几种先进的计算机网络技术进行比 较的基础上，给出了北京市公交智能调度系统的计算机网络的设计方案，并进 行相关的性能分析 2 ”。9 0 年代以后，东南大学杨新苗提出了基于准实时的公交 调度优化系统p j ，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，提出了运用遗传算法和混合遗传算法来进行车辆调度优化的方法 口。青岛科技大学的童刚建立了公交调度模型并求出均匀的发车间隔 2 7 。董强 等探讨了带软时间窗的单线路单车型的公交调度问题，分别选择运力与运量的 平衡、乘客的不方便程度与公交公司的成本最小作为目标函数建立公交调度的 数学模型3 。 在系统建设和软件开发方面，北京市于9 0 年代末开展了我国第一个综合性公交 i t s 项目“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” 2 8 1 。杭州、 上海相继率先将g p s 定位技术应用到公交调度管理中2 5 1 。近年来，广州、青岛、重 庆、南京等城市陆续引进先进的技术设备，逐步发展智能公交 3 1 。 智能公交是城市交通发展的一个重要内容，我国在这方面的研究和应用还 处在起步阶段，尤其是关键技术的理论研究还有待成熟。另外，由于我国公交 环境状况不同予阔步 ，在发展我国的锯熊公交系统时不糍生搬硬套国岁 的理论 和成果，因藤，在适当借鉴的前提下，必须研究并深化适合我国公交特点的智 能调度优化理论和技术。 1 4 圭要研究内褰 本文期望通过对公交调度系统的研究达到如一f 目标：明确我国智能公交调 度系统的体系框粲；研究公交车辆线路调度闷鼷，建立模鳌、设计算法，并通 过程痔编黼发车时刻表；探讨基于最大同步换乘的区域调度问题以及驾驶员调 度闫题的毅思路秘掰方法。 本文研究豹主要内容如下： ( 1 ) 确立我国公交调度系统的基本框架，分析智能公交调度系统的基本功 能，并研究相关豹技术基础，镪括信息采集技术、通信技术和地理信息技术等。 ( 2 ) 研究公交数据的调查内容和调套方法；探讨基于压力变化率的踏板式 乘客计数器的原理。 ( 3 ) 研究把客流统计数据按对阚“平移”豹数据缝瑾方法，静把实际统计 数据按照各个站点与始发站之问的平均行车时闻进行“平移”，然质用三次样条 援值法来消除相邻统计对段之间的差异，获得连续变化的乘客到达率、下车率 和通过率。 ( 4 ) 对公交率辆线路调度优化问磁进行研究，以发车时刻作为模型的变量， 以公交乘客的等车时闻成本最小和公交企业运营收益最大为目标，同时考虑发 车闻隔鞠车辆满载率等的约束建立攘型；选用搜索能力强、效率罐的遗传算法 来求解模型，先耀述遗传算法的慕本原理和步骤，再结合所建立的模挺设计遗 传算子，然后用m a t l a b 语言编程求解，得出非均匀的发车时刻表，作为车辆调 度的依据。并进一步结合台肥市公交调套数据对模型进行实施应用。 ( 5 ) 对公交车辆区域调度问题进行研究，在交通线网内已经分别确定各条 线路豹行车时刻表( 发举频率) 的基础上，考虑公交网络中乘客阕步换乘的简 题。在缣持各条线路发率频率不变的前提下，建立模型并耀启发式算法求解， 对原有的具体发车时刻进行调整，使嬲络中换乘点的同步到达最大，从丽使乘 客能够在最短的等待时间内完成换乘。 ( 6 ) 驾驶员调度问题是公交调度问题中的一个重要内容，是一个极具挑战 性的复杂闯题，本文探讨了分两阶段进行的启发式求解方法，通过构造驾驶员 的休息、用餐“时间链”，形成驾驶员的调度时刻表。 1 。