運(yùn)輸組織學(xué)課程設(shè)計(jì)--城市公交調(diào)度

1、<p><b>　　第一章 背景分析</b></p><p><b>　　1.1 社會(huì)背景</b></p><p>　　公共交通是城市發(fā)展的必然產(chǎn)物，也是城市賴以生存的重要基礎(chǔ)設(shè)施之一，它作為城市交通系統(tǒng)中一個(gè)重要組成部分，是城市整體發(fā)展中不可缺少的物質(zhì)條件和基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，也是聯(lián)系社會(huì)生產(chǎn)、流通和人民生活的紐帶。公交系統(tǒng)具有運(yùn)載量大、運(yùn)送效

2、率高、能源消耗低、相對(duì)污染少、運(yùn)輸成本低等優(yōu)點(diǎn)。因此，要解決大、中城市目前普遍存在的交通擁擠、交通事故頻繁和環(huán)境污染等問題，應(yīng)特別重視優(yōu)先發(fā)展城市公共交通。它已經(jīng)被世界各國(guó)公認(rèn)為解決大中城市交通問題的最佳策略，是城市交通可持續(xù)發(fā)展的必由之路。</p><p>　　在城市交通系統(tǒng)中，公共交通客運(yùn)的特點(diǎn)是定時(shí)、定線、定站。所謂定時(shí)是指公共交通線路的首末車時(shí)間、發(fā)車間隔等是根據(jù)運(yùn)營(yíng)作業(yè)計(jì)劃事先確定的；所謂定線是指公共交

3、通的線路走向按照客流規(guī)律設(shè)置；所謂定站是指公共交通線路所途經(jīng)的停站地點(diǎn)是根據(jù)客流需要選定的，它們都具有相對(duì)穩(wěn)定性，都是公交系統(tǒng)對(duì)社會(huì)的承諾，是衡量公交服務(wù)水平的指標(biāo)。因此，它們?cè)谝欢〞r(shí)期內(nèi)都不能輕易改變。在公共交通運(yùn)輸管理工作中，運(yùn)營(yíng)組織與調(diào)度是核心的內(nèi)容，是實(shí)現(xiàn)定時(shí)、定線、定站的基本保證。良好的運(yùn)營(yíng)組織與調(diào)度管理可保障公交系統(tǒng)以最少的人力、物力投入即可滿足客流的需求，確保運(yùn)營(yíng)計(jì)劃的執(zhí)行。</p><p>　　隨

4、著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和城市人口的增長(zhǎng)，城市居民出行量不斷增加，道路交通容量日趨飽和，交通問題日益突出。由于城市公共交通具有運(yùn)量大、相對(duì)投資少、人均占有道路少等優(yōu)點(diǎn)，各地政府及交通管理部門逐漸認(rèn)識(shí)到，解決城市交通問題必須優(yōu)先發(fā)展城市公共交通。城市公交調(diào)度問題是城市公共交通的核心內(nèi)容。合理的公交調(diào)度，可以有效地緩解運(yùn)力和運(yùn)量的矛盾，最大限度地平衡乘客和公交公司的利益，降低乘客的出行成本，改善市民的出行狀況；同時(shí)也可以增加公交車輛的運(yùn)行效率，提高

5、城市公交系統(tǒng)的管理水平，提高公交公司的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。 對(duì)于一條大運(yùn)量的城市公交線路，由于公交客流在空間、時(shí)間上存在著不均衡性，會(huì)經(jīng)常出現(xiàn)高峰時(shí)段乘客過分擁擠、平峰時(shí)段車輛滿載率不高的現(xiàn)象，造成了有限資源的大量浪費(fèi)。城市公交車輛組合調(diào)度正是基于運(yùn)力與運(yùn)量相平衡的思想，以全程車為基本的調(diào)度形式，并根據(jù)線路客流的分布情況輔以其它調(diào)度形式的一種運(yùn)輸組織方式。 準(zhǔn)確、合理的客流數(shù)據(jù)是進(jìn)行公交車輛組合調(diào)度的前提和基礎(chǔ)。</p>

6、<p>　　1.2 城市公交調(diào)度優(yōu)化的目的和意義</p><p>　　運(yùn)營(yíng)調(diào)度是公共交通運(yùn)輸企業(yè)工作的核心部分，企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)服務(wù)質(zhì)量直接受此影響。根據(jù)客流分布特征和需求信息來確定公交車輛的發(fā)車間隔可以提高公交服務(wù)的可靠性，改善公交企業(yè)的服務(wù)質(zhì)量，從而更多地吸引城市居民選擇公共交通這種方式來完成出行。例如在客流高峰期，如果某條公交線路上出現(xiàn)某些站點(diǎn)或區(qū)段客流量較其他站點(diǎn)或區(qū)段明顯增加的現(xiàn)象，我們?nèi)?/p>

