（系统工程专业论文）公共汽车实时调度方法与模型研究.pdf

北方交通人学博卜 学位论文 abs tr act ab s t ract 忆 b a s e d o n t h e p r a c t ic e o f i n t e l l i g e n t t r a n s p o r t a t i o n s y s t e m ( i t s ) a n d t h e t h e o ry o f s y s t e m s e n g i n e e r i n g , t h i s d i s s e rt a t i o n s t u d i e s t h e b u s re a l - t i m e d i s p a t c h in g p ro b le m ( s u c h a s t h e d i s p a t c h i n g s y s t e m a n d t h e d is p a t c h i n g m o d e ls ) a n d d is c u s s e s t h e r e a l- t i m e d i s p a t c h i n g m o d e l s . f i r s t 叮y , t h is d i s s e rt a t io n a n a l y z e s t h e tr a f f i c p r o b l e m i n l a r g e c it y a n d p o i n t s o u t t h a t i t s s o l u t i o n i s d e v e l o p i n g t h e p u b l i c t r a n s p o rt b y i t s . s e c o n d l y , t h e d i s s e rt a t io n a n a l y z e s h o w i t s s o l v e s t h e p u b l ic tr a n s p o rt d i s p a t c h in g a n d i t s r e q u i r e t o t h e p u b l i c t r a n s p o rt , b r in g s f o r w a r d t h e p u b l ic t r a n s p o rt r e a l - t i m e d i s p a t c h i n g p r o b l e m . t h i r d l y , t h e d is s e rt a t i o n s t u d ie s t h e d i s p a t c h i n g , t h e p r o b l e m s in b u s o p e r a t i o n , t h e d is p a t c h i n g m e a s u r e s , t h e r e a l- t i m e d i s p a t c h i n g m o d e l s . t h e n , t h e d is s e r t a t i o n s t u d i e s t h r e e d i s p a t c h i n g m o d e l s in d e t a i l , n a m e l y t h e b u s s h o rt - t a m m o d e l , t h e r e a l - t i m e d i s p a t c h in g c o n t r o l m o d e l a n d t h e e x p re s s i n g m o d e l . t h e m a i n r e s e a r c h w o r k s in t h e d i s s e rt a t i o n a r e a s f o l l o ws : ( 1 ) t h e d i s s e rt a t i o n s t u d i e s t h e re a l - t i m e d i s p a t c h i n g c o n tr o l m o d e l . f i r s t l y , t h e m o d e l a n a l y s e s t h e im p a c t s o f t h e b u s o p e r a t io n d e v i a t i o n , t h e v o lu m e o f p a s s e n g e r s , t h e s t o p t i m e a t t h e s t a t i o n , t h e d i s t u r b a n c e o f t h e tr i p t i m e b e t w e e n t h e s t a t i o n s a n d t h e d i s p a t c h i n g c o n tr o l . s e c o n d ly , t h e d i s s e rt a t