本發(fā)明涉及智能交通。具體而言，涉及一種協(xié)調(diào)干支線公交服務(wù)的車輛調(diào)度和出行路徑優(yōu)化方法。

背景技術(shù)：

1、干線與支線服務(wù)的整體優(yōu)化受到越來越多的關(guān)注，一種常見的模式是“地鐵\快速公交\客運(yùn)班車\智軌”+“需求響應(yīng)接駁公交”，這樣的干支線一體化出行模式已被廣泛認(rèn)可具有出行成本低、環(huán)保性強(qiáng)、行程效率高的優(yōu)勢。

2、然而，現(xiàn)有技術(shù)提出的應(yīng)對干支線一體化的方法缺乏全局性。一方面，乘客出行時受信息局限影響，往往根據(jù)個體偏好選擇唯一的乘車點(diǎn)和換乘點(diǎn)(統(tǒng)稱為服務(wù)點(diǎn))。當(dāng)系統(tǒng)中存在眾多離散的服務(wù)點(diǎn)時，提供的支線交通的路線所需路費(fèi)高且效率低，導(dǎo)致乘客出行時間延長，運(yùn)營商成本高昂，降低乘客共乘的潛力。另一方面，支線交通的優(yōu)化通常缺乏與干線交通的有效協(xié)調(diào)?，F(xiàn)有技術(shù)通常假定主干交通具有魯棒的時間表，并據(jù)此調(diào)整支線交通的路線和時間表。然而，對于除地鐵外的許多干線交通系統(tǒng)而言，這種假設(shè)通常不成立，即使成立，在復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)中想要協(xié)調(diào)成功也很困難。另一種策略是同時協(xié)調(diào)干線和支線服務(wù)。然而這種方法適用于特定場景，且一般來說效果不佳，因?yàn)椴⒎撬懈删€系統(tǒng)用戶都會接受支線服務(wù)，僅從某些乘客的角度考慮協(xié)調(diào)問題可能會給其他乘客帶來負(fù)面效益。

3、因此，亟需一種方法能夠解決公共交通系統(tǒng)中存在的干線-支線交通模式運(yùn)營銜接不暢、乘客出行中存在個體認(rèn)知依賴與限制、支線交通模式共乘潛力低等問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明正是基于現(xiàn)有技術(shù)的上述需求而提出的，本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種協(xié)調(diào)干支線公交服務(wù)的車輛調(diào)度和出行路徑優(yōu)化方法以提高支線車輛的載客率和運(yùn)營效率，增強(qiáng)了乘客的整體出行體驗(yàn)。

