CN115115095B - 一种集成模块化有轨电车与模块化公交车的区域公交系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种集成模块化有轨电车与模块化公交车的区域公交系统，包括：自动驾驶的、电能驱动的模块化公交车辆和模块化有轨电车；在城市区域内设置的环形有轨电车轨道；轨道除去铁轨外其他区域可供模块化公交车辆通行。模块化公交车辆灵活地在区域内接驳乘客，然后在模块化有轨电车站点并入主线与模块化有轨电车编组形成车队。车队形成后相邻模块化车辆之间可换乘通道，诱导乘客自由行动切换至其目标车厢。车队到达下一站点后，载有出行终点为该站点附近的乘客的模块化公交车辆从车队解编，离开主线并送达车上乘客，同时接驳完乘客的模块化公交车辆编组进入车队。本发明能够实现乘客门到门的出行，优化模块化公交车辆的充电行为。

Description

一种集成模块化有轨电车与模块化公交车的区域公交系统

技术领域

本发明属于城市公交服务领域，涉及基于模块化公交与模块化有轨电车的区域化公交系统。

背景技术

随着自动驾驶技术的不断成熟，全自动驾驶的模块化公交有望替代常规城市公交。模块化公交由若干个模块组成，采用电能驱动。模块化公交可以进行编组，编组后的相邻两个模块化公交能够形成供乘客切换模块化公交车辆的通道，乘客可在模块化公交编组的运行过程中进行换乘。因此模块化公交车具有灵活高效、低碳环保等特点。但模块化公交在应用中存在一些需要解决的问题：

1、多个模块化公交车辆可以通过编组形成一列具有一定规模的模块化公交车队，随后也能够解编成多个模块化接送不同区域的公交乘客，灵活度高。但是模块化公交的调度、路径规划问题尚待解决。

2、模块化公交车辆采用电能驱动，因此车辆的充电问题需要得到解决，同时车辆在充电时需要闲置导致运力浪费。在模块化公交运行中，既要保证车辆的正常行驶，又要保障乘客需求得到完全满足。

因此，提出一种集成模块化有轨电车与模块化公交的城市地面区域化公交系统，克服模块化公交在应用中的技术瓶颈，适应未来交通发展趋势。

发明内容

本发明的目的是针对未来城市公交系统的发展趋势，提供一种集成模块化有轨电车与模块化公交的区域公交系统。

为便于理解，对本发明中的模块化公交车辆、模块化有轨电车、编组以及解编等术语的解释如下：

模块化公交车辆：自动驾驶、电能驱动、在城市道路上行驶的公交车辆，除了车辆侧边的车门外，首尾均有可切换开关状态的换乘通道门3，同时配置大容量的蓄电池。

模块化有轨电车：自动驾驶、电能驱动、在轨道上行驶的有轨电车，除了车辆侧边可供乘客上下车的车门5外，尾部有可切换开关状态的换乘通道门，车辆上方通过受电弓获取电能，同时配置大容量的蓄电池以便车辆在转弯时使用。模块化公交车辆与模块化有轨电车统称为模块化车辆。

编组：模块化公交与模块化公交、模块化公交与模块化有轨电车首尾相连形成车队的过程。编组后，打开相邻两个模块化车辆之间的换乘通道门以形成可供乘客换乘的换乘通道。换乘通道形成后，乘客可在车队运行过程中实现不下车换乘。

解编：首尾相连的模块化车辆关闭换乘通道门闭合通道，然后解除编组成为单个模块化车辆的过程。

本发明的技术方案是：

一种集成模块化有轨电车与模块化公交车的区域公交系统，所述模块化有轨电车的尾部具备换乘通道门，模块化公交车的头部与尾部均具有换乘通道门，且模块化有轨电车的换乘通道门与模块化公交车的换乘通道门、以及模块化公交车之间的换乘通道门是匹配的；模块化车辆编组后，换乘通道门能够打开形成可供乘客换乘的换乘通道。模块化公交车与模块化有轨电车编组后，模块化有轨电车能够为模块化公交车充电；所述运行方法为：

