专利名称：一种基于时变客流的城市公交运营协调方法与装置的制作方法
技术领域：
本发明属于城市公交管理技术领域，尤其涉及一种基于时变客流的城市公交运营 协调方法与装置。
背景技术：
现代化社会经济的发展，客观上要求各种公共交通方式之间实现有效衔接，从而 最大限度地提高公共交通的吸引力。城市轨道交通与常规公交的协调体现在三个方面，分 别是体制协调、规划协调和运营协调。本发明着重解决轨道交通与常规公交运营协调中技 术层面的问题，即调度协调问题。目前有传统的公交车辆调度方法、静态调度协调和动态调 度协调三种。传统的公交车辆调度多是采用经验法，即参考线路的平均客流量情况和线路的计 划配车数，从而确定车辆发车间隔和车辆配置、人员配班，虽然该方法具有一定的实用性， 但存在着明显的不足，带有较大的盲目性，并且很难保证乘客的出行效率以及公交的运营 效率。静态调度协调技术的数据基础是平均客流量等经验值，并且在确定公交车发车间隔 时，综合考虑了运营商和乘客的效益。然而，在实际运营中，由于多种随机因素干扰，公交车 辆的运行并不能严格遵循时刻表，同时客流需求也是实时变化的，这种双重不确定性，在传 统的静态调度协调中并不能得到体现，使得由静态调度协调模型得到的行车计划在实际中 难以保证其实施效果。在出行者日益关注出行质量的当前形势下，有必要开发一种基于实 际公交网络双重不确定性的动态调度协调技术。由于目前缺乏面向实际应用、综合考虑公 交多源时变数据的调度协调模型，城市常规公交与轨道交通难以实现运营协调，造成乘客 换乘效率低、公交服务水平低下，且高峰时段公交资源分配不合理现象尤为突出，在很大程 度上抑制了公交的吸引力。在此背景下，本发明利用公交时变客流数据和公交GPS数据，开 发了面向应用的城市公交调度协调方法和装置，从而实现在动态情况下常规公交衔接轨道 交通的调度协调。本发明以时变数据为实施基础，及时把握客流需求的时变性和公交运行的不确定 性，将不确定性问题转化为提前预知、并及时做出响应的问题，为公交调度提供更为科学的 方法。
发明内容
针对上述背景技术中现有城市公交管理中公交资源分配不合理、乘客换乘效率低 等问题，本发明提出了一种基于时变客流的城市公交运营协调方法与装置。本发明的技术方案是，一种基于时变客流的城市公交运营协调方法，其特征是该 方法包括以下步骤步骤1 利用公交GPS数据对车辆行程时间进行预测，推算出车辆在换乘站的到站 时间间隔；步骤2 根据动态客流量，确定公交运营的拥挤里程比例表达式；
步骤3 根据步骤1得到的车辆在换乘站的到站时间间隔，建立换乘乘客平均候车 时间表达式；步骤4 对运营商成本进行分析，进而完成公交调度协调总表达式的建立；步骤5 采用基于快速分类的非支配遗传算法对步骤4的公交调度协调总表达式 求解，输出所选择线路的运营协调方案；步骤6 通过网络将运营协调方案发送至公共交通网络调度指挥中心。所述车辆行程时间预测的方法为对于拥挤的线路，采用基于时间点指数法的方 法预测；对于非拥挤的线路，采用基于指数平滑法的方法预测。所述拥挤里程比例表达式为满载率超过期望满载率阈值上限的公交出行里程占 公交出行总里程的百分比。所述换乘乘客平均候车时间表达式根据乘客换乘方式，其建立方法如下1)乘客从轨道交通换乘常规公交时的平均候车时间表达式将换乘乘客分为直 接换乘和非直接换乘两种，按两者分担的比例，表示特定公交车辆到达间隔内客流到站时 间分布概率密度，从而得到该特定公交车辆到达间隔内客流平均候车时间，对于轨道交通 换乘常规公交构成一对多的换乘系统，可通过换乘人数对各条线路进行加权，从而获得运 营协调线路的换乘乘客平均候车时间；2)乘客从常规公交换乘轨道交通时的平均候车时间表达式常规公交换乘轨道 交通的平均候车时间的确定分两种情况，对于轨道交通发车间隔密集的情况，乘客到站平 均候车时间为发车间隔的一半；对于轨道交通发车间隔较大的情况，则视为常规公交换乘 至轨道交通的客流无乘客滞留的情况，控制常规公交到站时间，使轨道交通离站时间与换 乘乘客到达轨道车站的时间间隔最小。