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的发展却跟不上城市社会经济发展的步伐。
远不能满足国民经济快速发展的需要。
目前在我国城市公共交通系统中。
公共汽车和无轨电车承担了城市80%以上的客运量。
虽然一些城市的轨道交通特别是地铁的建设速度在明显加快,但是由于投资巨大,总的来说只有省会城市和发达地区的城市有此实力,发展相对缓慢,全国要形成以轨道交通为主的综合运输体系,还需要一个相当长的过程。
就我国目前的经济情况和发展趋来看,还是以地面常规公共交通为主要运输方式。
近几十年来,是我国的社会经济一直持续高速增长,机动车的保有量直线上升,交通设施规模不断地扩充,经济和社会的进步使人们对交通的需求也不断发生变化,对城市的交通建设、尤其是公共交通建设提出了更高的要求。
虽然政府制定了一系列公共交通的发展战略和政策,但由于财政支出、经营机制、管理水平以及道路通行条件等诸多因素的限制。
城市公共交通的发展现状不尽如人意。
另外,当前城市规划建设过多考虑的是土地利用规划。
城市交通与土地利用之间的规划相互协调不够;
其次是城市交通问题的研究重点主要放在了道路网络上。
对影响交通发展的政策考虑不充分,导致了在具体的实施过程中对于政策因素变化适应性不强,城市规划缺乏应有的应变能力和整体协调性:
再次是公共交通规划内容不完善,各种交通方式之间还未能做到充分衔接和协
调.城市公共交通中轨道交通、公共汽电车、出租车等组成部分难以发挥系统的整体性。
造成这个问题的主要原因是目前我国城市公共交通发展仍主要依赖政府行政协调和干预,国家缺乏城市公共交通管理方面的相关法律,只有一些省、市出台的有关城市公共交通的地方性法规,导致在执行中缺乏足够的权威性。
目前在一些城市中尽管实施了一系列公交优化的政策。
公交的运输量也处于上升趋势,但是公共交通的出行比例仍然很低。
一些城市公共交通不但没有成为城市客运交通主体,而且比例还呈逐年下降的趋势。
而公用车、私家车、助力车、摩托车等交通运行方式直线增长.市民步行和使用公共交通的比例下降。
世界银行对发展中国家城市交通问题的调查报告表明:
发展中国家城市机动车数量远少于发达国家,但交通拥挤现象却要严重很多,解决交通问题成为
发展中国家所面临的主要任务之一。
发展中国家城市交通拥挤,绝大多数是由于现有道路的使用率较低所致。
该研究报告认为,对交通管理的综合治理能够大大节省行车时间和运行费用。
在我国,解决城市人多地少、车多路少的交通拥挤问题的主要方法在于大兴土木,加大城市道路建设的速度和大力发展城市公共交通,其中,大力发展城市公共交通是解决交通拥挤的主要手段。
公交系统作为公共交通的组成部分,其系统资源的优化配置是否合理,直接关系到公共交通的优越性。
公交系统资源的优化配置包括公交区域的调度优化和公交线路的调度的优化配置,合理的线路调度,既可以使人们出行快捷,又可以减少交通压力,提高公交公司的经济和社会效益。
因此,公交线路调度优化日益显示出其巨大的社会经济效益。
1.1.2研究意义
目前我国城市的规模不断扩大,私人机动车拥有量急剧增加,导致城市机
动
车交通流量持续增长。
特别是大中型城市,交通的拥挤和堵塞严重影响了城市居
民的生活,制约了经济的发展。
多年的工程实践表明,单靠修建道路并不能彻底
解决日益恶化的交通拥挤问题,因此需要利用各种可能的交通管制手段或措施,
提高道路设施的利用率,缓解同益严峻的城市交通问题。
所以必须通过公交的调度,增强公交对出行市民吸引力的建议,力争使公交成为市民出行的首选交通