io n i n f e r s t h e re a l - t im e d i s p a t c h i n g c o n tr o l m o d e l , a n d a n a l y s e s t h e o p t i m a l c o n tr o l p ro b le m i n t h e b u s d i s p a t c h i n g w it h t h e o p t i m a l c o n t r o l t h e o ry . l a s t l y , t h e d i s s e rt a t i o n s t u d i e s t h e m o d e l s c h a r a c t e r i s t i c s -u n s t a b l e a n d c o n tr o l l a b le , a n d t h e k e y t o t h i s m o d e l . ( 2 ) o n t h e b a s e o f t h e s t a t i c e s t i m a t i o n m e t h o d o f t h e b u s r o u t e o r ig i n - d e s t i n a t i o n ( o - d ) m a t r i x , t h e d is s e r t a t i o n p r o p o s e s a d y n a m i c e s t im a t i o n m e t h o d o f t h e b u s r o u t e o - d m a t r i x . t h e m e t h o d u s e s t h e o n - o ff d a t a f r o m t h e b u s a n d t h e r e a l - t i m e v o l u m e o f p a s s e n g e r s . i t c a n p r e d i c t t h e v o l u m e o f p a s s e n g e r s a l o n g t h e b u s r o u t e . ( 3 ) t h e b u s s h o rt - t u rn ( a b u s t r a v e l l i n g o n l y p a rt o f it s n o r m a l r o u t e ) m o d e l a n a l y s e s h o w t o a d j u s t t h e o p e r a t i o n s c h e m e w h e n t h e v o l u m e o f p a s s e n g e r s h a v e c h a n g e d . b a s e d o n t h e d y n a m i c e s t i m a t io n m e t h o d o f t h e b u s r o u t e o - d m a t r i x , t h e d i s s e r ta t i o n p rop o s e s t h e s h o rt - r u m m o d e l t o m e e t t h e v o l u m e o f p a s s e n g e r s a l o n g a r o u t e , a c c o r d i n g t o t h e v o l u m e o f p a s s e n g e r s , t h e k i lo m e t e r a n d t h e i m b a l a n c e m o d u lu s . t h e m o d e l s t u d i e s h o w t o d e c i d e t h e t e r min a l o f t h e s h o rt - r u m a n d i n t e rva l o r h e a d w a y . ( a ) t h e d is s e rt a t i o n a n a ly s e s t h e r e l a t i o n b e t w e e n t h e i n t e rv a l , t h e tr ip t i m e a n d t h e w a it i n g t i m e o f t h e p a s s e n g e r s , t h e n p r o p o s e s t h e e x p r e s s i n g c o n tr o l mo d e l b y m i n i mi z i n g t h e w a i t i n g t i m e . t h i s d i s s e rt a t i o n m a i n ly s t u d i e s t h e d e a d h e a d i n g m o d e l a n d h o w t o d e c