所述公交调度协调总表达式包括运营商成本、拥挤里程比例和换乘乘客平均候车 时间。一种基于时变客流的城市公交运营协调装置，其特征是所述装置包括数据读取装 置、行程时间估算装置、广义成本解析装置、运营协调方案生成装置和方案输出装置；数据 读取装置分别与行程时间估算装置和广义成本解析装置连接；行程时间估算装置和广义成 本解析装置连接；广义成本解析装置和运营协调方案生成装置连接；运营协调方案生成装 置和方案输出装置连接；数据读取装置用于获取所选择线路的实时客流量和公交GPS响应数据，为整个运 营协调过程提供了数据支持，其数据输出至行程时间估算装置和广义成本解析装置；行程时间估算装置用于对公交车辆行程时间进行预测，并以此推算车辆在换乘站 的到站时间间隔，使其可被下一装置的运行直接利用；广义成本解析装置用于对包括拥挤里程比例、换乘乘客平均候车时间和运营商成 本的广义成本进行分析，完成公交调度协调总表达式的建立； 运营协调方案生成装置接收来自广义成本解析装置所建立的公交调度协调总表 达式，采用基于快速分类的非支配遗传算法对总表达式进行优化处理，得到运营协调方 案；方案输出装置用于实现对运营协调方案储存及输出，可将运营协调方案通过网络 发送至外部需求用户。
本发明提出了一种动态的公交运营协调方法，实现了公交资源的合理分配和有效 利用，提高了公交服务水平，解决了目前城市公交领域不同交通方式间的运营协调问题。
图1是运营协调方法流程图。图2是运营协调装置结构图。图3是线路选择界面。图4是公交车辆行程时间预测流程图。图5是基于快速分类的非支配遗传算法的求解流程。
图6是公交线路参数设定界面。图7是运营协调结果示例。
具体实施例方式下面结合附图，对优选实施例作详细说明。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性 的，而不是为了限制本发明的范围及其应用。一种基于时变客流的城市公交运营协调装置是依据一种基于时变客流的城市公 交运营协调方法设计而来的，该方法流程图如图1所示。依据该方法流程设计出的装置由五个部分组成，其结构如图2所示，分别为数 据读取装置、行程时间估算装置、广义成本解析装置、运营协调方案生成装置和方案输出装 置。其中，运营协调部分是本发明的核心，包括广义成本解析装置和运营协调方案生成装 置，各部分运行过程如下一 .数据读取装置通过线路选择界面(如图3所示)选择拟协调的轨道交通线 路，从提供的换乘站点和相关公交线路列表中，选择需要协调的站点和线路，装置记录下所 选公交线路标识号码后，向公交调度指挥中心服务器发送请求，获取实时动态客流量和公 交GPS的响应数据。其中获取的GPS响应数据为优化时刻前的GPS记录，包括经度、纬度以 及时间段；动态客流量数据为以每15分钟为单位的指定公交线路的动态客流量组成的二 维表。二 .行程时间估算装置接收数据读取装置传输的公交GPS数据，模糊匹配经度、 纬度坐标以识别站点信息，根据拟实施协调的公交站点，确定其对应的时间点、与发车时刻 的差值，即为公交车辆自始发站至指定站点的历史行程时间。依据车辆行程时间预测方法 进行预测，从而推算未来15分钟内车辆在换乘站的到站时间间隔，流程如图4所示。分析按发车时间顺序构造的行程时间序列，用逆序检验法对该时间序列进行平稳 性检验。经过检验后，对于平稳行程时间序列，即非拥挤线路，采用基于指数平滑法的行程 时间预测方法，否则采用基于时间点指数法的行程时间预测方法进行预测，利用预测值推 断车辆在换乘站的到站时间间隔。(1)基于指数平滑法的公交车辆行程时间预测指数平滑法利用对时间序列由近及远逐步衰减的方法对未来发展趋势进行预测。 设某站点间的公交车辆行程时间序列为{yt}，其一次指数平滑公式为S' t = α yt+(l-a )S'
式中 S' t为第t个行程时间的一次指数平滑值；α为修正系数，且0< α < 1。一次指数平滑公式用第t个行程时间的一次指数平滑值作为第t+Ι个行程时间的 预测值，其表示为
权利要求