工具来提高大众出行的公交分担率,进而为破解交通日益拥挤与堵塞难题出谋划
策。
发展城市公共交通是解决我国城市交通问题的关键,而公交调度是公交企业运营管理的核心问题之一。
对于提高公交服务水平,增加公交出行分担率,从而解决城市交通拥挤、环境污染等问题具有重要意义。
当前,我国的公交服务水平虽然教以前有较大改观,但仍然满足不了经济和生产活动的需求,城市公交在交通服务领域的分担率仍然较低,主要原因有:
(1)管理体制不合理,公共交通发展缺乏系统完善的政策支撑体系和法规保障。
城市公交行业分属不同的政府部门,缺乏统一的规划协调,导致轨道交通、公共汽(电)车、出租车等公共交通组成部分难以发挥城市公共交通系统的整体性。
政府对市场的监管缺乏必要的法律支持,对公交企业还没有形成一套科学合理的财政补贴补偿机制。
据统计,我国大中城市政府对公交企业的财政补贴占其运营成本的比重不到10%。
而在柏林,政府对公交企业的财政补贴占到其运营成本的57%,巴黎为57.5%,华盛顿为66.1%。
(2)投入普遍不足,公交优先战略落实不到位。
投资结构不合理,资金不足,已经成为阻碍城市公交发展的根本性问题。
发达国家城市公交基础设施的投入
一般保持在GDP的3%一5%,而我国用于城市公交的投资只占GDP的1%左右。
此外大运量公交系统建设缓慢,公交运力结构失衡,公交场地建设严重不足,公交换乘枢纽设施建设滞后,线网密度、场站覆盖率低,没有真正发挥大运量公共文通方式在城市交通出行中的主力军作用。
(3)公共交通营运调度处理水平低,运营效率不高,公共交通服务水平日益低下。
城市居民对公共交通服务的不满意率超过50%,公交从业人员的素质、职业技能和服务意识等还没有得到很好的提高,服务内容和方式需要创新,人们对公共交通服务水平的需求明显高于现有的服务水平。
公交企业信息化水平不高,为社会提供公交服务信息的水平低,公交调度缺乏必要的信息与辅助处理手段,缺乏实时调度体系。
(4)城市公共交通经营不够规范。
有的城市公共交通企业垄断经营,运行效率低;
有的城市则无序竞争,造成资源浪费。
(5)属于公用事业的城市公交的改革比较迟缓。
公交企业所承担的城市功能和其国有属性所要求的公益性,使其在市场经济的形势下无法按现代企业制度进行运作。
公交车辆线路调度通过合理的安排线路上的车辆类型和数量,采取合理的调度策略,可以有效的解决运力和运量的矛盾,缓解客流拥挤,降低乘客的出行成本,同时也可以改善城市公交服务质量,增加公交吸引力,从而提高公交公司的经济和社会效益。
深入研究城市公交车辆线路调度的优化问题,不仅是交通运输理论体系上的重要突破,而且对于提高我国城市公交系统的管理水平,改善市民的出行状况以及推动城市公共交通事业的发展,都具有重要的现实意
义。
公交是我国城市人员运输的主力军,如何减少乘客的交通延误,并降低企
业的运营成本对建设和谐交通有着重要的意义。
因此,本课题研究城市公交调度优化模型及运用研究,以提高乘客满意度和企业满意度为目标,继而提高整个交通系统的社会效益,有着重要的学术与工程价值。
1.2国内外研究状况和发展趋势
1.2.1国外研究状况
国外发达国家普遍采用的是公交区域调度,因而对公交线路调度的研究较少。
但由于发达国家的理论技术成熟,研究较早,也有不少关于公交线路调度的研究成果问世,并且还取得了显著效益。
1966年英国利兹堡大学计算实验室向国家交通委员会提交了“大规模调度问题的计算机求解:
基础原理和未来可能性”的报告。
1985年,PeterG.Furth针对线路双向客流不均匀问题,探讨了如何优化放车调度(空车发出,中途载客)过程,并建立了相关数学模型。
