勵(lì)夢(mèng)怡 徐青軍 王吟楓 李文濤 苑家祺

寧波工程學(xué)院 浙江 寧波 315031

0 引言

在居民收入水平持續(xù)提高、各類交通新業(yè)態(tài)涌現(xiàn)的大背景下，居民對(duì)出行工具要求也隨之升高，“更方便、更快捷、更舒適”成為交通出行的普遍需求，而常規(guī)公交受政策、基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、交通擁堵等因素的影響，競(jìng)爭(zhēng)力不斷下降。因此，近年來(lái)隨著定制公交、網(wǎng)約公交等新型公交模式的逐步興起，從公交線網(wǎng)革命出發(fā)，探索新的公交發(fā)展路徑已成為了城市交通發(fā)展的新趨勢(shì)。

本項(xiàng)目提出了一種新型的全定制式城市公交運(yùn)行理念，該理念是基于實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)需求建立發(fā)車響應(yīng)網(wǎng)絡(luò)[1]，供自主選擇最優(yōu)路線的智能化公交運(yùn)行模式。通過(guò)制定一套完整的公交運(yùn)營(yíng)方案的算法體系，對(duì)公交進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)度，降低乘客的等待時(shí)間成本和出行時(shí)間成本，提高乘客出行效率。該研究成果對(duì)提升常規(guī)公交服務(wù)水平、提高公交分擔(dān)率[2]、緩解城市交通擁堵具有重要的意義。

1 研究思路

本項(xiàng)目通過(guò)對(duì)“全定制式城市公交”的運(yùn)行模式中較為簡(jiǎn)單的“1+3”模式（1個(gè)發(fā)車場(chǎng)站和3個(gè)公交站點(diǎn)）的探討，綜合乘客時(shí)間成本、乘客需求量、路況信息等評(píng)定條件，借助博弈論[3]的思想模式，窮舉出五大類路線，以此設(shè)計(jì)出“全定制式城市公交”源算法理論?；凇?+3”模式的理論體系，其后續(xù)的“1+4”模式乃至實(shí)際復(fù)雜路網(wǎng)的應(yīng)用都可由這一模式推廣，從而形成“全定制式城市公交”算法理論體系。

2 常規(guī)公交運(yùn)行模式存在問(wèn)題

目前傳統(tǒng)常規(guī)公交存在如下問(wèn)題：

一：因公交線路走向固定，導(dǎo)致線路走向與出行需求較難匹配[4]，即換乘系數(shù)較高一般公交線路走向和服務(wù)水平是由企業(yè)自主選擇制定，其重視上下班高峰的固定通勤需求，較少考慮個(gè)體豐富的空間活動(dòng)訴求；

二：因公交線路停靠站點(diǎn)固定，導(dǎo)致線路運(yùn)行與出行需求較難匹配，即無(wú)法甩站運(yùn)行。且公交站點(diǎn)的布設(shè)依據(jù)道路空間形態(tài)固定分布，未充分考慮到公共交通的整體性和協(xié)調(diào)性[5]；

三：因公交線路發(fā)車頻率相對(duì)固定，如客流量大的路段只能設(shè)置固定的短時(shí)間間隔的公交班次，而這導(dǎo)致發(fā)車間隔與出行需求較難匹配，候車時(shí)間過(guò)長(zhǎng)、公交擁擠度過(guò)高或公交上座率過(guò)低等情況的普遍存在。

3 全定制式城市公交算法設(shè)計(jì)

3.1 定義符號(hào)說(shuō)明

3.2 基本前提和假設(shè)

假設(shè)1：需求發(fā)生且車輛做出響應(yīng)并執(zhí)行服務(wù)期間，無(wú)因意外事件而導(dǎo)致乘客數(shù)量大幅度波動(dòng)。

