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        基于BRT智能公交調(diào)度系統(tǒng)研究

        2021-04-06 10:05:50王治東
        黑龍江交通科技 2021年3期
        關(guān)鍵詞:乘車站臺路線

        楊 丹,王治東,陳 晨

        (西南科技大學(xué)城市學(xué)院,四川 綿陽 621000)

        1 智慧交通概念

        隨著網(wǎng)絡(luò)時(shí)代的快速更新以及5G時(shí)代的到來,中國居民傳統(tǒng)生活模式逐漸被智慧化,“慧醫(yī)療、慧農(nóng)業(yè)”等如雨后春筍般迅速崛起,交通作為人們“衣食住行”的重要一環(huán),因此“智慧交通”的快速發(fā)展必不可少?!爸腔劢煌ā笔侵附煌ㄟ\(yùn)輸、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)相互融合的現(xiàn)代化產(chǎn)物,是目前解決城市交通擁堵、交通安全、節(jié)能減排有效措施。以此建立起一種在實(shí)用范圍廣、作用發(fā)揮強(qiáng)的實(shí)用、智能、高效的交通管理運(yùn)輸系統(tǒng),目前我國智能化交通建設(shè)主要涵蓋運(yùn)輸服務(wù)、公共交通服務(wù)、城市交通指揮及港行服務(wù)四個(gè)方面。

        2 BRT快速公交

        快速公交系統(tǒng)是順應(yīng)時(shí)代所需的一種新型的公共客運(yùn)系統(tǒng),其建設(shè)投資成本比軌道交通低,而運(yùn)營效果卻于軌道交通相似。充分結(jié)合了現(xiàn)代化公交技術(shù)和智能運(yùn)輸和運(yùn)營管理技術(shù),開創(chuàng)了公交站臺售票的新理念,實(shí)現(xiàn)公共交通式運(yùn)營服務(wù),達(dá)到軌道服務(wù)水準(zhǔn)的一種獨(dú)特的城市客運(yùn)系統(tǒng)。

        BRT快速公交系統(tǒng)目前在長沙、鄭州等將近20多個(gè)城市推出和使用,快速公交的誕生大幅度緩解了大城市的交通壓力,緩解了公共交通乘車擁堵和時(shí)間等待的現(xiàn)象,與此同時(shí)這種交通形式涉及到城市發(fā)展、公共設(shè)施、市民出行心理、城市道路設(shè)置等諸多因素,在快速公交設(shè)計(jì)規(guī)劃時(shí)充分考慮相應(yīng)因素,以期建立一個(gè)讓市民更加滿意的新型公共交通系統(tǒng)是BRT快速公交系統(tǒng)服務(wù)設(shè)計(jì)所努力的方向和動力來源。

        3 研究現(xiàn)狀

        目前,我國大部分城市都采用傳統(tǒng)的公交調(diào)度模式,通過以往客流經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行制定發(fā)展頻率,并且在車輛發(fā)出后不在對其管控,該種方式雖然操作簡單,但其實(shí)際效果并不好,每當(dāng)晚高峰來臨時(shí),部分公交車站總會存在停車擁堵,甚至影響了其它路線車輛的正常行駛,出現(xiàn)同一線路公交同時(shí)??吭谝粋€(gè)站臺的現(xiàn)象,同時(shí)由于調(diào)度中心無法及時(shí)指導(dǎo)站臺乘客的乘車需求,導(dǎo)致經(jīng)常出現(xiàn)乘客等車時(shí)間過長或車輛滿載率過低等情況發(fā)生,從而導(dǎo)致公交服務(wù)水平底下,客流日益減少。

        本文主要針對現(xiàn)有的城市公交運(yùn)行調(diào)度系統(tǒng),著力解決調(diào)度系統(tǒng)與乘客乘車需求不平衡的問題以及提高運(yùn)營系統(tǒng)的抗干擾性能,特別是晚高峰,繁華地段的公交車站會出現(xiàn)大量公交車排隊(duì)??康默F(xiàn)象,甚至有些公交車雖無乘客在該站臺上下車,但只是按運(yùn)營制度???。這樣的擁堵對資源和時(shí)間都存在嚴(yán)重的浪費(fèi),極大地延長了公交的運(yùn)行時(shí)間,給乘客的出行帶來了極大的不便。造成這一現(xiàn)象的主要原因是城市道路擁堵擾亂了公交車的正常運(yùn)行秩序,公交的擁堵又反向加重道路擁堵,如此惡性循環(huán),導(dǎo)致整個(gè)道路運(yùn)行效率降低。

