城市公共交通线路模拟优化

公路交通技 术2 0 1 4年 4月 第 2期T e c h n o l o g y o f Hi g h w a y a n d T r a n s p o r t A p r 2 0 1 4 N o 2 城市公共交通线路模拟优化 史 路 西南交通大学交通运输与物流学院 成都6 1 0 0 3 1 摘要 为确定公共交通线路的合理车辆配置规模和发车时刻安排 对其运行特征进行分析 并应用 C语言模拟运 算结果 给出合理规模的流程确定 应用实例和分析结果证明 该仿真具有很好的适用性 合理的车辆配置和发车 时刻安排有助于公交公司提高运营效率 节约成本 增加乘客的满意度 从而为公交公司决策提供依据 关键词 公共 交通 线路 优化 计 算机模 拟 C语 言 文章编 号 1 0 0 9 6 4 7 7 2 0 1 4 0 2 0 1 1 1 0 5 中图分 类号 U 4 9 1 1 2 3 文献标识码 A Op t imiz a t i o n b y Si mu la t io n o f Ur b a n Pu b l ic Tr a ff i c L in e s S HT T U Abs t r a c t I n o r d e r t o d e t e r mi n e r e a s o n a b l e c o n fig u r a t i o n s c a l e o f v e hi c l e s a n d a r r a n g e me n t o f de p a r t u r e t i me t a b l e o f p ub l i c t r a f fic l i n e s t h i s p a p e r a n a l y z e s t h e i r o p e r a t i n g f e a t u r e s a n d s i mu l a t e s c o mp u t a t i o n a l r e s u l t s wi t h C l a n g u a g e t o p r e s e n t d e t e r mi n a t i o n o f fl o w i n r e a s o n a b l e s c a l e Ap p l i c a t i o n e x a mp l e s a n d a n a l y s i s r e s u l t s p r o v e t ha t t hi s s i mu l a t i o n s h o ws g o o d a p p l i c a bi l i t y r e a s o n a b l e v e h i c l e c o n fig u r a t i o n a n d a rra n g e me n t o f de p a rtu r e t i me t a b l e a s s i s t p u b l i c t r a n s p o r t c o mp a ni e s i n i mp r o v i n g o p e r a t i n g e f fic i e n c y s a v i n g c o s t a n d i n c r e a s i ng p a s s e n g e r s a t i s f a c t i o n S O a s t o p r o v i d e b a s e s f o r d e c i s i o n o f p u b l i c t r a n s p o rt c o mp a n i e s Ke y wo r ds o p t i mi z a t i o n o f pu b l i c t r a f fi c l i n e s c o mpu t e r s i mu l a t i o n C l a n gu a g e 城市公共交通线 路作 为公 交客流 的主要承担 者 是城市大动态系统 中的一个重要组成部分 合 理优化城市公共交通线路 不仅 可以充分发挥公共 