CN113947909B - 一种鲁棒性强的公交发车时刻确定方法 - Google Patents

一种鲁棒性强的公交发车时刻确定方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种鲁棒性强的公交发车时刻确定方法，包括以下步骤：S1、确定公交发车时刻的编制时段；S2、获取时段内的公交线路相关运营数据；S3、计算时段内公交乘客到达率函数；S4、求解时段内各班次的发车时刻；S5、输出发车时刻表。本发明提出的发车时刻确定方法在客流需求波动时，能够在发车间隔均匀性与载客量均衡性这两个指标的综合性能上表现出最强的鲁棒性，有益于提升公交服务的可靠性与舒适性，提高公交服务的吸引力。

Description

一种鲁棒性强的公交发车时刻确定方法
技术领域
本发明涉及城市公共交通系统领域，具体涉及一种鲁棒性强的公交发车时刻确定方法。
背景技术
近年来，我国城市化进程显著加快，机动车保有量连年上涨，城市交通需求供给矛盾愈加突出，交通拥堵成为亟待解决的问题。公共汽电车交通(简称“公交”)作为一种载客量大、价格实惠的城市交通出行方式，在缓解城市交通拥堵过程中发挥着重要作用。
然而，自2014年底以来公交客运量一直呈现逐年下降的趋势，提升公交服务的吸引力是当前的一项重要工作。在公交运营中，发车频率影响公交企业的运营成本，发车间隔的设置影响着发车间隔的均匀性与班次载客量的均衡性，这与公交服务的可靠性和舒适性密切相关。
经对现有技术的文献检索发现(Ceder,A.,2007.Public transit planning andoperation:Theory,modeling and practice.Elsevier,Butterworth-Heinemann,Oxford,UK.)，常用的公交发车时刻确定方法，主要有以下两种：一种为均匀间隔发车时刻确定方法；该方法的特点是编制时段内的公交班次发车间隔相等，其优点是公交服务的可靠性好，乘客的最长候车时间最小，缺点是客流需求波动较大时，班次载客量极度不均衡，客流需求高的班次载客量大，车内过度拥挤，公交服务的舒适性较差。第二种为均衡载客发车时刻确定方法；该方法的特点是编制时段内的公交班次载客量均衡，优点是公交服务的舒适性高，各个班次的满载率大致相当，缺点是客流需求波动较大时，发车间隔极度不均匀，客流需求低的班次发车间隔过大，公交服务的可靠性较差。
由于客流需求的波动在公交运营中是不可避免的，这使得以上两种发车时刻确定方法在公交服务的可靠性和舒适性方面是相悖的，公交服务可靠性提高的同时会牺牲其服务舒适性，反之亦然。然而，公交服务的可靠性和舒适性共同影响着公交服务的吸引力。因此，为了从计划层面提升公交服务质量与吸引力，寻求一种在既定发车频率下，能够在发车间隔均匀性与载客量均衡性方面综合性能最佳的发车时刻确定方法就格外重要。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，提供一种鲁棒性强的公交发车时刻确定方法，其能够在不改变现有发车频率的前提下使发车间隔均匀性与载客量均衡性这两者的综合性能最佳，从计划层面提升公交服务的质量与吸引力，改善公交乘客出行体验。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种鲁棒性强的公交发车时刻确定方法，包括以下步骤：
S1、确定公交发车时刻的编制时段；
S2、获取时段内的公交线路相关运营数据；
S3、计算时段内公交乘客到达率函数；
S4、求解时段内各班次的发车时刻；
S5、输出发车时刻表。
按上述方案，所述步骤S1中，公交发车时刻的编制时段由第一班车的发车时刻FT与最后一班车的发车时刻LT确定。
按上述方案，所述公交发车时刻确定方法编制一个完整运营日所有班次的发车时刻，或者编制完整运营日中某一区间时段内所有班次的发车时刻。
按上述方案，所述步骤S2中，所述获取的时段内的公交线路相关运营数据分别包括：该时段内的计划发车班次数K、前一日同时段内各班次的发车时刻τy(k)与上车乘客人数By(k)。
按上述方案，所述步骤S3中，所述公交乘客到达率函数是一个分段线性函数，相邻的两个发车时刻之间的乘客到达率为一个定值。
按上述方案，所述步骤S3中，所述公交乘客到达率函数ρ(τ)是由前一日各班次的发车时刻τy(k)与上车乘客人数By(k)按照如下计算公式得出：
ρ(τ)＝By(k)/[τy(k)-τy(k-1)],FT≤τ≤LT。
按上述方案，所述步骤S4中，所述发车时刻需要满足以下条件：
1)第一班车发车时刻为时段起始时刻，即τ(1)＝FT；
2)最后一班车发车时刻为时段终止时刻，即τ(K)＝LT；
3)所有班次的发车时刻需要满足下列条件表达式：
Figure BDA0003347047650000041
按上述方案，所述步骤S4中，所述发车时刻按照如下步骤去求解：
S401、初始所有班次发车间隔h(k)都相等，即：h(k)＝(LT-FT)/(K-1),初始各个班次的发车时刻为：τ(k)＝τ(1)+(k-1)h(k),1≤k≤K；
S402、按照如下公式计算各班次的特征值c(k)：
Figure BDA0003347047650000042
S403、计算c(k)的均值c；
S404、对于除第一班车以及最后一班车外的其余班次，按照如下公式从k＝2开始依次生成新的发车时刻τ(k)；
Figure BDA0003347047650000043
S405对于最后一班次K，按照如下公式计算特征值c(K)，如果|c(K)-c|＜ε(ε＝0.001)，计算终止，否则转入步骤S403：
Figure BDA0003347047650000044
按上述方案，所述步骤S5中，所述输出发车时刻表是对步骤S4中计算得到发车时刻进行保留与取整，所述输出发车时刻表进行保留与取整的规则为对于发车时刻中所含秒数小于30秒的时刻保留到分钟，大于30秒的发车时刻分钟加1。
实施本发明的一种鲁棒性强的公交发车时刻确定方法，具有以下有益效果：