令模块化有轨电车在有轨电车轨道上运行，且具有电源通过受电弓为模块化有轨电车供电；

模块化公交车辆以模块化有轨电车站点为中心，在附近灵活运行并进行乘客搭载，然后行驶至模块化有轨电车站点，与模块化有轨电车进行编组，具体为连接在有轨电车后面或者连接在已编组的车队后面；编组后的车队由模块化有轨电车作为动力在有轨电车轨道上运行，并且打开车队中的换乘通道门形成换乘通道，使整个车队的内部连通；车队运行过程中，诱导乘客通过换乘通道选择对应的车厢实现换乘；在车队到达某一站点时，将车队中载有公交出行终点为该站点附近的乘客的模块化公交车辆解编；解编后的模块化公交车辆以该站点为中心，在附近灵活运行并进行乘客卸载；在车队中的模块化公交车辆的动力来源为模块化有轨电车，并同时通过模块化有轨电车为自身的蓄电池充电；解编后的模块化公交车辆通过蓄电池供电运行。

车队编队与解编方案参数获取方式为：以乘客出行总时间最小为目标建立解模型如下：

其中m为模块化公交车的编号，i和j分别为两个不同的站点，表示模块化公交车m是否在站点i进行编组，并在站点j进行解编，如果是则/>否则/>数对(i,1)表示在站点i附近最邻近的站点，数对(j,-1)表示距离站点j最远的站点，/>表示模块化公交车m到达站点j的时间，/>表示模块化公交车m到达站点(j,-1)的时间，/>表示模块化公交车m到达站点i的时间，/>表示模块化公交车m到达站点(i,1)的时间，表示模块化公交车m从接载乘客，到编组，再到解编，最后送达乘客所花的平均时间，δ_i,j为从站点i附近前往站点j附近的公交乘客数量；

模型约束条件为：

其中T_i为模块化有轨电车到达站点i的时间，T_j为模块化有轨电车到达站点j的时间，为模块化有轨电车为模块化公交车提供的平均充电功率，/>为模块化公交车m解编时最少应当具备的电量，C_m为模块化公交车m的电池容量，/>为模块化公交车m解编后送达所有乘客需行驶的距离，/>为模块化公交车m送达所有乘客后、下一次承接乘客之前需行进的调度距离，/>为模块化公交车m调度完成后承接乘客需行驶的距离，/>为模块化公交车m的单位里程耗电率，N⁾表示正整数集；

目标模型为混合整数线性规划模型，采用分支定界法进行求解，通过求解模型确定模块化公交车与模块化有轨电车编组站点以及解编站点，模块化公交车到达各个站点的时间以及有轨电车到达各站点的时间，依照模型求解结果可得模块化公交车与模块化有轨电车发车与运行时刻表。

本发明的有益效果为：能够实现乘客公交出行门到门的了灵活运输，同时满足区域内所有乘客的公交出行需求；能够解决模块化公交的充电问题，能够在运行过程中实现充电，减少了由于充电需求导致的模块化公交车辆的闲置时间。

附图说明

图1表示本发明所涉及的模块化公交车辆和模块化有轨电车。

图2表示本发明所涉及的模块化车辆编组。

图3表示本发明的实施例。

具体实施方式

下面将结合附图实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，以便本领域的技术人员能够更好地理解本发明。

本发明的区域公交运行方法具有如下特点：

一、能够灵活调度的模块化公交车辆，单个模块化公交车辆在一定范围内运行，灵活接送该区域内的公交乘客，同时该区域内设置有模块化有轨电车站点。

二、单个模块化公交车辆在其所服务的区域内接完乘客后并入主线，与模块化有轨电车完成编组，在具有独立路权的通道上行驶。通过有轨电车受电弓获取电能为模块化公交车辆的蓄电池进行充电。

三、模块化公交车辆在编组时，相邻两个模块化公交车辆会在头尾相接处开启一个可供乘客切换车厢的换乘通道，诱导乘客通过所形成的换乘通道选择目标模块化公交车辆。

四、模块化公交编组到达目标区域的模块化有轨电车站点后进行解编，载有终点为当前区域的乘客的模块化公交车辆解编后进入当前区域灵活送达所载有乘客。

本发明能够完全满足乘客的门到门运输需求；同时模块化公交车辆得到充电问题得到解决，减少了模块化公交的充电闲置时间。本发明所公布的区域公交系统具有很强的灵活性与实用性。

