一种考虑营运偏好的公交停车分配方法及装置

本发明属于公交信息，具体涉及一种考虑营运偏好的公交停车分配方法及装置。

背景技术：

1、近年来，交通运输行业持续推进绿色交通基础设施建设。城市公交系统是交通系统中最重要的组成部分，在保障居民日常出行、缓解交通拥堵方面发挥着重要作用，优化公交系统的运营管理对于推动绿色交通发展至关重要。公交车每天在线路首末站之间往返为城市居民提供出行服务，在营运结束后停在特定的停车场。车辆从停车场前往首发站的过程称为出场，从终点站返回停车场的过程称为回场，从首末站往返停车场过程中产生的非营运里程，也称为空驶里程。不合理的停车场分配将产生大量的空驶里程，不仅增加运营成本，而且浪费能源消耗。

2、将公交车安排到指定的停车场是一个停车分配问题，旨在以最小的成本将车辆分配到合适的停车场中。对于大型城市来说，由于城市区域范围较大，公交集团下属多个营运分公司，负责部分区域的车辆调度和停车管理。营运分公司通常希望将管辖车辆停放在所属停车场中，便于管理。如何科学合理地进行停车分配，考虑营运分公司对车辆、线路和停车场的管理要求，减少运营成本、节约能源消耗，是城市公共交通企业和管理部门面临的挑战。

3、传统方法采用人工指定车辆所停放的停车场，分配的合理性主要依赖于人的经验，无法得到最优解。有一些研究针对减少私家车寻找停车场时的巡航里程所展开。私家车停车推荐时主要考虑停车时长、价格和用户隐私等因素，这些停车分配方法不能直接应用于公交车的停车分配。由于公交车有固定的停车场地，停车价格和隐私不是主要考虑因素，但需要在停车分配时尽可能满足营运分公司的管理要求。现有方法主要通过将车辆分配到最接近车辆目的地的可用停车位来最小化停车成本，计算得到的全局最优解忽略了公交运营过程中的实际管理需求。目前尚缺乏合理有效的公交停车分配方法，在考虑营运分公司管理要求的前提下，最小化因车辆停放产生的运营成本。

技术实现思路

1、为解决现有技术的不足，实现在满足营运需求的前提下，最小化总停车成本的目的，本发明采用如下的技术方案：

2、一种考虑营运偏好的公交停车分配方法，包括如下步骤：

3、步骤1：获取公交站数据集、停车场数据集、公交车信息数据集和公交车出入场数据集；

4、步骤2：获取公交站和停车场之间的距离数据集；

5、步骤3：构建考虑营运偏好的停车分配模型；一组车辆将被分配给一组停车场，且每辆车将最多被分配到一个停车场，每个停车场停放的车辆数小于等于其容量，停车分配模型目标函数如下：

6、

7、

8、其中，ci表示第i辆车行驶单位距离的成本，dij表示停车场和公交站之间的行驶距离；

9、步骤4：构建车辆和停车场偏好列表，并在满足偏好列表的同时计算目标函数，以最小化所有车辆的总停车成本，得到考虑营运偏好的停车分配结果。

10、进一步地，所述步骤1包括如下步骤：

11、步骤1.1：获取公交站数据集、停车场数据集、公交车信息数据集和公交车出入场数据集；

12、公交站数据集包含了所有公交站的相关信息，一条公交站数据记录表示为rstop＝(sid,sname,scoord)，其中sid表示公交站id，sname表示公交站名字，scoord表示公交站坐标；

13、停车场数据集包含了所有公交停车场的相关信息，一条停车场数据记录表示为rpark＝(pid,pname,pcoord,capacity)，其中pid表示停车场id，pname表示停车场名字，pcoord表示停车场坐标，capacity表示停车场容量；

14、公交车信息数据集包含了所有公交车的相关信息，一条公交车信息数据记录表示为rbus＝(busid,type,len,unitcost)，其中busid表示车辆编号，type表示车辆类型，len表示车辆长度，unitcost表示该种类型和长度的车辆行驶每千米所需的成本；

15、公交车出入场数据集包含了公交车从停车场开往首发站、从终点站驶回停车场的相关信息，一条公交出入场数据记录表示为：

16、rbp＝(busid,state,startstype,startsid,starttime,endstype,endsid,endtime)

17、其中busid表示车辆编号，state表示停车状态，即出场或入场，starttime和endtime表示出发时间和到达时间，当state为出场时，startstype表示出发地点为停车场，startsid表示停车场id，可以从停车场数据集中查找相关信息，endstype表示到达地点为公交起点站，endsid为公交站id，可以从公交站数据集中查找相关信息；当state为回场时，startstype表示出发地点为公交终点站，startsid表示公交站id，endstype表示到达地点为停车场，endsid表示停车场id；

18、步骤1.2：对数据进行预处理；

19、对公交车出入场数据集进行预处理，首先删除无效的空数据，包括busid为空、starttime为空或endtime为空的数据；然后对每辆车按时间排序，找出所有公交车第一次出场和最后一次进场的记录；最后根据每辆公交车的出场停车场id，即startsid，统计得到停车场的现有停车量。

20、进一步地，所述步骤2中，对于所有公交站{rstop}和所有停车场{rpark}，根据公交站坐标scoord和停车场坐标pcoord，采用地图获取两个地点之间的行驶距离并存储在距离数据集中，一条距离数据记录表示为rdist＝(sid,pid,dist1,dist2)，其中dist1表示从公交站sid前往停车场pid的行驶距离，dist2表示从停车场pid前往公交站sid的行驶距离。