本发明同时考虑了运营者和出行者的利益需求：一是运营者，在确定的发车频率下重新对公交发车时刻进行编制，不会增加公交运营者既有的运营成本；二是出行者，通过数值仿真模拟均匀间隔发车时刻确定方法、均衡载客发车时刻确定方法与本发明所提出的公交发车时刻确定方法，以发车间隔均匀性、载客量均衡性为评价指标，结果证明当公交的乘客到达率波动时，本发明所提出的公交发车时刻确定方法在发车间隔均匀性与载客量均衡性的综合性能上鲁棒性最强，能够提高公交服务的可靠性与舒适性，有利于公交服务水平的改善，提升公交服务的吸引力。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1为本发明一种鲁棒性强的公交发车时刻确定方法的流程图；
图2为上海市210路7：00～21：00时间范围内的乘客到达率函数；
图3为鲁棒性评价指标与其对应的公交服务评价关系；
图4为发车间隔标准偏差；
图5载客量标准偏差；图6为本发明优化得出的公交发车时刻表；
图7为本发明最终输出的具有可操作的发车时刻表。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。
如图1-6所示，本发明的鲁棒性强的公交发车时刻确定方法施例中，公交发车时刻确定方法既可以编制一个完整运营日所有班次的发车时刻，也可以编制完整运营日中某一区间时段内所有班次的发车时刻。
包括以下步骤：
S1、确定公交发车时刻的编制时段：公交发车时刻的编制时段由第一班车的发车时刻FT与最后一班车的发车时刻LT确定；既可以是完整运营日，也可以是运营日中的区间时段，比如高峰时段、平峰时段。
S2、获取时段内的公交线路相关运营数据：获取的时段内的公交线路相关运营数据包括：该时段内的计划发车班次数K、前一日同时段内各班次的发车时刻τy(k)与上车乘客人数By(k)。
S3、计算时段内公交乘客到达率函数：公交乘客到达率函数是一个分段线性函数，相邻两个发车时刻之间的乘客到达率为一个定值；公交乘客到达率函数ρ(τ)是由前一日各班次的发车时刻τy(k)与上车乘客人数By(k)按照如下计算公式得出：
ρ(τ)＝By(k)/[τy(k)-τy(k-1)],FT≤τ≤LT。
S4、求解时段内各班次的公交发车时刻；公交发车时刻需要满足以下条件：
1)第一班车发车时刻为时段起始时刻，即τ(1)＝FT；
2)最后一班车发车时刻为时段终止时刻，即τ(K)＝LT；
3)所有班次的发车时刻需要满足下列条件表达式：
Figure BDA0003347047650000071
发车时刻按照如下步骤去求解：
S401、初始所有班次发车间隔h(k)都相等，即：h(k)＝(LT-FT)/(K-1),初始各个班次的发车时刻为：τ(k)＝τ(1)+(k-1)h(k),1≤k≤K；
S402、按照如下公式计算各班次的特征值c(k)：
Figure BDA0003347047650000072
S403、计算c(k)的均值c；
S404、对于除第一班车以及最后一班车外的其余班次，按照如下公式从k＝2开始依次生成新的发车时刻τ(k)；
Figure BDA0003347047650000073
S405、对于最后一班次K，按照如下公式计算特征值c(K)，如果|c(K)-c|＜ε(ε＝0.001)，计算终止，否则转入步骤403；
Figure BDA0003347047650000074
S5、输出发车时刻表：输出的发车时刻表是对步骤S4中计算得到发车时刻进行保留与取整，使其具有实际可操作性，其规则为对于发车时刻中所含秒数小于30秒的时刻保留到分钟，大于30秒的发车时刻分钟加1。
本发明的优选实施例中，基于上海市210路历史数据，提取公交运营线路的客流需求，以及各个班次发车时刻。在确定的发车频率下，根据本发明所提出的一种鲁棒性强的公交发车时刻确定方法重新确定各班次车辆的发车间隔，并进一步确定公交车的发车时刻表。
一种鲁棒性强的公交发车时刻确定方法，具体实施步骤如下：
S1、图2中上海市210路在运营时间内的乘客到达率呈现明显的早晚高峰趋势，并且不同时段内的乘客到达率之间差异较大。因此，在本发明的案例实施中将7:00～21:00这一运营时间范围按照小时划分为14个小的时段，分别为7:00～8:00、8:00～9:00、…、20:00～21:00。并且根据各时段内首末班车的计划发车时刻进一步确定优化时段，其中，发车频率由前一日各优化时段范围内的发车班次数K来确定。
S2、计算乘客到达率函数ρ(τ)，所得结果如图2所示。ρ(τ)是通过前一日各个班次的发车时刻τy(k)与上车乘客人数By(k)按照如下计算公式得出：
ρ(τ)＝By(k)/[τy(k)-τy(k-1)]，FT≤τ≤LT
S3、按照本发明提出的鲁棒性强的公交发车时刻确定方法求解发车时刻：
①假设，初始所有班次发车间隔h(k)都相等，即：h(k)＝(LT-FT)/(K-1),初始各个班次的发车时刻为：τ(k)＝τ(1)+(k-1)h(k),1≤k≤K；
②计算特征值
Figure BDA0003347047650000081
③计算各优化时段内c(k)的均值c；
④对于优化时段内除第一班车以及最后一班车外的其余班次，按照如下公式从k＝2开始依次计算生成新的发车时刻τ(k)：
Figure BDA0003347047650000091
⑤按如下表达式计算优化时段内最后一班次K的c(K)值：
Figure BDA0003347047650000092
如果|c(K)-c|＜ε(ε＝0.001)，计算终止，否则，转入步骤③。
⑥对计算得到的发车时刻进行保留与取整，使其具有实际可操作性，其规则为对于发车时刻中所含秒数小于30秒的时刻保留到分钟，大于30秒的发车时刻分钟加1。
S4、鲁棒性评价：以发车间隔均匀性、载客量均衡性作为评价指标(见图3)，以同时段内的各指标标准差大小来表示各指标的波动程度，并采用各指标波动程度来表征鲁棒性，结果如图4(各标准差越小、变化越平缓，代表波动越小、鲁棒性越好)。结果显示，当乘客到达率波动时，均匀间隔方案的班次载客均衡性极差，均衡载客方案的班次间隔均匀性极差；而本发明提出的发车间隔方案在发车间隔均匀性与载客量均衡性两个指标上均处于上述两种发车间隔方案之间，具有较好的鲁棒性。
上述实施方式仅为本发明的优选实施方式，仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求的保护范围。