i d e t h e d e a d h e a d s e g m e n t o f t h e b u s r o u t e . ( 5 ) w i t h t h e g u id a n c e o f t h e p r a c t i c e a n d t h e t h e o ry o f i t s o f s y s t e m e n g i n e e r in g , t h e d i s s e r ta t i o n a n a l y s e s t h e b u s r e a l - t i m e d i s p a t c h i n g p ro b l e m i n i t s , a n a l y s e s h o w t o i m p le m e n t t h e b u s d is p a t c h in g b y t h e a p p r o a c h t o t h e i n t e g r a t i o n o f q u a l i ta t i v e a n d q u a n t ita t i v e . t h e d i s s e rt a t i o n a n a l y s e s t h e e x a m p l e o f t h e b u s d is p a t c h i n g i n d e t a i l b y s im u l a t i v e d a ta a n d a n a ly s e s t h e m o d e l s e ff e c t . f r o m t h e s t u d y o f t h e d i s s e rt a t i o n , w e k n o w t h a t t h e d i s p a t c h i n g b y t h e m o d e l s c a n in f e r t h e d i s tr i b u t i o n o f t h e p a s s e n g e r s , m a k e t h e b e s t o f t h e b u s re s o u r c e s , r e d u c e t h e p a s s e n g e r w a it i n g t i m e , m a k e t h e h e a d w a y r e g u l a r it y a n d e n s u r e t h e b u s p u n c t u a l it y , a n d s o o n . i n a w o r d , t h e r e a l - t i m e d i s p a t c h i n g m o d e l s i m p r o v e t h e le v e l o f s e r v i c e a n d t h e c o mf o rt o f p a s s e n g e r . l a s t l y , c o n c l u s io n s o f a l l r e s e a r c h e ff o r t s i n t h i s d i s s e r t a t i o n a r e m a d e a n d f u rt h e r r e s e a r c h s u g g e s t i o n s a r e g ive n k e y w o r d i n t e ll i g e n t t r a n s p o rt a t io n s y s t e m ( i t s ) , b u s , r e a l- t im e d is p a t c h i n g , d is p a t c h in g c o n tr o l , s h o rt - t u r n , d e a d h e a d i n g 北方交通人学博 i s 学位论文 第一帝 绪论 第一章绪论 1 . 1论文背景 1 . 1 . 1大城市的交通问 题 目 前，全世界正经历着城市化加速发展的进程， 表现为城市人口 的增加、城市地理界限的 调整等。 城市化是经济和社会发展的必然结果，是1 二 业化、现代化的必然结果，是一个世界性、 历史 性的过程。城市的发展、 经济的繁荣、 人口 的增多，使人们的社会生活和经济生活日 益丰 富，由此对交通的要求也越来越高。人口大量增长、城市结构的变化、产业结构变化、私人小 汽车的发展都影响大城市的交通 【 1 7 9 。人口大量集中于大城市，大城市规模扩大，政治、经济、 文化日益集中，是当 今世界发展的总趋势: 城市中心区常住人口密 度下降， 郊区人口 渐增， 城 市区域扩人，居民出行距离增长、时间增多、费用增加，交通更加不便;重工业和轻工 业逐渐 由市中 心区迁往郊区，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。这些因素的影响，道路不适应交通需求的矛盾日 益尖锐，造成交通严重阻塞、道路交 通事故 频策、 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的问 题。