7、果再采用常用的均衡時(shí)刻調(diào)度表很難取得明顯的效果，而此時(shí)若采用開行全程車同時(shí)輔以區(qū)間車或大站快車的方案，可以及時(shí)疏散客流量比較大的站點(diǎn)所在乘客，很明顯可以降低企業(yè)的經(jīng)濟(jì)成本，從而解決均衡時(shí)刻表所不能解決的問題。因此如何優(yōu)化公交系統(tǒng)調(diào)度問題，對(duì)于城市交通的各種問題的緩解、城市居民的出行狀況的改善都具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。</p><p>　　1.3 長(zhǎng)沙市城市公交調(diào)度現(xiàn)狀和問題</p><p>　

8、　長(zhǎng)沙市是湖南省的省會(huì)，是華中地區(qū)重要的工商業(yè)城市，長(zhǎng)江中游城市群中心城市之一。長(zhǎng)沙市位于湖南省東部偏北，湘江下游和長(zhǎng)瀏盆地西緣，東鄰江西省宜春地區(qū)和萍鄉(xiāng)市，南接株洲、湘潭兩市，西連婁底、益陽兩市，北抵岳陽、益陽兩市。</p><p>　　長(zhǎng)沙市人口稠密、外來人員眾多，相當(dāng)具有發(fā)展公交企業(yè)的條件。城區(qū)主干道有五一路、芙蓉路、韶山路、中山路、黃興路、湘江路、瀟湘路、人民路和“六橋三環(huán)” 。六橋三環(huán)：橘子洲大橋（一橋

9、）、銀盆嶺大橋（二橋）、猴子石大橋（三橋）、三汊磯大橋（四橋）、黑石鋪大橋（五橋）、月亮島大橋（六橋）、一環(huán)線、二環(huán)線、三環(huán)線。由于跨越主城區(qū)的湘江一、二、三橋的過江交通流量一直處于超負(fù)荷運(yùn)行，造成長(zhǎng)沙交通擁堵，也長(zhǎng)期為市民詬病。長(zhǎng)沙也在城市的東南西北各設(shè)立了長(zhǎng)途汽車站，在長(zhǎng)沙火車站設(shè)立了長(zhǎng)株潭客運(yùn)汽車站，連接長(zhǎng)沙國(guó)道有106國(guó)道、107國(guó)道和319國(guó)道。</p><p>　　在我國(guó)，越來越多的大城市面臨著擁擠的

10、交通問題，這一問題不僅嚴(yán)重影響了居民的出行，而且對(duì)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展也有極大地制約。由于城市化進(jìn)程的加快以及城市人口的增多，且交通需求在時(shí)間、空間上均存在不平衡性的特點(diǎn)，城市公共交通很難滿足人們?nèi)找嬖鲩L(zhǎng)的出行需求，特別是在上下高峰期和節(jié)假日期間。乘客上車后車輛十分擁擠，還可能要換乘兩次及以上的車輛才能到達(dá)目的地，還有因交叉口堵塞和車流過多而損耗時(shí)間，因此提高公共交通的服務(wù)質(zhì)量以及運(yùn)行效率成為了廣大城市居民的迫切需求。</p>

11、<p>　　但在實(shí)際運(yùn)行操作中，還是會(huì)遇到很多棘手的問題。城市公交調(diào)度系統(tǒng)主要還是采用的經(jīng)驗(yàn)型調(diào)度方式，對(duì)發(fā)出的車輛是實(shí)際情況不能及時(shí)了解，無法科學(xué)合理的調(diào)度安排車輛，造成人力物力上的資源浪費(fèi)。這種現(xiàn)行的調(diào)度機(jī)制還存在以下幾個(gè)問題：</p><p>　　調(diào)度主要靠人力，技術(shù)手段落后。</p><p>　　很多公交調(diào)度仍然采用由線路主調(diào)度室簽發(fā)路單，然后依靠司機(jī)傳遞路單，最后到站后

12、依靠調(diào)度簽發(fā)到站時(shí)間和車輛返程時(shí)間這種手工操作方式，很多新的公交調(diào)度技術(shù)如智能交通系統(tǒng)、GPS和乘客自動(dòng)計(jì)數(shù)系統(tǒng)等都沒有在現(xiàn)實(shí)中取得應(yīng)用。調(diào)度人員不了解車輛在道路上的運(yùn)行情況、線路上的客流量、已發(fā)車輛的運(yùn)行情況，而是依然按照先前制定的時(shí)刻表進(jìn)行調(diào)度，必然會(huì)造成資源的浪費(fèi)或是乘客候車時(shí)間過長(zhǎng)，而從乘客的角度來說，他們不清楚所乘坐車輛的信息從而無法做出最佳的出行選擇。</p><p>　　（2）調(diào)度計(jì)劃的制定主要以經(jīng)

