地区中小学校校车最优路线与配置方法
【技术领域】：
[0001] 本发明涉及一种地区中小学校校车最优路线与配置方法，特别涉及学生居住地点 较分散、对校车服务质量有一定要求、上下学时间比较固定、整体经费非常有限的中小学校 车运行规划方法，属于路径规划技术领域。
【背景技术】
[0002] 随着我国社会经济的发展、城市化进程的加快，城乡公路交通拥堵和安全问题也 日渐严重。特别是中小学生上学、放学回家的出行问题，一直是社会普遍关注的问题。此外， 每到上下学时间，学校周边都挤满车和人，不但使得学生出行非常不安全，还加剧了交通拥 堵、造成了社会资源的浪费。采用校车来集中输送学生，被认为是解决中小学生上下学出行 问题的较好方式。为了在资源有限的情况下，推出科学、高效的校车服务系统，充分满足地 区中小学、学生及家长的实际需求，同时顺应节约型社会的发展目标，首先需要解决好校车 配置及其运行线路的规划问题。
[0003] 科学的中小学校车运行、服务系统，核心问题是车辆的配置以及行驶路线的选取， 这些问题解决好，才能在保障出行学生的安全性、学生和学校的满意度以及降低运行成本、 能耗等方面找到最佳结合点。
[0004] 目前与路径规划有关的方法和技术成果很多，针对校车的路径规划方法也已经被 提出，不过这些方法和技术均针对行驶路线规划一个环节，基于网络规划模型和算法，或者 直接采用商业地理信息系统给出的解决办法。然而现实的校车运行规划包含多个环节，单 纯解决路线规划一个问题并不能真正帮助中小学或者地方教育部门设计高质量的校车运 行方案。
[0005] 本发明针对中小学校校车运行规划的实际需求，提出了一种覆盖所有环节的地区 中小学校校车最优路线与配置方法，任何学校或地区教育部门均可以基于本方法设计出高 效低成本、切实可行的校车运行方案。
【发明内容】
[0006] 本发明是为了解决中小学校校车运行规划的实际需求，提出了校车运行规划需要 考虑的所有环节，并针对全部环节提出了有针对性的实用解决方法，帮助中小学和地区教 育部门设计高效低成本、切实可行的校车运行方案。
[0007] 为了达到上述目的，本发明提出将校车运行规划问题分为七个步骤，分别是校车 的需求分析、满意度分析、地址转换与站点设置、校车运行路线规划模型设计、实景数据采 集、智能算法设计与规划方案的微调。
[0008] 本发明方法是通过如下技术方案实现的：
[0009] -种地区中小学校校车最优路线与配置方法，包括以下步骤：
[0010] 步骤1，通过大范围问卷调查完成校车需求分析，了解地区中小学生目前出行方 式，确定影响学生及家长满意度的有关因素，确定对校车服务的实际需求情况；
[0011] 步骤2,基于步骤1的调查结果，采用层次分析法建立校车满意度评估体系；
[0012] 作为优选，所述建立校车满意度评估体系的具体过程如下：
[0013] 首先参考步骤1的分析结果，根据常规的公共交通工具满意度评测方法，确定影 响用户满意度的因素主要有路径规划、车辆硬件和实际运行情况三大类；其中路径规划因 素，基于步骤1的分析结果，主要考虑家到校车站的步行时长、校车到站时间、学生乘车时 长三个子因素；车辆硬件主要考虑安全性、稳定性和舒适性三个子因素；运行情况主要考 虑准点情况、司机素质、收费价格三个子因素；
[0014] 然后运用模糊层次分析法得到影响校车满意度各项因素的权重；
[0015] 步骤3,根据从家到学校的步行时长因素对基于步骤1得到的希望乘坐校车的学 生的家庭住址进行聚类获得候选乘车站点；
[0016] 作为优选，为便于计算机处理，节省时间，将由调查问卷获得的文字地址转化为经 炜度数据。
[0017] 作为优选，所述将文字地址转化为经炜度数据通过调用数字地图应用的API接口 实现。
[0018] 作为优选，所述聚类采用K-means算法实现。
[0019] 步骤4,校车运行路线规划模型设计：
[0020] 1、对于单个学校开行校车的情况，目标函数有四个，分别是：
[0021] 1)校车行驶的总时间最短（代表校车到站时间早晚因素）：
