CN105551233A - 智慧变线公交***及其动态调度优化方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种智慧变线公交***及其动态调度优化方法，所述方法包括设定车辆运行定额以及计算车辆运行参数，并将所述的车辆运行定额、车辆运行参数输出至车载终端；所述车辆运行定额包括单程时间、周转时间、始末站停站时间及计划车容量；所述车辆运行参数包括：路线车辆数、发车间隔；接收乘客终端发出乘车请求，若发送乘车请求的乘客人数达到10人以上，且乘车请求路线生成一条公交运行路线，则向一车辆终端发出车辆发车指令，并将该车辆的车牌、到达信息输出至乘客终端；若发送乘车请求的乘客人数不足10人或乘车请求路线不能生成一条公交运行路线，则向乘客终端发送没有发车的消息。

Description

智慧变线公交***及其动态调度优化方法

技术领域

本发明涉及一种智慧变线公交***及其动态调度优化方法。

背景技术

随着我国城市居民生活水平的不断提升，城市交通所面临的问题呈现出多样化、复杂性的性的趋势，人们交通出行也从“走的了”更加关注到“走的好”。建立和发展低能耗、高效率的城市公共交通***，是解决城市拥堵有效途径之一。如何设计公交调度模式，在提高运行效率及服务水平的同时，又保障其运营效益，是近年来国内外众多学者研究的课题。

国内研究已提出的快速公共交通***(BRT)、需求响应公共交通***(DRT)，以及各种全新理念(柔性DRT公共交通***、智慧公交和MAST等)、公交调度优化方案及软件技术，为智慧公交翻开了崭新的篇章。Horn等对MAST的概念进行了丰富和完善，在一定假设和条件之下，设计出最早的MAST***。Quadrifoglio、Dessouky等对MAST***相关技术提出相应算法及优化，并对MAST***和定线公共交通***性能进行了仿真分析。云亮总结了国外目前对MAST***的研究现状及成果，在国内首先引入了MAST概念，并对MAST***的运行方式及相关概念进行了阐述。上述成果对基于MAST的智慧公交***的调度研究具有一定的参考价值，但已有成果尚未将MAST***与智能交通信息相联系，缺少结合乘客实际需求的MAST公交调度模型研究。

发明内容

针对上述问题，本发明提供一种能够根据乘客需求及时响应调整车辆运行的智慧变线公交***及其动态调度优化方法。

为达到上述目的，本发明智慧变线公交***，包括乘客移动终端、调度控制中心、车载终端，其中所述调度控制中心包括静态控制单元、动态控制单元，

所述的静态控制单元，用于设定车辆运行定额以及计算车辆运行参数，并将所述的车辆运行定额、车辆运行参数输出至车载终端；所述车辆运行定额包括单程时间、周转时间、始末站停站时间及计划车容量；所述车辆运行参数包括：路线车辆数、发车间隔；

所述动态控制单元，用于接收乘客终端发出乘车请求，

若发送乘车请求的乘客人数达到10人以上，且乘车请求路线生成一条公交运行路线，则动态控制单元向一车辆终端发出车辆发车指令，并将该车辆的车牌、到达信息输出至乘客终端；

若发送乘车请求的乘客人数不足10人或乘车请求路线不能生成一条公交运行路线，则动态控制单元向乘客终端发送没有发车的消息。

进一步地，所述静态控制单元包括：

单程时间设定模块，用于设定车辆完成一个单程的运输工作所消耗的时间，包括单程行驶时间和在各中间站的停站时间；

始、末站停站时间设定模块，用于设定车辆在始发站以及终点站的停站时间，其中所述始末站停站时间，包括为车辆调车、办理行车文件手续、车辆清洁、行车人员休息与交接班、乘客上下车以及停站调节，其中，始末站平均停站时间公式表示如下：

$\stackrel{\‾}{t_t}=\left\{\begin{array}{cc}4+0.11t_n& (10\≤t_n\≤40)\\ 0.21t_n& (40\≤t_n\≤100)\end{array}\right.$