1.一种基于时变客流的城市公交运营协调方法，其特征是该方法包括以下步骤步骤1 利用公交GPS数据对车辆行程时间进行预测，推算出车辆在换乘站的到站时间间隔；步骤2 根据动态客流量，确定公交运营的拥挤里程比例表达式；步骤3 根据步骤1得到的车辆在换乘站的到站时间间隔，建立换乘乘客平均候车时间 表达式；步骤4 对运营商成本进行分析，进而完成公交调度协调总表达式的建立；步骤5 采用基于快速分类的非支配遗传算法对步骤4的公交调度协调总表达式求解， 输出所选择线路的运营协调方案；步骤6 通过网络将运营协调方案发送至公共交通网络调度指挥中心。
2.根据权利要求1所述一种基于时变客流的城市公交运营协调方法，其特征是所述车 辆行程时间预测的方法为对于拥挤的线路，采用基于时间点指数法的方法预测；对于非 拥挤的线路，采用基于指数平滑法的方法预测。
3.根据权利要求1所述一种基于时变客流的城市公交运营协调方法，其特征是所述拥 挤里程比例表达式为满载率超过期望满载率阈值上限的公交出行里程占公交出行总里程 的百分比。
4.根据权利要求1所述一种基于时变客流的城市公交运营协调方法，其特征是所述换 乘乘客平均候车时间表达式根据乘客换乘方式，其建立方法如下1)乘客从轨道交通换乘常规公交时的平均候车时间表达式将换乘乘客分为直接换 乘和非直接换乘两种，按两者分担的比例，表示特定公交车辆到达间隔内客流到站时间分 布概率密度，从而得到该特定公交车辆到达间隔内客流平均候车时间，对于轨道交通换乘 常规公交构成一对多的换乘系统，可通过换乘人数对各条线路进行加权，从而获得运营协 调线路的换乘乘客平均候车时间；2)乘客从常规公交换乘轨道交通时的平均候车时间表达式常规公交换乘轨道交通 的平均候车时间的确定分两种情况，对于轨道交通发车间隔密集的情况，乘客到站平均候 车时间为发车间隔的一半；对于轨道交通发车间隔较大的情况，则视为常规公交换乘至轨 道交通的客流无乘客滞留的情况，控制常规公交到站时间，使轨道交通离站时间与换乘乘 客到达轨道车站的时间间隔最小。
5.根据权利要求1所述一种基于时变客流的城市公交运营协调方法，其特征是所述公 交调度协调总表达式包括运营商成本、拥挤里程比例和换乘乘客平均候车时间。
6.一种基于时变客流的城市公交运营协调装置，其特征是所述装置包括数据读取装 置、行程时间估算装置、广义成本解析装置、运营协调方案生成装置和方案输出装置；数据 读取装置分别与行程时间估算装置和广义成本解析装置连接；行程时间估算装置和广义成 本解析装置连接；广义成本解析装置和运营协调方案生成装置连接；运营协调方案生成装 置和方案输出装置连接；数据读取装置用于获取所选择线路的实时客流量和公交GPS响应数据，为整个运营协 调过程提供数据支持，其数据输出至行程时间估算装置和广义成本解析装置；行程时间估算装置用于对公交车辆行程时间进行预测，并以此推算车辆在换乘站的到 站时间间隔，使其可被下一装置的运行直接利用；广义成本解析装置用于对包括拥挤里程比例、换乘乘客平均候车时间和运营商成本的 广义成本进行分析，完成公交调度协调总表达式的建立；运营协调方案生成装置接收来自广义成本解析装置所建立的公交调度协调总表达式， 采用基于快速分类的非支配遗传算法对总表达式进行优化处理，得到运营协调方案；方案输出装置用于实现对运营协调方案储存及输出，可将运营协调方案通过 网络发送 至外部需求用户。
全文摘要
本发明公开了城市公交管理技术领域中的一种基于时变客流的城市公交运营协调方法与装置。该装置利用公交动态客流量和公交实时GPS数据，基于公交运营受实时路况随机扰动的实际，以运营商成本、拥挤里程比例和换乘乘客平均候车时间为目标，构建基于公交时变数据的多变量运营协调总表达式，通过基于快速分类的非支配遗传算法寻求最优的动态运营协调方案。本发明有利于改善城市公交系统的资源利用和有效衔接。
文档编号G08G1/00GK102044149SQ20111000570
公开日2011年5月4日 申请日期2011年1月12日 优先权日2011年1月12日
发明者于雷, 李欣, 荆长林, 郭淑霞, 陈旭梅 申请人:北京交通大学