交通系统的最大效益 方便居 民的出行 改善服务水 平 缓解城市交通紧张状况 同时还可以减轻其它交 通方式对城市道路 系统 的交通压力 在有 限的城市 用地资源制约下发挥最大效能 J 本文在分析城市 公共交通线路系统运行特征 的基础上 采用 C语言 编程对城市公共交通线路进行模拟 以确定合理的 车辆配置规模和发车时刻安排 1 城市公共交通线路系统特征分析 1 1 线路系统描述 本文假定公共交通线路上 的车辆运行示意如图 1所示 假定某条公交线路系统上单程有 个车站 n 为偶数 来回共有 2 n 个车站 其中某些车站作 为校时站以保证正点运行 这些车站记录车辆通 过 校时站的时间以计算正点率 开始时 该线路系统 收稿 日期 2 0 1 3 0 7 2 3 作者简 介 史路 1 9 9 1 一 女 山东省临沂市人 在读研究 生 图 1 公共交通线路上车辆运行示 意 两端停车场中各停放公交车 m辆 m为 自然数 系 统中共有 2 m辆公交 车在运行 然后这些车辆将根 据车站的发车时刻按顺序发车 在每个 车站上 乘 客随机到达 排队并乘车到各 自目的地 1 2 线路 系统优化 目标指标分析 为了制定出较好的运行方案 需对公交线路进行 车辆配置和发车时间间隔合理选择 公交线路 系统 1 l 2 公路交通技术 2 0 1 4丘 的主要影响因素 包括 车辆配置数量 乘客人数与 到站规律 发车时间间隔及线路上其它随机因素对车 辆运行的干扰 如车流量的大小 信号灯的控制 等 系统评价指标主要有以下几种 正 点 率 菩 享 2 总留 乘时间 第i 个车站留乘人数 留乘时间 3 车公里数 车次数 线路长度 4 满 载 率 量 要 1 0 0 本文进行系统仿 真时 取第 2个和第 3个指标 进行仿真分析 2数据 分析 2 1 调查收集数据 假定某条公交路线单程总站数 凡 3 0站 汽车 容量 Q 1 0 0人 乘客上下车时间 t 0 0 5 mi n 调查 并计算单位时间内的乘客平均到达率 A 单位时间 内平均服务率 方差 6 三个数据 本文仅抽样调查首发站 第 8站 第 l 5站及第 2 2站的数据 若根据这 4个车站数据得出的结论均 满足假设 则将 A 4 z 6 看成是根据 4个 车站数据 的总和而得出 各个车站的具体数据见表 1 2 表 1 各站单位 时间内到达车站的乘客数及频数 注 单位时间为 1 m i n 调查时长为 1 2 0个单位时间 表 2 各站站 间运行 时间及频数 注 调查中站间运行时问间隔为 0 2 rai n 不足 0 1 m i n 的舍去 在 0 1 0 2之间的取 0 2 ra i n 2 2 拟合检验 1 单位时间内到达车站的乘客数服从 p o s s i o n 分布的拟合检验 对 4个站点调查数据进行分析 得到相关结果 见表 3 6 表 3 首发 站单位 时间内到达车站的乘客数服从 p o s s i o n分布 的拟合检验 表 4 第 8站单位时间内到达 车站的乘 客数服从 p o s s i o n分布的拟合检验 表 5 第 1 5站单位时 间内到达车站的乘客数服从 p o s s i o n分布的拟合检验 2 0 1 4年第 2期 史路 城市公共交通线路模拟优化 1 1 3 表 6 第 2 2站单位时间内到达车站的乘客数服从 p o s s i o n分布的拟合检验 乘客 数 概 理 论 C z 在 界值表中 取概率 0 0 5 自由度 7 时 得到 2 f 7 1 4 0 7 它 大于表 3 6中所有 X 值 另外 由于表 3 6中 概率 P 的平均 值大 于 0 0 5 对于这4 个站 单位时间内到达车站的乘客数 服从 p o s s io n 分布 将这 4个站的数据合并进行处 理 得到相关结果 见表 7 由表7 可知 1 2 6 4 6 5 7 x 0 5 7 1 4 0 7 概 率 P 的平均值大于 0 0 5 故认为单位时间内到达车 站的乘客数服从 p o s s i o n分 布 并取 A 1 5 5人 m i n 作为所有车站单位时间内的乘客达到数 车辆区间运行时间服从正态分布 的检验 通过 计算 可得到相关结果 见表 8 显然这 4个站车辆 