其中，为平均始末站停站时间，t_n为单程时间；

周转时间计算模块，用于计算周转时间，所述周转时间等于单程时间与平均始末站停站时间之和的2倍，公式表示如下：

其中，t₀为周转时间；

计划车容量，指行车作业计划限定的车辆载客量，按下式确定

q⁰＝q⁰r⁰

其中，q⁰为计划车容量，q₀为车辆额定载客量，r⁰为车厢满载率定额，％，高峰期间车厢满载率定额平峰期间车厢满载率定额平均为

进一步地，所述静态控制单元还包括路线车辆数统计模块，用于计算组织线路营运所需的车辆总数与营业时间内各时间段所需的车辆数，

其中组织线路营运所需的车辆总数，以高峰小时客流所需车辆数为准；

营业时间内各时间段所需的车辆数，根据该段时间内最高路段客流量及计划车容量；

当有多种调度形式时，线路车辆数为各种调度形式所有车辆数的总和；

已知在正点行车情况下某时间段内通过线路上同一停车站的车辆数和每辆车在同一时间段内沿线行驶的周转系数，那么，在该时间段内所需车辆数为：

$A_i=\frac{f_i}{{\mathrm{\η}}_{0i}},A=\underset{i}{\Σ}{A}_i,$

式中：A为组织线路营运所需的车辆总数；A_i为营业时间内各时间段所需的车辆数；f_i为在线路营运时间内第i时间段(t″_i)的行车频率，单位：辆/小时；η_0i为周转系数。

具体计算公式见下式：

$f_i=\frac{Q_i^{\′\′}}{q_{0i}{r}_i^0},{\mathrm{\η}}_{0i}=\frac{1}{t_{0i}},$

式中：Q″_i为第i时间段内营运线路高峰路段客流量；q_0i为t″_i时间内车辆额定载客量；时间内最高峰路段的满载率定额，当t_i为高峰时间段时，t_i为平峰时间段时，t_0i为t″_i时间内的车辆周转时间。

进一步地，所述静态控制单元还包括发车间隔的计算模块，用于计算静态控制单元控制状态下，前后两辆车到达同一停车站的时间间隔，

所述的时间间隔由下式确定：

$I=\frac{t_0}{A}$ 或 $\frac{t_i^{\′\′}}{A_i}$

式中：t₀为高峰期间的周转时间，单位：分钟；t″_i为i时间段的持续时间，单位：分钟；A_i为i时间段内运行的车辆数；

对呈现小数的发车间隔值进行取整数处理，

当发车间隔计算值I分解后，按每种发车间隔运行的车辆数参照下述方法进行分配：

若某时间(t₀)内发车间隔的计算值为小数，即I＝E.a(E为I值得整数部分；a为I值得小数部分)。

若将I值的小数部分(0.a)去掉使之化为整数，则记为[E.a]＝E。

将I值分解为E：

$I=\left\{\begin{array}{c}{I}_b=\[I+X_b\]\\ I_c=\[I-X_c\]\end{array}\right.$

式中：X_b，X_c为分解I值所采用的非负数，即X_b,X_c≥0；显然，I_c＜I＜I_b，又设：ΔI＝I_b-I_c。

按最大发车间隔(I_b)运行的车辆数A_b为：

$A_b=\frac{t_0-{\mathrm{AI}}_c}{\mathrm{\Δ}A}$

按最小发车间隔(I_c)运行的车辆数A_c为：

A_c＝A-A_b

式中：A为t₀时间内的发车总数，单位：辆。

由于X_b与X_c的取值不同，ΔI值的大小也各不相同，在ΔI＝1的情况下，A_b与A_c值均为整数，但当ΔI>1时，A_b的值可能为小数。此时除将A_b取为整数，即令A_b＝[A_b]以外，尚须在行车间隔I_b与I_c之间增加一种行车间隔I_y，即I_c＜I_y＜I_b，之后按下式计算其车辆数Ay：