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。 这是世界各大城市普遍存在的交通问题。 城市自身的性质及所固有的 基本矛 盾是造成城市交 通问 题的根本原因，也是城市交通问 题的本质所在，由 此决定了提高客 运效率、用有限的道路面积承担尽可能多的出 行是解决城市交通问 题的必由之路。 不论是发达国家还是发展中国家，交通问题都日益突出。 解决交通问题的直接办法是提高 路网的通行能力。刚开始，主要用修建更多道路的办法来解决交通拥挤和满足交通量需求日 益 增长 的问题。 但是，大城市中可供修建道路的空间有限，建设资金筹措困难。这样， 经过探索 和总结经验，大家认识到， 解决大城市的日 益严重的 交通问 题，必须一方面大力发展城市公共 交通 m 另一 方面在 技术 上利用 智能 交通系统 ( i n t e l li g e n t t r a n s p o rt a t io n s y s t e m s , 简 称it s ) 来 解决交通问题。 首先，公共交通因其人均占用道路面积少 ( 约为小汽车方式的 1 / 1 0 ,自 行车方式的 1 / 6 ) 相对于众多的小汽车交通具有节能减污的优势，因 此而成为 城市交通的 首选方式。 在人口 稠密、 商务活动繁忙的大城市，土地资源不可能满足交通对道路的无限需求，方便、有效的大容量的 公共汽车，吸引更多人出行乘坐公共汽车，有利于保证整体资源、社会环境的效益最大化。一 般来说，公共交通优先包括两个基本方面:一是对公共交通的扶持:二是对其它交通方式 ( 主 要是小汽车)的限制。 扶持就是要通过各种手段发展公共交通， 提高 运行速度、改善服务质量、 确保其经济投入，包括经济上对公共交通的扶持、道路使用与管理上对公交的 优先、 城市规划 对公交场站用地的优先考虑等。限 制就是要对其它交通方式的使用制造不便，在购置、使用、 停车等不同 环ip 加以 控制。 这两个方面的综合效果是促使大家选择公交、放弃或少用其它交通 方式。 其次，由于 交通系统是一个复杂的大系统，单独从车辆方面或从道路方面考虑，都很难从 根本上 解决问题，此外，能源和环境问题的严重性也日 益为人们所认识。在这种背景下，国际 上白9 0 年代以 来更多的是将电子 信息技术引人道路运输系统，从系统的观点出发。 把车辆、 道 路和管理， 综合起来考虑， 致力于 用高科技改造现有城市道路网的技术状况和完善交通管理体 北方交通大学博 1: 学位论文 第一幸 绪论 系，人幅度地提高现有路网的 通过能力，以 适应当前和未来交通量大幅度增k 的社会需求。也 就是 说， 运用各种高 新技术 来系统 解决 道路问 题 智能交 通系统 ( it s ) 1 1 - 1 1 1 1. c 1 w * l w lt c *t r - a$w 1 a举，保障安全和保护环境。 美国、日 本和欧盟等都把公共交通作为i t s的一个非常重要的领域，公交 i t s主要包括两 大部分: 针对公交运行管理者的公共交通运行管理系统和针对公共交通使用者 ( 乘客)的公 交 信息服务系统。公共交通运行管理系统向运行管理者提供各种重要的交通状态数据以便于运行 与 管理， 而公交信息服务系统为乘客提供出行前、出行中 和到达前的各种信息，提高乘客出行 的便利。具体来说， 在 i t s中，公共交通的功能19 1 应该包括:运行车辆与设备管理、线路网 规 划与时刻表编制、车辆维修计划编制、维护运行安全与协调、司售人员配班、车载收费管理、 乘客信息服务等部分。 我国 i t s的研究与美国、日 本、欧盟相比， 起步较晚。 我国国 家科学技术部一直致力于 我 国智能交通系统的发展， 组织各部委、 科研机构、大专院 校、企业等进行 i t s的 研究和开发， 积极推动 i t s国际交流。 我国政府在继续加快基础设施建设的同时，已提出将智能交通作为我 国末来交通运输领域发展的重要方向和优先领域予以重点支持。中央各部委已联合成立了 全国 智能交通系统协调指导小组及办公室，目的就是推动智能交通系统建设，提高交通运输效率和 效益。日 前，在全国智能运输系统协调指导小组的协调下，有关部门正 进行 “ 智能交通系统体 系框架”和 “ 智能交通系统标准框架”的研究和编写。 城市交通系统按服务特性可划分为公共交通和个体交通两大类。按业务性质可划分为客运 交通和货运交通两大类。按服务特性和业务特性可交叉划分为公共客运交通、个体客运交 通、 公共货运交通和个体货运交通。 本论文研究的是城市客运交通问题，因为城市交通问 题主要是 客运交通问题。 公共交通由轨道交通、公共电汽车交通和准公共交通三个部分组成。准公共交通包括小公 共汽车、出 租汽车和合乘小客车等。个体交通包括步行交通、自 行车交通、 摩托车交通、 小客 车交通。公共交通和个体交通有着各自 的特性，公共交通 ( 准公共交通除外) 运量大、集约化 经营、节省道路空间、污染小等是其优点，运行不灵活、不能直达出行目的地是其主要缺点。 个体交通的优点是运行灵活、可直达目 的地、速度快、舒适和隐私性好，缺点是对道路利用率 低、能耗高、污染人。 