城市智能公共交通動(dòng)態(tài)調(diào)度的研究

齊博 浦曉威

摘 要：文章中主要針對(duì)影響車輛正常行駛的原因以車輛調(diào)度中采用的動(dòng)態(tài)調(diào)度方法進(jìn)行介紹，構(gòu)建了進(jìn)行公交車輛動(dòng)態(tài)調(diào)度的模型。該模型的構(gòu)建，主要目的是減少車輛的停車時(shí)間，避免車廂內(nèi)由于長(zhǎng)時(shí)間間隔所造成的擁擠現(xiàn)象。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，文中所采用的調(diào)度方法，能夠有效減少乘客的候車時(shí)間，為可以為公交車輛的科學(xué)調(diào)度提供更加有效的車輛間距控制模型。

關(guān)鍵詞：智能公共交通；車載系統(tǒng)；動(dòng)態(tài)調(diào)度

1 概述

公共交通車輛在運(yùn)行過(guò)程中，容易受到多種因素的影響，特別是在上下班高峰期間，需要所有的車輛都投入運(yùn)行，在多種因素的影響下，極易出現(xiàn)車輛分布不均、串車等現(xiàn)象；這樣，就會(huì)造成公交車站的乘客難以及時(shí)分流、候車時(shí)間增加，以及車廂內(nèi)乘客數(shù)量劇增而擁擠等多種結(jié)果。而采用動(dòng)態(tài)調(diào)度的方式，則可以對(duì)各種因素進(jìn)行及時(shí)響應(yīng)，進(jìn)而采取更加有效的動(dòng)態(tài)調(diào)度措施，對(duì)公交線路的車輛停站次數(shù)進(jìn)行及時(shí)調(diào)整；從而確保車輛的間隔更加合理，實(shí)現(xiàn)車輛運(yùn)營(yíng)的正常化。其實(shí)，車輛的動(dòng)態(tài)釣魚作為一種非常有效的調(diào)度方式，可以實(shí)時(shí)確定車輛的數(shù)量，對(duì)車輛停靠站的數(shù)量進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整，實(shí)現(xiàn)乘客等車時(shí)間的最小化，又控制車輛在行駛過(guò)程中的間距。

2 動(dòng)態(tài)調(diào)度

對(duì)于公共交通的調(diào)度問(wèn)題，現(xiàn)在普遍采用的方式包括動(dòng)態(tài)調(diào)度和靜態(tài)調(diào)度兩種。其中，靜態(tài)調(diào)度主要指發(fā)車時(shí)間根據(jù)預(yù)先安排進(jìn)行；而動(dòng)態(tài)調(diào)度中則包含了車輛調(diào)度、駕駛員調(diào)度以及車輛的控制與調(diào)整等。通過(guò)動(dòng)態(tài)調(diào)度，可以實(shí)現(xiàn)公交運(yùn)營(yíng)的正常化。采用靜態(tài)調(diào)度的方式，難以對(duì)公交車輛運(yùn)行過(guò)程中的實(shí)際情況進(jìn)行反應(yīng)。因?yàn)樵谝话愕墓徽{(diào)度系統(tǒng)中，車輛的行程和時(shí)間都是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)來(lái)確定的，沒(méi)有對(duì)實(shí)際運(yùn)行中的突發(fā)情況進(jìn)行考慮。所以，在車輛的設(shè)計(jì)運(yùn)行過(guò)程中，僅僅采用靜態(tài)調(diào)度則難以應(yīng)對(duì)各種突發(fā)時(shí)間和確保最有調(diào)度。所以說(shuō)，在實(shí)際情況發(fā)生變化的情況下，靜態(tài)方法的靈活性不佳。現(xiàn)在，人們主要采用如下幾種方法來(lái)提高公交系統(tǒng)的可靠性：公交優(yōu)先、公交車輛控制以及運(yùn)行的動(dòng)態(tài)調(diào)度管理等。其中，公交優(yōu)先主要指從一般的交通車輛中將公交車輛分離出來(lái)，并給予公交車輛更多的優(yōu)先權(quán)。在動(dòng)態(tài)調(diào)度層面，則可以通過(guò)公共交通的實(shí)時(shí)放車調(diào)度等方法，實(shí)現(xiàn)乘客總費(fèi)用最下的目標(biāo)。

3 基本假設(shè)

考慮到車輛在運(yùn)行過(guò)程中的實(shí)際情況非常復(fù)雜，所以，為了有效簡(jiǎn)化研究過(guò)程，需要進(jìn)行如下假設(shè)：

（1）不考慮車輛在運(yùn)行過(guò)程中的人為因素、道路交通等因素。這樣，可以確保不同車輛在相同鄰接站之間的運(yùn)行時(shí)間相同；

（2）車站在每個(gè)車站的停車時(shí)間為常數(shù)，不會(huì)受到乘客數(shù)量等因素的影響。

4 目標(biāo)函數(shù)推導(dǎo)