13、驗(yàn)為主。</p><p>　　由于調(diào)度人員缺乏對(duì)乘客、車輛和道路信息的了解，往往只能依靠直覺和經(jīng)驗(yàn)來制定調(diào)度計(jì)劃。雖然根據(jù)以往的客流分布特征可以做出經(jīng)驗(yàn)型決策，但客流在時(shí)間、空間、方向上均存在不平衡性，因此根據(jù)經(jīng)驗(yàn)所做出的調(diào)度計(jì)劃往往保障不了科學(xué)性和正確性，從而導(dǎo)致公交資源的不合理配置和公交企業(yè)的效益下降。</p><p>　?。?）調(diào)度計(jì)劃的實(shí)時(shí)性不準(zhǔn)確。</p><

14、p>　　公交企業(yè)的調(diào)度一般集中在始發(fā)點(diǎn)和終點(diǎn)上，而對(duì)于沿線各站點(diǎn)的客流情況不能夠做到實(shí)時(shí)監(jiān)控，因此也就無法做到實(shí)時(shí)調(diào)度，此外企業(yè)在制定調(diào)度計(jì)劃時(shí)的周期比較長(zhǎng)，如果需要調(diào)整那么需要花很長(zhǎng)時(shí)間。</p><p>　　運(yùn)營(yíng)調(diào)度管理人員素質(zhì)亟待提高。</p><p>　　大部分公交企業(yè)基層運(yùn)營(yíng)調(diào)度人員眾多，水平參差不齊，大多數(shù)人員只能按部就班，這些限制了公交調(diào)度管理的水平，而且新技術(shù)的應(yīng)用需

15、要有較高層次的專門人才來操作和使用。</p><p>　　制定調(diào)度運(yùn)營(yíng)指標(biāo)的問題。</p><p>　　對(duì)每個(gè)城市的公家企業(yè)來說，都有一個(gè)最大發(fā)車間隔和最小發(fā)車間隔的指標(biāo)，這些是政府部門為了保障居民的出行而做出的，從滿足居民需求出發(fā)是好的，但是在很多城市，這些指標(biāo)是沒有經(jīng)過仔細(xì)的調(diào)研而采取一刀切的方式，這樣極大地?fù)p害了公交企業(yè)的利益，因?yàn)楝F(xiàn)在的公交企業(yè)也是市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的產(chǎn)物，不再是以前單純的公

16、益性事業(yè)。公交企業(yè)不能充分發(fā)揮靈活調(diào)度的特性，人為地制約了調(diào)度計(jì)劃的更優(yōu)化實(shí)施，甚至由此影響居民的出行質(zhì)量。</p><p>　　長(zhǎng)沙市104路公交客流調(diào)查結(jié)果分析</p><p><b>　　2.1 客運(yùn)量分析</b></p><p>　　本課題選取具有代表性的104路公交車作為研究對(duì)象，并根據(jù)前期的調(diào)查研究所采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)處理，分析出1

17、04路公交線路客流的一些特征為優(yōu)化調(diào)度提供準(zhǔn)確的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。</p><p>　　104路公交車從省交通運(yùn)輸廳開往長(zhǎng)沙火車站，共計(jì)30個(gè)站點(diǎn)。具體如下題2-1所示。</p><p>　　圖2-1 104公交路線圖</p><p>　　通過計(jì)算可以得出104路各時(shí)斷客運(yùn)量及客運(yùn)量小時(shí)系數(shù)的變化情況，考慮到一個(gè)星期內(nèi)客流量變化，工作日（周一～周五）和周末（周六～周日）客流

18、規(guī)律是不一致的，所以本文把客流按照周一～周五，周六～周日來進(jìn)行分類匯總建庫，如下表所示。</p><p>　　表2-1 104路公交各時(shí)段客運(yùn)量及小時(shí)系數(shù)</p><p>　　表2-2 周一到周五和周六到周日的客流量趨勢(shì)圖</p><p>　　表2-3 周一到周五和周六到周日的小時(shí)系數(shù)趨勢(shì)圖 </p><p>　　上表中，表2-2代表周一到

19、周五和周六到周日的客流量趨勢(shì)，表2-3代表著周一到周五和周六到周日的小時(shí)系數(shù)趨勢(shì)，周一到周五上午就出現(xiàn)了客流高峰期，時(shí)間集中集中在8：00-11：00，小時(shí)系數(shù)分別為8.7%、12.04%、6.13%，下午的高峰期出現(xiàn)在17：00-20：00之間，小時(shí)系數(shù)分別為7.88%、15.08%和13.04%。</p><p>　　而在周末，上午的高峰期主要出現(xiàn)在9：00-11：00之間，小時(shí)系數(shù)分別為7.54%和5.90

