一种基于乘客预约的定制公交合乘车辆动态调度方法
【技术领域】：
[0001] 本发明涉及公交信息化技术领域，尤其涉及一种基于乘客预约的定制公交合乘车 辆动态调度方法。
【背景技术】：
[0002] 由于常规的定制公交（出租车、专车）乘坐模式是乘客独自搭乘一辆车，针对城市 居民的出行需求时空分布，经常定制公交出行空载率高而居民"一车难求"等现象，造成车 辆资源的极大浪费，这是目前我国城市定制公交运营管理需要解决的重要问题。合乘和/ 或有多个乘客需要合乘车辆是解决上述问题的有效途径之一，利用手机APP、物联网和无线 通讯等信息技术，动态跟踪居民出行起讫点及出发时间，以及车辆的位置信息，针对某个乘 客的合乘需求来寻找与其匹配的合乘方案，合理安排路网中有多辆定制公交车访问乘客的 次序，以最少成本及时满足乘客搭乘的多祥化和随机性需求。
[0003]目前，国内外学者多数侧重智能公交定制调度系统软的硬件平台研究，尤其是常 规公交、出租车等，利用GPS、GIS以及无线通讯技术，围绕智能定制公交数据采集、传输、处 理和控制，集设备转台自动监控、自动派车、电招预约、手机APP于一体，给出了平台框架设 计、解决方案及其可执行程序，已经在世界范围内得到了广泛应用。但是智能公交定制调 度系统的调度算法研究尚有不足之处，难以满足在复杂路网中存在大量合乘乘客的需求， 达不到整体的最优化，少量研究结果归纳如下：邓向林通过构建一种适合国内大中型城市 出行分布特征的出租车合乘模式，对出租车运营路径按各节点已确定乘载需求以决策树求 解，对运行过程中的临时乘载需求，以动态规范算法计算调整路径的插入可行性，实现整 体的动态规划调度；马梦崎通过对乘客合乘意愿的SP问卷调查、乘客对同意合乘概率的 logistic建模、动态的最短路径探索方式、费用计算的新方式，来实现出行路线大体相同 乘客的合乘出行；吴芳以合乘出租车司机收益与乘客服务率最大化及乘客费用最小化为目 标，建立了出租车最佳路径选择及配车调度优化模型，并设计了改进粒子群算法求解；程杰 基于不同类型出租车与乘客组信息，联合考虑路径和费率优化问题，建立了以出行者与驾 驶员的利益为优化目标的多对多模式的动态出租车合乘模型；覃运梅申请一项专利《基于 复杂路网的出租车合乘集群优化系统及其优化方法》，主要解决以建立集群优化匹配模型， 然后运行算法得出结合出租车绕行比例、最短行程、最大匹配及合乘约束条件的集群优化 方案。
[0004]由上可知，现有智能公交定制的合乘调度算法主要侧重静态需求的合乘车辆调度 方案生成算法，一般采用动态规划、遗传算法、粒子群等智能算法，但却无法解决大规模合 乘车辆调度问题，与实际应用存在一定差距；信息环境技术的定制公交合乘车辆针对动态 出现的新增、修改和删除订单，亟待需要动态需求的合乘车辆动态调度方法，现有研究较 少，尤其是缺少研究考虑乘客的起讫点、等车和在车时间等现实约束对调度结果的影响。因 此，本发明专利拟研究一种基于乘客预约的定制公交合乘车辆动态调度方法，当乘客预约 订单时，从预约订单数据、订单完成车辆任务分配和线路设计策略提供一套完整的解决方 案，为适于居民出行时空分布的城市合乘车辆调度中心提供决策支撑。
【发明内容】
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[0005] 为了解决上述问题，本发明提供了一种面向考虑多乘客定制公交拼车的合乘车辆 调度管理实际，结合GPS、GIS和GPRS等先进信息技术，集成手机APP订单、车辆位置、中心 平台于一体，将每次新增客户出行订单时，结合中心平台的定制公交车辆位置及其访问客 户序列数据，考虑每辆定制公交车的所有乘客的起讫点、等车和在车时间等现实约束，评 估每辆定制公交车完成该订单的成本，据此生成相应的合乘车辆调度策略。主要用于基于 乘客预约的定制公交合乘车辆调度决策，围绕高效、便捷目标，将随机达到的乘客按照一定 规则分配至最佳车辆，既能满足居民出行的方便性，又能减少公司运营成本的技术方案：
[0006] -种基于乘客预约的定制公交合乘车辆动态调度方法，包括以下步骤：
[0007] (1)居民通过手机APP下达、修改和删除出行预约订单，包括起讫点、出发时间、最 长等车和在车时间；
[0008] (2)当中心平台监听居民手机APP的订单请求时，判断该订单状态，将其加载至未 分配订单服务队列；
[0009] (3)动态跟踪每辆定制公交车的位置信息，以及其车上的乘客信息；