1986年AuishaiCeder 阐述了利有公交乘客数据制定了公交发车时刻表的可供选择的不同方法,根据不同的要求计算六个主要评价目标,按照乘客的要求选择不同的发车方案。
近年来,公交调度优化理论得到进一步发展和深化。
2001年Andrede
Palma和RobinLindsey研究了在给定公交车辆数量的前提下,当乘客对出行次数和时刻延误成本有不同的期望时,分析了单条线路的发车时刻优化方法。
同年
A.Ceder等阐述了给定网络公交车同步性最大化的时刻表的制定问题,考虑了用户的满意度和方便性,使同时到达网络连接(换乘)点的公交车的数量最大,从而使换乘乘客在最短的等待时间内在换乘站点从一条线路到另一条线路上。
该研究成果应用于以色列的公交调度系统,取得一定的效果。
2002年AhHgahnai等研究了多车场车辆调度问题和有时间窗的多车场车辆调度问题的模型,并用阐述了相应的启发式算法。
1.2.2国内研究状况
公交线路调度是我国采用的模式,但由于我国公交优先发展战略起步较晚,
上世纪80年代才逐渐受到人们关注,相应的公交线路调度优化理论和系统建设还处于探索和初步发展阶段。
80年代,蒋光震等介绍了基于乘客分布的公共交通线路组合调度模型。
,张席洲在其硕士论文中对公交调度优化问题进行了初步的研
究。
90年代,长安大学孙芙灵根据西安市公交公司客流调查数据,探讨了几种确定发车时间间隔的方法,1999年北方交通大学的刘云等在分析北京公交智能调度系统需求和相对当前几种先进的计算机网络技术进行比较的基础上,给出了北京市公交智能调度系统的计算机网络的设计方案,并进行相关的性能分析。
90年代以后,东南大学杨新苗提出了基于准实时的公交调度优化系统;
北京航空航天大学张飞舟提出了运用遗传算法和混合遗传算法来进行车辆调度优化的方法;
青岛科技大学童刚建立了基于均匀发车间隔的公交调度模型;
北京交通大学宋瑞、赵航等利用随机模拟的遗传算法来对公交线路调度进行优化。
公交线路调度优是公共交通优化的重要组成部分,我国在这方面的研究和应用尚处于初级阶段,相关理论和技术有待成熟。
由于我国公交环境状况不同于国外发达国家,因而不能生搬硬套国外理论和成果,只有在国外先进的理论和经验的借鉴下,发展适合自己的优化理论和技术,才是公交线路优化走向成熟的出路。
1.2.3研究发展趋势分析
目前,结合我国各大城市的公交实际线路调度状况,以及国内外的研究现状,可以预计未来城市公交线路调度优化研究的发展方向:
(1)研究内容进一步系统化。
随着科学技术的进步以及对问题的重视性深度加大,公交运力资源配置所涉及的内容将更加系统化。
不仅研究层次将提高,研究的具体内容将注重微观层次分析,例如要求对如客流时空分布变化特征,公交运行线路交通特性,车辆运行动力特性等关联的研究及程度加大。
(2)研究方向进一步智能化。
随着技术进步,数据采集手段的不断更新,基础研究数据取得更加便捷和准确。
今后,智能化调度、智能化客流诱导等先进技术不断成熟,要求公交运力配置在短期稳定的同时要适应并引导客流变化,势必要采取智能化客流分析手段与智能化运力配置系统(如智能实时调度系统)。
需求是技术进步的动力,因此,研究侧重点逐渐转向智能化,这也是世界技术
革新的主要方向。
(3)研究模型进一步实效化。
现阶段的公交线路调度优化的基础是建立了一定的理想化模型,与实际线路情况很难较好的磨合。
随着科技的进步,会有更好的模型得到开发和应用,未来线路调度的模型将更好的贴近实际。
1.3研究内容