20、%，下午的高峰期出現(xiàn)在17：00-20：00，小時(shí)系數(shù)為10.43%、15.02%和13.17%。</p><p>　　2.2 公共汽車生產(chǎn)調(diào)度的基本思想</p><p>　　城市公共汽車現(xiàn)場(chǎng)調(diào)度是根據(jù)車輛運(yùn)行作業(yè)計(jì)劃的要求，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)客流的實(shí)際情況，在行車現(xiàn)場(chǎng)直接對(duì)車輛和行車人員發(fā)布行車指令的一項(xiàng)經(jīng)濟(jì)、頻繁、基礎(chǔ)的工作，它是保證行車作業(yè)計(jì)劃切實(shí)執(zhí)行的主要環(huán)節(jié)，是提高公共交通服務(wù)質(zhì)量的一項(xiàng)綜

21、合性組織工作，公共交通線站現(xiàn)場(chǎng)調(diào)度的基本任務(wù)可歸納為：1.確保正常的行車間隔；2.及時(shí)恢復(fù)行車的次序；3.靈活調(diào)整車輛的行使線路；4.及時(shí)的增減車輛與運(yùn)能。公共交通車輛線站現(xiàn)場(chǎng)調(diào)度的基本方法可歸納為：1.調(diào)頻法、調(diào)能法、調(diào)線法；2.調(diào)站法、調(diào)程法和調(diào)向法。</p><p>　　通過公共交通企業(yè)建立的各級(jí)調(diào)度機(jī)構(gòu)，及時(shí)而全面地了解公共交通生產(chǎn)進(jìn)程，并進(jìn)行不間斷的組織指揮和監(jiān)督檢查，正確處理生產(chǎn)中出現(xiàn)的各種矛盾，使各

22、個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)和作業(yè)能協(xié)調(diào)得工作，在確保運(yùn)輸質(zhì)量的前提下，爭(zhēng)取完成和超額完成客運(yùn)任務(wù)。</p><p>　　2.2.1 車站乘客到達(dá)流 </p><p>　　獲取線路沿線車站乘客到達(dá)規(guī)律的最直接的辦法是派工作人員進(jìn)行各個(gè)車站調(diào)查，但這種方法需要的工作人員較多，獲取線路沿線車站乘客到達(dá)規(guī)律的另一種辦法是隨車調(diào)查法，但在調(diào)查完成后要做換算將各車次的乘客上車流轉(zhuǎn)換為各車站的乘客到達(dá)流，它的主要優(yōu)

23、點(diǎn)是調(diào)查所需要的工作人員較少。</p><p>　　所以，本論文研究采用了隨車調(diào)查的方法。隨車調(diào)查方法不僅可以減少工作人員，而且獲取的數(shù)據(jù)均勻性好，便于采用典型抽樣調(diào)查方法，另外，隨車調(diào)查方法還便于采用車載記數(shù)儀器記錄方法來代替人工作業(yè)。用車載記數(shù)儀器長(zhǎng)期記錄乘客上下車客流具有成本低，工作穩(wěn)定的特點(diǎn)，采用車載記數(shù)儀器長(zhǎng)期記錄乘客上車客流代替大規(guī)模的工作人員隨車調(diào)查記錄將是今后發(fā)展的方向。</p>&

24、lt;p>　　2.2.2 車站乘客流失率</p><p>　　從首站發(fā)出一個(gè)車次后，車輛依次到達(dá)各車站，各車站乘客上車的人數(shù)應(yīng)服從車站乘客到達(dá)流規(guī)律，但如果乘客在車站等候時(shí)間過長(zhǎng)，一部分人可能會(huì)離去或選擇其他交通工具，等待的時(shí)間長(zhǎng)短不同，流失的乘客比例是不一樣的。本文用乘客流失率來表示乘客因等待而流失的情況。由于高峰時(shí)段和平、低峰時(shí)段乘客等車的耐心是不一樣的，故對(duì)于不同的時(shí)段采用了不同的流失率。具體情況如下

25、表所示。</p><p>　　表2-4 車站乘客流失率</p><p>　　第三章 公交調(diào)度模型及解析</p><p><b>　　3.1 概況</b></p><p>　　主要思想是通過逐步改變發(fā)車時(shí)間間隔用計(jì)算機(jī)模擬各個(gè)時(shí)間段期間的系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)，確定最優(yōu)的發(fā)車時(shí)間間隔，但計(jì)算量過大，對(duì)初值依賴性強(qiáng)。等效法是基于先來先