假設(shè)2：所有乘客出行需求、目的地等數(shù)據(jù)可以被公交調(diào)度系統(tǒng)及時(shí)充分獲取并分析。

假設(shè)3：路段上的車流量和路段的長(zhǎng)度均可在后臺(tái)實(shí)時(shí)獲取，且數(shù)據(jù)準(zhǔn)確有效。

假設(shè)4：發(fā)車場(chǎng)站O僅有停靠車輛，調(diào)度發(fā)車的功能，不具備乘客等車上下站的作用。

3.3 基于乘車需求的發(fā)車響應(yīng)

3.3.1 構(gòu)建思路

在以需求為主導(dǎo)的公交出行環(huán)境下，當(dāng)某條公交路線上乘客對(duì)公交服務(wù)的總需求達(dá)到某一值，此時(shí)要求必須有車輛響應(yīng)這些需求，則這一數(shù)值稱之為總需求閾值，記為。當(dāng)某條線路上單個(gè)站點(diǎn)內(nèi)乘客對(duì)公交服務(wù)總需求達(dá)到某一值，此時(shí)要求必須有車輛響應(yīng)該站點(diǎn)的需求，則這一數(shù)值稱之為站點(diǎn)需求閾值，記為。公交調(diào)度系統(tǒng)根據(jù)路線上乘客實(shí)時(shí)發(fā)送的需求判斷分析并做出與之匹配的發(fā)車響應(yīng)。

3.3.2 構(gòu)建模型

假設(shè)某條路線上共有n個(gè)公交站，某時(shí)刻公交站點(diǎn)i發(fā)出的上車請(qǐng)求總數(shù)為。當(dāng)該線路上的所有公交站點(diǎn)總上車請(qǐng)求數(shù)大于該條路線上所設(shè)定的總需求閾值時(shí)，那么要求有公交車進(jìn)行服務(wù)，即；當(dāng)該線路上的某個(gè)公交站點(diǎn)i的總上車請(qǐng)求數(shù)大于其所設(shè)定的站點(diǎn)需求閾值時(shí)，那么要求有公交車對(duì)其進(jìn)行定制服務(wù)，即。

發(fā)車響應(yīng)原理圖，如圖3-1所示。

圖3-1公交發(fā)車響應(yīng)原理圖

3.3.3 全定制式線路算法設(shè)計(jì)

全定制式公交在線路運(yùn)行上不同于傳統(tǒng)常規(guī)公交[6]，全定制式公交依據(jù)前端反饋的實(shí)時(shí)出行信息，采取公交跳站、折站和變站等多種運(yùn)行方法來(lái)最小化乘客的出行時(shí)間。全定制式公交運(yùn)行模式選擇主要取決于當(dāng)前車上的總乘客出行成本和站點(diǎn)等車乘客出行成本之間的博弈。

城市公交出行需求具有復(fù)雜多變的特性，且實(shí)際路網(wǎng)也存在許多隨機(jī)因素，為便于問(wèn)題的分析與研究，本項(xiàng)目先以最簡(jiǎn)單的“1+3模式”（即1個(gè)發(fā)車場(chǎng)站和3個(gè)公交站點(diǎn)）為對(duì)象來(lái)研究全定制公交路線運(yùn)行的具體算法，算法如表3-1所示。

表3-1 “1+3”模式算法

結(jié)論

城市交通發(fā)展越來(lái)越注重“以人為本”的理念，現(xiàn)代社會(huì)對(duì)便捷出行也有了更多的期望。本項(xiàng)目提出的“全定制式城市公交運(yùn)行模式”，基于乘客的實(shí)時(shí)需求對(duì)公交路線進(jìn)行動(dòng)態(tài)定制，可有效提升公交的服務(wù)水平和吸引力。并結(jié)合運(yùn)營(yíng)成本、乘客時(shí)間成本等因素，推演出源算法并將其推廣至復(fù)雜路網(wǎng)，使傳統(tǒng)公交路線的“人隨線走”模式轉(zhuǎn)變?yōu)椤熬€隨人定”模式。