CN106067078A - 一种双站台的公交泊位分配优化方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种双站台的公交泊位分配优化方法，首先计算所有公交站路线分配方案的特征值，然后将上述特征值进行分区，再计算各个子区间的平均延误和评价指标值，选出最优子区间，在最优子区间中循环比较多个随机选择的公交站路线分配方案的评价指标值，最终选出最优公交站路线分配方案。本发明提供的方法在不重建公交站台的基础上，合理分配公交泊位，减少公交延误，缓解公交站台周围的交通拥堵。

Description

一种双站台的公交泊位分配优化方法

技术领域

本发明涉及一种公交泊位优化的方法，充分利用现有公交站建设，合理规划公交泊位，以减少交通拥堵，可以运用于现实公交泊位的优化。

背景技术

公交泊位是公共交通中一个必不可少的环节，公交泊位是否合理，不仅影响公交车自身的运行速度及运营效率，同时会对公交站台周围的通行能力产生影响。

公交泊位优化是为了缓解公交车站附近的拥挤，现有方法大致可以分为三类，第一类是建立更多的公交站台，但随之而来的问题是如何优化这些公交站台之间的距离；第二类是重新设计公交站站台的几何布局，例如带有凹痕的公交站台，是为了更好的利用空间；第三类是使公交车之间保持合适的车头时距，降低两辆车同时到达公交车站的机会，这种方法可以减少公交车的延时等待。

专利号CN201520063101.3中公开了一种便于社会车辆让行的公交站台，在公交站台与进站区之间设置两条白色的让行线，在让行线区域内设置“让行公交”的地面文字消除了公交车离开公交站台时与社会车辆发生冲突事故，而且减少了拥堵，提高了公交车出站的安全性及公交车的通行能力，但这种方法并没有解决公交车之间的拥堵延时。

这些方法都能够显著的减少公交车站附近的拥堵，并减少由此产生的公交车等待延时。然而，他们都需要相当大的财政预算和很长的施工时间。

本发明基于已建成的具有两个公交站台的公交站，提出了一种搜索合适泊位分配的方法，减缓拥堵。其基本的思想是提出一种优化公交泊位分配的方法，减少因公交车相互区域的影响导致的泊位闲置。本发明提供的方法算法简单、快速，在不同情况下能快速响应出合适的泊位划分策略。针对目前公交泊位优化存在的问题，本发明涉及一种基于已建成的公交站台，针对不同交通情况，优化公交泊位的方法，目的在不重建公交站台的基础上，合理分配公交泊位，减少公交延误，缓解公交站台周围的交通拥堵。本发明提供的搜索合理公交泊位的方法，其主要观点是“分而治之”，方法简单、快速。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供一种公交泊位分配优化方法，具体方案如下：包括如下步骤：(1)计算公交站所有路线分配方案的特征值：

$R\left(x\right)=\frac{\underset{i=1}{\overset{m}{\Σ}}{q}_{bus-i}}{\underset{j=m+1}{\overset{n}{\Σ}}{q}_{bus-j}}$

其中x是该公交站的路线分配方案，n是该公交站的公交线路总数,m是分配到下游公交泊位的公交线路数，q_bus-i为解决方案x中分配到下游的第i条公交线路的公交数量；q_bus-j为解决方案x中分配到上游的第j条公交线路的公交数量；

(2)区间划分：根据步骤(1)得到的所有路线分配方案的特征值中的最大值和最小值确定一个区间，按照步长a,将该区间均分为b个子区间；

(3)寻找最优子区间：在每个子区间内随机选取c个路线分配方案，通过仿真平台计算出每个子区间内c个路线分配方案的平均延误，进一步计算得到每个子区间的评价指标值，评价指标值最小的子区间称为最优子区间；

(4)寻找最优解：在步骤(3)中得到的最优子区间内，再分别计算这c个路线分配方案各自的评价指标值，将最小的评价指标值所对应的路线分配方案记为最佳解决方案x^*；

(5)最优解修正：在最优子区间内再重新随机选取c个路线分配方案，通过仿真平台得到其各自评价指标，最小评价指标对应的路线分配方案记为x′，若x′的评价指标值小于x^*的评价指标值，则用x′代替x^*；循环此步骤，直至没有新的x′产生；

(6)输出最后得到的x′，记录x′为最终最佳解决方案。

优选地，步骤(3)中所述平均延误计算公式为：

T_delay＝t_q+t_pst+t_d，

mean(T_delay)＝T_delay/c

其中，T_delay为公交车的延误，mean(T_delay)为平均延误，t_q为进入公交站台的平均排队时间，t_pst为平均乘客服务时间，t_d为离开公交站台所需时间。