本文主要研究镇江4路公交线路调度优化方法,本文首先分析了城市公交线路调度的影响因素,然后从这些影响因素出发,对4路公交线路调度情况进行了基本客流调查,同时介绍了一些客流调查基本方法以及调查结果的处理方法等。
然后本文针对4路公交线路的实际情况,给出了一种线路调度模型,并对此模型进行了分析和求解,最终得出4路公交的调度时刻表。
并从除城市公交线路调度优化之外的其他方面提出相关建议,以进一步提高大众出行的公交分担率。
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第二章公交路线调度的影响因数分析
公交路线调度是指根据公交线路客流、车辆和道路的实际情况,管理车辆、行车人员,确定公交车辆的行驶法案,保证线路正常、高效运行,从而提高道路通行能力,为城市交通减压,从而减少乘客的交通延误,并降低企业的运营成本。
2.1公交线路调度影响因素分析
(1)线路地理位置特性:
线路的地理位置及走向对公交的吸引量有重要的影响,以镇江市4路公交线路为例,其起终点为火车站和焦山公园。
由于火车站和旅游景点的特殊性,使得4路公交客流量呈现出明显的季节性,假日性和日不
均匀性,而且受到镇江站火车出行时刻的影响较大。
线路走向经过了人流密集的市中心繁华地段大市口,并途经镇江市旅游景点,对客流的吸引尤其是假日旅游客流量有较大的影响。
(2)城市交通运输管理:
线路调度系统受到城市公共交通运输系统的作用,交通运输系统包括物质系统,管理系统,组织系统,具体可用图2.1所表示:
图2.1城市交通运输系统的构成
物质系统要求公交线路运力必须与道路客观条件,交通客流特性相匹配;
管理系统要求管理(如公交管理优先)和控制(信号控制优先)对公交形成倾向;
组织系统则使道路常规公交在一定的运力规模和运力结构下进行运力组织,完成城市客运服务。
(3)乘客的舒适度。
公交车的候车时间,发车间隔,车内人数,车内环境温度等因数都影响乘客的舒适度。
乘客的舒适度对乘客的影响有很大因数。
(4)公交公司的服务水平。
公交公司面对乘客所能提供的服务水平越高,它所能吸引的乘客也将越多,从其它客运运输方式所转移的运量也就越多,见图2.2:
2.2公交水平提高引起的公交比例的变化分析图
(5)乘客的容忍度。
不同收入水平的出行者,对等待时间的容忍度都是不相同的。
一般来说,居民的收入水平越高,对等待时间的容忍度就越低,居民收入
水平与容忍度的关系,见图2.3:
2.3居民收入水平与公交等待时间容忍度的关系变化曲线
(6)公交公司的效益。
公交公司每天所派出的车辆数目越多,车辆在线路上所走行的越长,公交公司的成本就越高。
要使整个公交系统综合效益达到最优,既要缩短乘客等待时间,又要照顾到公交公司的效益,为此,引进乘客总等待时间和公交公司所有车辆的总出行公里数这两个指标。
通过这两个指标分别从乘客角度和公交公司角度来建立模型,充分考虑二者关系,最终使整个公交系统综合效益最优。
2.2本章小结
影响公交线路调度的因素有很多,本章简单分析调度的影响因素。
对于特定的城市,特定的公交线路,其许多因素是特定的,影响公交线路调度模式和方案选择的因素主要表现在乘客和公交公司的利益博弈,乘客需要以最小的等待时间乘坐最舒适的公交车,公交公司则期望以最小的发车数最大限度的运输乘客,两者博弈的结果是要求线路调度方案的选择尽可能的在两者之间寻找平衡点。
第三章公交数据采集与分析处理
客流是指乘坐公共车辆的乘客群,乘客群流动的数量简称为客流量,其主要内容包括时间、方向、地点、距离、数量等因素。
