曹延齋 劉敬玉 呂澤陽

(1.膠州市城鄉(xiāng)建設(shè)局，山東 青島 266300； 2.青島市市政工程設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司，山東 青島 266061)

1 概述

1.1 公交車輛區(qū)域調(diào)度的定義

公交車輛的調(diào)度，是為了實(shí)現(xiàn)車輛統(tǒng)一安排，整齊有序的進(jìn)出站，保證車輛之間行駛的協(xié)調(diào)性，包含公交公司的運(yùn)營組織、調(diào)度計(jì)劃統(tǒng)一編制、維修保養(yǎng)統(tǒng)一安排以及幕后調(diào)度人員的管理。

1.2 公交區(qū)域調(diào)度的優(yōu)勢(shì)

區(qū)域調(diào)度相對(duì)于單線調(diào)度，實(shí)現(xiàn)了資源在多條線路的優(yōu)化配置，可以完成車輛在線路上的套跑，可以實(shí)現(xiàn)冗余的人力、運(yùn)力線路間調(diào)劑、補(bǔ)給，達(dá)到節(jié)約資源的目標(biāo)，改善了生活服務(wù)設(shè)施。

2 區(qū)域運(yùn)營時(shí)刻表的編制及示例分析

2.1 實(shí)現(xiàn)的編制目標(biāo)

目前,國內(nèi)外對(duì)要求區(qū)域協(xié)同的公交時(shí)刻表的研究還不多,幾乎沒有從公交調(diào)度員實(shí)際操作的角度看待問題。本文從實(shí)際角度出發(fā)，具體問題具體分析，以實(shí)現(xiàn)以下目標(biāo)：

1)車輛在規(guī)劃路線上的平均運(yùn)行速度20 km/h，車輛滿載率不應(yīng)超過120%，一般也不低于50%；

2)乘客候車時(shí)間一般不要超過10 min，早高峰時(shí)一般不要超過5 min。

2.2 模型與算法

2.2.1基本假設(shè)

1)道路交通情況良好，沒有發(fā)生堵車、車輛事故的意外；

2)常規(guī)公交線路的初始時(shí)間已知，發(fā)車間隔為等時(shí)間間隔發(fā)車，且不輕易調(diào)整發(fā)車間隔；

3)每一時(shí)段內(nèi)乘客的到達(dá)符合負(fù)指數(shù)分布，排隊(duì)有序乘車；

4)調(diào)度針對(duì)的周期時(shí)長(zhǎng)為60 min，調(diào)度的最小單位為1 min。

2.2.2建立單線調(diào)度模型

1)車輛數(shù)的確定。

通過采集的數(shù)據(jù)，首先計(jì)算出各時(shí)段的最大乘客數(shù)量，運(yùn)用下式計(jì)算：

(1)

其中，i取值為0表示上行，i取值為1表示下行；j為第j時(shí)段；k為第k站點(diǎn)處。

2)發(fā)車間隔的確定。

在實(shí)際的車輛運(yùn)行過程中，各時(shí)段空載率超過50%不高于120%為佳，公交車的標(biāo)準(zhǔn)載客數(shù)定為100人，滿足每一時(shí)段最大乘客數(shù)量的需求，由下式計(jì)算每一時(shí)段所需最小車次數(shù)：

(2)

(3)

在t0j出現(xiàn)分?jǐn)?shù)時(shí)令m0j=[t0j]，n0j=1+[t0j]，其中，M0j為發(fā)車間隔為m0j的發(fā)車班次數(shù)；N0j為發(fā)車間隔為n0j的發(fā)車班次數(shù)。滿足以下兩個(gè)式子：m0j+n0j=l0j，m0j×M0j+n0j×N0j=60。

3)最小車次數(shù)模型。

由統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，城市公共交通的主要矛盾時(shí)段出現(xiàn)在第2～第4時(shí)間段，在此期間要求準(zhǔn)點(diǎn)率要好，發(fā)車間隔小，等候時(shí)間不要超過5 min，其他時(shí)段不超過10 min為宜，同時(shí)考慮車輛載客率位于50%～120%，使得公交公司運(yùn)行總里程數(shù)最少，建立符合要求的線性規(guī)劃模型。

其中，mj為第j時(shí)段最小的車內(nèi)乘客數(shù)量；Mj為第j時(shí)段最多的乘客數(shù)量。

2.2.3建立多線調(diào)度模型

調(diào)度優(yōu)化以最小化公民出行總的換乘時(shí)間為目標(biāo)，可通過規(guī)劃多條線路之間增加換乘站點(diǎn)的相遇機(jī)會(huì)，協(xié)調(diào)規(guī)劃每一站點(diǎn)單條線路的發(fā)車時(shí)間間隔，滿足各站點(diǎn)存在最大發(fā)車間隔和最小的發(fā)車間隔，且同步到達(dá)的車輛不超過站點(diǎn)容量。