区间运行时间均服从正态分 布 综合各站数据 可看出各指标的平均值也服从正 态分布 其 均值 为 2 6 3 方差为 0 3 2 统一取其作 为所有车辆区间运行时间的正态分布参数 因此 该公交线路系统的相关数据如下 公交路 线单程总站数 3 0站 汽车容量 Q 1 0 0人 乘客 上下车时间 t 0 0 5 m i n 单位 时间内到达第 i i 1 2 2 H 个车站的人数服从泊松分布 其均值 为 A i 统一取值为 1 5 5 各辆汽车从第 i 站到第 1 站 的运行时间服从正态分布 均值为 统一取值为 2 6 3 方差为 i 1 2 2 n 一 1 统一取值为 0 3 2 在采用等时间步长法 进行仿真时 所有时 间参数都应为整数才能在单位时间里被识别 根据 以上参数 主要是 的取值 宜对其 3倍扩大 或缩小 得 到新 的近似数据如下 单位时间选为 2 0 s n 3 0 Q 1 0 0 t 0 0 1 5 A O 5 8 l 表 7单位 时间内到达车站的乘客数服从 p o s s i o n分布 的拟合检验 表 8 各站车辆区间运行时间服从正态分布的检验 注 表示服从检验 3 城市公共交通线路系统仿真模型建立 3 1 已知条件 进行线路仿真时 假定下列参数 可以通过客 流预测或调查获取 1 单位时间 内第 个 车站乘 客的到达数服从 泊松分布 均值为A i i 1 2 2 n 2 车辆从第 i 站到第 i 1 站的运行时间服从正 态分布 均值为 方差为 i 1 2 2 n 1 3 每辆公交车最大容量为 Q个乘客 起点站 按等问隔发车 时间问隔为 t 单位为 s 4 车上每位乘客在各站下车的概率相等 由此 计算的下车人数为非整数时 按四舍五入处理 5 每位乘客上 下车各需时间 t 单位为 s 3 2 仿真模型建立 公交线路系统仿真过程采用等时 间步长法 时 问步长取2 0 S 仿真时问取客流高峰时期 设置公 交线路系统的初始状态为每辆公交车均在各 自的停 车场上排队待发 线路上各个车站还没有乘客等车 每个车场都有发车时刻表 并设 1个仿真子时 1 1 4 公路交通技术 2 0 1 4生 钟 每发一辆车 令该子时钟值等于至下一个发车时 刻的时问间隔 总仿真时钟每前进 1 个时间步长 该 子时钟就减少 1个步长 直到零时 表示又该发车 如果该子时钟值为负值 则表示已经超过发车时间 而车场已无车可发 对每辆公交车设 1 个仿 真子时钟 赋值为到下 一 站的站间运行时间 总仿真时钟每前进 1 个时问 步长 该子时钟就减少 1 个步长 直到零时 表示此 公交车已到达下一个车站 开始处理到站活动 在 每个时间步长内 所有车站均产生到达人数 每个车站设置 1个累加器 把到达人数累加到 有公交车到达时才处理 公交车经过每个车站时 将车上人数 留乘人数 上下车人数等作相应记录 4 算例计算与分析 本文用一个仿真算例来阐述计算方法的应用 对于可控参数单程车辆数 m和发车间隔时间 t i 假 定 m t 近似等于单程车站总数 n乘 以站间平均运 行时间 即近似等于单程平均运行时问 并根据经 验对 m和 t 进行约束 即 0 4 n m t 设总留乘时间为 车公里数为 K 则可取如下 线性规划 m i n Z a T 1 一 K 表示利益导 向与乘客导 向的权重大小 0 a 1 i ra t i I z 目标 函数 0 4 n m n 即 m i n Z a T 1 一 K 0 a 1 f m 2 4 0 目 标 函 数 1 2 m 3 0 8 分别取 m t i 为 3 0 8 2 4 1 0 2 0 1 2 1 6 1 5 1 5 l 6 1 2 2 0 到借助 c语言 编写 的程序中进行计算 仿真总时间为 1 0 0 ra i n 即3 0 0 个单位时间 运算结果见表 9 将单位时间化 为以 1 m i n为单 位 并取相邻 2 站间的平均长度为 0 5 k m 运算结果见表 1 0 由表 1 0可知 当单程车辆数从 l 2逐渐增加到 3 0辆 发车间隔时间从 6 7 mi n 逐渐减少到 2 7 m i n 时 总留乘时间和乘客平均等待时间均逐渐减小 但 车公里数逐渐增加 由于总留乘时间和车公里数负 