发明内容

为了解决上述背景技术提到的技术问题，本发明提出了一种常规公交与可变线路公交组合调度的方法。

为了实现上述技术目的，本发明的技术方案为：

一种常规公交与可变线路公交组合调度的方法，包括以下步骤：

(1)根据公交运营区域的乘客出行预约信息和固定站点的服务范围，划分乘客类型和需要乘坐的公交车辆类型；

(2)根据不同类型乘客的出行起、终点，确定每位乘客的上、下车站点，生成待选临时站点集；

(3)计算乘客到达上车站点时间和不同类型、不同班次的公交车辆到达站点时间，确定每位乘客需要乘坐的公交车辆班次；

(4)计算乘客的步行时间、等车时间和车内时间；

(5)根据公交车辆行驶时间、固定站点和临时站点的停靠时间，计算常规公交和可变线路公交每班次的行程时间；

(6)确定组合调度的目标，建立组合调度模型，求解组合调度模型，得到最优的常规公交发车间隔、可变线路公交发车间隔和固定站点服务范围径向距离。

进一步地，步骤(1)的具体过程如下：

(101)根据乘客出行预约信息中的出行起点坐标和出行终点坐标计算乘客出行起点和终点分别到最近固定站点的曼哈顿距离和

(102)设固定站点的服务范围径向距离为r，当乘客的出行起、终点都在固定站点服务范围内时，即满足且划分为第一类乘客，需乘坐常规公交；当出行起点在服务范围内而终点不在服务范围内时，即满足且划分为第二类乘客，需乘坐可变线路公交；当出行起点不在服务范围内而终点在服务范围内时，即满足且划分为第三类乘客，需乘坐可变线路公交；当出行起、终点都不在服务范围内时，即满足且划分为第四类乘客，需乘坐可变线路公交；设四类乘客的数量分别为C₁、C₂、C₃、C₄，乘客总数Q＝C₁+C₂+C₃+C₄。

进一步地，在步骤(2)中，确定每位乘客的上、下车站点的方法如下：

第一类乘客的上、下车站点为离出行起、终点距离最近的固定站点；第二类乘客的上车站点为离出行起点最近的固定站点，下车站点为出行终点；第三类乘客的上车站点为出行起点，下车站点为离出行终点最近的固定站点；第四类乘客的上、下车站点为出行起、终点。

进一步地，在步骤(2)中，生成待选临时站点的方法如下：

选取第二类乘客的下车站点、第三类乘客的上车站点以及第四类乘客的上、下车站点生成待选临时站点集，该待选临时站点集内各站点按横坐标升序排列，待选临时站点总数N＝C₂+C₃+2C₄。

进一步地，在步骤(3)中，计算乘客到达上车站点时间的方法如下：

其中，t_q为乘客出行预约信息中包含的出行起始时间；v₁为乘客步行速度；为0-1变量，c表示乘客类型，c＝1,2,3,4分别表示四类乘客，当乘客类型c为1或2时当c为3或4时

进一步地，在步骤(3)中，计算不同类型、不同班次的公交车辆到达站点时间的方法如下：

计算第i班次常规公交到达第m个固定站点的时间t_i,m：

上式中，I为常规公交发车班次总数，i＝1，2，…，I；H_a为常规公交发车间隔；v₂为公交车辆行驶速度；t_a为固定站点停靠时间；M表示固定站点数，m＝1，2，…，M；x_m表示第m个固定站点的横坐标；T为公交的运营时长，[*]表示取整运算；

计算第j班次可变线路公交到达第n个已选站点的时间t_j,n：

上式中，J为可变线路公交发车班次总数，j＝1，2，…，J；H_b为可变线路公交发车间隔；t_b为临时站点停靠时间；(x_n,y_n)表示第n个已选站点的坐标；ε_n为0-1变量，当第n个已选站点为固定站点时ε_n＝1，否则为0；δ_n为0-1变量，当第n个已选站点为临时站点时δ_n＝1，否则为0；

进一步地，在步骤(3)中，确定每位乘客需要乘坐的公交车辆班次的方法如下：

比较第一类乘客到达上车站点的时间和第i班次常规公交到达该站点的时间t_i,m，如果满足则将该乘客分配给第i班次常规公交，i＝1，2，…，I；

计算第j辆可变线路公交由第n个已选站点行驶至下一个待选临时站点o的时间t_j,o：

其中，(x_o,y_o)表示下一个待选临时站点o的坐标；

将第j班次可变线路公交到达下一待选临时站点o的时间t_j,o与站点o的乘客到达时间进行比较，如果满足则将该乘客分配给第j辆可变线路公交，并将其上下车站点都纳入第j辆可变线路公交的已选站点集N_j，j＝1，2，…，J。

进一步地，在步骤(4)中，计算乘客的步行时间、等车时间和车内时间的方法如下：

计算所有乘客的总步行时间T_r：

其中，为0-1变量，当乘客类型c为1或3时当c为2或4时

令乘客的平均等车时间为发车间隔的二分之一，计算所有乘客的总等车时间T_w：

计算所有乘客的总车内时间T_v：

其中，为每位乘客的车内时间。

进一步地，在步骤(5)中，计算常规公交和可变线路公交每班次行程时间的方法如下：

计算第i班次常规公交行程时间T_i ^a：

计算第j班次可变线路公交行程时间

其中，L为公交运营区域水平长度，y_j,n为第j班次可变线路公交的第n个已选站点纵坐标。

进一步地，在步骤(6)中，建立的组合调度模型如下：

s.t.

x_n-x_n-1≥0

x_m-x_m-1≥0

0≤x_n≤L

0≤y_n≤W

H_min≤H_a,H_b≤H_max

0≤r≤d_max

其中，以乘客出行成本与公交运营成本的加权和U最小为目标；w₁、w₂、w₃、w₄分别为乘客步行时间、等待时间、车内时间和车辆行程时间的时间价值系数，w₁+w₂+w₃+w₄＝1；L、W分别为公交运营区域的长度和宽度；H_min、H_max分别为公交发车间隔的下限和上限；d_max为乘客的最大可接受步行距离。

进一步地，在步骤(6)中，采用粒子群算法求解出最优的常规公交发车间隔可变线路公交发车间隔和固定站点服务范围径向距离r^*，具体过程如下：

(601)设置粒子种群中共有n个粒子，初始化种群中所有粒子的速度和位置；

(602)根据目标函数计算粒子种群的适应度；

(603)更新每个粒子的个体最优位置pbest_i；

(604)更新粒子群的群体最优位置gbest；

(605)更新粒子种群的速度和位置，更新公式如下：

其中，t为当前的迭代次数；ω为惯性权重；c₁、c₂为个体和社会学习因子；r₁、r₂为分布在[0,1]内的随机数；为第t次迭代第i个粒子的速度，i＝1，2，…，n；为第t次迭代第i个粒子的位置，

(606)重复步骤(602)至(605)，直到达到最大迭代次数K；

(607)获取粒子群最优位置即得到最优的常规公交发车间隔可变线路公交发车间隔和固定站点服务范围径向距离r^*。

采用上述技术方案带来的有益效果：

1、本发明从乘客的出行预约信息和固定站点的服务范围出发，与现阶段常见的单一类型公交调度相比，本发明将可变线路公交与常规公交组合在一起，既可以为乘客提供便利灵活的出行服务，也可以控制可变线路公交的运行距离和运行时间。

2、本发明确定常规公交发车间隔、可变线路公交发车间隔和固定站点服务范围径向距离时，考虑了乘客出行和公交运营的综合成本，相较于现有的以乘客需求为唯一参照的公交调度方法，可以满足更多乘客的出行需求。