基于接驳阻力的社区巴士服务分区及子区线路优化方法与系统

本发明涉及城市公共交通管理领域，具体涉及基于接驳阻力的社区巴士服务分区及子区线路优化方法与系统。

背景技术：

1、社区穿梭巴士是服务居民出行链末端接驳至社区外的公共交通枢纽点(例如地铁站)的辅助型公共交通出行方式，穿梭巴士线路是否过于绕行直接影响巴士服务品质及居民的乘车体验。传统的穿梭巴士单线路多站点布设方案，对于各住宅楼栋之间距离相对较短的一般规模居住片区，能提供巴士路径较短的接驳服务。但是，面对空间尺度大的居住社区，其住宅楼栋存在较为明显的分散组团分布特征，传统的单线路设计方案不可避免地存在线路过长、设站过多的弊端，导致上游站点上车的乘客至公共交通枢纽点的绕行距离过长，无疑降低了穿梭巴士的服务竞争力。

2、近年来共享单车作为新的短距离出行方式，因方便直达，吸引了很多巴士短途出行客流。与公共交通枢纽点(例如地铁站)距离超出1km的大型居住社区，大量共享单车出行容易导致枢纽点单车堆积现象严重，甚至占用道路资源。为优化该类型社区的接驳出行方式结构，亟需提供新的社区穿梭巴士服务，其服务品质相比于共享单车新型短途接驳方式具有服务竞争力。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题在于：针对现有的社区巴士线路过长，中途站点过多，上游乘客至公交枢纽点绕行线路过长等问题，提供了基于接驳阻力的社区巴士服务分区及子区线路优化方法，通过巴士分区服务模式减少线路绕行，提高乘客的乘车体验，同时在空间层面提升穿梭巴士出行服务的公平性，使穿梭巴士相比于共享单车新型短途接驳方式具有服务竞争力，促进居民通勤出行链家庭末端接驳至公共交通枢纽点的接驳出行方式结构可持续发展。

2、为解决以上技术问题，本发明提供如下技术方案：1.基于接驳阻力的社区穿梭巴士服务分区及线路优化方法，包括如下步骤：

3、s1、将社区内所有穿梭巴士站点划分到不同服务子区，以社区内所有中心站点与其从属站点的距离之和最小化为目标，构建基于有限中心—从属规则的社区穿梭巴士服务分区主模型，求解该模型得到社区穿梭巴士站点归属服务子区方案，即社区服务子区站点集合；

4、s2、针对各个服务子区，分别构建以巴士服务环线的路径总长度最小化为目标构建基于服务阻抗指数的子区线路优化设计子模型，求解该模型得到各子区接驳公共交通枢纽的穿梭巴士线路优化方案；通过接驳阻力判断所有子区的穿梭巴士线路优化方案是否满足社区居民预设最低服务标准，是则获得最终穿梭巴士线路优化方案，否则针对不满足社区居民预设最低服务标准的子区，将其划分割约束集添加到主模型中，更新社区服务子区个数，返回执行步骤s1更新服务子区方案。

5、进一步地，前述的步骤s1包括如下子步骤：

6、s1.1、社区穿梭巴士服务子区数量为k；判断k是否赋值，如果已经赋值，则执行步骤s1.2；否则，初始化社区穿梭巴士服务子区数量k＝1，将社区内所有站点划分为1个子区，得到社区穿梭巴士站点归属服务子区初始方案；j表示社区穿梭巴士站点j的集合；i表示社区内服务子区i的集合，共有k个服务子区；ji表示服务子区i内站点集合；表示社区内服务子区i的站点集合，即初始化初始化子区划分割约束集

7、s1.2、在社区穿梭巴士站点集j中确定k个中心站点，其余站点从属于距离其最近的中心站点，由每个中心站点及其从属站点组成1个服务子区，定义中心站点判别决策变量yj如下式(1)，定义中心站点从属决策变量wj,j′如下式(2)：

8、

9、

10、s1.3、构建基于有限中心—从属规则的社区穿梭巴士服务分区主模型[m1]：

11、

12、s.t.

13、子区划分割约束集c(22)

14、

15、

16、

17、

18、其中，式(3)为主模型[m1]的目标函数，即最小化社区内所有中心站点与其从属站点的距离之和，dj,j′表示站点j到站点j′的距离；式(4)为子区划分割约束集；式(5)为站点类型限制约束，即仅可能是中心站点或从属站点中的一种；式(6)为中心站点判别决策变量与中心站点从属决策变量之间的关系；式(7)为中心站点数量约束；式(8)为模型决策变量的域约束；

19、s1.4、运用优化求解器gurobi求解主模型[m1]，得到社区穿梭巴士站点归属服务子区方案，更新社区服务子区站点集合

20、进一步地，前述的步骤s2包括如下子步骤：

21、s2.1、设为对应的子区划分割约束集；

22、s2.2、从集合里任选一个站点集ji作为当前研究的目标子区，将ji从中删除，设j0＝ji为目标子区的站点集；|j0|表示集合j0中站点数量；设目标子区的巴士服务环线所途经站点的集合为o为公共交通枢纽点；定义站点访问次序决策变量uj表示目标子区的巴士服务环线路径中站点j的访问次序；定义巴士服务环线访问路段判别决策变量zj,j′如下：

23、

24、s2.3、对于目标子区，构建基于巴士服务阻抗指数的社区穿梭巴士服务环线路径设计子模型[m2]如下：

25、

26、s.t.

