CN110246356B - 一种确定可变线路公交配置车辆数和类型的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种确定可变线路公交配置车辆数和类型的方法，该方法包括如下步骤：首先统计固定站点客流人数、四种类型乘客各自的需求数、接受服务的需求上下车点，服务区域始末站点的直线距离，固定站点乘客上下车时间；然后根据可变线路公交四种不同类型乘客需求数计算灵活型站点数量；计算可变线路公交行驶里程的期望值、可变线路公交的单程运行时间；以乘客出行成本和企业运营成本加权和最优为目标，建立最优发车间隔的模型，采用设计的算法求解出最优发车间隔；最后根据单程运行周期和最优发车间隔求出可变线路公交的车辆数，该班次的最优车辆类型根据单程运行过程中最大客流断面确定。

Description

一种确定可变线路公交配置车辆数和类型的方法

技术领域

本发明属于交通运行和调度技术领域，尤其涉及一种确定可变线路公交配置车辆数和类型的方法。

背景技术

可变线路式公交可以描述为：车辆在一定的服务区域内沿着既定的基准线路运行，并在松弛时间内根据乘客的需要驶离基准线路，在乘客要求的地点——站外停靠点停车上车(或下车)。线路上布设有几个固定站点，车辆只有在满足固定站点发车时刻约束的条件下，车辆才可以根据实际情况进行偏离，并且需要返回基准线路上继续行驶。

目前，国内还未有可变线路式运行，所以对于可变线路式公交的研究还是仅停留在理论上的研究，在进行车辆调度研究的时候，还是局限于单车辆。经过发明人长期研究，如果要尽可能满足乘客的需求，增强此种新型公交的吸引力，多车辆的调度是重要的研究方向。多车辆调度的同时考虑公交企业运行成本的最小化，车辆数的确定至关重要，同时确定车辆的类型，避免过大的空驶里程，也能为减少公交企业运营的成本，为不同于传统公交的新公交形式的车辆数量和类型的确定提供了新理论和新方法。

发明内容

发明目的：针对以上问题，本发明提出一种可变线路公交配置车辆数和类型的确定方法，研究对象由单车辆系统转变为多车辆系统，可以以乘客成本和企业运行成本加权和最优为系统目标，确定最优的发车间隔，并确定车辆数和车辆类型。

技术方案：为实现本发明的目的，本发明所采用的技术方案是：一种可变线路公交的车辆数和类型的确定方法是按照以下步骤进行的：

(1)因为只考虑提前预约的乘客需求，对于实时乘客需求考虑作为下一班车的预约需求，所以可以根据乘客预约的信息，包括预约乘客的上下车地点，确定乘客的类型。统计灵活站点的数量N和固定站点数量n、四种类型乘客，A1：固定站点上车，固定站点下车；A2：固定站点上车，灵活站点下车；A3：灵活站点上车，固定站点下车；A4：灵活站点上车，灵活站点下车，A1，A2，A3，A4的人数分别是N_A1，N_A2，N_A3，N_A4，计算出灵活站点数量N＝N_A2+N_A3+2N_A4。灵活站点即为随机上车的位置，也即非固定站点。

(2)根据步骤(1)算出的灵活站点数量N，固定站点与前/后相邻的灵活站点之间的竖直距离的期望值y、相邻灵活站点之间的竖直距离的期望值y′，线路始末站的直线距离L，计算车辆行驶里程的期望值S。

(3)根据步骤(2)计算出来的行驶里程S和假设的运行速度v计算出车辆的行驶时间T_R，假设车辆在灵活站点停靠时间是T_S，固定站点停靠时间是T_N，计算出车辆单程运行时间T＝T_R+nT_N+NT_S。

(4)以乘客出行成本和企业运营成本加权和最优为目标，建立目标函数U，乘客的出行成本包括乘客等待时间T_w和乘车时间T_r两部分，企业运营成本取决于车辆行驶时间T_R，设置T_w、T_r、T_R各自权重为w₁，w₂，w₃，例如根据经验上述值可取2，1，2，实际工作中可以根据实际进行设置。

