城市公交車(chē)輛調(diào)度優(yōu)化理論與方法

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1、東南大學(xué)博士學(xué)位論文城市公交車(chē)輛調(diào)度優(yōu)化理論與方法姓名：牛學(xué)勤申請(qǐng)學(xué)位級(jí)別：博士專業(yè)：交通運(yùn)輸規(guī)劃與管理指導(dǎo)教師：王煒20040101塑墮壘鑾芝塑塑堡垡些翌堡皇查堡摘要上世紀(jì)80年代，針對(duì)城市交通供求矛盾日益突出的現(xiàn)實(shí)問(wèn)題．我國(guó)政府明確提出了城市客運(yùn)交通以公共交通為主體的發(fā)展方針，表明了公共交通在城市交通中的重要性。公交運(yùn)營(yíng)調(diào)度是整個(gè)公交企業(yè)管理業(yè)務(wù)的核心，提高我國(guó)城市公變的運(yùn)營(yíng)調(diào)度水平，對(duì)于改善公交系統(tǒng)服務(wù)質(zhì)量，從而增強(qiáng)對(duì)居民出行的吸引力，扭轉(zhuǎn)目前城市公交經(jīng)營(yíng)的頹勢(shì)，從根本上解決大、中城市存在的交通擁擠

2、和環(huán)境污染問(wèn)題具有非常重要的意義。目前，以北京、上海為代表的近10個(gè)特大城市對(duì)建設(shè)先進(jìn)公共交通系統(tǒng)給予了高度重視，并在硬件建設(shè)方面取得了初步成果，北京、上海還先后建立了公交調(diào)度指揮系統(tǒng)。但是，與之配套的智能化調(diào)度平臺(tái)軟件建設(shè)的明顯滯后，使得調(diào)度工作并未擺脫傳統(tǒng)的憑經(jīng)驗(yàn)調(diào)度的局面，現(xiàn)有硬件系統(tǒng)難以發(fā)揮其應(yīng)有的作用。這里缺乏調(diào)度優(yōu)化理論支持是影響軟件建設(shè)的重要原因。因此，開(kāi)展適合我國(guó)國(guó)情的公交調(diào)度優(yōu)化理論研究顯得十分迫切。為此，本文對(duì)城市公交智能調(diào)度系統(tǒng)模式，公交客流數(shù)據(jù)自動(dòng)采集及處理技術(shù)，線路調(diào)度過(guò)程的優(yōu)化

3、，區(qū)域調(diào)度模式及其過(guò)程優(yōu)化等問(wèn)題進(jìn)行了較為系統(tǒng)的研究。公交調(diào)度智能化是ITS研究的一項(xiàng)重要內(nèi)容，它是實(shí)現(xiàn)城市公交便捷、舒適、高效服務(wù)的根本途徑。目前，我國(guó)有關(guān)城市公交智能調(diào)度的研究還處于探索階段，研究適合我國(guó)城市公交運(yùn)營(yíng)特點(diǎn)的智能調(diào)度系統(tǒng)模式顯得非常重要。因此，論文第2章首先對(duì)公交智能調(diào)度系統(tǒng)應(yīng)具備的基本功能及關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了探討，并提出了相應(yīng)的邏輯結(jié)構(gòu)、物理結(jié)構(gòu)、調(diào)度指揮組織結(jié)構(gòu)。同時(shí)，對(duì)系統(tǒng)建設(shè)中應(yīng)重視的問(wèn)題進(jìn)行了闡述。公交客流數(shù)據(jù)是合理進(jìn)行公交調(diào)度的基礎(chǔ)，及時(shí)獲取客流數(shù)據(jù)可為科學(xué)制定調(diào)度方案提供可靠依

4、據(jù)。論文第3章主要圍繞數(shù)據(jù)自動(dòng)采集技術(shù)以及客流預(yù)測(cè)方法展開(kāi)研究。在歸納和總結(jié)現(xiàn)有客流數(shù)據(jù)采集技術(shù)的基礎(chǔ)上，對(duì)自動(dòng)乘客計(jì)數(shù)系統(tǒng)(APCs)和Ic卡的自動(dòng)數(shù)據(jù)采集技術(shù)的應(yīng)用問(wèn)題進(jìn)行了探討。同時(shí)，對(duì)城市公交客流特性、客流統(tǒng)計(jì)指標(biāo)的有關(guān)內(nèi)容進(jìn)行了分析與整理，并對(duì)客流短期預(yù)測(cè)思路、現(xiàn)有公交客流預(yù)測(cè)方法及其適用性進(jìn)行了整理。公共交通運(yùn)營(yíng)組織計(jì)劃是運(yùn)營(yíng)調(diào)度的基礎(chǔ)，而運(yùn)營(yíng)時(shí)刻表的制定是運(yùn)營(yíng)組織計(jì)劃的核心任務(wù)。在此過(guò)程中，合理確定行車(chē)間隔又是提高公交運(yùn)營(yíng)效率和服務(wù)水平的關(guān)鍵性工作。論文第4章首先對(duì)我國(guó)犬城市公交線路調(diào)度組織