5 主要创新点 在论文写作过程中，作者查阅了相关文献，结合合肥市“智能公交系统关 4 键技术研究及实施应用”科技项蟊，对城市公交调度优化方法进行了研究，研 究的主要创新点主要体现在以下几个方面： ( 1 ) 铮对弱前乘客自动计数嚣不能准确谖羽摆挤状态下的乘客数瓣滔蘧， 考虑到乘客上、下车时的跨踏动作对踏板产生的压力变化比一般的踩踏产生的 压力变化大，本文提出了基于聪力变化率的踏板式乘客诗数器的设计爨理。利 用此原理设计m 的乘客自动计数器能够准确识别拥挤和非拥挤状态下的上、下 车人数。 ( 2 ) 在通常的客流数据处理中，往往把按调查的实际对同统计的数据作为 调度的依据，忽略了车辆的行车时间对疏散客流的影响。因此，本文探讨了把 客流统计数据按对闻“乎移”豹数据处理方法，即把实际统计数据按照各个站 点与始发站之间的平均行车时间进行“平移”。 ( 3 ) 目裁大部分研究公交调度的文献都是以一个统计时间段( 如1 小时) 为模型的基本对象，得出该时闻段内的均匀发车间隔，而忽略了整个统计时间 段内的数据变化。本文以整个调度周期( 如一天) 内的发车时刻作为变最建立 模型，并设计赉相应的遗传算子，编程褥出菲均匀的发车对刻表，作为车辆调 度的依据。 ( 4 ) 对于公交网络中同步换乘的逮题，在分板和总结其它模型的特点和不 足的基础上，本文以网络中总的相遇次数最大和总的相遇点数最小为目标，考 虑到备线路首束发车在相应时间范围内、发车时刻满足最大和最小的发车间隔 要求以及各站网时到达的车辆数不超过站点容爨的约束，建立了切合实际的优 化模型，并用肩发式算法给出了满意解。 ( 5 ) 根据驾驶员调度淹莲豹复杂魏，设诗国了分两阶段迸行的窟发式求解 方法，即先把所有车辆进行分组，然后按一定规则分别给每一组内的车辆安排 驾驶员，形成驾驶员的调度时刻表，使用来完成车辆驾驶任务驰驾驶员数量最 少。 第二章智能公交调度系统分析 2 1 智能公交调度系统缩构 公共交通智能化调度系统就是翻丽先进豹技术手段，动态圭电获取实融交逶 信息，实现对牮辆的实时监控和调度，它是公共车辆调度的发展模式，是公共 交通实现科学化、现代化、智能亿管理的重要标志，是智能公共交逶系统的核 心子系统。 系统的总瞬标就是要建立集运营指挥调度、综合业务通信、乘客信息服务 等为一体的智能化公交管理系统。系统建成后，在总公司调度指挥中心屏幕上 能监视线路上公交车辆运营的动态情况，并通过综合业务通信网实现总公司、 分公司耪区域调度中心的实时逐信，区域调度中心能对运营车辆进季亍实对监控 指挥。系统还可对运营车辆进行检测，通过计算机网络中心数据库，实现对智 能卡( i c 卡) 系统、全球定位系统( g p s ) 数据的共享，为编制行车时刻表和 合理配车提供准确的数据p “。 目前，我阑大部分城市的公交企业还采用传统的调度方式，部分城市引进 了一些先进技术，但智能化水平还比较低下，调度员和驾驶员之闻的联系不及 时，有关车辆和乘客的信息不能实时传输给调度员，影响实时调度，同时乘客 也不能及时获褥耱关黪公交服务信息，公交服务总体水平还比较低下。图2 1 给出了建立智能公交调度系统的框架。 图2 1智能公交调度系统框架 由框架图中可以看出，智能公交调度系统主要由公交调度中心、分调度中心、_ 率 载装置、调度平台、电子站膊等死部分组成，它应其备瞳f 功魏 1 8 1 1 3 4 ： 夺运用定位技术实现对运营窜辆的监视； 夺运用有效策略使晚点车辆恢笈正常运营； 夺及时有效地采集车辆及乘客信息，并进行分析与处理； 夺运用当前的操作数据及其它数据来源编制运营管理计划； 夺要求应答系统为乘客提供个人出行服务； 夺提供安全协调监控与紧急救援服务系统的接口； 夺缡卷9 运营车赣豹维修计划莠为修理人员进行工作分甏； 夺为乘客提供车辆运营信息及可达车辆信息。 