[0022] 一J, !--J,j-a
a. ，：
[0023] 2)学生乘车的总时长最短（代表学生乘车时长因素）：
[0024]
[0025] 3)各辆车的时间均衡（校车的公平分担原则）：
[0026]
[0027] 4)车辆数最少（代表校车运行成本/收费价格因素）：f4= 1 ;
[0028] 约束条件：
[0029]
[0030]
[0031]
[0032]
[0033]
[0034]
[0035]约束条件中，公式（1)表示对单辆校车模型载客量的限制，每辆校车接送的学生 人数不超过校车的载客量；公式（2)表示校车系统中所有的校车的载客量之和不少于校车 服务的学生总人数；公式（3)表示每个站点有且仅有一辆校车通过，且所有校车最终回到 学校；公式⑷（5) (6)是整数0,1约束；
[0036] 上述公式中各符号的含义如下：
[0037]
[0038] b:校车从站点i到j的行驶时间；
[0039]ts:校车在站点制动和启动的时间；
[0040] tp:每个学生上下车的时间；
[0041] tk:第k辆车在整个路程中花费的时间；
[0042] :第k辆校车在第i个站点接到的学生数；
[0043] Μ :校车所接送的学生总数；
[0044] Κ:校车总数；
[0045] ?V
?·
[0046] η:不包括学校在内的站点数；
[0047] 1 :最终安排的车辆数；
[0048] g1:在站点i乘坐校车的学生数；
[0049]
[0050] G :单辆校车的载客容量；
[0051] 2、对于多个学校统一开行校车的情况，目标函数有四个，分别是：
[0052] 1)校车行驶的总时间最小（代表校车到站时间早晚因素）：
[0053]
[0054] 2)学生乘车的总时长最短（代表学生乘车时长因素）：
[0055] ?ft.-'1 ?-1i -X- J-t
?-￡ 'f-? .,- .5.
[0056] 注：学生从第i站上第k辆车到学校花费的时间为
[0057]
[0058] 3)各辆车的时间均衡（校车的公平分担原则）：
[0059] f3= min (max t k_min tk)
[0060] 4)车辆数最少（代表校车运行成本/收费价格因素）：f4=L;
[0061] 约束条件：
[0062]
[0063]
[0064]
[0065]
[0066] 在约束条件中，公式（7)保证每辆车上学生人数不超过车辆的载客量；公式（8)保 证校车服务的学生总数不超过车辆的总载客量；公式（9)，（10)保证每个站点只有一辆校 车经过；
[0067] 上述公式中各符号的含义如下：
[0068]
[0069]b:校车从站点i到j的行驶时间；
[0070] ts:校车在站点制动和启动的时间；
[0071] tp:每个学生上下车的时间；
[0072] tk:第k辆车在整个路程中花费的时间；
[0073] Μ :校车所接送的学生总数；
[0074]:在第1站登上第k辆车的学生人数；
[0075] K :校车总数；
[0076]
[0077]
[0078] η:不包括学校在内的站点总数；
[0079] Η:校车系统中的学校总数；
[0080] L:最终安排的车辆数；
[0081] G:单辆校车的载客容量；
[0082] 在单个学校和多个学校模型中，均构造了四个目标函数，在具体进行计算时，由于 第3)个目标函数对于满意度没有影响，可以暂时不用考虑；根据满意度分析中得到的家到 校车站的步行距离、校车到站时间、学生乘车时长三个子因素的权重结果，归一化后计算比 例，得到1)、2)、4)三个目标函数的相对权重，然后统一为单个目标函数min(ωJ1+ω2f2+ω 4f4)；
[0083] 步骤5,对步骤4得到的目标函数采用智能优化算法进行求解；
[0084] 作为优选，为降低所述求解过程的复杂度，在采用智能优化算法进行求解前通过 以下过程对所有候选乘车站点进行清理以及分区：
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