公共电汽车交通 公共交通轨道交通 准公共交通 城市客运交通 小公共汽车 出租汽车 合乘小客车 个体交通 步行交通 自 行车交通 摩托车交通 小客车交通 本论文的重点研究公共交通中的汽车，简称公共汽车。 1 . 1 .2北京市公共交通项目 背景 众所周知。北京是一个古老的 城市，在其漫长的城市发展历程中，交通阻塞问 题的出 现也 就是近十儿年的事1 1 2 1 . 1 1 7 1 。解决交通问题的直接办法是提高路网的通行能力，但无论是怎样建 设，由于 可供修建道路的空间有限，以及建设资金筹集困难等原因，依靠外延式的 “ 修路买车” 北方交通人学博 卜 学位论文 第一令 绪论 来解决交通问 题已 经不可能。究其原因，一方面车辆总数增长的速度远远超过道路增长 的速度; 另一方面交通管理措施也不能适应新情况的要求。 为了 适应基本道路的 情况、 城市的发展和进行环境保护，实施北京市交通的合理化发展， 公共交通的发展首当 其冲，公共交通是解决城市发展的关键，大力发展公共交通当务之急。在 公共交通的发展中， 合理科学地组织公交车辆的运行是其中的重点，也就是公共交通的调度问 题，如何通过科学的调度使公交车辆的运行能够吸引更多的出行者乘坐公交车辆来出 行，从而 达到改善北京市的交通现状。 在目 前，北京公交目 前调度中 存在的问 题可以分为四 类: ( 1 ) 对公交车辆来说:调 度人员不 了解车辆在运行中的情况: ( z ) 对道路来说:调度人员不了 解道路实际情况:( 3 ) 对公共汽车的 调度指挥来说:靠调度员凭经验进行， 造成资源的极大浪费严重; ( 4 ) 对乘客来说:没有出行所 需的车辆信息，出行不便。也即，对公共交通各方参与者来说，都不能充分地使用它:对管理 者来说，不能有效地对它进行优化管理;对使用者来说，不能方便地利用它进行出行; 对司机 来说，不能土动地适应各种实际情况。 为此， 北京市公共交通总公司 委托北方交通大学进行 ( i 匕 京市公交总公司智能化调度系统 项目 的开发，在先进的i t s 思想的指导下来建设北京市公共交通系统。 从 1 9 9 7 年上半年， 在张 国伍教授的领导下， 北方交通大学智能交通系统 ( i t s ) 研究中心进行 北京市公共交通智能化 调度系统的课题研究和开发，为北京市公共交通智能化调度系统的建立，进行了理论研究、 系统方案设计、示范匕 程的建设。 北京市公交总公司 智能化调度系统的系统总体设计技术路 线如图 l . 所示。 公交目前 存 在 问 题 冲 车 车辆情况 不清 路 路况信息 不明 调度指挥 全靠调度员经验 资源浪费严重 乘客 缺乏乘客 信息服务 i t s的 解决办法 信息流程 公交 it s 研究内容 所需设备 车辆实时 定位跟踪 与交管部门 信息共享 车辆实时 优化调度 增加乘客 信息服务 信息采集 公交g i s , mi s , 公交智能实时调 度系统 公交运行计划 智能管理系统 计算机网络 g i s , m i s 软件 d s s , e s软件 车辆定位设备 各种传感器 摄像设备 显示设备 信息查询设备 图 卜 . 北京市公交总公司智能化调度系统的系统总体设计技术路线 北方交通人学博 卜 学位论文 第一节 绪论 公交智能化调度就是要通过各种先进技术手段对公交运行车辆调度的相关信息进行采集、 传输、处理和输出显示，以实现运行车 辆优化的行车方案、调度监控、事故处理、紧急救援以 及对乘客进行服务。北京市公共交通开发此项目 就是为了实现车辆运行管理的现代化、 信息化 和智能化，增加公共交通的竞争力，使之能够较好地承担大部分的城市交通客运量，从而解决 北京市的交通拥挤状况。 在 北京市公交总公司智能化调度系统项目 中， 张国 伍教授对在新技术条件下利用各种 信息技术解决公共交通智能化问题进行了研究，并对各种信息技术的整合和集成进行了深入的 探索。 创造性地提出了 公共交通智能化的系统结构， 丰富和完善了i t s 中公共交通的内 容。 笔者在项目中参与了公交智能化调度系统的设计与工程实施， 本论文就是在这个项目 和课 题的基础上产生的。 本论文是属于智能化调度系统中的信息处理部分， 研究如何实现运行车辆 的优化行车方案公共汽车调度模型和方法。 1 .2公交调度研究现状 在公共交通的运行过程中， 如何保证公交运行对乘客能够提供可靠舒适的服务是一个很关 键的问 题。由下 公共交通是一个复杂的大系统， 使其难以 提供满意的服务。这是由于许多因素 作用的结果，这些因素包括: 在公交线路中车辆的运行过程 ( 包括速度)是一个动态过程:乘 客到达、交通需求和乘客的行为方式是不确定和随机的:车辆在运行过程中发生的事故和其它 随机干 扰 ( 道路拥挤和堵塞、交通事故等) 是不可预侧的;与其它车辆、环境之间相互影响。 这些因素都会导致公共交通运行过程中的不均匀性。实时调度就是要通过对车辆进行调度控制 使其能够科学合理地运行，从而改善公交服务水平，进而提高乘客乘车的舒适度。针对公交实 时调度，许多学者进行过相关的研究，包括实现实时调度系统和调度的方法与模型等。从国内 外对公共交通智能化的研究和开发可以看出，要实现公 共交通实时调度，必须建立完善的支持 调度的 硬件系统 即调 度系统) 和相应的调度的软件 ( 包括调度的方法和模型等) ， 这两者的结 合才能真止达到公共交通调度和管理的智能化。