《公共交通調(diào)度影響因素分析-高校校車為例》5700字

公共交通調(diào)度影響因素分析—高校校車為例目錄TOC\o"1-2"\h\u3684公共交通調(diào)度影響因素分析—高校校車為例 1111821.1A高校校車調(diào)度問題界定 177911.2A高校校車調(diào)度影響因素分析方法的選擇 1134421.2.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模型化技術(shù)的對比 1319241.2.2解釋結(jié)構(gòu)模型 2175461.2.3解釋結(jié)構(gòu)模型方法應(yīng)用過程 332531.3A高校校車調(diào)度影響因素確定 346991.3.1A高校校車調(diào)度影響因素的初步識別 3285161.3.2A高校校車調(diào)度影響因素的最終確定 4135781.4A高校校車調(diào)度影響因素關(guān)聯(lián)關(guān)系的確定 565941.5因素影響邏輯分析 81.1A高校校車調(diào)度問題界定A高校班車日常調(diào)度有三項內(nèi)容，首先確認(rèn)通勤線路與環(huán)線的行駛路線；其次，針對每一條線路進行發(fā)車時刻表的制定；最后，為每條線路配車和司機。在線路與站點確認(rèn)時，A高校教職工服務(wù)處通過問卷星平臺收集了有班車需求的教職工的居住地信息，選取人員較密集的小區(qū)作為站點，從而確定行駛線路，并將制定后的線路公示，以收取教師們的意見，隨后經(jīng)歷迭代。然而，現(xiàn)行的各線路發(fā)車時刻的確定仍處于“經(jīng)驗主義”為主的狀態(tài)，即采用確定一組首班與末班時間，之后通過總?cè)藬?shù)估算需要的車次數(shù)量，隨后平均分配的策略，導(dǎo)致三個現(xiàn)象較為突出。首先，靠近終點的乘客（即路線下游乘客）常需要等待多次車輛才能搭乘；其次，換乘車站乘客滯留情況尤為常見，致使許多乘客不得不在等待一段時間后放棄班車出行；最后，實際運營中，時間越接近上班時間，乘客越難及時搭乘線路，造成出行不便。因此，本文的校車調(diào)度主要針對校車發(fā)車時刻表及發(fā)車策略進行優(yōu)化。1.2A高校校車調(diào)度影響因素分析方法的選擇1.2.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模型化技術(shù)的對比模型化是對真實系統(tǒng)的簡化、抽象與映射，利用模型化方法可以完成對實際系統(tǒng)進行研究與試驗，并花費用較少的時間和費用，從而高效率研究系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、運行原理等問題。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模型化是以各種創(chuàng)造性技術(shù)為基礎(chǔ)的系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)的決定技術(shù)[37]，該類模型化方法通過識別系統(tǒng)要素、確定要素間的具體二元關(guān)系，并將分析結(jié)果以矩陣、流圖等直觀方式，逐步將復(fù)雜系統(tǒng)的構(gòu)成特性進行表述，為系統(tǒng)分析、要素梳理與系統(tǒng)優(yōu)化等提供了高效方法論指導(dǎo)。從結(jié)構(gòu)化研究過程來區(qū)分，現(xiàn)有的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模型化方法可分為動態(tài)結(jié)構(gòu)化方法與靜態(tài)結(jié)構(gòu)化方法。其中動態(tài)結(jié)構(gòu)化方法，包括如系統(tǒng)動力學(xué)（SD）、交叉影響分析、Petri網(wǎng)等方法；靜態(tài)結(jié)構(gòu)化方法，包括如關(guān)聯(lián)樹法、解釋結(jié)構(gòu)模型、系統(tǒng)開發(fā)計劃程序等方法。而從系統(tǒng)模型化方法的功能角度，系統(tǒng)仿真常用方法有系統(tǒng)動力學(xué)、沖突分析法、蒙特卡洛法等；決策常用方法有決策樹法、層次分析法、博弈論等；而本研究所關(guān)注的因素分析常用方法有解釋結(jié)構(gòu)模型、因子分析、聚類分析等。然而，一些系統(tǒng)結(jié)構(gòu)化方法如聚類分析與因子分析廣泛用于定量的分類與相關(guān)性問題研究中，關(guān)聯(lián)樹法常用于已經(jīng)明確的策略、方案與結(jié)果的選擇問題[37]，對于復(fù)雜系統(tǒng)內(nèi)影響因素的關(guān)聯(lián)關(guān)系的定性識別與確定適用性不足。