26、上總候車時(shí)間和后來先上的總候車時(shí)間相等的原理，通過把問題等價(jià)為后來先上的情況，巧妙地利用“滯留人數(shù)”的概念，把原來數(shù)據(jù)大大簡(jiǎn)化了。很快而且很方便地就可求出給定發(fā)車間隔時(shí)的平均等待時(shí)間，和在給定平均等待時(shí)間的情況下的發(fā)車間隔，但該方法只能對(duì)不同時(shí)段分別處理。結(jié)合前兩種方法的優(yōu)點(diǎn)提出等效時(shí)間步長(zhǎng)法，即從全天時(shí)段內(nèi)考慮整體目標(biāo)，使用等效法為時(shí)間步長(zhǎng)法提供初值，通過逐步求精，把整個(gè)一天聯(lián)合在一起進(jìn)行優(yōu)化。通過對(duì)模型計(jì)算結(jié)果的分析，我們發(fā)現(xiàn)由于高

27、峰期乘車人數(shù)在所有站點(diǎn)都突然大量增加，而車輛調(diào)度有滯后效應(yīng)，從而建議調(diào)度方案根據(jù)實(shí)際情況前移一段適當(dāng)?shù)臅r(shí)間。在模型的進(jìn)一步討論和推廣中，我們還對(duì)采集運(yùn)營(yíng)數(shù)據(jù)方法的優(yōu)化、公共汽車線路的通行能力以及上下行方向發(fā)車的均衡性等進(jìn)行了討論。</p><p>　　在求具體發(fā)車時(shí)刻表時(shí)，利用等效時(shí)間步長(zhǎng)法，較快地根據(jù)題中所給出的數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)了一個(gè)較好的照顧到了乘客和公交公司雙方利益的公交車調(diào)度方案，給出了兩個(gè)起點(diǎn)站的發(fā)車時(shí)刻表，得

28、出了總共需要49輛車，共發(fā)440輛次。 </p><p>　　早高峰期間等待時(shí)間超過5分鐘的人數(shù)占早高峰期間總?cè)藬?shù)的0.93%，非早高峰期間等待時(shí)間超過10分鐘的人數(shù)占非早高峰期間總?cè)藬?shù)的3.12%。引入隨機(jī)干擾因子，使各單位時(shí)間內(nèi)等車人數(shù)發(fā)生隨機(jī)改變。在不同隨機(jī)干擾水平下，對(duì)推薦的調(diào)度方案進(jìn)行仿真計(jì)算，發(fā)現(xiàn)平均抱怨度對(duì)10%的隨機(jī)干擾水平相對(duì)改變只有0.53%，因此該方案對(duì)隨機(jī)變化有很好的適應(yīng)性，能滿足實(shí)際調(diào)度

29、的需要。</p><p><b>　　3.2 問題的提出</b></p><p>　　公共交通是城市交通的重要組成部分，做好公交車的調(diào)度對(duì)于完善城市交通環(huán)境、改善市民出行狀況、提高公交公司的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益，都具有重要意義。下面考慮一條公交線路上公交車的調(diào)度問題，其數(shù)據(jù)來自我國(guó)一座特大城市某條公交線路的客流調(diào)查和運(yùn)營(yíng)資料。該條公交線路上行方向共14站，下行方向共13站，

30、題中給出了典型的一個(gè)工作日兩個(gè)運(yùn)行方向各站上下車的乘客流量統(tǒng)計(jì)。公交公司配給該線路同一型號(hào)的大客車，每輛標(biāo)準(zhǔn)載客100人，據(jù)統(tǒng)計(jì)客車在該線路上運(yùn)行的平均速度為20公里/小時(shí)。運(yùn)營(yíng)調(diào)度要求，乘客候車時(shí)間一般不要超過10分鐘，早高峰時(shí)一般不要超過5分鐘，車輛滿載率不應(yīng)超過120%，一般也不要低于50%。</p><p>　　試根據(jù)這些資料和要求，為該線路設(shè)計(jì)一個(gè)便于操作的全天（工作日）的公交車調(diào)度方案，包括兩個(gè)起點(diǎn)站

31、的發(fā)車時(shí)刻表；一共需要多少輛車；這個(gè)方案以怎樣的程度照顧到了乘客和公交公司雙方的利益。</p><p>　　3.3 模型假設(shè)與說明</p><p>　　1．題目中所給出的一個(gè)工作日的乘客流量統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)是具有代表性的；</p><p>　　2．工作日每天同一時(shí)間的乘客流量大致相等；</p><p>　　3．在任何時(shí)刻車輛上的人數(shù)不能多于120人；

