考虑临时服务的多车场混合车队弹性公交路线规划方法

本发明涉及公共交通运营，特别涉及一种考虑临时服务的多车场混合车队弹性公交路线规划方法。

背景技术：

1、弹性公交服务作为一种适应性强、灵活性高的公共交通模式，已在城市交通系统中展现出其独特的优势。尽管当前关于弹性公交服务优化的研究已取得一定进展，但面对复杂多变的临时服务需求和城市交通环境，现有方法的局限性逐渐显现。特别是在目标函数设定、多模式交通体系融合以及车队规模与配置优化等方面，现有研究尚不能全面满足实际运营中的高效性和适应性需求。

2、在目标函数设定方面，现有技术多侧重于乘客满意度、运营成本和环保效益等共性指标，而缺乏对临时服务场景特殊需求的深入考量。这导致了在实际应用中，难以充分捕捉和优化临时服务场景下的关键性能指标。

3、在多模式交通体系的融合方面，现有技术往往局限于公交系统内部的优化，缺少与其他出行模式如出租车服务的协同优化。在构建综合交通体系的背景下，弹性公交与其他交通方式的互补与竞争关系，及其对整体服务策略的影响，是提升公共交通效率和吸引力的关键因素。

4、在车队规模与配置优化方面，现有技术对于混合车队的运用和管理尚显不足。特别是在应对临时服务需求时，如何根据乘客需求的时空变化，灵活配置不同容量和成本效益的混合车队，以实现成本控制与服务质量的最优平衡，是提升公交系统竞争力的核心问题。

技术实现思路

1、本发明的目的是：针对上述背景技术中存在的不足，提供一种通过数学模型综合考虑多车场和多种车型、平衡弹性公交运营商与乘客的利益、实现公交与出租车服务模式的互补、追求运营总成本的最小化的方案，所采用的模型融合车辆路径规划、班次调度、车场布局和车型选择等关键优化环节，以实现弹性公交服务的高效与经济。