        4 研究方法

        4.1 站臺操作

        在BRT站臺,乘客可通過站臺售票機(jī)輸入目的地進(jìn)行路線查詢或者直接通過已定線路選擇站點(diǎn),此時(shí)售票機(jī)會根據(jù)乘客的相應(yīng)操作做出路線推選,確認(rèn)操做完成后進(jìn)行付款方式選定購票,支付成功后此時(shí)系統(tǒng)會將乘客的乘車數(shù)據(jù)傳送至指揮中心后臺,進(jìn)行下一步處理。

        4.2 調(diào)度中心處理

        調(diào)度中心作為車輛和乘客之間信息傳遞的紐帶,主要負(fù)責(zé)將乘客的乘車信息優(yōu)化處理后通過后臺終端設(shè)備將乘車信息傳送至車載設(shè)備,車載設(shè)備接收道調(diào)度中心傳來的信號后,通過相應(yīng)處理簡化,以語音或信號燈的方式提醒司機(jī),司機(jī)可根據(jù)車載設(shè)備提前預(yù)知下站是否有乘客上下車,若無可不進(jìn)站直接開往下一站。

        4.3 運(yùn)行流程

        (1)只上不下

        乘客A在站臺X發(fā)出前往站臺Y的乘車需求,此時(shí)調(diào)度中心向離站臺X最近距離(≧50 m)的公交車傳遞乘車需求,此時(shí)司機(jī)做好停靠站臺X準(zhǔn)備。若公交車在離站臺X很近(≦50 m)時(shí)收到乘客乘車需求,同時(shí)該車在進(jìn)入緩沖距離前沒有接到??空九_X的需求時(shí),該公交車不再受理本乘客交由下一輛公交車受理。

        (2)有上有下

        若乘客A乘坐1路公交且目的地為下一站臺X,為優(yōu)先滿足下車乘客需求,無論下一站臺X是否有乘客上車,公交車都必須??空九_X。同時(shí)為滿足“有車必載”的運(yùn)營理念,此時(shí)公交車無論離站臺X多遠(yuǎn),只要乘客B在該公交車到達(dá)站臺X之前發(fā)出乘車需求,該公交車都必須受理本乘客。

        (3)站臺重復(fù)

        在城市眾多公交線路中,有相當(dāng)部分線路存在站點(diǎn)重合,及乘客出行存在多種路線選擇時(shí),此時(shí)為了盡可能的減少公交車進(jìn)站??吭斐蓳頂D和節(jié)約車輛運(yùn)行時(shí)間,此時(shí)調(diào)度中心就需根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行車輛安排,其原則如下:

        若兩車均距離乘客起始站較近時(shí),此時(shí)在該站臺有下車需求的車輛優(yōu)先;若另一路線上的公交車距離乘客起始站較遠(yuǎn),此時(shí)由距離較近的車輛優(yōu)先。

        5 流程量化

        5.1 模型分析

        最優(yōu)路線推薦主要針對乘客需要中轉(zhuǎn)情況,此時(shí)分兩種形式,一種是乘客知道終點(diǎn)站臺,另一種為乘客不知道終點(diǎn)站臺只知道目的地。對于第二種情況,站臺一體機(jī)需通過對目的地周圍500 m范圍內(nèi)的所有公交進(jìn)行統(tǒng)計(jì),將范圍內(nèi)所有的站臺都默認(rèn)為乘客的終點(diǎn)站臺。當(dāng)終點(diǎn)站臺確定后,此時(shí)系統(tǒng)通過求解最優(yōu)數(shù)學(xué)模型將運(yùn)行時(shí)間最小值所在路徑作為最優(yōu)乘車方案推薦給乘客。

        5.2 模型建立基礎(chǔ)

        日常乘車中,乘客總需要一個(gè)路徑最短、時(shí)間最少、少轉(zhuǎn)車的乘車方案。但在現(xiàn)實(shí)生活中這同時(shí)實(shí)現(xiàn)三個(gè)最優(yōu)幾乎是不可能事件。通過建立最優(yōu)數(shù)學(xué)模型、采用集合法將路徑、時(shí)間進(jìn)行量化,然后通過建立時(shí)間最優(yōu)模型求解最優(yōu)值。本文通過差分迭代方程的計(jì)算,這種方法與近似積分的數(shù)學(xué)模型等價(jià),在一定范圍內(nèi)可與實(shí)際結(jié)果相似。建立數(shù)學(xué)模型主要需解決以下問題:

        ——如何確立乘車路線;

        ——怎樣確定乘車路線最優(yōu);

        5.3 符號約定及說明

        5.4 模型的建立及求解

        (1)乘車路線確定

        Zmin=min{Z1、Z2、…、Zi}且Zmin=Y*

        當(dāng):