2、為了解決上述問題，本發(fā)明是采用如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

3、提供一種協(xié)調(diào)干支線公交服務(wù)的車輛調(diào)度和出行路徑優(yōu)化方法，該方法包括：獲取預(yù)設(shè)時間段內(nèi)的乘客的需求信息，所述需求信息包括至少一個支線待選乘車點(diǎn)、至少一個支干線待選換乘點(diǎn)、干線終點(diǎn)和服務(wù)時間窗，所述服務(wù)時間窗包括乘客乘車的最早時間和到達(dá)干線終點(diǎn)的最晚時間；基于各乘客與待選乘車點(diǎn)和待選換乘點(diǎn)之間的聯(lián)系，構(gòu)建虛擬時空信息，所述虛擬時空信息包括虛擬乘車點(diǎn)、虛擬換乘點(diǎn)、虛擬車場和虛擬路段；構(gòu)建目標(biāo)函數(shù)；隨機(jī)選擇虛擬換乘點(diǎn)和虛擬乘車點(diǎn)，生成當(dāng)前序列；將當(dāng)前序列輸入至第一算法中，得到第一函數(shù)值，所述第一算法包括：為每個輸入序列預(yù)分配一個支線車輛；以輸入序列中的第一個乘車點(diǎn)作為支線車輛的第一站；基于乘客在最早時間到達(dá)第一站的時間，計算支線車輛的出發(fā)時間；依次遍歷輸入序列中的虛擬乘車點(diǎn)，當(dāng)遍歷至輸入序列的某一乘車點(diǎn)時，判斷如果支線車輛到達(dá)該乘車點(diǎn)，第一條件是否能成立；所述第一條件包括支線車輛內(nèi)的乘客量未超過預(yù)設(shè)載客量，乘客到達(dá)乘車點(diǎn)的時間大于最早時間以及乘客到達(dá)干線終點(diǎn)的時間小于最晚時間；當(dāng)?shù)谝粭l件成立時，則將該乘車點(diǎn)添加至支線車輛的路由信息中，將到達(dá)該乘車點(diǎn)的時間添加至到站時間信息中，并繼續(xù)遍歷輸入序列中的下一個乘車點(diǎn)；當(dāng)?shù)谝粭l件不成立時，則從虛擬車場中再派一輛支線車輛，并將該乘車點(diǎn)作為新的支線車輛的第一站，基于新的支線車輛繼續(xù)遍歷輸入序列的剩余乘車點(diǎn)；當(dāng)完成遍歷后，獲取各支線車輛的路由信息和到站時間信息，確定對應(yīng)的目標(biāo)函數(shù)值；通過改變當(dāng)前序列，利用退火算法尋找最優(yōu)目標(biāo)函數(shù)值，基于最優(yōu)目標(biāo)函數(shù)值規(guī)劃支線車輛調(diào)度和乘客出行路徑。

4、可選地，隨機(jī)選擇虛擬換乘點(diǎn)和虛擬乘車點(diǎn)，生成當(dāng)前序列，包括：s400從每個乘客對應(yīng)的虛擬換乘點(diǎn)中隨機(jī)選擇其一，并確定對應(yīng)的待選換乘點(diǎn)，作為實(shí)際換乘點(diǎn)；s401基于相同實(shí)際換乘點(diǎn)，確定潛在共乘車的乘客；從潛在共乘車的乘客對應(yīng)的虛擬乘車點(diǎn)中隨機(jī)選擇其一，生成各實(shí)際換乘點(diǎn)對應(yīng)的乘車點(diǎn)序列，作為當(dāng)前序列。

5、可選地，通過改變當(dāng)前序列，利用退火算法尋找最優(yōu)目標(biāo)函數(shù)值，包括：s600基于第一規(guī)則改變當(dāng)前序列，將改變后的當(dāng)前序列輸入至第一算法中，得到第二函數(shù)值；判斷第二函數(shù)值是否優(yōu)于當(dāng)前第一最優(yōu)解，如果優(yōu)于當(dāng)前第一最優(yōu)解，則第二函數(shù)值作為當(dāng)前第一最優(yōu)解輸出；否則，基于當(dāng)前溫度、當(dāng)前第一最優(yōu)解和第二函數(shù)值計算第一概率，并判斷第一概率是否大于在0與1之間產(chǎn)生的第一隨機(jī)值，如果大于，則將第二函數(shù)值作為當(dāng)前第一最優(yōu)解；所述當(dāng)前第一最優(yōu)解的初始值為第一函數(shù)值；s601重復(fù)s600，直至序列改變次數(shù)大于預(yù)設(shè)第一閾值，將輸出的當(dāng)前第一最優(yōu)解作為當(dāng)前第二最優(yōu)解；s602基于第二規(guī)則更換虛擬換乘點(diǎn)的其他選擇，重復(fù)s401，生成更換后的當(dāng)前序列；將更換后的當(dāng)前序列輸入至第一算法中，得到更換后的第一函數(shù)值；基于更換后的第一函數(shù)值重復(fù)s600-s601，計算得到更換后的當(dāng)前第二最優(yōu)解，判斷更換后的當(dāng)前第二最優(yōu)解是否優(yōu)于當(dāng)前第二最優(yōu)解，如果是，將更換后的當(dāng)前第二最優(yōu)解作為當(dāng)前第三最優(yōu)解；如果不是，基于當(dāng)前溫度、當(dāng)前第三最優(yōu)解和更換后的當(dāng)前第二最優(yōu)解計算第二概率，并判斷第二概率是否大于在0與1之間產(chǎn)生的第二隨機(jī)值，如果大于，則將更換后的當(dāng)前第二最優(yōu)解作為當(dāng)前第三最優(yōu)解；s603重復(fù)s602，直至更換次數(shù)大于預(yù)設(shè)第二閾值，將輸出的當(dāng)前第三最優(yōu)解作為當(dāng)前第四最優(yōu)解；s604判斷當(dāng)前溫度是否高于預(yù)設(shè)最低溫度，如果高于預(yù)設(shè)最低溫度，則基于預(yù)設(shè)降溫率改變當(dāng)前溫度，重復(fù)依次執(zhí)行s400、s401、s600-s603；否則，將輸出的當(dāng)前第四最優(yōu)解作為最優(yōu)目標(biāo)函數(shù)值；所述當(dāng)前溫度的初始溫度為最高溫度。