2 2 智能公交调度系统的技术蒸础 错能公交系统的建设离不开先进技术的支持，主要包括以下几方面的技术： 7 2 2 1 信息采集技术 公交信患包括车辆信想和乘客信息，穗应的采集技术也包括车辆信惑采集 技术和乘客信息采集技术。 ( 1 ) 车辆信息采集技术 对于车辆主要有车辆位置、速度、是否晚点等方面戆信息，要实瑗对公交 率辆的实时监控与调度，必须应用车辆定位技术准确、实时地获取车辆肖前的 位置。目前可用于公交车辆的自动定位技术主要宵全球定位系统( g p s ) 和标 杼定位技术。其中g p s 其有定位精度商、定位速度快、稳定性高等突出优点， 楚车辆是动定位豹主流技术。 g p s 的信息采集法怒在车辆上配备g p s 接收装置，以每2 s 的采样间隔记 渌日期、时间、车辆位置和车辆速度，再将数据传入计算机并与地理信息系统 ( g i s ) 的电予地圈重叠分柝 3 4 3 6 。 ( 2 ) 乘客信息采集技术 乘客信息自动采集方法主要有i c 卡采集法、红外线感应法、踏板垫计数 等，目前这螺方法均有一定的局限性。i c 卡目前只能采集到使用i c 卡的乘客 髂息，磊红夕 线和踏板垫只适合予上下车乘客不拥挤豹情况，一旦发生稳挤， 得到的数据就会有较大的偏差。因此，这些相应的技术还需螫进一步改进。 2 。2 + 2 通信技术 在公共交通的各个渡务领域都存在通信问题，目前可以选择的通信按术主 要有光纤通信技术、卫星通信技术、移动通信技术等 3 4 ： 光纤通信是以光波为载频、以光纾为传输媒介的通信方式。光纤通信具有 容量大、传输损耗低、不受干扰等优点，将戳光绎通信技术为基础的计算棍局 域网络应用到公交系统中具有其它通信方式无法比拟的优势。另外，通过 i n t e r n e t 网络作为公交调度中心与乘鬻进行信息交流的手段也是近年来发展得 较快匏方法。 卫星邋储是指利用入造地球卫星作为中继站来转发或反射无线电波，在两 个或多个地球站之间进行的通信。卫星通信机动灵活、稳定可靠，应用广泛， 如g p s 定位系统、广播誉就是卫星通信方式；不足之处是卫星的寿命有限、技 术复杂。 移动通储一般是指移动体与固定地点，或者移动体之间相互通过有线或无 线信道进行的通信。移动通信受空间限制少，实时性好，是彳亍驶车辆与调度中 心之间理想的通信方式。现在应用到智能交通豹移动逶信技术毒g s m 、g p r s 、 c d m a 等。 2 2 3 地理信息技术 公交调度涉及到大量与地理空间密切相关的数据，而地理信息系统( g i s ) 能够收集、存储、分析和处理相关交通信息的空间属性，使相关信息与电子地 图有对应的映射关系，具有强大的数据管理和空间分析功能，因而可以说g i s 是构建智能公交调度平台的基础。 2 2 4 公交调度软件 智能公交调度系统由相应的硬件和软件组成，缺一不可。如编制发车时刻 表、司乘人员排班、车辆维修计划等，若采用人工编制，则工作量非常大且容 易出错，而编写相应的软件来执行这些工作则十分轻松、快捷、准确。利用软 件自动执行相关计算是智能化标志之一。 2 3 本章小结 本章探讨了我国公交调度系统的基本框架，分析了智能公交调度系统的基 本功能，并研究相关的技术基础，包括信息采集技术、通信技术和地理信息技 术等。 第三章公交客流数据采集与分析处理 3 1 客流数据调淼 客流是指乘嫩公共车辆的乘客群，乘客群流动的数量箍称为客流量。客流 量包撬时闰、方向、地点、鼯离、数量等闲数【3 ”。公交客流调查是指对客流在 线路、方向、时间、断面上的动态分布所进行的经常的或定期的、全面的或抽 样的调查并进行分析的过程，是对城市殿民乘车需求情况的分布资料的搜集、 记录、分梅豹过程p “。公交客流数据是进行公交优化调度豹依据和基础，焉公 交数据必须通过调查采集并进行分析整理而得。