一种考虑多目标多场景的公交时刻表优化方法及系统

本发明涉及智能交通，尤其涉及一种考虑多目标多场景的公交时刻表优化方法及系统。

背景技术：

1、当下城市道路公交中，较多城市采用等时间间隔的发车时刻表，因其形式的单一往往不能适应变化的客流需求，高峰时段的客流拥堵极易对公交车服务水平造成不利影响，而非高峰时段载客率过低会导致公共资源的浪费。部分城市的发车时刻表仅区分高峰和非高峰，但当发生干扰时，例如突发交通事故、体育赛事、节假日出行、恶劣天气时，客流易产生积压拥堵无法及时疏散，传统的公交发车时刻表无法满足受干扰场景下的客流需求。

2、大多数相关研究都从企业和乘客角度出发，基于无干扰场景进行时刻表的优化，但现实中经常发生不同程度、不同类型的交通事故等干扰场景，固定的发车时刻表无法应用于变化的场景。鉴于此，建立一种能够描述多类型场景的通用表达模型，除了基于日常客流数据完善现有发车时刻表之外，考虑干扰场景下的发车时刻表优化及配车规模具有重要的现实意义。

技术实现思路

1、为此，本发明所要解决的技术问题在于更为全面地考虑变量的多种影响因素，提出更符合实际情况的约束条件，并且搭建能够描述多场景的通用模型，创新性地提出在发生干扰场景下的公交时刻表优化方法及系统。

2、为了解决上述问题，本发明实施例提供一种考虑多目标多场景的公交时刻表优化方法，所述方法包括：

3、s1：构建乘客需求模型和场景通用模型，所述乘客需求模型包括乘客特征、公交企业成本和到站乘客等车成本；

4、s2：基于构建的乘客需求模型和场景通用模型，以平均发车间隔、到站停车时间、车辆满载率为约束条件，对公交企业成本和到站乘客等车成本进行协同优化，得到最优成本；

5、s3：根据最优成本对公交时刻表不同时段的发车时间间隔进行调整。

6、优选地，构建乘客需求模型的方法为：

7、所述乘客特征为：

8、用随机过程表示乘客从时间t0至t到达站台i且目的地为站台j的随机乘客数量；

9、乘客从时间t0至t到达站台i且目的地为站台j的概率为：

10、

11、其中，i,j表示某公交线路某运行方向的站台编号，表示从初始时刻到时刻t累积的，以站台i为始发站，以站台j为目的站的乘客数量，ni,j表示某个乘客数量的数值，qi,j(t)表示乘客到达量函数；

12、所述公交企业成本为：

13、

14、其中，mc表示公交企业成本，r表示公交车发车时段，rk表示线路k的时段数量，表示线路k第r个时段的结束时刻，表示线路k第r个时段的平均发车间隔，表示线路k第r个时段的单车运营费用，t表示公交车运行时间；

15、所述到站乘客等车成本为：

16、mp＝mt·w

17、其中，mp表示到站乘客等车成本，mt表示到站乘客等车时间，w表示人均gdp。

18、优选地，所述到站乘客等车时间mt服从非齐次泊松分布，计算公式为：

19、

20、其中，r表示公交车发车时段，rk表示线路k的时段数量，表示断面s第r个时段的断面客流量，表示线路k第r个时段的平均发车间隔。

21、优选地，构建场景通用模型的方法为：

22、用向量x＝(x1,x2,x3,x4)表示发生不平衡的类型，具体的值表示不平衡的程度，x1、x2、x3、x4分别代表不平衡场景的发生时刻发生站点i(y)、发生程度发生时长δt，计算公式为：

23、

24、其中，k表示公交线路编号，r表示公交车发车时段，r∈(rs,re)，其中rs,re分别为首末班车发车时刻，s表示断面编号。

25、优选地，以平均发车间隔、到站停车时间、车辆满载率为约束条件，具体表示如下：

26、所述平均发车间隔的约束公式为：

27、

28、

29、

30、其中，k表示公交线路编号，r表示公交车发车时段，r∈(rs,re)，其中rs,re分别为首末班车发车时刻，v表示车辆限定载客人数，v0.125表示每位站立乘客所占的有效面积为0.125m2时的车辆限定载客人数，v0.35表示每位站立乘客所占的有效面积为0.35m2时的车辆限定载客人数，表示线路k第r个时段的结束时刻，表示断面s第r个时段的断面客流量，表示线路k第r个时段的平均发车间隔；

31、所述到站停车时间的约束公式为：

32、

33、其中，i表示某公交线路某运行方向的站台编号，k表示公交线路编号，表示k线路公交在站台i的停车时间；

34、所述车辆满载率的约束公式为：

35、

36、其中，表示断面s第r个时段的断面客流量，v表示车辆限定载客人数，n表示发车班次。

37、优选地，对公交企业成本和到站乘客等车成本进行协同优化，得到最优成本的方法为：

38、将公交企业成本和到站乘客等车成本的加权作为优化目标函数，所述优化目标函数f表示如下：

39、

40、其中，mc表示公交企业成本，mp表示到站乘客等车成本，ω表示优化目标函数的组合系数，k表示公交线路编号，k＝1,2…,k-1,k。

41、优选地，选择线路平均满载率作为判断客流时段特征的指标，并将其作为优化目标函数的组合系数ω，所述组合系数ω的计算公式为：

42、

43、其中，n表示发车班次，i表示某公交线路某运行方向的站台编号，k表示公交线路编号，表示断面s第r个时段的断面客流量，表示线路k第r个时段的平均发车间隔，表示线路k第r个时段的结束时刻，v0.125表示每位站立乘客所占的有效面积为0.125m2时的车辆限定载客人数，l表示公交车行驶里程。

44、本发明实施例还提供了一种考虑多目标多场景的公交时刻表优化系统，所述系统包括：

45、模型构建单元，用于构建乘客需求模型和场景通用模型，所述乘客需求模型包括乘客特征、公交企业成本和到站乘客等车成本

46、成本优化模块，基于构建的乘客需求模型和场景通用模型，以平均发车间隔、到站停车时间、车辆满载率为约束条件，对公交企业成本和到站乘客等车成本进行协同优化，得到最优成本；

47、调整模块，用于根据最优成本对公交时刻表不同时段的发车时间间隔进行调整。

48、本发明实施例还提供了一种电子装置，所述电子装置包括处理器、存储器和总线系统，所述处理器和存储器通过该总线系统相连，所述存储器用于存储指令，所述处理器用于执行存储器存储的指令，以实现上述任意一项所述的考虑多目标多场景的公交时刻表优化方法。

49、本发明实施例还提供了一种计算机存储介质，所述计算机存储介质存储有计算机软件产品，所述计算机软件产品包括的若干指令，用以使得一台计算机设备执行上述任意一项所述的考虑多目标多场景的公交时刻表优化方法。

50、从以上技术方案可以看出，本发明申请具有以下优点：

51、本发明提供了一种考虑多目标多场景的公交时刻表优化方法及系统，通过构建乘客需求模型和场景通用模型，对公交企业成本和到站乘客等车成本进行协同优化，不仅能提升公交企业的运营效率，也能对公交企业的服务水平起到积极作用。场景通用模型的提出能够清晰地描述、定位发生干扰的时刻、地点、程度、时长，由此当发生干扰产生积压客流时能够及时疏散，使其受影响的公交系统快速恢复。