城市智能公共交通動態調度的研究

齊博 浦曉威

摘 要：文章中主要針對影響車輛正常行駛的原因以車輛調度中采用的動態調度方法進行介紹，構建了進行公交車輛動態調度的模型。該模型的構建，主要目的是減少車輛的停車時間，避免車廂內由于長時間間隔所造成的擁擠現象。實驗結果表明，文中所采用的調度方法，能夠有效減少乘客的候車時間，為可以為公交車輛的科學調度提供更加有效的車輛間距控制模型。

關鍵詞：智能公共交通；車載系統；動態調度

1 概述

公共交通車輛在運行過程中，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行，在多種因素的影響下，極易出現車輛分布不均、串車等現象；這樣，就會造成公交車站的乘客難以及時分流、候車時間增加，以及車廂內乘客數量劇增而擁擠等多種結果。而采用動態調度的方式，則可以對各種因素進行及時響應，進而采取更加有效的動態調度措施，對公交線路的車輛停站次數進行及時調整；從而確保車輛的間隔更加合理，實現車輛運營的正常化。其實，車輛的動態釣魚作為一種非常有效的調度方式，可以實時確定車輛的數量，對車輛停靠站的數量進行動態調整，實現乘客等車時間的最小化，又控制車輛在行駛過程中的間距。

2 動態調度

對于公共交通的調度問題，現在普遍采用的方式包括動態調度和靜態調度兩種。其中，靜態調度主要指發車時間根據預先安排進行；而動態調度中則包含了車輛調度、駕駛員調度以及車輛的控制與調整等。通過動態調度，可以實現公交運營的正常化。采用靜態調度的方式，難以對公交車輛運行過程中的實際情況進行反應。因為在一般的公交調度系統中，車輛的行程和時間都是根據經驗來確定的，沒有對實際運行中的突發情況進行考慮。所以，在車輛的設計運行過程中，僅僅采用靜態調度則難以應對各種突發時間和確保最有調度。所以說，在實際情況發生變化的情況下，靜態方法的靈活性不佳。現在，人們主要采用如下幾種方法來提高公交系統的可靠性：公交優先、公交車輛控制以及運行的動態調度管理等。其中，公交優先主要指從一般的交通車輛中將公交車輛分離出來，并給予公交車輛更多的優先權。在動態調度層面，則可以通過公共交通的實時放車調度等方法，實現乘客總費用最下的目標。

3 基本假設

考慮到車輛在運行過程中的實際情況非常復雜，所以，為了有效簡化研究過程，需要進行如下假設：

（1）不考慮車輛在運行過程中的人為因素、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行時間相同；

（2）車站在每個車站的停車時間為常數，不會受到乘客數量等因素的影響。

4 目標函數推導

在動態調度模型中，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表示公交系統能夠提供的最多車輛數；用dik表示i車輛從k出來的時間；？啄表示車輛進出站時的時間，單位為分鐘；所以，如果車輛能夠將進出站時間節約下來，就可以減少運營時間，這樣，？啄=0；用c0表示公交車在車站的停車時間，同樣，單位也為分鐘；用？駐表示在不停車情況下所能夠節約的時間，即：？駐=c0+2？啄。

要實現動態調度，其根本問題還是確定目標函數，即確保所有車站的乘客在等待該車輛的過程中，所需要的時間和最小，將該模型定義為min（W）。將某個時間段hik內的所有乘客數量假設為hikrk，這樣，在該時間段內所有乘客的平均候車時間則可以表示為hik/2。經過推導，則可以將乘客在k站等待第i車所需要的時間成本為：

在上面的式子中，wik表示乘客在k站等待第i車所需要的時間成本。rk表示某公交站 的乘客到達率；Pi-1k則表示車輛i在站k的剩余乘客數量。在沒有采用動態調度的情況下，Pi-1k=0；hik表示車輛i與車輛i-1在站k出發的時間間隔；而hi則表示車輛i與車輛i-1在任意站的時間間隔。所以，根據該定義，則可以得到：hik=dik-di-1k。所以，可以換算得到線路中各個站點乘客的候車時間成本為：

（2）

5 模型建立

從上面的式子（2）中可以推到計算乘客的候車時間成本，進一步構建起動態調度模型。也就是在第i與車輛i+1之間進行動態調度，如果將兩輛車在運行過程中不停車的車站數假設為n1和n2，則這兩輛車通過不停車所節約的時間可以表示為n1？駐和n2？駐。通常，為了能夠減少不停車車站乘客的候車時間，促進整條線路車輛間隔的均勻，則應該使得n1？叟n2。如下圖中所示，其中，虛線表示沒有實施調度的發車時間，而實線則表示實施動態調度后的發車時間。能夠給乘客的候車時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 站的候車時間成本和無放車時的候車時間成本差。這樣，整個候車成本就可以表示為w=w1+w2+w3。

圖1 公共交通的動態調用模型圖

而上面的式子也是對兩輛車進行調度是采用的動態調度模型。如果車輛的延誤時間能夠準確計算，且線路的站點數為已知數，這樣，乘客的候車時間成本則可以作為放車車站數量n1和n2之間的函數。在計算過程中，對該模型的計算則可以采用多元函數優化的方式來計算。

6 應用結果

在實際的公交調度和管理中，特別是針對高峰期發車的時間間隔較小，或者延誤車輛的到達時間比較接近的情況下，可以根據具體的情況對2輛車進行動態調度。在此過程中，應該重點考慮調度車站段內乘客的候車時間，進而確定可以采用的調度形式。不過，為了所有乘客考慮，不應該實際中頻繁采用這種措施。

從文中所構建動態調度模型的應用結構發現，在整個線路車輛不足的情況下，用過對該動態調度模型的使用，可以有效減少該線路乘客的總的候車時間成本，確保公交線路在運行中保持正常的車輛間距。而在實際的應用過程中，則應該選擇1輛或者2輛車完成調度控制過程。

參考文獻

[1]Xiangyong Yin.The development of bus dispatching plat-form based on real-time expert system[J].IEEE Intelli-gent Transportation Systems，2003，2（10）：12-15.

[2]黃凜希，徐建閩，胡郁蔥，等.共用信息平臺的信息發布方式與技術手段[J].交通與計算機，2012，2.