优选地，步骤(3)(4)中所述评价指标值的计算公式为：

$Fe=mean\left(T_{delay}\right)+\mathrm{\ϵ}\sqrt{var\left(T_{delay}\right)}$

其中，Fe为评价指标值，为公交车延误的方差。

针对不同交通情况，优化公交泊位的方法，目的在不重建公交站台的基础上，合理分配公交泊位，减少公交延误，缓解公交站台周围的交通拥堵，我们以确定泊位个数和公交线路数的公交站台为例，则组合方案即解决方案x可以确定；按照本发明提供方法得到所有解决方案的特征值，划分区间，按照文中所述搜寻方法即可得到最优解。

附图说明

图1是本发明的公交泊位分配优化流程图。

具体实施方式

一个公交车的延误T_delay由以下三部分组成：(1)进入公交站台的平均排队时间t_q；(2)平均乘客服务时间(乘客上下车所需时间)t_pst；(3)离开公交站台所需时间t_d，即：

T_delay＝t_q+t_pst+t_d (1)

其中平均排队时间t_q主要由乘客人数和某个公交路线的流量确定，离开公交站台所需时间t_d主要由交通流量决定，t_q与公交泊位的划分无关。因此公交泊位的优化，就是减少平均乘客服务时间(乘客上下车所需时间)t_pst，从而减小公交车延误T_delay。

本发明基于已建好的两个泊位的公交站台，且公交泊位和公交线路及公交的停靠位置确定的基础上，将道路环境信息(交通流信息)，公交泊位数，影响乘客上下车时间的因素，及泊位类型(港湾，长度为30米和非港湾，长度为7米)作为输入，通过一定的方法，得到其延误最小的解决方案，即为已知泊位和公交线路的最佳组合方案，本发明中把所有的公交线路和泊位的组合称为解决方案x，通过发明中介绍的算法找到的最佳组合方案称之为最优解x^*。

在进行算法的仿真之前，用交通流为1600辆/h，乘客流量为60人/h，公交车发车频次为80辆/h，公交泊位的类型为港湾式(长度为30米)，随机选取50个解决方案x，用搭建的微观仿真平台多次仿真，得到其平均延误和延误的方差。

对于不同的解决方案，当平均延误相差不大时，延误的方差有可能相差很大，因为方差代表稳定性，即相同解决方案多次仿真的延误有很大差别，方案本身不稳定，风险较大，所以我们在考虑一个方案是否是最优方案时，平均延误和延误的方差作为评价指标，即：

$Fe=mean\left(T_{delay}\right)+\mathrm{\ϵ}\sqrt{\mathrm{var}\left(T_{delay}\right)}---\left(2\right)$

则评价指标函数Fe由两部分构成，且要求方案的稳定性在评价指标中的权重约为10％，即：

$max\left(\frac{\mathrm{\ϵ}\sqrt{\mathrm{var}\left(T_{delay}\right)}}{F_e}\right)=max\left(\frac{\mathrm{\ϵ}\sqrt{\mathrm{var}\left(T_{delay}\right)}}{mean\left(T_{delay}\right)+\mathrm{\ϵ}\sqrt{\mathrm{var}\left(T_{delay}\right)}}\right)\≈10\%---\left(3\right)$

本发明经过大量的实验发现，在一个确定的解决方案中，公交车的平均延误大于延误方差的标准差的2倍，因此我们取ε＝0.2,以保证评价指标(2)满足稳定性权重(3)要求。

我们选取两个泊位的公交站台为例，公交线路为n条，有两个泊位的公交站台，一共有2ⁿ种组合方式即解决方案，对于一个解决方案x，计算其特征值R(x)

$R\left(x\right)=\frac{\underset{i=1}{\overset{m}{\Σ}}{q}_{bus-i}}{\underset{j=m+1}{\overset{n}{\Σ}}{q}_{bus-j}}---\left(4\right)$

其中m是分配到下游公交泊位的公交线路数，q_bus-i为解决方案x中分配到下游的第i条公交线路的公交数量；q_bus-j为解决方案x中分配到上游的第j条公交线路的公交数量。

根据以前的研究发现，上下游的公交总数不会相差较大，太大的时候方案会失衡，即R(x)的值一般在0.05到2.35之间。以0.5为半径划分区间，则区间长度为0.1，一共24个子区间，计算案例中所有解决方案的特征值R(x)。

