基于運(yùn)營(yíng)數(shù)據(jù)的城市軌道交通客車調(diào)度方案研究

基于運(yùn)營(yíng)數(shù)據(jù)的城市軌道交通客車調(diào)度方案研究

1運(yùn)營(yíng)調(diào)度方案公共交通是城市交通的重要組成部分。做好公交工作，對(duì)于完善城市交通環(huán)境，提高公民的交通條件，提高公交公司的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)利益具有重要意義。下面考慮一條公交線路上公交車的調(diào)度問(wèn)題,其數(shù)據(jù)來(lái)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,一個(gè)工作日兩個(gè)運(yùn)行方向各站上下車的乘客數(shù)量可以統(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20km/h。運(yùn)營(yíng)調(diào)度要求,乘客候車時(shí)間一般不要超過(guò)10min,早高峰時(shí)一般不要超過(guò)5min,車輛滿載率不應(yīng)超過(guò)120%,一般也不要低于50%。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,等等。如何將這個(gè)調(diào)度問(wèn)題抽象成一個(gè)明確、完整的數(shù)學(xué)模型,指出求解模型的方法,根據(jù)實(shí)際問(wèn)題的要求,如果要設(shè)計(jì)更好的調(diào)度方案,應(yīng)如何采集運(yùn)營(yíng)數(shù)據(jù)。2模型求解及分析a)問(wèn)題中指出客車在線路上運(yùn)行的平均速度是20km/h,而每個(gè)單程行駛都要經(jīng)過(guò)12(或11)個(gè)中間站,這自然要考慮站上客車的停留時(shí)間,但現(xiàn)實(shí)中公交車每站停留時(shí)間較短,又所給平均速度較低,從而在本文中可假設(shè),客車在中間站停留時(shí)間不計(jì),這段時(shí)間可由行駛路段上提速補(bǔ)上。b)經(jīng)統(tǒng)計(jì)每時(shí)段上車總?cè)藬?shù)和下車總?cè)藬?shù)不一致,甚至成倍懸殊,有時(shí)上多下少,有時(shí)下多上少,分析原因主要在于運(yùn)輸高低峰時(shí)期與乘車構(gòu)成時(shí)差,從而導(dǎo)致上一時(shí)段大量上車人員而在下一時(shí)段才下車,致使不同時(shí)段上下車人數(shù)不等情況嚴(yán)重。這一現(xiàn)象對(duì)本模型求解及分析極為重要,要特別考慮。c)公交車發(fā)車一般具有規(guī)律性,又高低峰不同情況。本文假設(shè)在高峰時(shí)期和一般時(shí)期分別等時(shí)間間隔發(fā)車。按運(yùn)營(yíng)調(diào)度要求,候車時(shí)間一般超過(guò)10min,早高峰期不超過(guò)5min,故對(duì)發(fā)車時(shí)間間隔Δt限定為:一般期6≤Δt≤10;高峰期1≤Δt≤5。d)運(yùn)營(yíng)調(diào)度要求標(biāo)準(zhǔn)載客100人,滿載率不應(yīng)超過(guò)120%,一般也不低于50%,即車上平均人數(shù)50≤m≤120,這是公司對(duì)模型的客觀要求。從而要假定乘客排隊(duì)等候乘車,滿120人后只能等下輛車。e)所建模型要綜合考慮乘客和公交公司雙方的利益。乘客希望候車時(shí)間越短越好,由于假定勻速行駛,從而正常運(yùn)營(yíng)后,候車時(shí)間取決于發(fā)車時(shí)間間隔Δt,乘客更希望等候的當(dāng)次車能夠坐上,這自然要求Δt越短越好。但發(fā)車過(guò)于頻繁,對(duì)公交公司而言,即需配備大量的車輛,又得過(guò)多的投入資本(工人工資,油料等),雙方利益要求互相矛盾。這就需確定一個(gè)合理的目標(biāo)匹配關(guān)系,也就是該模型的關(guān)鍵之處。f)模型求解之后,要為該線路設(shè)計(jì)便于操作的全天公交車調(diào)度方案及發(fā)車時(shí)刻表。公交公司需配備的總車輛數(shù)為N,關(guān)鍵取決于高峰期的用車量。N應(yīng)是高峰期發(fā)車間隔Δt的函數(shù)。g)考慮到以上各種因素,筆者會(huì)用到非線性規(guī)劃知識(shí)。由于數(shù)據(jù)量龐大,自然要考慮到應(yīng)用計(jì)算機(jī)仿真實(shí)驗(yàn),得到不同時(shí)間發(fā)車、不同發(fā)車間隔、不同客流量下的載客人數(shù)、不能上車人數(shù),以便綜合考慮制定出較好的運(yùn)營(yíng)方案。