相关 不可能让两者都达到最优 现实情况一般都采 表9 改变单程车辆数和发车时间间隔的仿真数据运算结果 表 1 O 发车时间间隔单位化后的仿真数据运算结果 取折中 故本例的一个较好解释为单程安排车辆 2 0 辆 每隔 4 m i n发 1班车 从表 l 0中可 以看到 此 时每辆车平均行驶路程基本是最短的 驾驶员工作 相对轻松 车辆折旧也相对较慢 乘客平均等待时间 和车公里数也较为合理 确为一个较好解 另外 最优解需根据公交公司的 目标导 向来 确 定 如果公交公司倾 向于获取更多 的利益 则在政 策范围内 适度减少车辆数 同时增大发车 间隔时 间 如果公交公司以乘客为导向 则在政策范围和道 路交通条件允许的情况下 适度增加车辆数 同时减 小发车间隔时间 也就是说最优解 的关键在于 目标 函数中的参数 5 结 语 本文在分析城市公共交通线路系统运行特征的 基础上 给出了确定合理车辆配置规模和发车时刻 安排的仿真流程 并通过实例进行模拟优化 以此来 验证该模型的有效性 仿真 试验结果表 明 合理 的 车辆配置和发车时刻安排有助于公交公司提高运 营 效率 节约成本 增加乘客 的满意度 从而为公交公 司决策提供依据 但本文在选取系统评价指标时没 下转第 1 1 8页 l l 8 公路交通技术 2 0 1 4生 人 B P模型对专家评价结果进行 训练学 习 得 到安 全投入的分配调节系数 需要强调 的是 所得分 配 调节系数是本文对算例进行调查和专家论证之后完 成的 因此推广应用时专家评价结果应符合实际情 况 从山区客运的现实情况看 造成安全失衡的主 要原因是客运企业的安全投入不足 政府管理部 门 缺乏奖惩长效机制 内在原因是没有协调好市场导 向与社会保障的关系 企业缺乏安全投入的积极性 只是安全管理部 门单方 面的监督 当客运市场不景 气时 迫于企业生存压力只能降低安全保障要求 从 而严重影响山区人 民的出行要求 使运输公共服务 安全得不到保 障 本文建立 的 市场需求一 公共服 务 共生模 型在解 决山区客运安 全的投入 问题 上 具有以下功能 1 在共生模 型存在的基础上 能协调好客运的 市场导向与社会保障关系 2 明确客运安全投入的主体组成 以及它们的 安全投入责任与受益 3 可以适时调整安全投入分配的大小关系 使 共生模型不会解体 客运安全投入不会失衡 4 为进一步研究如何提高山区客运安全投入 奠定理论基础 参 考 文 献 1 郭 琳 李传 博 山 区城际公 路 客运安 全评 价研 究 以商洛市六县一 区为例 J 商洛学院学报 2 0 1 3 2 1 3 2 1 3 6 2 刘雪 吉林省道路运输行业安全经济效益分析 D 长春 吉林大学 2 0 1 1 3 吴操 梅强 徐锐 等 基于博弈论的中小企业 安全供求失衡研究 J 科技管理研究 2 0 1 0 1 0 1 98 20 0 4 冯领香 李书全 陈向上 企业生产安全投入与监管的 演化博弈 J 数学的实践与认识 2 0 1 2 8 7 6 8 4 5 高明 共生理论 区域城乡公共服务一体化的新思 路 J 西南农业大学学报 2 0 1 2 4 1 7 2 0 6 欧阳翰夫 生产性服务企业绩效评价指标体系研究一 基于共生理论视角 J 生产力研究 2 0 1 2 7 1 1 1 11 3 7 张智光 基于生态一 产业共生关系的林业生态安全测 度方法构想 J 生态学报 2 0 1 3 4 1 3 2 6 1 3 3 6 8 陈晓春 吴晓龙 论基于人的本质属性视角的消费安 全建设 J 消费经济 2 0 1 2 3 7 7 8 0 9 彭建仿 孙在国 杨爽 供应链环境下龙头企业共生 合作行为选择的影响因素分析 基 1 0 5个龙头企业 安全农产品生产的实证研究 J 复旦学报 社会科学 版 2 0 1 2 3 1 2 8 1 4 0 1 0 刘子新 基 于共 生 理论 视 角 的企 业 联 盟稳 定 性 研究 D 杭州 浙江大学 2 0 0 7 1 1 董大曼 冯凯梁 基于 E F Q M 的建筑企业安全投入绩 效评估 S E M J 中国安全科学学报 2 0 1 2 2 1 0 1 6 1 2 薛万东 企业安全投入产出的优化决策分析