Claims (2)

1.一种鲁棒性强的公交发车时刻确定方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、确定公交发车时刻的编制时段；
S2、获取时段内的公交线路相关运营数据；
S3、计算时段内公交乘客到达率函数；
S4、求解时段内各班次的发车时刻；
S5、输出发车时刻表；
所述步骤S1中，公交发车时刻的编制时段由第一班车的发车时刻FT与最后一班车的发车时刻LT确定；
所述公交发车时刻确定方法编制一个完整运营日所有班次的发车时刻，或者编制完整运营日中某一区间时段内所有班次的发车时刻；
所述步骤S2中，所述时段内的公交线路相关运营数据包括：该时段内的计划发车班次数K、前一日同时段内各班次的发车时刻τ(k)与上车乘客人数By(k)；
所述步骤S3中，所述公交乘客到达率函数是一个分段线性函数，相邻的两个发车时刻之间的乘客到达率为一个定值；
所述步骤S3中，所述公交乘客到达率函数ρ(τ)是由前一日各班次的发车时刻τy(k)与上车乘客人数By(k)按照如下计算公式得出：
ρ(τ)＝By(k)/[τy(k)-τy(k-1)],FT≤τ≤LT；
所述步骤S4中，所述发车时刻需要满足以下条件：
1)第一班车发车时刻为时段起始时刻，即τ(1)＝FT；
2)最后一班车发车时刻为时段终止时刻，即τ(K)＝LT；
3)所有班次的发车时刻需要满足下列条件表达式：
Figure FDA0004124260310000021
所述步骤S4中，所述发车时刻按照如下步骤去求解：
S401、初始所有班次发车间隔h(k)都相等，即：h(k)＝(LT-FT)/(K-1),初始各个班次的发车时刻为：τ(k)＝τ(1)+(k-1)h(k),1≤k≤K；
S402、按照如下公式计算各班次的特征值c(k)：
Figure FDA0004124260310000022
S403、计算c(k)的均值c；
S404、对于除第一班车以及最后一班车外的其余班次，按照如下公式从k＝2开始依次生成新的发车时刻τ(k)；
Figure FDA0004124260310000023
S405对于最后一班次K，按照如下公式计算特征值c(K)，如果|c(K)-c|＜ε，ε＝0.001，计算终止，否则转入步骤S403：
Figure FDA0004124260310000024
2.根据权利要求1所述的一种鲁棒性强的公交发车时刻确定方法，其特征在于，所述步骤S5中，所述输出发车时刻表是对步骤S4中计算得到发车时刻进行保留与取整，所述输出发车时刻表进行保留与取整的规则为对于发车时刻中所含秒数小于30秒的时刻保留到分钟，大于30秒的发车时刻分钟加1。
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