而解釋結(jié)構(gòu)模型（InterpretativeStructuralModeling,ISM）技術(shù)作為最基本和最具特色的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模型化技術(shù)[38]，能夠?qū)ο到y(tǒng)要素進行層次結(jié)構(gòu)分析，對系統(tǒng)目標(biāo)的影響因素分析具有良好效果，因此，本文選用解釋結(jié)構(gòu)模型方法進行A高校校車調(diào)度影響因素的分析工作。1.2.2解釋結(jié)構(gòu)模型解釋結(jié)構(gòu)模型是于1973年由美國J.N.Warfield教授開發(fā)設(shè)計出來的，用于社會巨系統(tǒng)等復(fù)雜復(fù)雜系統(tǒng)的分析方法，對于復(fù)雜要素關(guān)系與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的識別與分析十分有效[38]。解釋結(jié)構(gòu)模型應(yīng)用有關(guān)創(chuàng)新分析方法進行系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模型的構(gòu)建，其基本邏輯為以系統(tǒng)影響因素為節(jié)點，借助因素間的二元關(guān)系為有向邊描述系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，利用矩陣布爾運算推斷可達(dá)矩陣，后引入可達(dá)集、現(xiàn)行集和共同集進行判斷使復(fù)雜系統(tǒng)分解成多級遞階結(jié)構(gòu)，從而分析系統(tǒng)要素選擇合理性，并進一步與意識模型進行融合，對系統(tǒng)要素間相互影響關(guān)系進行解釋。汪應(yīng)洛[37]對系統(tǒng)工程方法，尤其是結(jié)構(gòu)模型解析法（ISM）進行了國內(nèi)最早最為系統(tǒng)和全面的探討，對ISM方法和步驟給出了詳細(xì)的分析。隨后，不同領(lǐng)域?qū)W者基于ISM方法進行復(fù)雜系統(tǒng)分析與研究工作，如常玉等[40]應(yīng)用解釋結(jié)構(gòu)模型方法分析了高新技術(shù)企業(yè)創(chuàng)新能力的十余個影響因素，重點探討了方法的應(yīng)用與結(jié)果的分析，并基于西安高新區(qū)實例給出了解決問題的思路和方法。王宛秋，張永安[41]使用解釋結(jié)構(gòu)模型方法探究了企業(yè)技術(shù)并購的協(xié)同機理，對影響因素框架與相互作用情況進行了研究，并通過聯(lián)想與IBM的PC業(yè)務(wù)并購作為實例說明了解釋結(jié)構(gòu)模型對所出現(xiàn)問題的解釋能力。1.2.3解釋結(jié)構(gòu)模型方法應(yīng)用過程班車時刻表的解釋模型構(gòu)建需要兼顧理論性與實操性，應(yīng)以研究者與操作層人員的雙側(cè)認(rèn)可作為影響因素的篩選標(biāo)準(zhǔn)。但由于研究者與操作層人員間的用詞與邏輯習(xí)慣有偏差，本解釋結(jié)構(gòu)模型構(gòu)建時采用先文獻研究，后通過訪談形式，用直白語言與操作層人員溝通以篩選與完善解釋結(jié)構(gòu)模型影響因素的方法進行影響因素的識別、關(guān)聯(lián)關(guān)系確定。1.3A高校校車調(diào)度影響因素確定為全面與準(zhǔn)確識在實際應(yīng)用場景中的車輛發(fā)車時刻表評價的影響因素，本文解釋結(jié)構(gòu)模型的構(gòu)建以車輛調(diào)度尤其是時刻表制定的相關(guān)研究文獻綜述為基礎(chǔ)，采用文獻梳理歸納和訪談?wù){(diào)查的方式進行影響因素的識別。1.3.1A高校校車調(diào)度影響因素的初步識別為保證影響因素的可信度與代表性，以獲得國家自然（社會）科學(xué)基金支持、雙一流建設(shè)高校學(xué)位論文、WebofScience可索引的英文期刊、具有行業(yè)影響力的學(xué)者及其合作學(xué)者研究成果等標(biāo)準(zhǔn)作為篩選目標(biāo)，并采用在不同文獻中出現(xiàn)2次以上[42]或僅出現(xiàn)1次但存在相關(guān)內(nèi)容研究為篩選原則，梳理出與車輛發(fā)車時刻表研究有關(guān)的論文20篇，以此來作為初步確定為影響時刻表效率因素。