CN105070044A - 一种基于乘客预约的定制公交合乘车辆动态调度方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于乘客预约的定制公交合乘车辆动态调度方法，通过手机APP新增、修改和删除订单，将所有客户的订单按出发时间排序，在中心平台中构建一个订单服务队列，根据先到先服务策略，逐步对队头的每个订单，结合车载GPS终端的位置信息，以及之前已经分配给该定制公交车辆的所有客户订单信，从构建起讫点之间可行路径、最短路算法和约束检验目标函数计算等出发，分别计算每辆定制公交车完成该订单的成本，从而基于贪婪原则选择最低成本的车辆完成订单，并更新该定制公交车辆的访问乘客集合，据此不断重复上述一系列操作实现所有乘客出行预约订单任务车辆分配，为基于乘客预约的定制公交合乘车辆动态调度提供可靠的技术支撑。

Description

一种基于乘客预约的定制公交合乘车辆动态调度方法

技术领域：

本发明涉及公交信息化技术领域，尤其涉及一种基于乘客预约的定制公交合乘车辆动态调度方法。

背景技术：

由于常规的定制公交(出租车、专车)乘坐模式是乘客独自搭乘ー辆车，针对城市居民的出行需求时空分布，经常定制公交出行空载率高而居民“一车难求”等现象，造成车辆资源的极大浪费，这是目前我国城市定制公交运营管理需要解决的重要问题。合乘和/或有多个乘客需要合乘车辆是解决上述问题的有效途径之一，利用手机APP、物联网和无线通讯等信息技术，动态跟踪居民出行起讫点及出发时间，以及车辆的位置信息，针对某个乘客的合乘需求来寻找与其匹配的合乘方案，合理安排路网中有多辆定制公交车访问乘客的次序，以最少成本及时满足乘客搭乘的多祥化和随机性需求。

目前，国内外学者多数侧重智能公交定制调度系统软的硬件平台研究，尤其是常规公交、出租车等，利用GPS、GIS以及无线通讯技术，围绕智能定制公交数据采集、传输、处理和控制，集设备转台自动监控、自动派车、电招预约、手机APP于一体，给出了平台框架设计、解决方案及其可执行程序，已经在世界范围内得到了广泛应用。但是智能公交定制调度系统的调度算法研究尚有不足之处，难以满足在复杂路网中存在大量合乘乘客的需求，达不到整体的最优化，少量研究结果归纳如下：邓向林通过构建一种适合国内大中型城市出行分布特征的出租车合乘模式，对出租车运营路径按各节点已确定乘载需求以决策树求解，对运行过程中的临时乘载需求，以动态规范算法计算调整路径的插入可行性，实现整体的动态规划调度；马梦崎通过对乘客合乘意愿的SP问卷调查、乘客对同意合乘概率的logistic建模、动态的最短路径探索方式、费用计算的新方式，来实现出行路线大体相同乘客的合乘出行；吴芳以合乘出租车司机收益与乘客服务率最大化及乘客费用最小化为目标，建立了出租车最佳路径选择及配车调度优化模型，并设计了改进粒子群算法求解；程杰基于不同类型出租车与乘客组信息，联合考虑路径和费率优化问题，建立了以出行者与驾驶员的利益为优化目标的多对多模式的动态出租车合乘模型；覃运梅申请一项专利《基于复杂路网的出租车合乘集群优化系统及其优化方法》，主要解决以建立集群优化匹配模型，然后运行算法得出结合出租车绕行比例、最短行程、最大匹配及合乘约束条件的集群优化方案。

由上可知，现有智能公交定制的合乘调度算法主要侧重静态需求的合乘车辆调度方案生成算法，一般采用动态规划、遗传算法、粒子群等智能算法，但却无法解决大规模合乘车辆调度问题，与实际应用存在一定差距；信息环境技术的定制公交合乘车辆针对动态出现的新增、修改和删除订单，亟待需要动态需求的合乘车辆动态调度方法，现有研究较少，尤其是缺少研究考虑乘客的起讫点、等车和在车时间等现实约束对调度结果的影响。因此，本发明专利拟研究一种基于乘客预约的定制公交合乘车辆动态调度方法，当乘客预约订单时，从预约订单数据、订单完成车辆任务分配和线路设计策略提供一套完整的解决方案，为适于居民出行时空分布的城市合乘车辆调度中心提供决策支撑。