在動(dòng)態(tài)調(diào)度模型中，所定義的各種參量為：車站集K∈{K|K=1，2，...，N}；車輛集為：Im={i，i+1，...，i+m-1}，而i？燮m？燮M，其中，M表示公交系統(tǒng)能夠提供的最多車輛數(shù)；用dik表示i車輛從k出來(lái)的時(shí)間；？啄表示車輛進(jìn)出站時(shí)的時(shí)間，單位為分鐘；所以，如果車輛能夠?qū)⑦M(jìn)出站時(shí)間節(jié)約下來(lái)，就可以減少運(yùn)營(yíng)時(shí)間，這樣，？啄=0；用c0表示公交車在車站的停車時(shí)間，同樣，單位也為分鐘；用？駐表示在不停車情況下所能夠節(jié)約的時(shí)間，即：？駐=c0+2？啄。

要實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)調(diào)度，其根本問(wèn)題還是確定目標(biāo)函數(shù)，即確保所有車站的乘客在等待該車輛的過(guò)程中，所需要的時(shí)間和最小，將該模型定義為min（W）。將某個(gè)時(shí)間段hik內(nèi)的所有乘客數(shù)量假設(shè)為hikrk，這樣，在該時(shí)間段內(nèi)所有乘客的平均候車時(shí)間則可以表示為hik/2。經(jīng)過(guò)推導(dǎo)，則可以將乘客在k站等待第i車所需要的時(shí)間成本為：

在上面的式子中，wik表示乘客在k站等待第i車所需要的時(shí)間成本。rk表示某公交站 的乘客到達(dá)率；Pi-1k則表示車輛i在站k的剩余乘客數(shù)量。在沒(méi)有采用動(dòng)態(tài)調(diào)度的情況下，Pi-1k=0；hik表示車輛i與車輛i-1在站k出發(fā)的時(shí)間間隔；而hi則表示車輛i與車輛i-1在任意站的時(shí)間間隔。所以，根據(jù)該定義，則可以得到：hik=dik-di-1k。所以，可以換算得到線路中各個(gè)站點(diǎn)乘客的候車時(shí)間成本為：

（2）

5 模型建立

從上面的式子（2）中可以推到計(jì)算乘客的候車時(shí)間成本，進(jìn)一步構(gòu)建起動(dòng)態(tài)調(diào)度模型。也就是在第i與車輛i+1之間進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)度，如果將兩輛車在運(yùn)行過(guò)程中不停車的車站數(shù)假設(shè)為n1和n2，則這兩輛車通過(guò)不停車所節(jié)約的時(shí)間可以表示為n1？駐和n2？駐。通常，為了能夠減少不停車車站乘客的候車時(shí)間，促進(jìn)整條線路車輛間隔的均勻，則應(yīng)該使得n1？叟n2。如下圖中所示，其中，虛線表示沒(méi)有實(shí)施調(diào)度的發(fā)車時(shí)間，而實(shí)線則表示實(shí)施動(dòng)態(tài)調(diào)度后的發(fā)車時(shí)間。能夠給乘客的候車時(shí)間成本造成影響的車輛主要為i，i+1，i+2如果用w1，w2，w3分別表示0～n2、n2～n1和n1～N 站的候車時(shí)間成本和無(wú)放車時(shí)的候車時(shí)間成本差。這樣，整個(gè)候車成本就可以表示為w=w1+w2+w3。

圖1 公共交通的動(dòng)態(tài)調(diào)用模型圖

而上面的式子也是對(duì)兩輛車進(jìn)行調(diào)度是采用的動(dòng)態(tài)調(diào)度模型。如果車輛的延誤時(shí)間能夠準(zhǔn)確計(jì)算，且線路的站點(diǎn)數(shù)為已知數(shù)，這樣，乘客的候車時(shí)間成本則可以作為放車車站數(shù)量n1和n2之間的函數(shù)。在計(jì)算過(guò)程中，對(duì)該模型的計(jì)算則可以采用多元函數(shù)優(yōu)化的方式來(lái)計(jì)算。

6 應(yīng)用結(jié)果

在實(shí)際的公交調(diào)度和管理中，特別是針對(duì)高峰期發(fā)車的時(shí)間間隔較小，或者延誤車輛的到達(dá)時(shí)間比較接近的情況下，可以根據(jù)具體的情況對(duì)2輛車進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)度。在此過(guò)程中，應(yīng)該重點(diǎn)考慮調(diào)度車站段內(nèi)乘客的候車時(shí)間，進(jìn)而確定可以采用的調(diào)度形式。不過(guò)，為了所有乘客考慮，不應(yīng)該實(shí)際中頻繁采用這種措施。

從文中所構(gòu)建動(dòng)態(tài)調(diào)度模型的應(yīng)用結(jié)構(gòu)發(fā)現(xiàn)，在整個(gè)線路車輛不足的情況下，用過(guò)對(duì)該動(dòng)態(tài)調(diào)度模型的使用，可以有效減少該線路乘客的總的候車時(shí)間成本，確保公交線路在運(yùn)行中保持正常的車輛間距。而在實(shí)際的應(yīng)用過(guò)程中，則應(yīng)該選擇1輛或者2輛車完成調(diào)度控制過(guò)程。

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