通过对原始调查数据的分析熬 理，得出公交线路客流的分布状态和规律，作为公交调度的依据。 公交客流调查的研究内容包括客流调燕内容和调查方法。 3 1 1 客流调查内容 公交客流调查是调度工作的前提和基础。客流调套应该包括公交线路、率 辆以及乘客分布的状况。同时公交客流耋的大小与城商性质、城市大小与布搿、 出行距离、公交线网的布设、公交服务质量以及票价等因素密切相关，因此， 这些阑素也是公交客流调查不可缺少的内容。具体地说，公交客流调查内容包 括以下凡方酉： 1 城市状况：城市面秘、布局、人v i 、经济水平、就业人口以及工业区、 商业区和住宅区的分布等。 2 线路数据：线路方向、地点( 站点) 、站点间的距离、线路总长、线路 数量、公交线网密度、直达系数。 3 乘客数据：乘客上下车的时间、数量、站点，乘客出行的超、迄点、换 乘点以及乘车前后的步行距离，使用i c 卡的乘客比例。 4 车辆情况：车型、车辆标准载客人数、车况、线路配车数和公司总的车 辆数，车辆运营的曩定成本和可变戒本。 5 人员情况：司乘人员、调度人员及决策管理人员的数量及索质状况、工 资费用。 6 运营指标要求【”】： ( 1 ) 里程：包括运营里程和载客里程 载客里程= 线路长度线路上下行车次 运萤里程= 载客里程+ 车辆进出场行驶的里程 ( 2 ) 满载率 1 0 ( 3 1 ) ( 3 2 ) 满载率= 纛1 0 。 ( 3 3 ) ( 3 ) 工露利用率 工时利用率= 篙l 。 ( 3 4 ) ( 4 ) 班里程 魍援= 等瓣 ( 3 s ) ( 5 ) 单程行驶时间 单程行驶时问指运蒙车辆在线路豹起点站发车至终点站终庶瓣车辆单蠢计 划行走时间，不包括首末站停车时间，是反映车辆周转和劳动效率的一项重要 指标。 ( 6 ) 停站时间 停站时间即运营车辆在线路终点站的停留、待发时间。 以上内容是进孳亍车辆调度所需要的基本数据，有璧数据是相对稳定的，如 线路数据，不需要经常调查；而有些是动态变化的，如乘客数据，则需要进行 经常的调查采嶷，以获得动态实辩的数据。缱织客流调套时，可以根据不同的 调查方法和调查要求选择部分内容来进行调查。 3 1 2 客流谣查方法 目前，我国大多数城市采用的是传统的手工调查方法，可以得到比较全面 的数据，但是要耗费大量的入力和财力，不适含经常性的动态客流数据调查。 随着现代科技的发展，采用先进技术的自动数据采集方法逐渐得到发展和应用。 l ，人工谴套方法p ”剐 ( 1 ) 跟车调查法 指在线路逛程的每辆车中安排专人记录每个车站上下车的乘客数量，以及 车站上留站人数的一种全面调查，获褥不同时间的客流蹙、各断面通过萤、各 站集散嫩、车辆满载率，以及月票比重、平均运距、乘客密度、不均衡系数等 数据。优点是客流调尝的资料垒丽，准确率较礴；缺点是需要参与调查的人员 多，资料整理麻烦。该方法适合于定期调查。 ( 2 ) 驻站调查法 在中途重要站点或者乘客集散量比较大的断面设置调查员，在规定的时间 内，以目测方式记录上下车乘客数、车厢内人数、蟹站人数和通过车次的一种 断面调套法，是了解断面客流量在时间上的变化与配车是否合理的定线、定站、 定时、定期进行的调查。该方法简单易行，所用人力少、资料熬理简便，效果 好，便于组织局部性的重点调查，是公交企业最常用的一种调查方法。 ( 3 ) 闻诲诡查法 是指派调查人员问询并记家每个乘客上下车站点的一种方法，是目前获取 信息最为完攘的客流调查方法，缺点是需要的人员多，进行调查的难度较大， 资料汇总、整理比较复杂。 ( 4 ) 月票调查法 是对购有公共交通月票的乘客进行日常乘车动态调查的方法，适合于月票 占有率较高的城市。 2 。