发明内容：

为了解决上述问题，本发明提供了一种面向考虑多乘客定制公交拼车的合乘车辆调度管理实际，结合GPS、GIS和GPRS等先进信息技术，集成手机APP订单、车辆位置、中心平台于一体，将每次新增客户出行订单时，结合中心平台的定制公交车辆位置及其访问客户序列数据，考虑每辆定制公交车的所有乘客的起讫点、等车和在车时间等现实约束，评估每辆定制公交车完成该订单的成本，据此生成相应的合乘车辆调度策略。主要用于基于乘客预约的定制公交合乘车辆调度决策，围绕高效、便捷目标，将随机达到的乘客按照一定规则分配至最佳车辆，既能满足居民出行的方便性，又能减少公司运营成本的技术方案：

一种基于乘客预约的定制公交合乘车辆动态调度方法，包括以下步骤：

(1)居民通过手机APP下达、修改和删除出行预约订单，包括起讫点、出发时间、最长等车和在车时间；

(2)当中心平台监听居民手机APP的订单请求时，判断该订单状态，将其加载至未分配订单服务队列；

(3)动态跟踪每辆定制公交车的位置信息，以及其车上的乘客信息；

(4)根据排队队列的先到先服务策略，利用步骤(2)和(3)的基础数据，考虑每辆定制公交车的所有乘客的起讫点、等车和在车时间等现实约束，构建起讫点之间可行网络，搜索可行最短路径，据此从总出行距离、剩余车辆冗余能力等角度计算每辆定制公交车完成一个订单的成本；

(5)基于贪婪原则，在步骤(4)基础上基于贪婪原则，选择最低成本的定制公交车辆完成，若没有可行车辆，安排新车完成该订单，并更新该车辆的访问乘客集合，返回步骤(2)。作为优选，出水管上方的圆柱体空腔内壁上设有水位传感器，水位传感器高度低于入水管高度25～100mm。

作为优选，步骤(1)中居民通过手机APP下达、修改和删除出行预约订单，每个预约订单i的数据格式为order_i＝(sp_i,ep_i,st_i,wt_i,ot_i)，其中：sp_i和ep_i是起讫点；st_i、wt_i和ot_i为出发时间、最长等车和在车时间。

作为优选，步骤(2)中当中心平台监听居民手机APP的订单请求时，判断该订单状态：若是新增或修改订单时，将其加载至未分配服务队列，即QueueTail.Add(order_i)，根据其st_i的大小进行排序；若是修改和删除订单时，令定制公交车辆k是否完成订单i为更新该车辆的访问乘客集合，即为1→0，将其视为一个新订单，返回步骤(1)。

作为优选，步骤(3)中通过中心平台与所有定制公交车辆GPS终端，动态跟踪每辆定制公交车k的位置信息vp_k，以及该车辆访问所有乘客订单i信息 ${\mathrm{vehicleOrder}}_k=\left\{i\right|(\∀i)x_k^i=1\}.$ 将 ${\mathrm{vehicleOrder}}_k=\left\{i\right|(\∀i)x_k^i=1\}$ 划分为两部分，即：已完成订单和未完成订单对未完成订单更新每个客户订单的剩余出发时间、最长等车和在车时间，即sst_i＝st_i-t？:st_i-t:0、swt_i＝wt_i-[st_i-t]和sot_i＝ot_i-[t-st_i]。

作为优选，步骤(4)中根据排队队列的先到先服务策略，将队头的订单ⁱ从服务队列移除，即QueueHead.Remove(order_i)，利用步骤(2)和(3)的基础数据，结合实际交通GIS，构建起讫点之间可行网络G＝(E,V)，搜索可行最短路径，检验每辆定制公交车的所有乘客的起讫点、等车和在车时间等现实约束，当途经某结点其与车辆当前位置vp_k之间运行时间为遵循sst_i＝st_i-t？:st_i-t:0≥0、swt_i＝wt_i-[st_i-t]≥0和sot_i＝ot_i-[t-st_i]≥0，若该结点是订单j的起点sp_j，满足t+T≤st_i；若该结点是订单j的讫点ep_j，满足t+T≤ot_i，从总出行距离、剩余车辆冗余能力等角度，计算每辆定制公交车k完成一个订单i的成本 $f(k,i)=\underset{\∀i}{min}\underset{\∀u,v\∈G}{\Σ}{d}_{uv}{y}_{uv}+\underset{\∀i\∈{\mathrm{vehicleOrder}}_k^2}{\Σ}\[{\mathrm{sst}}_i+{\mathrm{swt}}_i+{\mathrm{sot}}_i\].$

作为优选，步骤(5)中基于贪婪原则，选择最低成本的定制公交车辆完成订单i，若没有可行车辆，安排新车完成该订单，并更新该车辆的访问乘客集合vehicleOrder_k＝vehicleOrder_k∪{i}，即为0→1，返回步骤(2)。