        ①乘客起始站與目的地?zé)o可乘車路線;

        α、β,即相應(yīng)值不存在

        ②乘客起始站與目的地有乘車路線,但需要轉(zhuǎn)車;

        Zmin={min(S1、S2、…、Si)+min(Z1、Z2、…、Zi)}

        ③乘客起始站與目的地有乘車路線,且不需要轉(zhuǎn)車;

        Zmin=min{S1、S2、…、Si}

        此時(shí)所有可乘路線都應(yīng)滿足以下關(guān)系式:

        B∈Ai∪Ai+n

        (2)確定乘車路線最優(yōu)

        英國TRRL認(rèn)為道路的通行速度主要與道路流量和行車道寬度有關(guān),所研發(fā)的適用于城市中心區(qū)道路的交通阻抗模型為:

        Vq=49.9-0.163(q+430)/(W-R)

        16

        Vq=67.6-0.123(q+1 000)/(W-R)

        32

        式中:Vq:路段交通量為q時(shí)的行車速度,km/h,此處取第一個(gè)模型;W:行車道寬度,單位m;R:行車道寬度的減少值,單位m。

        美國聯(lián)邦公路局的路阻函數(shù)模型在路阻函數(shù)的研究中,其研究路阻函數(shù)模型BPR函數(shù)是最有代表意義的一個(gè)研究成果,此模型在交通規(guī)劃界應(yīng)用相對廣泛,具有一定的權(quán)威性,其數(shù)學(xué)表達(dá)式為。

        Tq=T0[1+α(q/c)β]

        式中:Tq:當(dāng)流量為q時(shí)路段上的行程時(shí)間;T0:零流量時(shí)車輛在路段上的行駛時(shí)間;c:路段的實(shí)際通行能力;α、β:模型參數(shù),常取α=0.15,β=4.0。

        通過調(diào)查發(fā)現(xiàn),在城市眾多公交線路中,由于道路實(shí)際情況以及乘客上下車的突發(fā)情況往往會對實(shí)驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生一定影響,即使公交車行駛速度相同的條件下,距離最近的道路行駛時(shí)間不一定最短,理論運(yùn)行最優(yōu)時(shí)間路線不一定為最優(yōu)路線,為了提高模型的抗干擾性,減小實(shí)驗(yàn)結(jié)果誤差,通過建立多目標(biāo)函數(shù),對不同函數(shù)加以權(quán)重約束,通過求解選定最優(yōu)乘車路線,其函數(shù)模型如下

        此時(shí)系統(tǒng)將滿足條件的可乘路線作為最優(yōu)路線推薦給乘客。

        5.5 模型評價(jià)與分析

        模型借助了傳統(tǒng)多目標(biāo)函數(shù)規(guī)劃理念,通過集合知識將各線路站臺量化,一個(gè)站臺對應(yīng)一個(gè)子集, 最后采用差值比較法求出實(shí)際最小行車路線,同時(shí)為了提高行車路線的優(yōu)化程度,引入國外相對成熟的路阻模型作為理論依據(jù),兩者相互制約完善,與差值比較法得出的結(jié)果共同構(gòu)成二元多目標(biāo)函數(shù),同時(shí)對其影響權(quán)重做出調(diào)整,最終建立多目標(biāo)函數(shù)規(guī)劃模型,得出滿足條件的最優(yōu)路線。

        本模型的建立可為BRT快速公交調(diào)度系統(tǒng)優(yōu)化完善提供一定理論依據(jù),解決了公交車輛“盲目進(jìn)站”的問題,既在一定程度上緩解了公交車排隊(duì)進(jìn)站的擁擠場面,也縮短可乘客的乘坐時(shí)間,更好的平衡了需求、資源、時(shí)間三者間的關(guān)系,具有惠民互利的作用,一定程度上完善了“智慧交通”的發(fā)展缺陷,為我國交通行業(yè)飛速發(fā)展做出細(xì)微貢獻(xiàn)。

        6 結(jié) 論

        公共交通作為各大城市交通出行的重要組成部分,在人們?nèi)粘3鲂兄姓加信e足輕重的地位,公交系統(tǒng)的快速發(fā)展不僅會促進(jìn)居民外出消費(fèi),而且也可作為城市綜合實(shí)力展現(xiàn)的名片。在未來,中國的交通必將朝著智能化、高效化、綠色環(huán)保的多元化方向發(fā)展,通過不懈努力,最終站在世界領(lǐng)域前端,讓我國人民充分感受“智慧生活”所帶來的舒適感。

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