公交客流量调查是指对客流在线路、方向、时间、断面上的动态分布所进行分析的过程,也是对城市居民乘车需求情况的分布资料的搜索、记录、分析的过程。
公交客流数据是进行
公交优化调度的依据和基础,而公交数据必须通过调查采集并进行分析整理而得。
本章从介绍相关的调度方法出发,通过对原始调查数据的修正、分析和整理,得出公交线路客流的分布状态和规律,作为公交公司调度优化模型建立的依据。
3.1客流调查方法和技术
目前,我国大多数城市采用的是传统的手工调查法,虽能得到比较全面的数据,但却耗费大量的人力和财力。
传统的方法不适合经常性的动态客流数据调查。
随着现代信息技术的发展,采用先进技术的自动数据采集方法逐渐得到应用和发展。
3.1.1人工调查法
(1)跟车调查法
指在线路运行的每一辆车中安排专人记录每个车站上、下车的乘客数量,以及车站留站人数的一种全面调查方法。
该方法旨在获得不同时间的客流量、各断面通过量、各站集散量、车辆满载率,以及月票比重,平均运距、乘客密度、不均衡系数等数据。
跟车调查法的优点是客流调查的资料全面,准确率高;
缺点是需要参与调查人员多、资料整理麻烦。
该方法适合于定期调查。
(2)驻站调查法
在中途重要站点或乘客集散量比较大的断面设置调查员,在规定的时间内,以目测方式记录上、下车乘客数、车厢内人数、留站人数和通过车次的一种断面调查表,是了解断面客流量在时间上的变化与配车是否合理的定线、定站、定时、定期进行的调查。
驻站调查法简单易行,所用人力少、资料整理简便,效果好,便于组织局部性的重点调查,是公交企业最常用的一种方法。
(3)问询调查法
是指派遣调查人员问询并记录每一个乘客上、下车站的一种方法,是目前获得信息最为完整的客流调查方法。
缺点是需要的人员多,进行调查的难度较大,资料汇总、整理比较复杂。
(4)月票调查法
是对购有公共交通月票的乘客进行日常乘车动态调查方法,适合于月票占
有率较高的城市。
3.1.2自动数据采集方法
(1)IC卡数据采集
目前我国大部分城市都有公交IC收费系统,公交IC卡在完成收费的同时,还可以记录下使用IC卡的乘客的上车时间、车次、站点等信息,而要记录的这部分乘客下车信息则涉及二次刷卡问题,就目前技术而言,这部分内容还不易实现。
另外,只有部分乘客持IC卡乘车,相当大比例的乘客采用的是投币的方式。
因此,IC卡采集到的只是部分信息,而无法实现对所有乘客的乘车信息进行收集。
(2)自动计数系统APS(AutomaticPassengerCountingSystem)
APS是利用先进和客流信息采集技术并与车辆定位,无线信息传输等技术相配合,可以完成公交车辆的乘客上下车人数、上下车时间、相应站点等数据的统计工作,真实地记录各时间、各时区段的上下客情况,也可实时或准确地把信息传输到公交控制中心或调度中心,经过数据统计和空间分析得到运营所需要的多样、广泛的数据。
目前常用的APC系统主要有红外线检测技术系统、热电检测系统、光电检测系统、气胎重量检测系统和压力板检测系统装置。
下面简单的介绍红外线检测系统和压力板检测系统,其它系统的原理与此类似。
红外线技术系统安装在公交车门附近特定的高度,通过发射头发射定制波长的红外线覆盖一定的区域,然后通过传感器检测从乘客身上反射回来的光线自动识别乘客上、下车人数。
当上、下车发生拥挤时,该系统会漏掉部分乘客信息。
踏板式乘客计数系统是将压力板安装在车辆的前后门踏板上,乘客上、下车时会对压力板产生压力,从而触发压力传感器,记录仪就会自动记录下受压数,也就是乘客次数。
另外,通过在压力板上分布的多个传感器阵列,可以对踏上去的脚型判断出是上车还是下车。