本发明的有益效果在于：

本发明与实际手机APP客户端、定制公交车载GPS终端进行数据交互，收集乘客出行预约订单、车辆位置、车辆轨迹等历史和实时数据，围绕以最低成本尽快响应居民出行为目标，当居民通过手机APP下载订单时，集成从预约订单数据、订单完成车辆任务分配和线路设计策略等功能于一体，将该订单分配给最佳车辆，为基于乘客预约的定制公交合乘车辆动态调度提供切实可行的一套完整的解决方案。

附图说明：

图1是本发明实施的系统框架图；

图2是本发明实施的流程图。

具体实施方式：

为使本发明的发明目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的实施方式作进一步地详细描述。

如图1所示，本发明提供一种基于乘客预约的定制公交合乘车辆动态调度方法，涉及两个客户端和一个中心平台，通过手机APP新增、修改和删除订单，将所有客户的订单按出发时间排序，在中心平台中构建一个订单服务队列，根据先到先服务策略，逐步对队头的每个订单，结合车载GPS终端的位置信息，以及之前已经分配给该定制公交车辆的所有客户订单信，从构建起讫点之间可行路径、最短路算法和约束检验目标函数计算等出发，分别计算每辆定制公交车完成该订单的成本，从而基于贪婪原则选择最低成本的车辆完成订单，并更新该定制公交车辆的访问乘客集合，据此不断重复上述一系列操作实现所有乘客出行预约订单任务车辆分配，为基于乘客预约的定制公交合乘车辆动态调度提供可靠的技术支撑。

如图2所示，本发明提供一种基于乘客预约的定制公交合乘车辆动态调度方法，包括新增、修改和删除订单三种情况下的合乘车辆动态调度方法，具体实施方式如下。

步骤1：居民通过手机APP客户端人机交互，新增、修改和删除一个出行预约订单_i，其数据格式为order_i＝(sp_i,ep_i,st_i,wt_i,ot_i)，它是唯一的。

步骤2：当中心平台监听居民手机APP的订单请求时，判断订单状态：若是新增订单，返回步骤4；若是修改和删除订单，返回步骤3。

步骤3：查找完成修改和删除订单的车辆，解除车辆、修改和删除订单之间关系，也就是说为1→0。在此基础上,对修订订单可视为新增订单；对删除订单可视为新增空订单。

步骤4：将新增订单加载至未分配服务队列，即QueueTail.Add(order_i)，根据其st_i的大小进行排序。

步骤5：根据排队队列的先到先服务策略，将队头的订单i从服务队列移除，即QueueHead.Remove(order_i)，对队头的每个订单i，计算完成该订单的可行定制公交车辆集合。

步骤5.1：通过中心平台与所有定制公交车辆GPS终端进行数据交互，在时刻t动态跟踪每辆定制公交车k的位置信息vp_k，以及所有车辆访问所有乘客订单i信息 ${\mathrm{vehicleOrder}}_k=\left\{i\right|(\∀i)x_k^i=1\};$

步骤5.2：将某定制公交车辆k访问所有乘客订单ⁱ信息划分为两部分，即：已完成订单和未完成订单对未完成订单更新每个客户订单的剩余出发时间、最长等车和在车时间，即sst_i＝st_i-t？:st_i-t:0、swt_i＝wt_i-[st_i-t]和sot_i＝ot_i-[t-st_i]。

步骤5.3：将订单i的起讫点spi和epi，与未完成订单的所有订单j的起讫点sp_j和ep_j一起，根据实际道路路网结构，若任意起讫点u和v之间可以相连，则y_uv＝1，构建所有起讫点之间路径网络G＝(E,V)，其中V＝{所有起讫点}，d_uv为起讫点u和v之间距离。

步骤5.4：在G＝(E,V)基础上，结合每辆定制公交车k的位置信息vpk，考虑任意起讫点u和v之间的连接关系y_uv＝1，利用dijkstra不重复遍历搜索一个最短可行路径，当途经某结点其与定制公交车辆当前位置vp_k之间运行时间为遵循sst_i＝st_i-t？:st_i-t:0≥0、swt_i＝wt_i-[st_i-t]≥0和sot_i＝ot_i-[t-st_i]≥0，若该结点是订单j的起点sp_j，满足t+T≤st_i；若该结点是订单j的讫点ep_j，满足t+T≤ot_i。

步骤5.5：计算每辆定制公交车k完成该订单i的成本f(k,i)，从企业运营成本角度，包括两部分：追求总车辆出行距离最短以及从尽可能增加车辆冗余能力若f(k,i)≠∞，则feasiblevehicleSet＝feasiblevehicleSet∪{k}。