本发明的公交运行方法由一个环形有轨电车轨道8与若干模块化车辆组成，所述模块化车辆组成必须包含模块化公交车辆和模块化有轨电车。本发明所示有轨电车轨道8除了铁轨外为硬化道路，形成供模块化公交车辆通行的通道。

运行方法如下：

模块化有轨电车作为车队头车在环形有轨电车轨道8按照环形运行9，运行方向包含顺时针运行方向以及逆时针运行方向，两个方向是相互独立的两个子系统。

本发明所述模块化公交车辆10在其起点区域11内逐个接载乘客12，完成后与模块化有轨电车编组形成车队13。车队在环形有轨电车轨道8上行驶前进。

本发明所述车队在运行过程中开启相邻两个模块化车辆之间的电动控制车门形成通道，乘客根据自身需求选择到达其所需到达的车厢。

本发明所述车队在到达下一区域时，载有出行终点为本区域的模块化公交车辆15与车队解编，进入该区域送达车上乘客。同时载有出行起点为本区域内的乘客的模块化公交车辆16与车队编组形成新的车队。

本发明所述区域公交运行方法的求解模型，即计算各模块化车辆编组解编计划表、模块化有轨电车运行时刻表的模型如下：

模型的目标函数为乘客出行总时间最小：

其中m为所述模块化公交车辆的编号，i和j分别为两个不同的模块化有轨电车站点。表示模块化公交车辆m是否在模块化有轨电车站点i进行编组，并在模块化有轨电车站点j进行解编，如果是则/>否则/>数对(i,1)表示在模块化有轨电车站点i附近最邻近的模块化公交车辆站点，数对(j,-1)表示距离模块化有轨电车站点j最远的模块化公交车辆站点。/>表示模块化公交车辆m到达模块化有轨电车站点j的时间，/>表示模块化公交车辆m到达模块化公交车辆站点(j,-1)的时间，/>表示模块化公交车辆m到达模块化有轨电车站点i的时间，/>表示模块化公交车辆m到达模块化公交车辆站点(i,1)的时间，/>表征的是模块化公交车辆m从接载乘客，到编组，再到解编，最后送达乘客所花的平均时间。δ_i,j为从模块化有轨电车站点i附近前往模块化有轨电车站点j附近的公交乘客数量。

模型约束条件为：

或1

δ_i,j∈N⁾

其中T_i为模块化有轨电车到达模块化有轨电车站点i的时间，T_j为模块化有轨电车到达模块化有轨电车站点j的时间，为模块化有轨电车为模块化公交车辆提供的平均充电功率，/>为模块化公交车辆m解编时最少应当具备的电量，C_m为模块化公交车辆m的电池容量，/>为模块化公交车辆m解编后送达所有乘客需行驶的距离，/>为模块化公交车辆m送达所有乘客后、下一次承接乘客之前需行进的调度距离，/>为模块化公交车辆m调度完成后承接乘客需行驶的距离，/>为模块化公交车辆m的单位里程耗电率，N⁾表示正整数集。

模型性质及求解：

本发明所涉模型为混合整数线性规划模型，可用分支定界法进行求解。通过求解模型可以确定模块化公交车辆与模块化有轨电车编组站点以及解编站点，模块化公交车辆到达个站点的时间以及有轨电车到达各站点的时间。依照模型求解结果编排本发明所涉模块化公交车辆与模块化有轨电车发车与运行时刻表，能够保证系统乘客出行需求均得到满足且出行总时间最短、模块化公交车辆充电需求在运行中得到解决。