(5)通过相关标准及经验设定发车间隔H的上下限H_min和H_max，计算发车间隔区间内每个发车间隔H对应的系统成本U，由此确定车辆的最优发车间隔H^*。

(6)根据单程运行时间T和最优发车间隔H^*计算最优发车数m＝T/H^*。

(7)根据系统中提前预约的固定站点和灵活站点的乘客数、预约信息中乘客的上下车地点和上下车时间，确定线路中最大的客流断面，确定公交的车辆类型，即大，中，小车辆，此处的大、中、小即为车辆能容下最大客流端面人数，即所选择公交类型为能容纳确定线路中最大的客流断面对应的乘客数量的公交车。

上述步骤中一些参数的具体计算方法为：

(1)步骤(1)中四种类型乘客中，A1型乘客起终点都是在固定站点，所以不产生灵活站点，可知，A2和A3类型乘客各产生一个灵活站点，A4类型乘客产生两个灵活站点，可得灵活站点数量N＝N_A2+N_A3+2N_A4。

(2)步骤(2)从说明书附图1中可得，车辆的行驶里程期望值S＝L+2*y+(N-1)*y′

(3)步骤(3)车辆单程运行时间T＝车辆行驶时间T_R+站点的停靠时间t_停，车辆的行驶时间T_R＝S/v，站点的停靠时间t_停＝n*T_N+N*T_S，所以T＝S/v+n*T_N+N*T_S。

(4)步骤(5)中乘客等待时间T_w＝H/2，车辆服务的总乘客需求Q＝N_A1+N_A2+N_A3+N_A4，该多车辆系统运营车辆数V，为了不增加企业运营成本，系统运营车辆数不得超过企业现有的车辆配置数量V_max，即V在[1，V_max]，

乘客乘车时间T_r，可根据乘客的上车地点和下车地点计算乘客乘车距离，再根据车速计算出乘客乘车时间T_r，然后计算所有乘客乘车时间的均值作为最终的T_r。

(5)步骤(6)中最优发车数m＝T/H^*。

有益效果：与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下有益技术效果：

(1)本发明确定系统最优车辆数的模型比起单车辆系统不在仅从乘客的角度出发，而是综合考虑乘客和企业的整体利益，使得系统所包含的所有车辆的运营成本及乘客出行成本加权和最小化。

(2)本方法能够根据出行的预约需求，包括预约需求中上下车的信息，运行不同类型的车辆，即混合车辆系统，相比于现有系统单一类型的车辆类型，可以减少车辆空驶里程，缩减企业的运行成本。

附图说明

图1为可变线路公交路径图；

图2为y和y’在图中所代表的含义；

图3为确定可变线路式公交的车辆数和类型的方法流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的技术方案作进一步的说明。

本发明提出一种可变线路公交配置车辆数和类型的确定方法是按照以下步骤进行的：

(1)因为只考虑提前预约的乘客需求，对于实时乘客需求考虑作为下一班车的预约需求，所以可以根据乘客预约的信息，包括预约乘客的上下车地点，确定乘客的类型。统计灵活站点的数量N和固定站点数量n、四种类型乘客，A1：固定站点上车，固定站点下车；A2：固定站点上车，灵活站点下车；A3：灵活站点上车，固定站点下车；A4：灵活站点上车，灵活站点下车，A1，A2，A3，A4的人数分别是N_A1，N_A2，N_A3，N_A4，计算出灵活站点数量N＝N_A2+N_A3+2N_A4。灵活站点即为随机上车的位置，也即非固定站点。

(2)根据步骤(1)算出的灵活站点数量N，固定站点与前/后相邻的需求相应站点之间的竖直距离的期望值y、相邻需求站点之间的竖直距离的期望值y′，线路始末站的直线距离L，计算车辆行驶里程的期望值S。

(3)根据步骤(2)计算出来的行驶里程S和假设的运行速度v计算出车辆的行驶时间T_R，假设车辆在灵活站点停靠时间是T_S，固定站点停靠时间是T_N，计算出车辆单程运行时间T＝T_R+nT_N+NT_S。