步骤6：若安排一辆新定制公交车完成订单i，即k＝新车；否则，基于贪婪原则选择最低成本的定制公交车辆完成订单i。将订单i分配给某辆定制公交车完成，也就是说为1，更新该车辆的访问乘客集合vehicleOrder_k＝vehicleOrder_k∪{i}。

步骤7：检查订单服务队列是否空，返回步骤2；否则，算法终止。

上述实施例只是本发明的较佳实施例，并不是对本发明技术方案的限制，只要是不经过创造性劳动即可在上述实施例的基础上实现的技术方案，均应视为落入本发明专利的权利保护范围内。

Claims (6)

1.一种基于乘客预约的定制公交合乘车辆动态调度方法，其特征在于：包括以下步骤：

(1)居民通过手机APP下达、修改和删除出行预约订单，包括起讫点、出发时间、最长等车和在车时间；

(2)当中心平台监听居民手机APP的订单请求时，判断该订单状态，将其加载至未分配订单服务队列；

(3)动态跟踪每辆定制公交车的位置信息，以及其车上的乘客信息；

(4)根据排队队列的先到先服务策略，利用步骤(2)和(3)的基础数据，考虑每辆定制公交车的所有乘客的起讫点、等车和在车时间等现实约束，构建起讫点之间可行网络，搜索可行最短路径，据此从总出行距离、剩余车辆冗余能力等角度计算每辆定制公交车完成一个订单的成本；

(5)基于贪婪原则，在步骤(4)基础上基于贪婪原则，选择最低成本的定制公交车辆完成，若没有可行车辆，安排新车完成该订单，并更新该车辆的访问乘客集合，返回步骤(2)。

2.根据权利要求1所述的一种基于乘客预约的定制公交合乘车辆动态调度方法，其特征在于：所述步骤(1)中居民通过手机APP下达、修改和删除出行预约订单，每个预约订单i的数据格式为order_i＝(sp_i,ep_i,st_i,wt_i,ot_i)，其中：sp_i和ep_i是起讫点；st_i、wt_i和ot_i为出发时间、最长等车和在车时间。

3.根据权利要求1所述的一种基于乘客预约的定制公交合乘车辆动态调度方法，其特征在于：所述的步骤(2)中当中心平台监听居民手机APP的订单请求时，判断该订单状态：若是新增或修改订单时，将其加载至未分配服务队列，即QueueTail.Add(order_i)，根据其st_i的大小进行排序；若是修改和删除订单时，令定制公交车辆k是否完成订单i为更新该车辆的访问乘客集合，即为1→0，将其视为一个新订单，返回步骤(1)。

4.根据权利要求1所述的一种基于乘客预约的定制公交合乘车辆动态调度方法，其特征在于：所述的步骤(3)中通过中心平台与所有定制公交车辆GPS终端，动态跟踪每辆定制公交车k的位置信息vp_k，以及该车辆访问所有乘客订单i信息将划分为两部分，即：已完成订单和未完成订单对未完成订单更新每个客户订单的剩余出发时间、最长等车和在车时间，即sst_i＝st_i-t？:st_i-t:0、swt_i＝wt_i-[st_i-t]和sot_i＝ot_i-[t-st_i]。

5.根据权利要求1所述的一种基于乘客预约的定制公交合乘车辆动态调度方法，其特征在于：所述的步骤(4)中根据排队队列的先到先服务策略，将队头的订单i从服务队列移除，即QueueHead.Remove(order_i)，利用步骤(2)和(3)的基础数据，结合实际交通GIS，构建起讫点之间可行网络G＝(E,V)，搜索可行最短路径，检验每辆定制公交车的所有乘客的起讫点、等车和在车时间等现实约束，当途经某结点其与车辆当前位置vp_k之间运行时间为遵循sst_i＝st_i-t？:st_i-t:0≥0、swt_i＝wt_i-[st_i-t]≥0和sot_i＝ot_i-[t-st_i]≥0，若该结点是订单j的起点sp_j，满足t+T≤st_i；若该结点是订单j的讫点ep_j，满足t+T≤ot_i，从总出行距离、剩余车辆冗余能力等角度，计算每辆定制公交车k完成一个订单i的成本

6.根据权利要求1所述的一种基于乘客预约的定制公交合乘车辆动态调度方法，其特征在于：所述的步骤(5)中基于贪婪原则，选择最低成本的定制公交车辆完成订单i，若没有可行车辆，安排新车完成该订单，并更新该车辆的访问乘客集合vehicleOrder_k＝vehicleOrder_k∪{i}，即为0→1，返回步骤(2)。