每个子区间内都存在解，且每个子区间内解的评价指标相差不大，因此可以说明区间的合理性，且区间内的任意解均可代表该区间。

寻找最优子区间：

在每个子区间内随机选取5个解代表该区间，对每个解通过搭建的微观仿真平台算出内个区间内的平均延误，进而得到每个子区间的评价指标，则评价指标最小的子区间称为最优子区间(SOI)。

寻找最优解

1)在最优子区间(SOI)内计算5个解的评价指标，则最小的评价指标所对应的解记为最佳解决方案x^*。

2)在最优子区间(SOI)内再随机选取5个解，通过仿真平台得到其各自评价指标，最小评价指标对应的解记为x′，若x′的评价指标小于x^*的评价指标，则用x′代替x^*；

3)再次随机选取5个解，重复步骤2)，直到没有产生新的x′，则得到最佳解决方案。

以两站台公交泊位一共有12条公交线路为例；对于两个泊位的公交站台，有公交线路12条，2¹²＝4096个组合，即4096个解决方案。根据公式(4)计算所有解决方案对应的特征值R(x)；划分区间，区间长度为0.1，根据已知R(x)的合理范围可划分成24个子区间；在每个子区间内随机选取5个解，计算其评价指标；已搭建好的仿真平台，根据案例不同，平台可以设置不同参数的交通流量、泊位长度、发车频次、输入公交和线路的组合方案即解决方案，可仿真得到平均延误，根据公式(2)计算其评价指标。寻找最优子区间：在每个子区间内随机选取5个解代表该区间，对每个解通过搭建的微观仿真平台算出子区间内的平均延误，进而得到每个子区间的评价指标，则评价指标最小的子区间称为最优子区间(SOI)。寻找最优解：在最优子区间(SOI)内计算5个解的评价指标，则最小的评价指标所对应的解记为最佳解决方案x^*。在最优子区间(SOI)内再随机选取5个解，通过仿真平台得到其各自评价指标，最小评价指标对应的解记为x′，若x′的评价指标小于x^*的评价指标，则用x′代替x^*；再次随机选取5个解，重复步骤，直到不出现新的x′，则得到最佳解决方案x′。

Claims (3)

1.一种公交泊位分配优化方法，尤其涉及一种双站台的公交泊位分配优化方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)计算公交站所有路线分配方案的特征值：

$R\left(x\right)=\frac{\underset{i=1}{\overset{m}{\Σ}}{q}_{bus-i}}{\underset{j=m+1}{\overset{n}{\Σ}}{q}_{bus-j}}$

其中x是该公交站的路线分配方案，n是该公交站的公交线路总数,m是分配到下游公交泊位的公交线路数，q_bus-i为解决方案x中分配到下游的第i条公交线路的公交数量；q_bus-j为解决方案x中分配到上游的第j条公交线路的公交数量；

(2)区间划分：根据步骤(1)得到的所有路线分配方案的特征值中的最大值和最小值确定一个区间，按照步长a,将该区间均分为b个子区间；

(3)寻找最优子区间：在每个子区间内随机选取c个路线分配方案，通过仿真平台计算出每个子区间内c个路线分配方案的平均延误，进一步计算得到每个子区间的评价指标值，评价指标值最小的子区间称为最优子区间；

(4)寻找最优解：在步骤(3)中得到的最优子区间内，再分别计算这c个路线分配方案各自的评价指标值，将最小的评价指标值所对应的路线分配方案记为最佳解决方案x^*；

(5)最优解修正：在最优子区间内再重新随机选取c个路线分配方案，通过仿真平台得到其各自评价指标，最小评价指标对应的路线分配方案记为x′，若x′的评价指标值小于x^*的评价指标值，则用x′代替x^*；循环此步骤，直至没有新的x′产生；

(6)输出最后得到的x′，记录x′为最终解决方案。

2.如权利要求1所述的一种双站台的公交泊位分配优化方法，其特征在于：步骤(3)中所述平均延误计算公式为：

T_delay＝t_q+t_pst+t_d，

mean(T_delay)＝T_delay/c

其中，T_delay为公交车的延误，mean(T_delay)为平均延误，t_q为进入公交站台的平均排队时间，t_pst为平均乘客服务时间，t_d为离开公交站台所需时间。

3.如权利要求1和2所述的一种双站台的公交泊位分配优化方法，其特征在于：步骤(3)(4)中所述评价指标值的计算公式为：

$Fe=mean\left(T_{delay}\right)+\mathrm{\ϵ}\sqrt{var\left(T_{delay}\right)}$

其中，Fe为评价指标值，为公交车延误的方差。