如文獻綜述章節(jié)，對不同國家學(xué)者有關(guān)發(fā)車時刻表制定研究的文獻梳理結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，不同學(xué)者的研究角度、場景假設(shè)、模型構(gòu)建等內(nèi)容雖然有所差別，但在研究的邏輯上有相似之處。參考文獻中現(xiàn)有研究程序總結(jié)如圖1-1所示。圖1-1參考文獻研究程序圖本文沿用研究程序中不同節(jié)點作為分類依據(jù)，將影響因素總結(jié)如表1-1所示。表1-1發(fā)車時刻表制定影響因素表分類因素名稱符號頻次因素說明優(yōu)化目標(biāo)運營方意愿S118運營方對時刻表制定的要求乘客方意愿S217乘客對公交系統(tǒng)調(diào)度的期望外部性S32環(huán)境污染、能源消耗等外部性要求研究假設(shè)滯留行為S46當(dāng)達(dá)到擁擠度上限時，乘客將選擇下一車次換乘行為S54乘客會在線路中換乘其它交通工具車輛速度S68車輛每個運營區(qū)間的平均速度乘客到達(dá)率S713乘客到達(dá)不同站點的速率決策變量發(fā)車間隔S820相鄰車次的時間差發(fā)車類型S913發(fā)出的車輛為大型、小型等車輛運營類型S107發(fā)出的車輛為全程、區(qū)間、快速等類型線路長度S113線路總長度站點間隔S124相鄰?fù)＼圏c間距離首末班車時間S136線路第一及最后一輛車時間目標(biāo)函數(shù)運營變動成本S1417因燃油、行駛里程導(dǎo)致的成本續(xù)表1-1分類因素名稱符號頻次因素說明運營固定成本S1520因購置車輛、安排隨車人員、折舊等導(dǎo)致的固定成本，與車輛是否行駛無關(guān)乘客到達(dá)時長S165乘客到達(dá)站點的時間乘客等待時長S1719乘客因等待所研究車輛而耗費的時間乘客擁擠懲罰S1815乘客因車輛擁擠導(dǎo)致的不滿乘客換乘時長S194乘客換乘車輛時的等待耗費的時間能源消耗成本S204因車輛行駛導(dǎo)致的能源消耗成本空氣污染成本S212因能源消耗導(dǎo)致的環(huán)境污染成本車輛均衡性S221不同車次滿載率的方差模型約束最大最小間隔S2312因政策等因素限制的行業(yè)最大最小發(fā)車間隔最大最小滿載率S2415因政策等因素限制的行業(yè)最大最小滿載率車隊規(guī)模S257所需車輛數(shù)量與類型1.3.2A高校校車調(diào)度影響因素的最終確定由上一節(jié)中對所參考文獻中影響因素的識別，基于文獻研究程序的劃定，將影響車輛發(fā)車時刻表制定的因素從研究假設(shè)、決策變量、目標(biāo)函數(shù)和模型約束四個角度進行分類，共確定如表1-1中的25個影響因素。由于影響因素來源于不同學(xué)者對多個實際場景的研究，25個理論影響因素中存在對本研究場景不適用情況。此外，由于影響因素關(guān)聯(lián)關(guān)系較為復(fù)雜，構(gòu)建車輛時刻表制定影響因素的解釋結(jié)構(gòu)模型前，應(yīng)對影響因素之間的邏輯關(guān)系進行確定。因此，本文組建包括公交車輛調(diào)度員2名及司機2名的4人ISM小組，通過電話采訪方式進行影響因素的確認(rèn)與影響因素間關(guān)系的確定。其身份與角色關(guān)系如表1-2所示。表1-2ISM成員角色表人員崗位身份A班車司機A高校環(huán)1線路司機B公交司機A高校定制1線路司機C調(diào)度員京東集團智慧班車成本控制崗員工D調(diào)度員A高校教職工服務(wù)處職工分別將表1-3車輛時刻表制定影響因素表發(fā)送給四位ISM小組成員，并就“是否需要將某一影響因素作為考慮因素”問題進行討論。為防止文獻研究結(jié)果對小組成員思維造成影響，本文采用開放式與封閉式混合提問方法，對文獻研究所獲得的25個影響因素進行訪談工作。本文設(shè)計訪談問題提綱見附錄B。分別對不同成員進行上述過程問詢與整理，從而A高校校車發(fā)車間隔制定影響因素進行篩選，按上述分類，留下優(yōu)化目標(biāo)（運營方意愿、乘客方意愿和外部性），研究假設(shè)（滯留行為、換乘行為、車輛速度和乘客到達(dá)率），決策變量（發(fā)車間隔和發(fā)車類型），目標(biāo)函數(shù)（運營固定成本、運營變動成本、乘客等待時長、乘客換乘時長、能源消耗成本、空氣污染成本和車輛均衡性）以及模型約束（最大最小間隔、最大最小滿載率和車隊規(guī)模）共19個影響因素，舍去的因素如表1-3所示。