6、可選地，構(gòu)建虛擬時空信息，包括：每個乘客的每個待選乘車點(diǎn)對應(yīng)一個虛擬乘車點(diǎn)，所述虛擬乘車點(diǎn)用標(biāo)識號表征；每個乘客的每個待選換乘點(diǎn)對應(yīng)一個虛擬換乘點(diǎn)，所述虛擬換乘點(diǎn)用標(biāo)識號表征；虛擬車場包括位于同一起點(diǎn)的多個支線車輛；基于虛擬乘車點(diǎn)、虛擬換乘點(diǎn)和虛擬車場中兩兩之間的空間里程和行程時間，確定對應(yīng)的虛擬路段。

7、可選地，所述目標(biāo)函數(shù)為使總運(yùn)營成本最小，其表達(dá)式為：min?c1σj∈vσk∈kxojk+c2σi∈vσj∈vσk∈kmijxijk，其中，c1表示車輛啟動成本，xojk為決策變量，表示如果支線車輛k從虛擬車場o行駛至虛擬節(jié)點(diǎn)j，則xojk為1，否則，xojk為0；c2表示里程行駛成本，mij為虛擬路段eij的空間里程，xijk表示決策變量，表示如果支線車輛k從虛擬節(jié)點(diǎn)i行駛至虛擬節(jié)點(diǎn)j，則xijk為1，否則，xijk為0，v表示虛擬節(jié)點(diǎn)集合，所述虛擬節(jié)點(diǎn)集合包括虛擬車場集合、虛擬乘車點(diǎn)集合和虛擬換乘點(diǎn)集合，i表示v中的元素，j表示v中的另一個元素，k表示支線車輛集合，k表示k中的元素。

8、可選地，計算支線車輛的出發(fā)時間，其表達(dá)式為：其中，o表示虛擬車場的標(biāo)識號，sok表示支線車輛k從虛擬車場o的出發(fā)時間，xomk表示決策變量，表示如果支線車輛k從虛擬車場o行駛至虛擬節(jié)點(diǎn)m，則xomk為1，否則，xomk為0；smk表示支線車輛k到達(dá)虛擬乘車點(diǎn)m的時間，hom表示從虛擬車場o到虛擬乘車點(diǎn)m之間虛擬路段的行程時間，v(b)表示虛擬乘車點(diǎn)集合，m表示v(b)中的元素，k表示支線車輛集合，k表示k中的元素。

9、可選地，計算支線車輛內(nèi)的乘客量，其表達(dá)式為：其中，lmk表示支線車輛k離開虛擬乘車點(diǎn)m的乘客量，ximk表示決策變量，表示如果支線車輛k從虛擬節(jié)點(diǎn)i行駛至虛擬乘車點(diǎn)m，則ximk為1，否則，ximk為0；lik表示支線車輛k離開虛擬節(jié)點(diǎn)i的載客量，v表示虛擬節(jié)點(diǎn)集合，i表示v中的元素，v(b)表示虛擬乘車點(diǎn)集合，m表示v(b)中的元素，k表示支線車輛集合，k表示k中的元素。