(4)以乘客出行成本和企业运营成本加权和最优为目标，建立目标函数U，乘客的出行成本包括乘客等待时间T_w和乘车时间T_r两部分，企业运营成本取决于车辆行驶时间T_R，设置T_w、T_r、T_R各自权重为w₁w₂w₃，例如根据经验上述值可取2，1，2，实际工作中可以根据实际进行设置。

(5)通过相关标准及经验确定发车间隔H的上下限H_min＝2min和H_max＝10min，计算发车间隔区间内每个发车间隔H对应的系统成本U，由此确定车辆的最优发车间隔H^*。

(6)根据单程运行时间T和最优发车间隔H^*计算最优发车数m＝T/H^*。

(7)根据系统中提前预约的固定站点和灵活站点的乘客数、预约信息中乘客的上下车地点和上下车时间，确定线路中最大的客流断面，确定公交的车辆类型，即大，中，小车辆，此处的大、中、小即为车辆能容下最大客流端面人数。

上述步骤中一些参数的具体计算方法为：

(1)步骤(1)中四种类型乘客中，A1型乘客起终点都是在固定站点，所以不产生灵活站点，可知，A2和A3类型乘客各产生一个灵活站点，A4类型乘客产生两个灵活站点，可得灵活站点数量N＝N_A2+N_A3+2N_A4。

(2)步骤(2)从说明书附图1中可得，车辆的行驶里程期望值S＝L+2*y+(N-1)*y′

(3)步骤(3)车辆单程运行时间T＝车辆行驶时间T_R+站点的停靠时间t_停，车辆的行驶时间T_R＝S/v，站点的停靠时间t_停＝n*T_N+N*T_S，所以T＝S/v+n*T_N+N*T_S。

(4)步骤(5)中乘客等待时间T_w＝H/2，车辆服务的总乘客需求Q＝N_A1+N_A2+N_A3+N_A4，该多车辆系统运营车辆数V，为了不增加企业运营成本，系统运营车辆数不得超过企业现有的车辆配置数量V_max，即V在[1，V_max]，

乘客乘车时间T_r，可根据乘客的上车地点和下车地点计算乘客乘车距离，再根据车速计算出乘客乘车时间T_r，然后计算所有乘客乘车时间的均值作为最终的T_r。

(5)步骤(6)中最优发车数m＝T/H^*。

实施例1：由于可变线路式公交在国内还未有线路运行，所以在国内该方面的研究还仅限于理论研究。针对可变线路式公交的运行，应提前做一些运行环境的假设：

a假设预约的需求在本班次车辆均能满足，即拒绝率为0。

b公交车辆的运行速度采用平均速度v。

c乘客等待时间T_w由于多车辆系统涉及到车辆的发车间隔，所以重新定义等待时间为发车间隔H的一半。

d车辆横向最大允许逆行距离为0km。

e忽略路网对车辆行驶路线的影响，服务区域如附图1所示，为一个确定的长为L，宽度为W的矩形。服务区域的路网足够发达，布局足够合理，公交车按照附图一中运行方式，沿水平或垂直方向运行。

实施例2：对于本方法中一些参数进行详细说明：

a固定站点与其前/后相邻的需求相应站点之间的竖直距离的期望值y＝W/4，相邻需求站点之间的竖直距离的期望值y′＝W/3，W为图1车辆矩形服务区域的宽。

b假设可变线路公交服务一个乘客所需要的停留时间均为18s，在控制站的停留时间为2min。即T_S＝18s，T_N＝2min。

Claims (8)