该系统的缺点是当多个乘客同时踏上压力板或者一个乘客的双脚同时踩在压力上时,压力传感器不能正确识别上、下车人数,从而记录下来的人数就存在较大误差。
虽然APC系统能够很好地记录客流信息,但我国存在着严重的交通拥挤问题,公交客流量大,乘客上下车时往往蜂拥而上、一拥而下,人与人之间的间
隙几乎没有,这就给实现乘客的自动计数带来了很大的困难,从而导致了APC系统无法精确地满足客流采集的要求。
因此,必须根据我国的公交客流的特点,录求一种合理、可靠的计算方法。
(3)基于乘客头部图像的自动采集系统
随着计算机技术的飞速发展,图像处理与模式识别技术已经成为一种先进、有效的技术手段,被应用于各个领域。
并且由于数字处理器件和数字信号处理器蕊片的快速发展和价格的降低,使基于实时图像信息对运动对象进行跟踪、计数成为可能。
有鉴于此,本文提出基于乘客头部图像的自动采集系统。
图3—1 基于乘客头部图像自动采集方法示意图
该系统利用安装在公交车车门正上方的摄像头对上、下车的乘客图像进行实时采集并实时地将图像数据传给中央处理单元进行图像处理,最后将处理结果包括该时刻进入车门的乘客个数及其运动的方向(即上车还是下车)通过无线传输方式送给公交管理中心。
由于该系统处理的对象是人,人不是刚体,除作为一个整体发生位移以外,人体的各个部分,也可以在原有平衡位置附近运动,如果要对人体的形状和运动模型进行特征抽取是十分困难的。
因此本设计中,采取了提取乘客头部图像的方法。
首先,因为本设计将摄像头定装在采集图像的正上方,人头部图像发生重叠、遮挡的现象概率很小;
其次,人的头部是一个类似不规则圆的二维图像,其灰度分布比较均匀;
最后,人头部图像的灰度明显要低于周围环境(更黑)。
以上人头部的特征说明了通过对乘客头部图像的提取、检测与跟踪能够更好地完成上、下车乘客人数统计的可行性。
所以,基于乘客头部图像的自动计数系统,能够提取乘客头部图像进行识别和跟踪,并根据其在前后帧图像中出现的位置关系来判断乘客的运动方向,
从而更好地完成公交客流量的统计。
3.2原始数据的分析与修正
公交客流的原始数据为线路上每一趟车到达、离开各个站点的时间和在该站点上、下车人数,根据原始客流调查表统计出各个时间段(如1小时)的上、下车人数是最基本的数据统计,也是数据的后续分析和处理的基础。
由于我国调查方法多为人工计数法,公交基础设施落后,调查数据出现的偏差较大。
所以,对调查数据进行分析和修正是很有必要的。
(1)对比修正
因为客流调查不是获得乘客数据的唯一来源,通过其它的方法也能获得相应的数据。
对于不同的途径获得的数据进行比较,有助于数据的修正。
由于我国公交车多采用无人售票方式,无论是自动投币还是使用IC卡,逃票率是非常低的,由公交车的营运收入所确定的营运总人数相对而言比较准确,因而可将其作为修正基准,对原始的统计值进行修正。
数学模型如下:
ai¢
k
=aik
´
p
å
a
ik
(3—2)
其中 aik为第k站上、下车人数原始值
a
为第k站上、下车人数修正值
p为公交公司的营运人数
(2)客流数据的处理流程
流数据的处理是线路调度的一个关键步骤,获得正确的客流数据,就可以计算对城市交通具有指导意义的各种参数,指标,这也是公交线路行车频率确定的依据。
客流数据的处理公式为:
Fi=å
Fi-1+Qci-Qgi
(3-3)
式中,Fi为第i-1到i站客流量;
Qci为第i站上车人数;
Qgi为第i站下车人数。
3.3客流预测
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