10、可選地，計算支線車輛到達(dá)虛擬乘車點(diǎn)的時間，其表達(dá)式為：其中，smk表示支線車輛k到達(dá)虛擬乘車點(diǎn)m的時間，xmnk表示決策變量，表示如果支線車輛k從虛擬乘車點(diǎn)m行駛至另一個虛擬乘車點(diǎn)n，則xmnk為1，否則，xmnk為0；snk表示支線車輛k到達(dá)虛擬乘車點(diǎn)n的時間，μ表示站點(diǎn)的人均服務(wù)時間，hmn表示從虛擬乘車點(diǎn)m到虛擬乘車點(diǎn)n之間虛擬路段的行程時間，v(b)表示虛擬乘車點(diǎn)集合，m表示v(b)中的元素，n表示v(b)中的另一個元素，k表示支線車輛集合，k表示k中的元素。

11、可選地，計算支線車輛到達(dá)虛擬換乘點(diǎn)的時間，其表達(dá)式為：其中，spk表示支線車輛k到達(dá)虛擬換乘點(diǎn)p的時間，xmpk表示決策變量，表示如果支線車輛k從虛擬乘車點(diǎn)m行駛至虛擬換乘點(diǎn)p，則xmpk為1，否則，xmpk為0；smk表示支線車輛k到達(dá)虛擬乘車點(diǎn)m的時間，hmp表示從虛擬乘車點(diǎn)m到虛擬換乘點(diǎn)p之間虛擬路段的行程時間，v(b)表示虛擬乘車點(diǎn)集合，m表示v(b)中的元素，v(t)表示虛擬換乘點(diǎn)集合，p表示v(t)中的元素，k表示支線車輛集合，k表示k中的元素。

12、可選地，計算乘客到達(dá)終點(diǎn)的時間，其表達(dá)式為：其中，dmp表示虛擬乘車點(diǎn)m對應(yīng)的乘客到達(dá)虛擬換乘點(diǎn)p，并且換乘后乘坐干線車輛到達(dá)終點(diǎn)的時間，ximk表示決策變量，表示如果支線車輛k從虛擬節(jié)點(diǎn)i行駛至虛擬乘車點(diǎn)m，則ximk為1，否則，ximk為0；xjpk表示決策變量，表示如果支線車輛k從虛擬節(jié)點(diǎn)j行駛至虛擬換乘點(diǎn)p，則xjpk為1，否則，xjpk為0；spk表示支線車輛k到達(dá)虛擬換乘點(diǎn)p的時間，dm表示虛擬乘車點(diǎn)m所對應(yīng)乘客的干線終點(diǎn)，表示從虛擬換乘點(diǎn)p到干線終點(diǎn)dm的行程時間，v(b)表示虛擬乘車點(diǎn)集合，m表示v(b)中的元素，v(t)表示虛擬換乘點(diǎn)集合，p表示v(t)中的元素，k表示支線車輛集合，k表示k中的元素，v表示虛擬節(jié)點(diǎn)集合，i表示v中的元素，j表示v中的另一個元素。

13、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供一種協(xié)調(diào)干支線公交服務(wù)的車輛調(diào)度和出行路徑優(yōu)化方法，支持乘客同時候選多個乘車點(diǎn)與換乘點(diǎn)，并且考慮干線行程時間對支線交通路由和調(diào)度的影響。在考慮運(yùn)輸需求和系統(tǒng)限制的情況下，確定乘客的出行路徑、支線車輛的路由信息與時刻信息，最小化總成本。本發(fā)明解決了公共交通系統(tǒng)中存在的干線-支線交通模式運(yùn)營銜接不暢、乘客出行中存在個體認(rèn)知依賴與限制、支線交通模式共乘潛力低等問題，提高了支線車輛的載客率和運(yùn)營效率，增強(qiáng)了乘客的整體出行體驗(yàn)，減少了運(yùn)營成本和乘客出行成本。此外，本發(fā)明有助于促進(jìn)公共交通出行選擇，降低碳排放和能源消耗。