[0010] ⑷根据排队队列的先到先服务策略，利用步骤⑵和⑶的基础数据，考虑每辆 定制公交车的所有乘客的起讫点、等车和在车时间等现实约束，构建起讫点之间可行网络， 搜索可行最短路径，据此从总出行距离、剩余车辆冗余能力等角度计算每辆定制公交车完 成一个订单的成本；
[0011] (5)基于贪婪原则，在步骤（4)基础上基于贪婪原则，选择最低成本的定制公交车 辆完成，若没有可行车辆，安排新车完成该订单，并更新该车辆的访问乘客集合，返回步骤 (2)。作为优选，出水管上方的圆柱体空腔内壁上设有水位传感器，水位传感器高度低于入 水管高度25~100mm。
[0012] 作为优选，步骤（1)中居民通过手机APP下达、修改和删除出行预约订单，每个预 约订单i的数据格式为order;=(sp;，epi,Sti,Wti,Oti)，其中：spJPep;是起讫点；st^wti 和Ot1为出发时间、最长等车和在车时间。
[0013] 作为优选，步骤（2)中当中心平台监听居民手机APP的订单请求时，判断该订单 状态：若是新增或修改订单时，将其加载至未分配服务队列，即QueueTail.Add(Orderi)，根 据其St1的大小进行排序；若是修改和删除订单时，令定制公交车辆k是否完成订单i为 更新该车辆的访问乘客集合，即为1 - 〇,将其视为一个新订单，返回步骤（1)。
[0014] 作为优选，步骤（3)中通过中心平台与所有定制公交车辆GPS终端，动 态跟踪每辆定制公交车k的位置信息vpk，以及该车辆访问所有乘客订单i信 息 vW?/V/W.力={/i(V7)< == 1}。.将 = {/1 (V7)x: = 1}划分为 两部分，即：已完成订单i=替丨(坪私=.1 和未完成订单 vekideOrdeij= {/1 (Vz')x； =1avp：k <ept}对未完成订单ve/n'c/eOnfef更新每个客户订 J， 单的剩余出发时间、最长等车和在车时间，即SSti=Sti_t? :StiHswti=wti-listi-t] 和SOti=ot「[t-sti] 〇
[0015] 作为优选，步骤（4)中根据排队队列的先到先服务策略，将队头的订单1从服务 队列移除，即QueueHead.Remove(Orderi),利用步骤（2)和（3)的基础数据，结合实际交通 GIS，构建起讫点之间可行网络G= (E，V)，搜索可行最短路径，检验每辆定制公交车的所有 乘客的起讫点、等车和在车时间等现实约束，当途经某结点Vcer，其与车辆当前位置vPk 之间运行时间为.式遵循SSti=sti_t?zsti-tzO彡 0、SWti=wt「[sti-t]彡 0 和Soti=oti-Ht-sti]彡0,若该结点是订单j的起点sp_j，满足t+T彡sti;若该结点是订 单j的讫点ep_j，满足t+T<Oti,从总出行距离、剩余车辆冗余能力等角度，计算每辆定制公
[0016] 作为优选，步骤（5)中基于贪婪原贝1J，选择最低成本的定制公交车辆 & =minPM完成订单i，若没有可行车辆，安排新车完成该订单，并更新该车辆的访问 乘客集合VehicleOrderk=vehicleOrderkU{i}，即为 0 - 1，返回步骤（2)。
[0017] 本发明的有益效果在于：
[0018] 本发明与实际手机APP客户端、定制公交车载GPS终端进行数据交互，收集乘客出 行预约订单、车辆位置、车辆轨迹等历史和实时数据，围绕以最低成本尽快响应居民出行为 目标，当居民通过手机APP下载订单时，集成从预约订单数据、订单完成车辆任务分配和线 路设计策略等功能于一体，将该订单分配给最佳车辆，为基于乘客预约的定制公交合乘车 辆动态调度提供切实可行的一套完整的解决方案。
【附图说明】：
[0019] 图1是本发明实施的系统框架图；
[0020] 图2是本发明实施的流程图。
【具体实施方式】：
[0021] 为使本发明的发明目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的 实施方式作进一步地详细描述。
[0022] 如图1所示，本发明提供一种基于乘客预约的定制公交合乘车辆动态调度方法， 涉及两个客户端和一个中心平台，通过手机APP新增、修改和删除订单，将所有客户的订单 按出发时间排序，在中心平台中构建一个订单服务队列，根据先到先服务策略，逐步对队头 的每个订单，结合车载GPS终端的位置信息，以及之前已经分配给该定制公交车辆的所有 客户订单信，从构建起讫点之间可行路径、最短路算法和约束检验目标函数计算等出发，分