21、进一步地，构建考虑营运偏好的停车分配模型，表示为(b,p,＞b,＞p,qp)，其中一组车辆b将被分配给一组停车场p，且每辆车将最多被分配到一个停车场，采用偏好概念来建模共同利益和冲突利益，＞b＝(＞i)i∈b表示车辆的偏好关系，j＞ij'表示相比于停在停车场j'车辆i更希望停在j，＞p＝(＞j)j∈p表示停车场的偏好关系，i＞ji'表示相比于接受车辆i'，停车场j更愿意接受停放车辆i，qp表示停车场的停车位容量，可以基于capacity或现有停车量来定义，停车分配模型定义如下：

22、决策变量：

23、

24、目标函数：

25、

26、约束条件：

27、

28、其中目标函数中ci表示第i辆车行驶每千米所需的成本，可以基于unitcost得到，dij表示停车场和公交站之间的行驶距离，即停车场到线路首发站和线路终点站到停车场的行驶距离之和，可从距离数据集中检索得到；优化目标是满足车辆和停车场的偏好，且最小化所有车辆的总停车成本。

29、进一步地，所述步骤4包括如下步骤：

30、步骤4.1：构建车辆偏好列表；

31、根据成本最小化准则定义每辆车对不同停车场的偏好关系＞b，计算得到车辆偏好列表；对于每辆车，首先根据距离数据集得到停车场和公交站之间的行驶距离，然后计算相应的行驶成本，最后根据成本最小化准则，构建当前车辆对于所有停车场的偏好列表；

32、步骤4.2：构建停车场偏好列表；

33、考虑营运分公司对车辆的管理需求，定义每个停车场对不同车辆的偏好关系＞p，计算得到停车场偏好列表；管理者可以根据需要定义不同的停车场偏好；

34、步骤4.3：采用gale-shapley算法求解考虑偏好的停车分配结果；

35、根据车辆偏好列表和停车场偏好列表，利用gale-shapley算法对车辆进行停车分配；在每一轮循环中，首先每辆未匹配的公交车根据偏好列表申请排名最高且未申请过的停车场停车；然后，停车场根据自身偏好和容量，判断是否接受当前申请或替换已接受车辆，还是拒绝此次匹配；若停车场当前匹配数未超过容量，则继续进行匹配；若超过容量，则移除该停车场所有匹配中优先度最低的匹配；如果所有车辆都找到了停车场，则匹配成功、评估求解目标函数，否则进入下一轮循环；循环结束后能找到车辆和停车场的最佳匹配，在满足车辆和停车场偏好关系的前提下，最小化总停车成本。

36、进一步地，所述步骤4.2中，为使车辆停放在所属营运分公司管理的停车场中，对于指定公交营运分公司的每个停车场，首先获取该停车场管辖车辆的编号，并对这些车辆赋予高的优先级，然后得到停车场和公交站之间的行驶距离，并计算相应的行驶成本，根据成本最小化准则进行二次排序，构建当前停车场对于所有车辆的偏好列表。

37、进一步地，所述步骤4.2中，为了尽可能减少车辆改变，对于每个停车场，对原来停在该停车场中的车赋予高的优先级，原来不停在该停车场的车优先级最低，然后根据成本最小化准则进行二次排序，构建停车场偏好列表。

38、进一步地，所述方法还包括步骤5，设计多个可视化视图，包括区域停车分配地图、停车场流量图、停车场车辆占比图、距离分布差异图和区域停车分配差异地图，以呈现和比较停车分配结果；

39、所述区域停车分配地图，用于展示了整个区域的停车分配结果；对于每个停车场，首先统计从该停车场出发前往不同公交首发站、从不同公交终点站返回该停车场的车辆数(流量值)，然后在地图上可视化；标识公交站、停车场、停车场的出场和回场流量；

40、所述停车场流量图，用于展示与某个停车场相关的公交车的停车流量情况；通过选择一个希望观察的停车场，显示停放在所选停车场中公交车的相关车流量；

41、所述停车场车辆占比图，用于展示每个停车场停放的公交车所属营运分公司的情况；首先根据停车场中车辆编号，统计每个停车场中停放的不同营运分公司车辆的比例，然后在地图上可视化；

42、所述距离分布差异图，用于比较原始停车分配方案和考虑偏好停车分配方案在优化空驶里程方面的差异；

43、所述区域停车分配差异地图，用于呈现原始停车分配方案和考虑偏好停车分配方案的流量在地理分布方面的差异；标识公交站、停车场、原始分配方案的停车流量、考虑偏好的停车流量，以及流量大小；通过获取距离值，显示该距离值以上的停车分配差异。

44、一种考虑营运偏好的公交停车分配装置，包括存储器和一个或多个处理器，所述存储器中存储有可执行代码，所述一个或多个处理器执行所述可执行代码时，用于实现所述的一种考虑营运偏好的公交停车分配方法。

45、本发明的优势和有益效果在于：

46、本发明的一种考虑营运偏好的公交停车分配方法及装置，将停车分配问题建模为一个多对一的匹配博弈问题，基于停车场和公交站之间的行驶距离、不同类型车辆的行驶成本、停车场的营运要求定义车辆和停车场双向选择时的偏好，采用gale-shapley算法考虑偏好关系，求解车辆和停车场之间的最佳匹配，在考虑营运分公司营运需求的前提下，最小化总停车成本。从多个视角设计可视化视图，能让管理者直观地了解停车分配方案的特点，辅助管理者进行决策，从而提升大型城市公交系统的智慧化营运水平。