青島公交車智能調度系統的優化研究＊

劉超，謝建新，蔡東嶺

（青島黃海學院，山東 青島 266520）

前言

智能公交車調度有利于減輕道路需求緊張，發展城市車輛途徑操縱的使用，緩解城市各方面負擔。在當前階段智慧城市規劃的基礎上，提高城市公共交通運輸能力城市公共發展的重點，因此，這就需要城市公共交通監管部門以及城市公共交通運輸部門都要對當前的公共交通系統結構進行優化，提高其智能化水平，從而為“公交都市”的建設以及服務提供支撐，對此，提高城市公共交通調度的智能性和科學性、提高乘客的滿意度，減低運輸成本成為當前公交運輸主要的研究課題。

1 實時公交調度優化系統概述

公交實時調度模塊將對信息采集子系統所采集的動態公交信息進行評價，即公交車的位置、乘客的數量、前后車廂的狀況、公交站點的乘客等，對公交需求進行評價。對乘客和整個公交系統的運行狀態，并在公交車上進行調度決策，并發送車輛實際時間的調度信息。調度信息將通過通信子系統傳送到公交車載通訊終端上，并可以通過多種模式提供給駕駛員。

在城市公共交通實時調度系統中，其主要過程為實現公交車在其路線上運行的動態化調度，系統對公交車的運程時間以及站點時間等信息進行計算，并結合站點乘客的數量以及流動情況等，對公交車的發車班次以及時間間隔等進行科學安排，從而減少乘客的候車時間，提高公共交通的服務質量。

在公交智能化實時調度系統中，主要對以下幾點進行優化：

（1）城市公交車的通行能力進行優化；

（2）城市公交車的乘客運載負荷能力的優化；

（3）城市公交運輸公司營運能力的優化；

（4）公交服務水平、乘客滿意度的優化。

2 公交車智能調度系統模型

2.1 模型的建立

模型建立綜合考慮乘客出行需求和公交企業效益需求，以Sc（公交車上舒適滿意度）、Sω（乘客候車時間滿意度）、Ss(站點候車空間舒適滿意度)和Se（企業滿意度）加權平均值最大為目標，由此獲得公交線路調度發車頻率優化模型為如下：

式中：n—線路發車數量；uij—候車人數；h 表示公交車與公交車的時距，min；Cmax—公交車的乘客最大運載數；Ci—站點i 的公交車停靠時間以及通過效率；Cd—路徑d 內公交車的整體通過性；Ck—整體公交線路中通過效率；L—乘客可以接受的候車時間；cop—公交運輸公司的營運成本；rop—公交的營運收益；ω1、ω2、ω3、ω4—乘客候車時間滿意度，乘客候車空間滿意度，乘客乘車空間滿意度和運輸公司滿意度的權重比例；Sω、Ss、Sc、Se—乘客等車時間長度滿意度。

2.2 模型的解法

通過模型建立，人數的需求是靠智能管理系統預測的，根據人數到達率的不同，通過解決上述問題來確定最佳車次的安排。

通過分析可以看出，上述模型是一個非線性規劃問題，因為公交出行預測和客流預測都是非線性過程。因此，使用簡單而直接的調度轉換解決方案過程：

step 1：首先，定義調度時間段的間隔限制和出發時間，并根據經驗設定出發間隔的初始值。

step2：根據公交運輸線路的日常經驗情況，對各個站點候車人數以及乘客下車人數等信息進行預測。

step3：根據一定的出發時間表計算公交車到達公交站點的時間。

step4：對每一輛公交車在行駛線路上各站點的上下車人數Aij和Bij，車內人數Vij，等車超過時間限制或者乘客等車超次的人數uij進行計算，并明確公交車離開站點的時間tij。

step5：計算滿意度函數Sω、Ss、Sc、Se。

step6：以1 分鐘能走的步行長度為單位，對發車間隔的時間進行調整。

step7：最后，選擇出發時間間隔、乘客滿意度、企業效益滿意度和車輛舒適度滿意度作為最大目標函數。

3 青島智能公交調度系統設計優化

3.1 系統結構設計

其系統功能結構設計流程如圖1 所示。

圖1 公交智能調度系統的模塊設計圖

由圖可以看出，公交智能調度系統的主要關鍵部分是其結構設計，其功能的劃分以及實現是提高系統成功性的主要因素。

3.2 系統的總體設計

在實際應用中，智能化調度系統的功能框架如圖2 所示。

圖2 智能化公交系統功能結構圖

由上圖可以看出，公交智能調度系統的主要功能可以歸納為“一個中心、三個系統”，其中，信息采集模塊主要作用為對乘客、公交車以及站點停靠等信息的獲取；信息處理部分主要涵蓋了對采集數據的處理，一般在公交公司的內部完成；最后，系統將處理并得出的調度方案等信息進行發布，協助公交公司完成對公交車日常的智能調度以及運行監管等工作。

3.3 系統功能的實現

為獲取乘客人數、公交到站的時間以及智能調度方案三者之間的聯系，從而得到實時數據，選擇4 路公交車為例進行實例分析，對其當前的運力、狀況、調度、效益等進行了詳細的智能調查，研究青島開發區4 路公交路線的站點上下車人數和車輛到達時間。智能調度系統如圖所示。

圖3 智能公交調度系統圖

表1 智能公交調度方案

由表1 可以看出，在節假日客流量比較多的時段，智能調度系統可以較好的完成對4 路公交的調度，在早高峰和晚 高峰等時段車次數量明顯增多，實現了乘客出行的最大滿意度，具體優化的效果如表2 所示。

表2 智能調度系統優化效果

據統計，在節假日的高峰期間從靈山衛至家佳源活動期間運行時間縮短了12min；黃海學院至家佳源停靠時間縮短了15s，運行時間縮短了14min；瑞海花園北至家佳源停靠時間縮短了12s，運行時間縮短了10min；最后石油大學至家佳源停靠時間縮短了15s，運行時間縮短了3min。在此期間從始發站到家佳源客流量及車輛運行等方面造成了公交車載客流量過多，候車時間比平時時間久，影響道路車輛擁堵等情況。

優化的方法主要是縮短發車間距增加車輛然后對活動期間客流量、道路擁堵程度進行了優化不僅滿足了該公交線路順利運行的需求，同時還有效實現乘客以及公交集團的最大社會效益值。

4 結語

研究了公交線路調度頻率優化的優化建模。在GPS、通信和計算機技術的支持下，使得乘客站點候車時間、空間、乘車空間以及城市公交運輸企業滿意度得到最大化。目標是通過優化城市公交線路發生班次、間隔，構建城市公交車智能調度的優化模型，并通過實例分析，驗證了系統的可行性。