下面就对公共交通的这几个方面的研究状况进 行回顾和分析。 1 .2 . 1公共交通调度系统 从二十世纪9 0 年代开始. 研究公共交通的调度系统大都是在a p t s( 先进的公共交通系统， a d v a n c e d p u b l ic t r a n s p o r t a t io n s y s t e m ) 的 指导 下进 行研 究和探索， 研究 调度系 统的 组成、 采 用 的技术、如何集成为调度系统等， 来完成公交系统的 智能化。从世界各国对 i t s中公共交通的 研究来看，公共交通的智能化调 度系统都包括车载设 备、乘客信息服务、公交调度系统几大部 分，也就是说包括信息采集、 信息传愉、 信息处理和信息发布四大部分，许多学者针对这几个 方面进行了 研究和探索，为公共交通系统的 进一步完善取得了丰富的理论和实践的基础。许多 学者利用各种技术来建立公交调度系统， 包括自 动车辆定位系统 ( a v l ) 、 全球定位系统( g p s ) . 地理信息系统 g i s ) . 监测、 计算机辅助调度系统 ( c a d ) . k i o s k s终端、 信号优先控制、 乘 客信息服务、自动收费和通信等。 h a r r i s , m .j . ( 1 9 9 6 ) 研究7 a p t s 的一个试验项目， 试验位于p r i n c e wi l l i a m c o u n t y ，试验 开发了 一个集成的计算机调度软件，针对需求一 响应服务、固定路线和路线偏离等各种服务类型 进行试验评估，分析结果表明，在公交中， a p t s能提高效率和取得明显效益。j a m e s ,r . d和 a a t iq u e ,m . ( 1 9 9 6 ) 研 究了 在b la c k s b u r g 的 公 共 交 通 进 行 的 试 验， 通 过a v l 系 统建 立的 公 交系 统， 为 乘客 提 供实时 信息， 硬 件 包 括a v l 设 备和 通信 系 统 等， 调 度中 心 通过i n t e r n e t . k io s k s . 电话、 车站信息显示设各和闭路电 视等方式来发布信息。 g a u l t 等人2 6 1 详细地介绍了 在 o tt a w a - 北方交通大学博 卜 学位论文 第一帝 绪论 c a r le t o n t r a n s p o的g o o 辆公交车上所装备的a v l和控制系统的设备情况。 c a i n 分析了 传 统的a v l 与 最新的a v l 设 备的 性能价 格比 . k h a tt a k ,a .j . e t a l . ( 1 9 9 8 ) 研究了 利用a v l 和c a d 相结合， 根据实时变化交通需求来调整公共交通发车的行车间隔、行车时刻表的编制和运行线 路的调整。 z i t o , r . ( 1 9 9 7 ) 研究了 利用g p s在公交的需求一 响应服务中， 将g p s与g i s 相结 合，与计算机辅助调度 ( c a d ) 软件集成为一个实时的调度系统。系统不仅实现了车 辆定位， 而且能为公 交的管理者提供更 加精确和详细的车 辆状态 信息。 p e n g ,z .r . e t a l. ( 1 9 9 9 ， 将 a v l 利用于中、小型公共交通，有效地利用了资源、 提高了公交车的准点率，提高了公交系统的效 率、 减少了 乘客 等车的时间、 改善了 服务水 平。b r a u n , m . ( 1 9 9 6 ) is t讨论了 联邦政府资 助的一 个试验 t r a v l l i n k ，它使用c a d , a v l , g p s 和 g i s装备了8 0 个公交车队的g o o 辆车， 它 允许公交实时调度信息、 其它交通信息和公交信息与乘客共享，这些是通过电子信息板、计算 机 显 示 器、 k io s k s 和 在 家 或 办 公 室 的 在 线 方 式 来实 施. k a l a p u t a p u , r 和d e m e t s k y ,m .j . 1 9 9 5 ) s a t 研究了 基于a v l获取线路上的 运行偏差信息， 利用神经网 络来分析车辆运行中的 特性，进而对 车辆进行实时控制。 t u m q u i s t , m .a . ( 1 9 8 9 ) 1 s 3 1 研究了一个调度控制问 模型， 模型描述了利用 a v l和自 动乘客 计算系统得到沿公交线路车辆的位置信息和上车乘客的 信息来减小运行偏差，利用这个模型来 确定使用多个控制站点的控制策略， 而这个控制策略能 够使车辆速度均匀。m a r q u e :等人6 3 1 研 究的s u p e r b u s 系统是 一 个集公交时 刻表动 态编制、 车 辆和驾 驶员 配班编 制为一体的 计算机软 件系统， s u p e r b u s由 欧盟e s p r i t项目 资 助， 它的 特点 是将时 刻表和配班表统 一 编排， 因 此 系统具有较强的灵活性和集成性。 