從理論角度來說，建立如下模型：

其中，E為區(qū)域內(nèi)公交線路的數(shù)量；N為區(qū)域內(nèi)全部換乘站點(diǎn)的數(shù)量；Li，Lj分別為周期內(nèi)線路i和線路j的發(fā)車班次數(shù)；tdj為線路j上第d輛車發(fā)車時(shí)刻；tki為線路i上第k輛車發(fā)車時(shí)刻；Tdjn為第d輛車發(fā)車行駛至換乘點(diǎn)n的時(shí)刻；Tkin為第k輛車發(fā)車行駛至換乘點(diǎn)n的時(shí)刻；Sjd為第d輛車調(diào)度時(shí)刻表微調(diào)的決策；Sik為第k輛車調(diào)度時(shí)刻表微調(diào)的決策；Hi，hi分別為線路i上的最大發(fā)車間隔與最小發(fā)車間隔；Hj，hj分別為線路j上的最大發(fā)車間隔與最小發(fā)車間隔。

2.3 算例

2.3.1單線調(diào)度模型求解

1)車輛數(shù)的確定。

根據(jù)上下車乘客數(shù)和式(1)得到車輛上行每一時(shí)段的最大乘客數(shù)。

車輛運(yùn)行時(shí)間最早從早上5:00開始發(fā)車，一天中存在兩個(gè)出行高峰時(shí)段，分別在早上7:00～8：00，下午的17:00～18:00，主要是人們通勤，化解交通矛盾的重心應(yīng)該放在處理好早晚高峰這兩個(gè)時(shí)段的車輛調(diào)度，實(shí)現(xiàn)城市公共交通出行的同步換乘，主要依靠降低站點(diǎn)等候時(shí)間和協(xié)調(diào)區(qū)域內(nèi)多條線路發(fā)車時(shí)刻表兩種方式。

2)發(fā)車間隔的確定。

根據(jù)式子m0j+n0j=l0j，m0j×M0j+n0j×N0j=60得到特殊時(shí)段(發(fā)車間隔出行小數(shù)的時(shí)段)。

3)最小車次數(shù)模型求解。

關(guān)于這個(gè)模型的求解工作，分為前期準(zhǔn)備和正式模型求解兩個(gè)部分。

由于MATLAB只能求解標(biāo)準(zhǔn)形式的線性規(guī)劃問題，首先將上述模型轉(zhuǎn)化成標(biāo)準(zhǔn)形式的線性規(guī)劃問題，如下：

2.3.2多線調(diào)度模型求解

選取開發(fā)區(qū)4路與開發(fā)區(qū)19路公交車位于青島理工大學(xué)(長(zhǎng)江路校區(qū))公交站為研究換乘站點(diǎn)，探討由19路換乘4路的調(diào)度優(yōu)化，為此分別獲取在靈山衛(wèi)樞紐站、西海岸汽車東站統(tǒng)計(jì)8:00～9:00的發(fā)車時(shí)刻，以及這兩輛公交車到達(dá)理工大學(xué)換乘站的時(shí)間，多次采樣調(diào)查獲得平均到達(dá)時(shí)刻。

站點(diǎn)人流量采集時(shí)間間距較大，無法確定發(fā)車班次換乘人數(shù)，利用MATLAB產(chǎn)生隨機(jī)數(shù)。

2.3.3路網(wǎng)調(diào)度換乘算法MATLAB實(shí)現(xiàn)

在調(diào)度管理的過程中不乏換乘策略的有效運(yùn)用，將景區(qū)內(nèi)部分路線作為樣本數(shù)據(jù)，采用Floyd法求解最短路。

運(yùn)行結(jié)果如圖1所示。

3 結(jié)語

變換單條線路的調(diào)度方式為區(qū)域?yàn)樽钚〉恼{(diào)度單位，有利于提高整體城市的服務(wù)水平，吸引更多的行人選取公交出行的方式，充分利用城市的交通資源，降低企業(yè)運(yùn)營成本，鑒于以上益處，論文依次闡述了以下內(nèi)容：

1)詳述了公交區(qū)域調(diào)度的定義、區(qū)域調(diào)度的優(yōu)勢(shì)并且就調(diào)度工作的效果功能展開清晰地描述。

2)運(yùn)用MATLAB軟件實(shí)現(xiàn)區(qū)域內(nèi)調(diào)度策略換乘最短路徑進(jìn)行計(jì)算，實(shí)現(xiàn)實(shí)際問題抽象簡(jiǎn)化求解，就車輛的運(yùn)行時(shí)刻表的發(fā)車間隔進(jìn)行計(jì)算，初步確定出每一時(shí)段的發(fā)車間隔，以此為基礎(chǔ)進(jìn)行多條線路之間的調(diào)度優(yōu)化，完成假設(shè)條件下的區(qū)域內(nèi)總換乘人數(shù)的換乘等待時(shí)間最小。