表1-3舍去因素表分類因素名稱符號舍去原因決策變量運營類型S10線路內(nèi)沒有調(diào)度站，無法發(fā)出區(qū)間車線路長度S11線路與站點由向老師發(fā)放問卷得到，不能隨意更改站點間隔S12首末班車時間S13首班時間由問卷得出，末班時間以考勤得到目標(biāo)函數(shù)乘客到達(dá)時長S16站點確認(rèn)時，乘客到達(dá)時長沒有優(yōu)化意義乘客擁擠懲罰S18要求一人一座，不允許超載1.4A高校校車調(diào)度影響因素關(guān)聯(lián)關(guān)系的確定將去除以上6個因素后的19個影響因素進行整理，交由ISM小組成員進行影響因素間關(guān)系的確定。本文采用的處理邏輯為：將19個因素以關(guān)系矩陣方式繪制在Excel軟件中，并規(guī)定若認(rèn)為行因素Si對列因素Sj有影響（），則將對應(yīng)值填為1，否則為0；隨后將文件發(fā)送給ISM小組成員，以互相不知曉為要求，回收4位的影響因素矩陣文件；最后，基于“一票否認(rèn)”原則，對4位填寫后的矩陣進行加運算，若值為4則最終認(rèn)為行元素對列元素?zé)o有直接影響關(guān)系，否則則不認(rèn)為有直接影響關(guān)系。經(jīng)過以上過程，所獲得19個影響因素的相互影響矩陣如表4所示。表1-4影響因素關(guān)聯(lián)關(guān)系表因素S1S2S3S4S5S6S7S8S9S10S11S12S13S14S15S16S17S18S19S10000000000000000000S20000000000000000000S30000000000000000000S40000000000010001000S50000000000001000000S60000000000010110000S70001010000110001000S80001000011111111000S90001010101110111000S101000000000100000010S111010000000010110010S120100000000000000001續(xù)表1-4因素S1S2S3S4S5S6S7S8S9S10S11S12S13S14S15S16S17S18S19S130100000000010000001S141010000000100010010S150010000000000000000S161001000110100100010S170001000101110100000S180011000111110110000S191000000111100110010解釋結(jié)構(gòu)模型主要通過關(guān)聯(lián)矩陣的矩陣運算進行系統(tǒng)分析，其工作原理與實施程序如圖1-2所示。本文為提高研究效率，將解釋結(jié)構(gòu)模型構(gòu)建的一般方法通過Matlab進行編程，完成矩陣的運算、縮減及骨架矩陣提取等工作，代碼請參見附錄D。圖1-2ISM實施程序圖將以上矩陣存儲至Matlab變量文件，文件名為A.mat，并運行上一章節(jié)中Matlab文件ISM.m可以得到，在第3次布爾運算時完成可達(dá)矩陣的計算，以上19個影響因素不存在區(qū)域劃分情況，共形成6個層級，其分層情況如表1-5所示。表1-5影響因素分層表分層符號內(nèi)容所屬分類1S1運營方意愿優(yōu)化目標(biāo)S2乘客方意愿優(yōu)化目標(biāo)S3外部性優(yōu)化目標(biāo)2S12乘客等待成本目標(biāo)函數(shù)S15空氣污染成本目標(biāo)函數(shù)3S11運營變動成本目標(biāo)函數(shù)S13乘客換乘成本目標(biāo)函數(shù)S14能源消耗成本目標(biāo)函數(shù)續(xù)表1-5分層符號內(nèi)容所屬分類4S5換乘行為研究假設(shè)S6車輛速度研究假設(shè)S10運營固定成本目標(biāo)函數(shù)5S4滯留行為研究假設(shè)S8發(fā)車間隔決策變量S9發(fā)車類型決策變量S16車輛均衡性目標(biāo)函數(shù)S18最大最小滿載率模型約束S19車隊規(guī)模模型約束6S7乘客到達(dá)率研究假設(shè)S17最大最小間隔模型約束由于影響因素關(guān)系復(fù)雜，解釋結(jié)構(gòu)模型可讀性較差，本文以有向結(jié)構(gòu)示意圖作為可視表示方式，其中，影響因素前的數(shù)字為分層情況。其對應(yīng)有向結(jié)構(gòu)圖如下圖1-3所示。圖1-3有向結(jié)構(gòu)圖如圖1-3所示，乘客到達(dá)率與間隔限制為最底層的影響因素，發(fā)車類型、發(fā)車間隔等決策變量位于第5層，受到乘客到達(dá)率、間隔限制、滿載限制等約束影響，并直接影響第4層因素（包括固定成本、車輛行駛速度等）以及第3層因素（包括乘客換乘時間、變動成本、能源消耗等），最終