文u a 中提出了一个北京市公共交通的一个调度系统， 系统集成了 c p s , g i s 、 通信、网 络、 调 度等儿人部分，为车辆的实时调度提供了一个硬件和软件相集成的系统。文12 4 1 中介绍了国内 的另一个公共交通的调度系统， 这个系统比 文 12 1 中的系统小。以调度为主，但它实现了为乘客 提供信息服务，效果也很好。 1 . 2 . 1 . 公共 交通 调度方 法 公交运行管理者十分关心在复杂的路况条件下，如何优化公交的运行调度方案、如何合理 确定车队规模、 如何灵活安排行车时刻表等问题，而各种不同学术背景的研究人员也很热衷于 这些问题的 研究。如近些年连续召开的 “ 公共交通计算机辅助时刻表编制”一系列国际专题研 讨会就是一个例子。 此外象i f a c , i f o r s 这些国际组织召开的“ 交通系统专题会议” 上也有这 方面的研究。 为了改善公共交通的 服务水平、 提高公共交通的运行效率，公共交通根据公交的特点，积 累了许多经验，探索出了许多运行调度的方法。从近二十多 年来的发展来看。 包括调度控制、 行乍间隔、区间乍、 首末站和中 途站调度、 公交优先、调整中途停站次数、驾驶员配班、公交 车队规模、 时刻表、公交实时 o d矩阵研究。 可以说包括了公共交通运行的各个方面， 下面对 此进行简单的归纳和总结。 1 .2 ,2 . 1调度控制 a d a m s k i ,a .i h 11 7 1 , 1 11 e 1 , 1 11 9 1提出 了 公 共 交 通 调 度 控 制 模 型 ， 分 析 了 运 行 过 程 中 车 辆 之 间 、 客 流、 运行偏差等的相互关系， 通过调度控制模型来达到 运行的准点。 w i l s o n e t a l . ( 1 9 9 2 ) t6 5 1 和s o e l d n e r ( 1 9 9 3 ) m 描述了公交实时调度控制的策略，他的调度 控制的策略目的就是在计划的行车时刻表的条件下使 乘客的成本最小， 这些调度控制策略包括 在车站屯车、空车、快车、区间车和机动车等。 t u m q u i s t ,m .a . ( 1 9 8 9 ) 1 6 ” 研究了 一个调度控 制问 模型， 模型 描述了 利用 a v l和自 动 乘客 计算系统得到沿公交线路车辆的位置信息和上车乘客的 信息来减小运行偏差， 利用这个模型来 确定使用多个控制站点的控制策略，而这个控制策略能 够使车辆速度均匀。 北方交 通人学博 卜 学位论文 第一童 绪论 1 . 2 .2 .2行车间隔 a d e b i s ,0 . 1 z 1f 11 x u j j 6 9 研究了行车间隔对公交服务水平的影响，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。 他是通过a v l系 统获取实时数据信息进行的 柔 性调 度 并在模 拟模型中 进行 研究。 z h u 1 研究了公 交车辆在 “ 终 端排队 t e r m in a l q u e u in g ) 约束”条件 卜 的行车间隔优化问 题，建立了 非线形整数规划模型，并给出了 求解模型的启发式 算法，他在曼谷做实验得出的结论是:如果采用优化调度方法，公交车辆总的运行时间将减少 2 0 %. g u p t a l 9 1 建立了 优化公交车行车间隔的模拟模型，并在此基础上作了 案例分析。l e e - k k - t 和 s h o n f e ld , p .m ( 1 9 9 4 ) 15 4 1研究了 在公 交 起点 站和终点站实时调 度控制中 对即 将发出的公交 车实行屯车策略， 确定优化的行车间隔。 1 .2 . 2 .3区间车 f u rt h 1 1 , v ij a y a r a g h a v a n 1 6 1 , c e d e r l 1 , v ij a y a r a g h a v a n 1 ” 都 研究了区间 车问 题。 c e d e r 研究的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，s 将时刻表 和配班表统一编排，具有灵活性和集成性。s t o n e s ，研究了利用计算机对小公共汽车进行动态调 度和编制行车时刻表的方法，并分析了 采用这些先进技术后将会带来的效益。 1 . 2 . 2 . 1 0公交o d矩阵研究 t s y g a ln it s k y ,s . ( 1 9 7 7 ) 1研究了 从 上下 车的 乘 客数 来估 计公 交线路o d矩阵的 方 法。 s im o n ,j . 和f u r th , p .g .0 i对t s y g a ln it s k y ,s . 的 方法 进行了 检 验， 得出 结论非 常令人 满意。 e v a n s ,s .和k ir b y , h ( 1 9 7 4 ) i l , h e n d r i c k s o n , c 用 m c n e i 1 , s . ( 1 9 8 4 ) 1 ) , l a n d a u , u . , h a u e r , e .