32、 </p><p>　　4． 每個(gè)乘客都嚴(yán)格遵守先到先上車的規(guī)則； </p><p>　　5． 在公交線路上所有車輛總能正常通行，不考慮諸如堵車、交通事故等意外情況；</p><p>　　6．不考慮公交車在各站的停車時(shí)間，即乘客上下車均在瞬間完成； </p><p>　　7．公交車在公路上行駛速度處處相等，都等于題目中給出的平均速度；<

33、/p><p><b>　　3.4 符號(hào)系統(tǒng)</b></p><p>　　l上：公交路線上行方向的總路程；</p><p>　　l下：公交路線下行方向的總路程；</p><p>　　v：客車行駛的平均速度；</p><p>　　u：上行車輛第i段時(shí)間內(nèi)的發(fā)車時(shí)間間隔；</p><p&

34、gt;　　w：下行車輛第i段時(shí)間內(nèi)的發(fā)車時(shí)間間隔； </p><p>　　ρ：乘客的抱怨度； </p><p>　　N：一共需要的車輛數(shù)； </p><p>　　S：一天總的發(fā)車次數(shù)； </p><p>　　η：平均每車次的載客率；</p><p>　　q：在第i時(shí)間段內(nèi)上車的總?cè)藬?shù)；</p><p

35、>　　r：一天的乘車總?cè)藬?shù)；</p><p>　　3.5 問題分析與模型的建立</p><p>　　3.5.1 問題分析</p><p>　　本題要求設(shè)計(jì)全天(工作日)的公交車調(diào)度方案，這里需要考慮乘客和公交公司兩方面的利益，是一個(gè)多目標(biāo)的優(yōu)化問題。其中可以供選擇的目標(biāo)函數(shù)主要有：</p><p>　　1).乘客候車時(shí)間要盡量短；<

36、;/p><p>　　2).候車時(shí)間超過5分鐘乘客數(shù)要盡量少；</p><p>　　3).公交公司所需的總車輛數(shù)盡量少；</p><p>　　4).全天范圍內(nèi)，發(fā)車的總次數(shù)盡量少；</p><p>　　5).平均每車次的載客率盡量高等等。</p><p>　　以上的目標(biāo)可以用乘客利益和公司利益分為兩類，這兩類目標(biāo)是相互沖突的

37、，不可能同時(shí)達(dá)到最大。工作日的早高峰正是多數(shù)乘客上班的時(shí)間，也是一天中乘坐公交車人數(shù)的高峰期，所以這段時(shí)間里所需的車輛數(shù)也是最多的。從乘客的方面考慮，早上上班遲到對(duì)他的利益的損失相當(dāng)大，因此乘客希望候車時(shí)間一般不要超過5分鐘。這時(shí)應(yīng)以乘客的抱怨程度盡量小為主要目標(biāo)，求得公交公司在早高峰期間的所需的最少車輛數(shù)。在其余時(shí)間段里，乘客候車時(shí)間一般不要超過10分鐘，這時(shí)考慮到公交公司的利益使其在這段時(shí)間內(nèi)所發(fā)的總共發(fā)車的車次總數(shù)最少，以及提高每

38、車次的載客率為主要目標(biāo)。</p><p>　　因此我們首先確定出早高峰期，針對(duì)早高峰期的數(shù)據(jù)，在一定的乘客抱怨水平下，求出共需多少輛車，然后再根據(jù)全天其它時(shí)段的數(shù)據(jù)，并綜合其它指標(biāo)求出兩個(gè)起點(diǎn)站的發(fā)車時(shí)刻表。</p><p>　　由于題目中所給出的僅是各站一個(gè)小時(shí)上下車人數(shù)的數(shù)據(jù)，對(duì)于我們的計(jì)算而言太過粗糙。首先想到的是運(yùn)用題中的數(shù)據(jù)對(duì)每一車站在各時(shí)段上車和下車的人數(shù)進(jìn)行分布擬合，但這樣做

39、也有很大的缺點(diǎn)，因?yàn)楦鲿r(shí)段每個(gè)站點(diǎn)上下車人數(shù)受上下班時(shí)間以及道路沿線工廠等因素影響很大，從而導(dǎo)致各時(shí)段前后相關(guān)性很小。而對(duì)各時(shí)段上車和下車的人數(shù)進(jìn)行分布擬合就人為的增加了各時(shí)間段的上下班人數(shù)的相關(guān)性，與實(shí)際情況不符。</p><p>　　實(shí)際中如果把統(tǒng)計(jì)做的更細(xì)致或者知道那些影響上下車人數(shù)分布的因素，就可以較好的求出這些分布；由于缺乏我們對(duì)這些情況得了解，所以我們假設(shè)各站的上下車人數(shù)在各個(gè)時(shí)間段（一小時(shí)）內(nèi)分布是