3假設(shè)和符號(hào)3.1列車行駛順序+列車通過(guò)順序乘車,1)客車在線路上均勻行駛,忽略中間站點(diǎn)的停留時(shí)間。速度v=20km/h;2)每輛客車按照發(fā)車時(shí)刻表及到達(dá)次序順序發(fā)車,循環(huán)往返地運(yùn)行;3)客車在行駛途中不會(huì)出現(xiàn)塞車、拋錨等意外現(xiàn)象;4)第i時(shí)段第j站點(diǎn)上、下車人數(shù)服從均勻分布;5)各站點(diǎn)乘客排隊(duì)等候乘車,乘客不會(huì)乘坐其他線路公交車;6)公交車工作日時(shí)間為5:00～23:00;7)客車飽和度為120人;8)高峰期和一般期分別等時(shí)間間隔發(fā)車。3.2第1市第j站列車情況Sj,j+1:第j站到j(luò)+1站的路程,Sj,j+1與Sj+1,j不一定相等;V:公交車的平均速度;S1:上行總路程;S2:下行總路程;Ci,j:第i時(shí)段第j站點(diǎn)上車人數(shù);Di,j:第i時(shí)段第j站點(diǎn)下車人數(shù);yi,j=Ci,j/60:第i時(shí)段第j站點(diǎn)平均上車的人數(shù);yi,jˉˉˉˉˉ=Di,j/60yi,jˉ=Di,j/60:第i時(shí)段第j站點(diǎn)平均下車的人數(shù);Δt:發(fā)車時(shí)間間隔;Δt1:高峰期發(fā)車時(shí)間間隔;Δt2:一般期發(fā)車時(shí)間間隔;T:單程行駛時(shí)間;T1:上行單程行駛時(shí)間;T2:下行單程行駛時(shí)間;aj:第j站相對(duì)要上車人數(shù),等于等候上車人數(shù)減去下車人數(shù);bj:第j站因車上人數(shù)飽和而當(dāng)時(shí)滯留人數(shù);Q=120人:客車飽和度;mj:第j站客車啟動(dòng)后車上總?cè)藬?shù);Zi:第i輛客車的綜合效益;sumc:單程各路段乘客平均數(shù);sum:單程滯留總?cè)藬?shù);N:配備客車總數(shù)。4模型的構(gòu)建4.1啟動(dòng)時(shí)間間限制公交車調(diào)度方案因該便于操作,因而發(fā)車時(shí)間間隔Δt應(yīng)具有規(guī)律性,且為正整數(shù)。又考慮到高峰期與一般期乘車人數(shù)的懸差,Δt如下設(shè)定:4.2下行方向的百分點(diǎn)由統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)得上行方向的高峰期為6:00～9:00,17:00～18:00,下行方向的高峰期為7:00～9:00,17:00～19:00。每個(gè)方向有4個(gè)小時(shí)高峰期。4.3抗混合式結(jié)構(gòu)以上行方向?yàn)槔?yi,j=160Ci,jyi,j=160Ci,j;y,ijˉˉˉˉˉ=160Di,jy,ijˉ=160Di,j;aj=(yi,j?yi,jˉˉˉˉˉ)×Δtaj=(yi,j-yi,jˉ)×Δt。4.4smct的下行上行:sum=∑j=131bjsumc=113∑j=131mjsum=∑j=131bjsumc=113∑j=131mj下行:sumc=112∑j=012mjsum=∑j=012bjsumc=112∑j=012mjsum=∑j=012bj4.5單天開(kāi)時(shí)間t的確定T1=S1/NT2=S2/V4.6mit的計(jì)算?????????????maxZ=1n∑i=1nZiZi=f(sumci?sumi?Δt)=sumci?1kΔt?sumiΔt?Δt1?Δt2正整數(shù)?k=14是車站個(gè)數(shù)。{maxΖ=1n∑i=1nΖiΖi=f(sumci?sumi?Δt)=sumci-1kΔt?sumiΔt?Δt1?Δt2正整數(shù)?k=14是車站個(gè)數(shù)。5時(shí)間步長(zhǎng)法仿真雖然Z是關(guān)于Δt的函數(shù),但大量數(shù)據(jù)的處理必須借助計(jì)算機(jī)編程才能完成。按照原模型求解,就得用時(shí)間步長(zhǎng)法去仿真一個(gè)工作日交通線路上車輛的運(yùn)行情況,這樣做在理論上是可行的。但在本文的假設(shè)前提下,造成大量過(guò)程的重復(fù),又考慮到計(jì)算機(jī)的運(yùn)行速度,又可能會(huì)死機(jī)或數(shù)據(jù)溢出,一個(gè)理想的方法是抽樣仿真,改變時(shí)間步長(zhǎng),得出不同Δt下的目標(biāo)值Z,然后取maxZ對(duì)應(yīng)的Δt為最優(yōu)解。6調(diào)度方案制定原則a)本文利用非線性規(guī)劃、動(dòng)態(tài)規(guī)劃、計(jì)算機(jī)仿真等多種理論相結(jié)合的方法,建立模型并求解,是綜合知識(shí)的運(yùn)用。b)特殊的數(shù)據(jù)處理得出本