1.一种确定可变线路公交配置车辆数和类型的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

(1)根据服务区域的预约需求对预设可变线路的固定站点和灵活站点进行统计，并统计不同站点类型上车乘客的数量和上下车地点；

(2)根据灵活站点数量和线路始末站的直线距离，计算车辆运行的行驶里程的期望值；

(3)根据公交车辆行驶时间、固定站点和灵活站点停靠时间，确定该条线路车辆的单程运行时间；

(4)以乘客出行和企业运营成本加权和最优为目标，建立目标函数，确定最优发车间隔；

(5)根据单程运行时间和最优发车间隔计算最优发车数；

(6)根据固定站点乘客数和提前预约的灵活站点的乘客数，以及预约信息中乘客的上下车地点，确定线路中最大的客流断面，以此确定公交车辆的容量类型。

2.根据权利要求1所述的一种确定可变线路公交配置车辆数和类型的方法，其特征在于，步骤(1)的方法具体如下：根据乘客预约的信息统计包括预约乘客的上下车地点，确定乘客的类型，并统计灵活站点的数量N和固定站点数量n；所述乘客的类型如下：A1：固定站点上车，固定站点下车；A2：固定站点上车，灵活站点下车；A3：灵活站点上车，固定站点下车；A4：灵活站点上车，灵活站点下车，设A1，A2，A3，A4的人数分别是N_A1，N_A2，N_A3，N_A4，计算出灵活站点数量N＝N_A2+N_A3+2N_A4，所述灵活站点即为乘客随机上车的位置，也即非固定站点。

3.根据权利要求2所述的一种确定可变线路公交配置车辆数和类型的方法，其特征在于，步骤(2)中，计算车辆运行的行驶里程的期望值的方法如下：根据步骤(1)算出的灵活站点数量N，固定站点与前/后相邻的灵活站点之间的竖直距离的期望值y、相邻灵活站点之间的竖直距离的期望值y′，线路始末站的直线距离L，计算车辆行驶里程的期望值S。

4.根据权利要求3所述的一种确定可变线路公交配置车辆数和类型的方法，其特征在于，计算车辆行驶里程的期望值S的方法如下：S＝L+2*y+(N-1)*y′。

5.根据权利要求4所述的一种确定可变线路公交配置车辆数和类型的方法，其特征在于，步骤(3)中，确定该条线路车辆的单程运行时间的方法如下：根据步骤(2)计算出来的车辆行驶里程的期望值S和假设公交车的运行速度v计算出车辆的行驶时间T_R，假设车辆在灵活站点停靠时间是T_s，固定站点停靠时间是T_N，则计算出车辆单程运行时间为：T＝T_R+nT_N+NT_S。

6.根据权利要求5所述的一种确定可变线路公交配置车辆数和类型的方法，其特征在于，步骤(4)中，建立目标函数，确定最优发车间隔的方法如下：

(4.1)以乘客出行成本和企业运营成本加权和最优为目标，建立目标函数

乘客的出行成本包括乘客等待时间T_w和乘车时间T_r两部分，企业运营成本取决于车辆行驶时间T_R，设置T_w、T_r、T_R各自权重为w₁、 w₂、 w₃，车辆服务的总乘客需求Q＝N_A1+N_A2+N_A3+N_A4；

(4.2)设乘客等待时间T_w＝H/2，线路中运营车辆数为V，而且运营车辆数不得超过企业现有的车辆配置数量V_max，即V的取值范围为[1，V_max]的整数，乘客乘车时间T_r可根据乘客的上车地点和下车地点计算乘客乘车距离，再根据车速计算出乘客乘车时间T_r，然后计算所有乘客乘车时间的均值作为最终的T_r，设置发车间隔H的上下限为H_min和H_max；

(4.3)计算发车间隔区间内每个发车间隔H对应的系统成本U，找出U最小值对应的H，由此即可确定车辆的最优发车间隔H^*。

7.根据权利要求6所述的一种确定可变线路公交配置车辆数和类型的方法，其特征在于，步骤(5)根据单程运行时间和最优发车间隔计算最优发车数，方法如下：根据单程运行时间T和最优发车间隔H^*计算最优发车数m＝T/H^*。

8.根据权利要求1或2或4或6或7所述的一种确定可变线路公交配置车辆数和类型的方法，其特征在于，步骤(6)中确定公交车辆类型的方法如下：选择公交类型为能容纳确定线路中最大的客流断面对应的乘客数量的公交车。

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