实施例

如图3所示，本例设有模块化有轨电车环形轨道的区域，电车轨道除去轨道外为硬化路面以便模块化公交车辆通行。

1、当模块化有轨电车到达小区域11之前，该区域内的模块化公交车辆10启动并接驳12区域内乘客；

2、模块化有轨电车到达小区域11时，模块化公交车辆10并入有轨电车主线，并与模块化有轨电车编组形成车队；

3、车队里每每相邻的两个模块化车辆均打开相应的换乘通道门形成通道，此时告知乘客在下一站点即将解编的模块化车辆，乘客通过所形成的通道选择需要进入的模块化车辆；

4、车队在环形轨道上以具有独立路权的方式前进(14)；

5、车队到达下一有轨电车站点后，载有出行终点在该站点附近的乘客的模块化公交车辆解编进入该站点附近区域，灵活送达车上乘客到达指定地点，然后提前接驳有本站点附近乘客的模块化公交车辆编组加入编队；

6、循环以上步骤。

由于模型的约束与优化，本发明所涉及的区域公交运行方法能够充分满足区域内公交乘客门到门的出行需求，同时模块化公交车辆的供电需求也在运行中得到满足，模块化公交车辆也不会存在因为充电而导致的运力闲置。

Claims (1)

1.一种集成模块化有轨电车与模块化公交车的区域公交系统，所述模块化有轨电车的尾部具备换乘通道门，模块化公交车的头部与尾部均具有换乘通道门，且模块化有轨电车的换乘通道门与模块化公交车的换乘通道门、以及模块化公交车之间的换乘通道门是匹配的；模块化有轨电车和模块化公交车通过首尾相连进行编组后，换乘通道门能够打开形成可供乘客换乘的换乘通道，同时模块化有轨电车能够为模块化公交车充电；所述公交系统的运行方法为：

令模块化有轨电车在有轨电车轨道上运行，且具有电源通过受电弓为模块化有轨电车供电；

模块化公交车辆以模块化有轨电车站点为中心，在附近运行并进行乘客搭载，然后行驶至模块化有轨电车站点，与模块化有轨电车进行编组，具体为连接在有轨电车后面或者连接在已编组的车队后面；编组后的车队由模块化有轨电车作为动力在有轨电车轨道上运行，并且打开车队中的换乘通道门形成换乘通道，使整个车队的内部连通；车队运行过程中，诱导乘客通过换乘通道选择对应的车厢实现换乘；在车队到达某一站点时，将车队中载有公交出行终点为该站点附近的乘客的模块化公交车辆解编；解编后的模块化公交车辆以该站点为中心，在附近运行并进行乘客卸载；在车队中的模块化公交车辆的动力来源为模块化有轨电车，并同时通过模块化有轨电车为自身的蓄电池充电；解编后的模块化公交车辆通过蓄电池供电运行；

车队编队与解编方案参数获取方式为：以乘客出行总时间最小为目标建立解模型如下：

其中m为模块化公交车的编号，i和j分别为两个不同的站点，表示模块化公交车m是否在站点i进行编组，并在站点j进行解编，如果是则/>否则/>数对(i,1)表示在站点i附近最邻近的站点，数对(j,-1)表示距离站点j最远的站点，/>表示模块化公交车m到达站点j的时间，/>表示模块化公交车m到达站点(j,-1)的时间，/>表示模块化公交车m到达站点i的时间，/>表示模块化公交车m到达站点(i,1)的时间，/>表示模块化公交车m从接载乘客，到编组，再到解编，最后送达乘客所花的平均时间，δ_i,j为从站点i附近前往站点j附近的公交乘客数量；

模型约束条件为：

其中T_i为模块化有轨电车到达站点i的时间，T_j为模块化有轨电车到达站点j的时间，为模块化有轨电车为模块化公交车提供的平均充电功率，/>为模块化公交车m解编时最少应当具备的电量，C_m为模块化公交车m的电池容量，/>为模块化公交车m解编后送达所有乘客需行驶的距离，/>为模块化公交车m送达所有乘客后、下一次承接乘客之前需行进的调度距离，/>为模块化公交车m调度完成后承接乘客需行驶的距离，/>为模块化公交车m的单位里程耗电率，N⁺表示正整数集；

目标模型为混合整数线性规划模型，采用分支定界法进行求解，通过求解模型确定模块化公交车与模块化有轨电车编组站点以及解编站点，模块化公交车到达各个站点的时间以及有轨电车到达各站点的时间，依照模型求解结果可得模块化公交车与模块化有轨电车发车与运行时刻表。