40、均勻的，即E[numik（t，Δti）]=λ（Δti）= numik/Δti，其中numik（t，Δti）表示在[t，Δti]內(nèi)上車的人數(shù)。</p><p>　　3.5.2 模型的建立</p><p>　　為了更好的建立模型，首先要明確下面幾個(gè)問題：</p><p>　　1）時(shí)間段的劃分：假設(shè)在題目中給出的各時(shí)段（一小時(shí)）內(nèi)，各車站上下車的乘客人數(shù)分布均勻，這樣就可

41、將全天分為18個(gè)時(shí)間段，分別對(duì)每一個(gè)時(shí)間段進(jìn)行考慮，并認(rèn)為每個(gè)時(shí)間段內(nèi)的發(fā)車間隔時(shí)間Δti上和Δti下分別為常數(shù)，但兩者不一定相等。</p><p>　　2）對(duì)下行方向的處理：從題中數(shù)據(jù)可以看出上行方向比下行方向多一個(gè)車站A1，我們對(duì)此的處理是在下行方向同樣也補(bǔ)上一個(gè)車站A1，并且令這個(gè)車站在任何時(shí)段上車和下車的人數(shù)均為0。</p><p>　　3）對(duì)乘客平均抱怨度的定義：考慮到一個(gè)人的抱

42、怨程度是一個(gè)模糊的表述，它與候車時(shí)間的長(zhǎng)短有關(guān)，候車時(shí)間越長(zhǎng)，抱怨程度越大，但候車時(shí)間足夠短時(shí)又不會(huì)抱怨。</p><p>　　4)總車輛數(shù)的確定: 一天所需的總車輛數(shù)N等于各時(shí)段所需的總車輛數(shù)Ni中的最大值，即N=g（Δti上，Δti下）=max{N1，N2，?，N18}，而每一時(shí)段所需的總車輛數(shù)由上行車輛數(shù)、下行車輛數(shù)，加開車輛數(shù)三部分組成，有Ni=Ni上+Ni，下+ Ni。其中這里[·]表示對(duì)括號(hào)

43、內(nèi)的數(shù)取整。</p><p>　　5)對(duì)平均每車次的載客率的定義：考慮到每車次的運(yùn)營(yíng)成本基本不變，這樣 平均每車次的載客數(shù)目的多少就能反映公司的利益。于是我們定義平均每車次載客率定義為：η=num總/S 即：</p><p>　　式中代表第i時(shí)段在第j車站到上車人數(shù)（包括上行和下行）；代表第</p><p>　　第i時(shí)段上行或下行的發(fā)車時(shí)間間隔。 時(shí)段的時(shí)間間隔；&

44、lt;/p><p>　　平均每車次的載客率的高低直接反映了一個(gè)調(diào)度方案對(duì)于公交公司的收益率。一般地乘坐公交車是按次計(jì)費(fèi)的，所以總上車人數(shù)即反映了公交公司一天的收入，而總發(fā)車次數(shù)則反映了公交公司一天的支出。</p><p>　　6）據(jù)以上分析，我們建立如下模型：目標(biāo)：min E[ρ]=E[f（Δti上，Δti下）]，min N=g（Δti上，Δti下），minmax η=num總/S。</

45、p><p>　　調(diào)度要求： 這里[?]表示對(duì)括號(hào)內(nèi)的數(shù)取整，1．每輛車上承載的人數(shù)不超過120人；2．在給定時(shí)間段Ti＝60（分）內(nèi)Δti上，Δti下為定值。</p><p><b>　　3.6 模型的求解</b></p><p>　　3.6.1 解法分析</p><p>　　在我們建立的模型中的多個(gè)目標(biāo)中，總共需要的車輛數(shù)

46、N 涉及到公司建立一條公交線路的初始投資，每輛車所需的資金巨大，應(yīng)被首先考慮。而要確定總共需要的車輛數(shù)，只需求出早高峰期（我們根據(jù)題中給出的數(shù)據(jù)，假設(shè)早高峰期為7：00—8：00和8：00—9：00兩個(gè)時(shí)段）內(nèi)所需的車輛數(shù)即可。</p><p>　　考慮到實(shí)際求解過程中，對(duì)于前面模型中所定義的抱怨度在各個(gè)時(shí)間段內(nèi)對(duì)于不同等待時(shí)間長(zhǎng)度取值問題，可以通過實(shí)際的調(diào)查數(shù)據(jù)得到；簡(jiǎn)化地想，如果對(duì)應(yīng)所有的區(qū)間，顧客等待時(shí)間長(zhǎng)