27、

28、

29、

30、

31、

32、

33、其中，式(10)为子模型[m2]的目标函数，即最小化目标巴士服务环线的路径总长度，tj,j′为目标巴士服务环线上站点j到j′的巴士服务阻抗指数，该值可由穿梭巴士车辆从站点j出发行驶至站点j′的平均行驶时间表征；式(11)和(12)为站点流入流出守恒约束；式(13)和(14)消除子环路径情形，保证巴士服务环线的唯一性；式(15)和(16)为模型决策变量的域约束。

34、s2.4、运用优化求解器gurobi求解子模型[m2]，得到目标子区的穿梭巴士服务线路最优方案u；

35、s2.5、设目标子区的巴士站点集|j0|中站点j到站点o的共享单车服务阻抗指数设目标子区的穿梭巴士接驳阻力q0，如下式：

36、

37、其中，分别为按照目标子区的穿梭巴士服务线路方案u中站点访问次序对应的站点uj＝1,2,…,|j0|到站点o的巴士服务阻抗指数，该值可由穿梭巴士车辆从站点uj按照穿梭巴士服务线路方案u途径后续站点并返回至站点o的行驶时间表征；分别为目标子区的巴士服务环线上站点1,2,…,|j0|到站点o的共享单车服务阻抗指数，该值可由骑行共享单车从站点j出发直达站点o的用户平均骑行时间表征；

38、s2.6、社区居民预设最低服务标准为λ；如果q0≤λ，则穿梭巴士服务线路方案u达到满足子区居民的最低服务标准，执行步骤s2.8否则，穿梭巴士服务线路方案u不能达到目标子区的穿梭巴士最低服务标准，执行步骤s2.7；

39、s2.7、在中添加如下式的目标子区划分割约束：

40、

41、该式确保当前子区巴士站点集j0中的站点不能同时存在于同一个服务子区中；

42、s2.8、判断是否成立，是则执行步骤s2.9，否则前往执行步骤s2.2；

43、s2.9、判断是否成立，是则输出社区穿梭巴士服务分区及子区线路优化设计方案；否则更新子区划分割约束集即对于接驳阻力检验不通过的所有子区，将相应的子区划分割约束集添加到主模型[m1]，更新社区内服务子区个数，即k＝k+1，返回执行步骤s1.1。

44、本发明还提出基于接驳阻力的社区穿梭巴士服务分区及线路优化系统，包括：主模型构建模块，用于将社区内所有穿梭巴士站点划分到不同服务子区，以社区内所有中心站点与其从属站点的距离之和最小化为目标，构建基于有限中心从属规则的社区穿梭巴士服务分区主模型，求解该模型得到社区穿梭巴士站点归属服务子区方案，即社区服务子区站点集合；

45、子模型构建模块，用于针对各个服务子区，分别构建以巴士服务环线的路径总长度最小化为目标构建基于服务阻抗指数的子区线路优化设计子模型，求解该模型得到子区的穿梭巴士线路优化方案，优化模块，用于通过接驳阻力判断所有子区的穿梭巴士线路优化方案是否满足社区居民预设最低服务标准，是则获得最终穿梭巴士线路优化方案，否则针对不满足社区居民预设最低服务标准的子区，将其划分割约束添加到主模型中，更新社区内服务子区个数，返回主模型构建模块，更新服务子区方案。

46、本发明还提出一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现本发明所述方法的步骤。

47、本发明另一方面提出一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现本发明所述方法的步骤。

48、相较于现有技术，本发明采用以上技术方案的有益技术效果如下：相对现有社区接驳穿梭巴士线路优化设计方法，基于有限中心—从属规则的社区穿梭巴士服务分区建模可以有效避免k-means算法等受到异常值影响的干扰，添加基于接驳阻力的子区划分割约束是确保社区穿梭巴士线路的服务竞争力。穿梭巴士服务的核心竞争力是其出行时间短，服务便捷，基于接驳阻力的穿梭巴士服务子区划分相比于考虑需求的服务子区划分更具有实际应用价值。本发明重点针对住宅楼栋分散的大型居民社区，且该社区和公共交通枢纽点(例如地铁站)的接驳距离超出1km，所提出的分区服务模式有效减少了巴士线路绕行，提高了乘客的乘车体验，同时在空间层面提升了穿梭巴士出行服务的公平性；本发明提出的穿梭巴士接驳阻力检验与子区划分割约束生成方法，使穿梭巴士相比于共享单车新型短途接驳方式具有服务竞争力，促进居民通勤出行链家庭末端接驳至公共交通枢纽点的接驳出行方式结构可持续发展。