金沙灘景區公交調度優化研究

曹延齋 劉敬玉 呂澤陽

(1.膠州市城鄉建設局，山東 青島 266300； 2.青島市市政工程設計研究院有限責任公司，山東 青島 266061)

1 概述

1.1 公交車輛區域調度的定義

公交車輛的調度，是為了實現車輛統一安排，整齊有序的進出站，保證車輛之間行駛的協調性，包含公交公司的運營組織、調度計劃統一編制、維修保養統一安排以及幕后調度人員的管理。

1.2 公交區域調度的優勢

區域調度相對于單線調度，實現了資源在多條線路的優化配置，可以完成車輛在線路上的套跑，可以實現冗余的人力、運力線路間調劑、補給，達到節約資源的目標，改善了生活服務設施。

2 區域運營時刻表的編制及示例分析

2.1 實現的編制目標

目前,國內外對要求區域協同的公交時刻表的研究還不多,幾乎沒有從公交調度員實際操作的角度看待問題。本文從實際角度出發，具體問題具體分析，以實現以下目標：

1)車輛在規劃路線上的平均運行速度20 km/h，車輛滿載率不應超過120%，一般也不低于50%；

2)乘客候車時間一般不要超過10 min，早高峰時一般不要超過5 min。

2.2 模型與算法

2.2.1基本假設

1)道路交通情況良好，沒有發生堵車、車輛事故的意外；

2)常規公交線路的初始時間已知，發車間隔為等時間間隔發車，且不輕易調整發車間隔；

3)每一時段內乘客的到達符合負指數分布，排隊有序乘車；

4)調度針對的周期時長為60 min，調度的最小單位為1 min。

2.2.2建立單線調度模型

1)車輛數的確定。

通過采集的數據，首先計算出各時段的最大乘客數量，運用下式計算：

(1)

其中，i取值為0表示上行，i取值為1表示下行；j為第j時段；k為第k站點處。

2)發車間隔的確定。

在實際的車輛運行過程中，各時段空載率超過50%不高于120%為佳，公交車的標準載客數定為100人，滿足每一時段最大乘客數量的需求，由下式計算每一時段所需最小車次數：

(2)

(3)

在t0j出現分數時令m0j=[t0j]，n0j=1+[t0j]，其中，M0j為發車間隔為m0j的發車班次數；N0j為發車間隔為n0j的發車班次數。滿足以下兩個式子：m0j+n0j=l0j，m0j×M0j+n0j×N0j=60。

3)最小車次數模型。

由統計數據，城市公共交通的主要矛盾時段出現在第2～第4時間段，在此期間要求準點率要好，發車間隔小，等候時間不要超過5 min，其他時段不超過10 min為宜，同時考慮車輛載客率位于50%～120%，使得公交公司運行總里程數最少，建立符合要求的線性規劃模型。

其中，mj為第j時段最小的車內乘客數量；Mj為第j時段最多的乘客數量。

2.2.3建立多線調度模型

調度優化以最小化公民出行總的換乘時間為目標，可通過規劃多條線路之間增加換乘站點的相遇機會，協調規劃每一站點單條線路的發車時間間隔，滿足各站點存在最大發車間隔和最小的發車間隔，且同步到達的車輛不超過站點容量。

從理論角度來說，建立如下模型：

其中，E為區域內公交線路的數量；N為區域內全部換乘站點的數量；Li，Lj分別為周期內線路i和線路j的發車班次數；tdj為線路j上第d輛車發車時刻；tki為線路i上第k輛車發車時刻；Tdjn為第d輛車發車行駛至換乘點n的時刻；Tkin為第k輛車發車行駛至換乘點n的時刻；Sjd為第d輛車調度時刻表微調的決策；Sik為第k輛車調度時刻表微調的決策；Hi，hi分別為線路i上的最大發車間隔與最小發車間隔；Hj，hj分別為線路j上的最大發車間隔與最小發車間隔。

2.3 算例

2.3.1單線調度模型求解

1)車輛數的確定。

根據上下車乘客數和式(1)得到車輛上行每一時段的最大乘客數。

車輛運行時間最早從早上5:00開始發車，一天中存在兩個出行高峰時段，分別在早上7:00～8：00，下午的17:00～18:00，主要是人們通勤，化解交通矛盾的重心應該放在處理好早晚高峰這兩個時段的車輛調度，實現城市公共交通出行的同步換乘，主要依靠降低站點等候時間和協調區域內多條線路發車時刻表兩種方式。

2)發車間隔的確定。

根據式子m0j+n0j=l0j，m0j×M0j+n0j×N0j=60得到特殊時段(發車間隔出行小數的時段)。

3)最小車次數模型求解。

關于這個模型的求解工作，分為前期準備和正式模型求解兩個部分。

由于MATLAB只能求解標準形式的線性規劃問題，首先將上述模型轉化成標準形式的線性規劃問題，如下：

2.3.2多線調度模型求解

選取開發區4路與開發區19路公交車位于青島理工大學(長江路校區)公交站為研究換乘站點，探討由19路換乘4路的調度優化，為此分別獲取在靈山衛樞紐站、西海岸汽車東站統計8:00～9:00的發車時刻，以及這兩輛公交車到達理工大學換乘站的時間，多次采樣調查獲得平均到達時刻。

站點人流量采集時間間距較大，無法確定發車班次換乘人數，利用MATLAB產生隨機數。

2.3.3路網調度換乘算法MATLAB實現

在調度管理的過程中不乏換乘策略的有效運用，將景區內部分路線作為樣本數據，采用Floyd法求解最短路。

運行結果如圖1所示。

3 結語

變換單條線路的調度方式為區域為最小的調度單位，有利于提高整體城市的服務水平，吸引更多的行人選取公交出行的方式，充分利用城市的交通資源，降低企業運營成本，鑒于以上益處，論文依次闡述了以下內容：

1)詳述了公交區域調度的定義、區域調度的優勢并且就調度工作的效果功能展開清晰地描述。

2)運用MATLAB軟件實現區域內調度策略換乘最短路徑進行計算，實現實際問題抽象簡化求解，就車輛的運行時刻表的發車間隔進行計算，初步確定出每一時段的發車間隔，以此為基礎進行多條線路之間的調度優化，完成假設條件下的區域內總換乘人數的換乘等待時間最小。