47、度大于5分鐘時(shí)都取1，而小于5時(shí)都取0，那么這是所定義的抱怨度直觀意義就是指所有時(shí)間內(nèi)等待時(shí)間超過5分鐘的人數(shù)占總?cè)藬?shù)的比值，但顯然著這種定義太粗糙；由于缺乏實(shí)際的調(diào)查，我們?cè)谝韵虑蠼膺^程中對(duì)抱怨度在各個(gè)時(shí)間段內(nèi)對(duì)于不同等待時(shí)間長(zhǎng)度取值作以下假定：早高峰期間γ，γi1--γi4i1--γi4分別取[0 0.3 1 1.5 2.4]；而其它時(shí)間段內(nèi)分別取[0 0.15 0.5 0.75 1.2]。</p><p>

48、　　3.6.2 解法一：時(shí)間步長(zhǎng)法</p><p>　　總體思路：在給定的假設(shè)原則下，通過逐步改變發(fā)車時(shí)間間隔用計(jì)算機(jī)模擬各個(gè)時(shí)間段期間的系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)，確定最優(yōu)的發(fā)車時(shí)間間隔。為簡(jiǎn)化計(jì)算，可以設(shè)定每個(gè)車站單位時(shí)間內(nèi)上下車人數(shù)分別正比于該車站在這個(gè)時(shí)間段上下車的總?cè)藬?shù)，即numik（t，Δti）=λ（Δti）= numik/Δti。</p><p><b>　　運(yùn)行步驟：</

49、b></p><p>　　1)初始發(fā)車時(shí)間間隔，i=1,2,?,18；</p><p>　　2)設(shè)置初始狀態(tài)。模擬時(shí)鐘、終點(diǎn)時(shí)間；</p><p>　　3)設(shè)置每個(gè)車站等車人數(shù)以及待發(fā)車輛的最初狀態(tài)；</p><p>　　4)判斷是否需要發(fā)車以及是否有車到站，并更改一次各車站等車人數(shù)及運(yùn)行車輛的狀態(tài)。其中運(yùn)行車輛的狀態(tài)包括實(shí)際承載人數(shù)和

50、空余座位數(shù)。判斷是否到了終點(diǎn)時(shí)間？——若是，轉(zhuǎn)5）；否則轉(zhuǎn)2）；</p><p>　　5)統(tǒng)計(jì)整個(gè)過程中各區(qū)間等車時(shí)間超過5分鐘以上的人數(shù)，對(duì)這些人加權(quán)求和，然后除以該過程總的上車人數(shù)得到平均抱怨程度。判斷是否大于給定的目標(biāo)抱怨度？——若大于給定值則轉(zhuǎn)1），并改變發(fā)車時(shí)間間隔Δti；否則，給出結(jié)果并轉(zhuǎn)公交車調(diào)度方案的優(yōu)化設(shè)計(jì)；</p><p><b>　　6)結(jié)束。</b&

51、gt;</p><p>　　3.6.3 解法二：等效時(shí)間步長(zhǎng)法</p><p>　　時(shí)間步長(zhǎng)法雖然將全天的數(shù)據(jù)作為一個(gè)整體來處理，充分考慮到各時(shí)間段的數(shù)據(jù)對(duì)相鄰時(shí)間段可以較好的模擬出全天公交車的運(yùn)營(yíng)情況，并且給出對(duì)乘客抱怨度較為精確的描述；但Δti是一個(gè)向量，我們對(duì)于初值的確定缺乏依據(jù)，而導(dǎo)致大量盲目的搜索。</p><p>　　另一方面，等效法可方便快捷的給出在平

52、均等待時(shí)間T平約束下各段的發(fā)車時(shí)間間隔；但其在于只對(duì)每個(gè)時(shí)間段內(nèi)的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，而沒有考慮到上一時(shí)間段遺留下來的人對(duì)本時(shí)間段的影響及遺留的人對(duì)下一時(shí)間段的影響。因此算出的結(jié)果對(duì)于全天來說是就不見得特別好了。</p><p><b>　　總結(jié)</b></p><p>　　本課題意在研究現(xiàn)有條件下的城市公共交通調(diào)度優(yōu)化問題，論文以長(zhǎng)沙市104路公共汽車車輛調(diào)度決策為研究對(duì)

53、象；通過對(duì)公交客流的發(fā)生機(jī)理的系統(tǒng)分析、公共交通線路每日客流的分析，在此基礎(chǔ)上研究建立公共交通運(yùn)輸車輛優(yōu)化調(diào)度理論，在保證滿足客運(yùn)服務(wù)需求的前提下，探求最經(jīng)濟(jì)有效的車輛調(diào)度對(duì)策方案。通過對(duì)此課題的研究，我了解到了城市公交優(yōu)化對(duì)居民、社會(huì)所帶來的深遠(yuǎn)意義，這不僅可以更好服務(wù)于市民，更有利于城市建設(shè)的加強(qiáng)。只有提高社會(huì)基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)，才能更好的發(fā)展、壯大國(guó)家。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</