5、模式進(jìn)行了總結(jié)與分析。之后，結(jié)合我國(guó)城市公交常用的調(diào)度模式，構(gòu)建了兼顧乘客利益和企業(yè)利益，以客流需求為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，以乘客候車(chē)滿意度、車(chē)內(nèi)舒適滿意度和企業(yè)收益滿意度加權(quán)平均值最大為目標(biāo)的公交線路發(fā)車(chē)頻率優(yōu)化模型，并結(jié)合實(shí)例驗(yàn)證了模型的實(shí)用性。該模型采用“滿意度”作為指標(biāo)，克服了以往模型指標(biāo)間量綱難以轉(zhuǎn)換的缺點(diǎn)。該章還就公交車(chē)輛選型問(wèn)題進(jìn)行了研究，提出了以供求最佳匹配和企業(yè)效益最佳為目標(biāo)的多目標(biāo)公交車(chē)輛選型模型，并采用模糊規(guī)劃理論對(duì)該模型進(jìn)行了求解。同時(shí)，該章還就公交車(chē)隊(duì)運(yùn)行平穩(wěn)性與公交服務(wù)水平的關(guān)系，以及如何

6、提高運(yùn)行平穩(wěn)性，盡可能提高服務(wù)水平的問(wèn)題進(jìn)行了探討。公交區(qū)域調(diào)度是國(guó)外人城市普遍采用的、高效率的調(diào)度模式。雖然目前在我國(guó)城市中還不具備開(kāi)展區(qū)域調(diào)度的條件，但是隨著城市“公交優(yōu)先”戰(zhàn)略的逐步實(shí)施和城市道路交通條件的進(jìn)一步改善，線路調(diào)度模式必將為區(qū)域調(diào)度模式所取代。因此，適時(shí)開(kāi)展對(duì)公交區(qū)域調(diào)度理論的研究，為未來(lái)開(kāi)展區(qū)域調(diào)度工作打r一定基礎(chǔ)，顯得非常必要。論文第5章在論述了區(qū)域闊度的基本概念、組織形式利基本作業(yè)過(guò)程的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)對(duì)區(qū)域調(diào)度的單車(chē)場(chǎng)和多車(chē)場(chǎng)靜態(tài)調(diào)城市公交車(chē)輛調(diào)度優(yōu)化理論與方法度優(yōu)化模型進(jìn)行了研究。

7、其中，對(duì)于單車(chē)場(chǎng)區(qū)域靜態(tài)調(diào)度優(yōu)化問(wèn)題，提出了基于“空跑”成本消耗最低為目標(biāo)的“單車(chē)場(chǎng)區(qū)域調(diào)度靜態(tài)優(yōu)化模型”，以及基于成本消耗和組織有效性為目標(biāo)的“改進(jìn)的單車(chē)場(chǎng)區(qū)域調(diào)度靜態(tài)優(yōu)化模型”，并分別給出了相應(yīng)的啟發(fā)式算法。對(duì)于“多車(chē)場(chǎng)區(qū)域調(diào)度靜態(tài)優(yōu)化問(wèn)題”，考慮到“單車(chē)場(chǎng)區(qū)域調(diào)度”與“多車(chē)場(chǎng)區(qū)域調(diào)度”的內(nèi)在聯(lián)系，提出了與“改進(jìn)的單車(chē)場(chǎng)區(qū)域調(diào)度靜態(tài)優(yōu)化模型”相類(lèi)似的優(yōu)化模型，并給出了首先依據(jù)就近原則將每一個(gè)“行車(chē)輪次”指派給相應(yīng)車(chē)場(chǎng)，生成初始群體，然后再采用遺傳算法進(jìn)行優(yōu)化的基于啟發(fā)式算法的求解過(guò)程?，F(xiàn)場(chǎng)調(diào)度又稱動(dòng)態(tài)

8、調(diào)度，是在執(zhí)行運(yùn)營(yíng)計(jì)劃過(guò)程中，對(duì)于臨時(shí)性變化采取有效措施，使運(yùn)行秩序盡快恢復(fù)正常的工作。論文第6章重點(diǎn)對(duì)實(shí)時(shí)放車(chē)調(diào)度問(wèn)題進(jìn)行了較為詳盡的研究。針對(duì)現(xiàn)有模型中存在的問(wèn)題，在原有實(shí)時(shí)放車(chē)調(diào)度模型的基礎(chǔ)上，分別提出了改進(jìn)的l一放車(chē)和2一放車(chē)調(diào)度優(yōu)化模型。由于模型以乘客總候車(chē)時(shí)間最小為目標(biāo)函數(shù)，因此，重點(diǎn)考慮了各站點(diǎn)乘客到達(dá)率不一致的問(wèn)題，使之更能反映實(shí)際情況。文中還結(jié)合實(shí)例對(duì)模型的實(shí)用性進(jìn)行了檢驗(yàn)，結(jié)果表明，改進(jìn)模型有較強(qiáng)的實(shí)用性。