2、为了达到上述目的，本发明提供了一种考虑临时服务的多车场混合车队弹性公交路线规划方法，包括如下步骤：

3、s1，确定弹性公交车辆及临时服务运营相关参数信息，定义模型变量；

4、s2，确定弹性公交潜在乘客需求订单信息，包括获取各出行需求订单乘客数量、服务时间窗、x坐标以及y坐标信息；

5、s3，计算弹性公交的运营成本、乘客出行成本以及临时服务成本；

6、s4，建立考虑临时服务的多车场混合车队弹性公交路线规划模型，模型包括弹性公交的运营成本、乘客出行成本以及临时服务成本；

7、s5，基于弹性公交潜在乘客需求节点的实际情况，构建模型需要满足的约束条件；

8、s6，对模型以及约束条件组成的计算网络进行求解，得到弹性公交路线规划结果以及所需成本。

9、进一步地，s1中模型变量包括：

10、

11、

12、进一步地，s3中运营成本的表达式为：

13、

14、其中，cfb为弹性公交的运营成本。

15、进一步地，s3中乘客出行成本包括乘客在途时间，乘客出行成本的表达式为：

16、

17、其中，cpax为乘客出行成本。

18、进一步地，临时服务成本包括出租车固定成本、变动成本以及乘客在途成本，临时服务成本的表达式为：

19、

20、其中，cah为临时服务成本。

21、进一步地，s4中设置目标函数以最小化总成本，计算公式为：

22、min:c＝cfb+cpax+cah。

23、进一步地，s5中约束条件包括：

24、由于不同的车辆不会同时服务于同一个车站，同时，同一辆车也不会对某个车站进行重复访问，因此建立约束：

25、

26、

27、每辆车辆在车库位置开始和结束每次行程，因此建立约束：

28、

29、模型满足流量平衡约束，因此建立约束：

30、

31、确保车辆k能够满足起终点对的出行需求，车辆k规划行驶路径以抵达顶点r和s，因此建立约束：

32、

33、对于预设的行程起终点对，所服务的乘客数量不超过该起终点对的总需求量，因此建立约束：

34、

35、根据i站的车内乘客数以及j站上下车乘客数计算出j站的车内乘客数，建立约束：

36、

37、车辆载客量满足承载限制，因此建立约束：

38、

39、所有车辆在离开或返回停车场时为空载，因此建立约束：

40、

41、确保车辆到达顶点j的时间至少等于其在前一顶点i的服务时间加上从i到j的行程时间，因此建立约束：

42、

43、满足相关的出发地和目的地的访问顺序，因此建立约束：

44、

45、确保车辆在每个时间窗口内到达和离开各个顶点，因此建立约束：

46、

47、

48、

49、车辆k在服务特定起终点对时，行驶至顶点r和s，因此建立约束：

50、

51、车辆k至少运载一名乘客，因此建立约束：

52、

53、每条路线的长度得到有效控制，因此建立约束：

54、

55、限制每条路线上的站点数量，因此建立约束：

56、

57、进一步地，s6中对考虑临时服务与不考虑临时服务的两种模型的路线选择方案进行计算并对比，确认弹性公交路线规划结果以及所需成本。

58、本发明的上述方案有如下的有益效果：

59、本发明提供的考虑临时服务的多车场混合车队弹性公交路线规划方法，通过目标函数的改进、多模式交通体系融合、以及车队规模与配置优化来实现公交系统在高效性、适应性、成本控制和服务质量等方面的全面提升，这些创新不仅为城市公交系统提供了一种新的优化策略，而且对于推动城市交通管理向更加智能化、人性化的方向发展具有重要意义。具体地：

60、本发明不仅考虑了乘客出行成本、运营成本指标，而且将临时服务场景的特殊需求纳入目标函数中，使得模型能够更加精准地捕捉和优化临时服务场景下的关键性能指标；

61、本发明通过将弹性公交服务与其他出行模式、如出租车服务进行协同优化，创新性地构建了一个综合交通体系，这不仅提升了公共交通的效率和吸引力，而且增强了公交系统与城市交通生态的互动和互补；

62、本发明通过灵活的混合车队配置策略，能够根据乘客需求的时空变化，调整不同容量和成本效益的车辆配置，实现了成本控制与服务质量的最优平衡；

63、本发明的其它有益效果将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

技术特征：

1.一种考虑临时服务的多车场混合车队弹性公交路线规划方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的考虑临时服务的多车场混合车队弹性公交路线规划方法，其特征在于，s1中模型变量包括：

3.根据权利要求2所述的考虑临时服务的多车场混合车队弹性公交路线规划方法，其特征在于，s3中运营成本的表达式为：

4.根据权利要求3所述的考虑临时服务的多车场混合车队弹性公交路线规划方法，其特征在于，s3中乘客出行成本包括乘客在途时间，乘客出行成本的表达式为：

5.根据权利要求4所述的考虑临时服务的多车场混合车队弹性公交路线规划方法，其特征在于，临时服务成本包括出租车固定成本、变动成本以及乘客在途成本，临时服务成本的表达式为：

6.根据权利要求5所述的考虑临时服务的多车场混合车队弹性公交路线规划方法，其特征在于，s4中设置目标函数以最小化总成本，计算公式为：

7.根据权利要求6所述的考虑临时服务的多车场混合车队弹性公交路线规划方法，其特征在于，s5中约束条件包括：

8.根据权利要求7所述的考虑临时服务的多车场混合车队弹性公交路线规划方法，其特征在于，s6中对考虑临时服务与不考虑临时服务的两种模型的路线选择方案进行计算并对比，确认弹性公交路线规划结果以及所需成本。

技术总结
本发明提供了一种考虑临时服务的多车场混合车队弹性公交路线规划方法，包括：确定弹性公交车辆及临时服务运营相关参数信息，定义模型变量；确定弹性公交潜在乘客需求订单信息；计算弹性公交的运营成本、乘客出行成本以及临时服务成本；建立考虑临时服务的多车场混合车队弹性公交路线规划模型；基于弹性公交潜在乘客需求节点的实际情况，构建模型需要满足的约束条件；对模型以及约束条件组成的计算网络进行求解，得到弹性公交路线规划结果以及所需成本。本发明实不仅能够显著提升公交系统的运营效率和经济效益，还能够增强乘客的出行体验，促进城市公共交通系统的可持续发展，为城市交通管理提供了一种创新的优化策略。

技术研发人员：蔡逸颖,岑学楷,陈群
受保护的技术使用者：中南大学
技术研发日：
技术公布日：2024/8/13