和g e v a , l . ( 1 9 8 2 ) 1 也 研 究了 一 些o d 矩阵 的 估 计 方法， 但结 果 没 有t s y g a ln it s k y , s 令 人 满 意, n g u y e n , s .和p a l l o tt in o ,s . ( 1 9 8 6 ) 16 日 1提出了 估计 和更 新动态o d矩阵的问 题。 n g u y e n , s 、 m o r e llo ,e 和p a l lo tt in o , s . ( 1 9 8 8 ) /6 9 j 研究了 根据乘客数来估计和更新公共交通线网的 动态 o d矩阵的问 题，并提出了 几个优化模 型。 b e l l m .g .h . ( 1 9 9 1 ) 17 6 1研究了 在 交汇点 和网络中 动态估计o d矩阵的 方法， 他的 研究考虑 了乘客的旅行时间。 1 . 2 . 3研究调度所使用的 方法 公交调 度在国内 外都有成形的运作方式， 但随着城市的发展使公交调度出现高度的复杂性 公交调 度一直是一个前沿的研究课题。 这方面从加世纪初就开始了 研究， 但是随着城市的发展 变化， 这个领域也发生了 深刻的变化，尤其是随着 i t s思想的兴起， 运用先进的通信技术和计 算机技术等为公交调度提供参考是必然的趋势。国内外在公交方面的研究很多，相关的论文集 和研究项目 也很多， 但是这些研究多集中于公交优先、 运行管理的路网规划与时刻表的编制、 人员的配班 在时刻表编制与人员配班上国际上开过专门的会议 公共交通计算机辅助时刻表 编制 ) 等方 面， i f a c . f o b s 这 些国 际 组织的 “ 交通系统 专题会议” 等 等， 但是 在调 度( d i s p a t c h in g c o n tr o l ) 方面的论文却不多。 在调度方面，国内 外的研究方法主要有:数学解析方法、 模拟方法、随机模型方法、 经验 模型方法、 运筹学方法、离散事件系统仿真方法、 人工智能方法、神经网络方法等。 1 .2 . 3 . 1 数学解析方法 a d a m s k i a y l-p w l. 1 11 8 1, p ig !等提出了多 层次调 度模型， 并 探讨了 用多 种策略来 解决 线路实时 调度问 题的最优化， 而且提出了多层模型间调度层与其他层的协调机制及线路协调问题: e b e r l e i n x .1 . 1 1 0 5 1 等探讨了区间车在实时调度中的应用模型;a d e b i s i o . 1 6 ” 通过对行车间隔的研究建立了 固定线路上行车间隔实时调核模型。 北方交 通人学博 1: 学位论文 第一章 绪论 1 .2 .3 .2模拟方法 a d a m s k i a j z u 1 等最近几年尝试用计算机模拟方法来解决公交实时调度运行图的实时调整问 题:a n d e r s o n p .1 1 等对大城市公交线路的运行进行了 模拟分析; k o ff i m a n 13 . 1 1 对两种可选择 行车间隔策略进行了模拟研究;v a n d e r b o n a u . 和 r i c h a r d s o n a .j . 1 2 3 1 通过公交运行线路的模拟， 提出了 线路有效控制点策略。印 度巴 逻达市 16 1 采用线路模拟方法， 使汽车负荷因子增加 1 1 %, 1 .2 .3 . 3概率方法 a d a m s k i a ! 1 ” 研究了车站客流分布规律， 探讨了公交车在线站的服务提供模型;b a rn e tt a .1 - 2 0 1研究了公交运行的随机不可控因素.对这些因素进行了分类评价。 1 . 2 .3 .4经验模型方法 典型的经验模型就是专家系统， a d a m s k i a j ” 研究了首末站控制调度控制的特点，提出了 相应系统的专家系统模型。 1 . 2 .3 . 5运筹学方法 z h u 1 e 1 研究了公交车辆在 “ 终端排队 t e r m i n a l q u e u i n g )约束” 条件 f 的行车间隔优化问 题，建立了非线形整数规划模型，并给出了求解模型的启发式算法，他在曼谷做实验得出的结 论是: 如果采用优化调度方法，公交车辆总的运行时间将减少2 0 %. c z y z a k 1 研究了 在不确定条件下 将城市公交系统描述为多目 标数学规划问 题的方法，他用 多目 标混合整数分数规划为公交系统建模， 用 l - r型模糊数表示数据的不确定性和不准确性 并 据此给出了求解模糊多目 标混合整数分数规划问 题的 迭代算法， 他在波兰的p o z n a n 市用自 己 所提的方法作了案例研究. 1 . 2 .3 . 6离散事件系统仿真方法 由于实际系统的复杂性和 存在的不确定性， 给分析方法的 应用带来了困 难，离散事件系统 仿真方法在这种情况下就非常有效。通过仿真可以分析各种因素的 影响，检查各种调度策略的 效果。 仿真方法的优点是通过摄动分析可以建立某些因素的作用模型，分析策略变化的影响，同 时也为用户提供了检验调度计划的 手段。其缺点是精度有限， 不能保证用仿真实验得到最优或 优化解。 d i f e b b r a r o l6 2 1 在建立离散事件模型的基础上，开发了一种用于 模拟多模式交通系统的新型 模拟 具， 它由 两