先进技术调查方法 ( 1 ) i c 卡数据采集4 0 】 目前我国大部分城市都有公交i c 收费系统，公交i c 卡在究成收费的同时， 还可记录下使用i c 卡的乘客的上车时间、车次、站点等信息，而要记录这部分 乘客下车信息剐涉及二次捌卡阚题，醚蘸不易予实现。另外，只有部分乘客持 i c 卡乘车，还有相当大比例的乘客采取投币方式，因此，i c 管采集法采集到的 只是部分信息，而无法实现对所有乘客的乘车信息进行收集。 ( 2 ) 自动计数系统 3 0 1 【4 1 】 乘客鑫动计数系统楚采集公交客流信息的有效方法，蠢前常用的有的红外 线自动乘客计数和踏板式自动乘客计数等。 红外线技术系统安装在公交车门附近特定的高等，通过发射头发射定制波 长豹红外线覆盖一定的区域，然后通过传感器检测从乘客身上反身重酲来豹光线 自动识别乘客上下车人数。当上下车发生拥挤时，该系统会漏掉部分乘客信息。 踏板式乘客计数系统是将压力板安装在车辆的前后门踏板上，乘客上下车 时会对压力板产生压力，从而触发压力传感器，记录仪就会囊劝记录下受压次 数，也就是乘客人数。另矫，通过程压力板上分布的多个传感器阵列，可以对 踏上去的脚型判断出是上车还是下车。该系统的缺点是当多个乘客同时踏上压 力板或者一个乘客的双脚同时踩在压力板上时，压力传感器不能正确识别上下 车人数，从蕊记录下来的人数就存在较大的误差。 以上两种乘客自动计数系统在乘客不拥挤时可以较准确记录上下车人数， 而在高峰期内，乘客拥挤，上下车秩序较差，经常出现多人同时上下车的情况， 这时这两种系统都不能准确识别人数，记录的数攥误差较大，丽这些时段的数 据烩好是调度的关键数据。因此，可以对踏板式计数系统进行技术改进，使之 能够准确识别拥挤和非拥挤状态下的上下车人数。 ( 3 ) 改进的踏板式乘客计数系统 乘客上下车时一般要肇脚跨上车瞳踏板，部分乘客会进行二次踩跨，誊发 生拥挤时，会出现多人网时踩踏车门踏板的现象，导致一般的踏板式计数系统 产生误差。考虑到乘客脚底接触踏板时会对踏板产生一个压力，这个压力会从 0 上升到一个最大值，然后下降到一个与人的重力相等的平稳值。而上车时的 跨踏动作产生的压力变化比一般的踩踏产生的压力变化要大，可以利用两者之 间的差别，采用对受压变化敏感的材料来做踏板式乘客自动计数器。乘客上车 踩踏压力板的示意图见图3 1 ： 图3 1乘客上车踩踏压力板示意图 图中，大方框表示布满传感器的踏板，方框内a 、b 、c 、d 四个区域表示 乘客踩踏在踏板上时鞋底与踏板的接触面，虚线框内的e 表示包含c 、d 两个 接触面在内的一个区域。改进的踏板工作原理可以分为如下两个步骤： 识别脚印个数 当踏板上有几个不同的受压接触面时，首先要正确识别脚印个数。乘客所 穿的鞋有多种多样，有些鞋印的脚跟部分与前脚掌部分是分开的，而有些是连 在一起的。因此，在判断时应根据接触面的面积来确定脚印的个数。取成年人 较大鞋码( 如4 3 码) 的面积s o 为标准，在面积s o 内的所有接触面可以判断为 是一个脚印。 假设s o = o 0 3 m 2 ，如图3 1 中a 、b 、c 、d 、e 的面积分别为0 0 2 5m 2 、 0 0 2 5m 2 、o 0 1 5m 2 、o 0 0 5m 2 、0 0 3m 2 ， 根据以上原则，可以判断a 、b 分别 为两个脚印，而e 区域内的c 、d 两个接触面为一个脚印。这样，可以判断出 踏板上一共有三个脚印，分别记为如图所示的1 、2 、3 号脚印。 区分上下车与二次踩踏的脚印 根据上下车时的跨踏动作对踏板产生的压力变化率与一般的踩踏产生的 压力变化率不一样的原理，区分乘客上下车时的脚印与二次踩踏时的脚印。压 力变化率表示为式( 3 6 ) ：