$A_y=\frac{t^{\′}-A^{\′}{I}_c}{{\mathrm{\ΔI}}^{\′}}$

式中：t′为剩余时间，t′＝t₀-I_bA_b，单位：分钟；A′为剩余车辆数，A′＝A-A_b，单位：辆。

ΔI′＝I_y-I_c

则：

A_c＝A-A_b-A_y

ΣIA＝I_bA_b+I_yA_y+I_cA_c

将其综合记为：

t₀＝ΣIA＝Σ车距×车数选取ΔI＝1，

由此算出静态情况下的车辆发车间隔，制定公交发车时刻表。

为达到上述发明目的，本发明智慧变线公交***动态调度优化方法，包括：设定车辆运行定额以及计算车辆运行参数，并将所述的车辆运行定额、车辆运行参数输出至车载终端；所述车辆运行定额包括单程时间、周转时间、始末站停站时间及计划车容量；所述车辆运行参数包括：路线车辆数、发车间隔；

接收乘客终端发出乘车请求，

若发送乘车请求的乘客人数达到10人以上，且乘车请求路线生成一条公交运行路线，则向一车辆终端发出车辆发车指令，并将该车辆的车牌、到达信息输出至乘客终端；

若发送乘车请求的乘客人数不足10人或乘车请求路线不能生成一条公交运行路线，则向乘客终端发送没有发车的消息。

进一步地，所述的单程时间是指车辆完成一个单程的运输工作所消耗的时间，包括单程行驶时间和在各中间站的停站时间，公式表示如下：t_n＝t_nT+t_ns，其中，t_n为单程时间，t_nT为单程行驶时间，t_ns为各中间站的停站时间；

始末站停站时间，包括为车辆调车、办理行车文件手续、车辆清洁、行车人员休息与交接班、乘客上下车以及停站调节；始末站平均停站时间公式表示如下：

$\stackrel{\‾}{t_t}=\left\{\begin{array}{cc}4+0.11t_n& (10\≤t_n\≤40)\\ 0.21t_n& (40\≤t_n\≤100)\end{array}\right.$

其中， $\stackrel{\‾}{t_t}$ 为平均始末站停站时间，t_n为单程时间；

周转时间等于单程时间与平均始末站停站时间之和的2倍，公式表示如下：

其中，t₀为周转时间；

计划车容量，指行车作业计划限定的车辆载客量，按下式确定

q⁰＝q₀r⁰

其中，q⁰为计划车容量，q₀为车辆额定载客量，r⁰为车厢满载率定额，％，高峰期间车厢满载率定额平峰期间车厢满载率定额平均为

进一步地，路线车辆数包括组织线路营运所需的车辆总数与营业时间内各时间段所需的车辆数，其中组织线路营运所需的车辆总数，以高峰小时客流所需车辆数为准；

营业时间内各时间段所需的车辆数，根据该段时间内最高路段客流量及计划车容量；

当有多种调度形式时，线路车辆数为各种调度形式所有车辆数的总和；

已知在正点行车情况下某时间段内通过线路上同一停车站的车辆数和每辆车在同一时间段内沿线行驶的周转系数，那么，在该时间段内所需车辆数为：

$A_i=\frac{f_i}{{\mathrm{\η}}_{0i}},A=\underset{i}{\Σ}{A}_i,$

式中：A为组织线路营运所需的车辆总数；A_i为营业时间内各时间段所需的车辆数；f_i为在线路营运时间内第i时间段(t″_i)的行车频率，单位：辆/小时；η_0i为周转系数。

具体计算公式见下式：

$f_i=\frac{Q_i^{\′\′}}{q_{0i}{r}_i^0},{\mathrm{\η}}_{0i}=\frac{1}{t_{0i}},$

式中：Q″_i为第i时间段内营运线路高峰路段客流量；q_0i为t″_i时间内车辆额定载客量；为t″_i时间内最高峰路段的满载率定额，当t_i为高峰时间段时，t_i为平峰时间段时，t_0i为t″_i时间内的车辆周转时间。

进一步地，前后两辆车到达同一停车站的时间间隔由下式确定：

$I=\frac{t_0}{A}$ 或 $\frac{t_i^{\′\′}}{A_i}$

式中：t₀为高峰期间的周转时间，单位：分钟；t″_i为i时间段的持续时间，单位：分钟；A_i为i时间段内运行的车辆数；

对呈现小数的发车间隔值进行取整数处理，

当发车间隔计算值I分解后，按每种发车间隔运行的车辆数参照下述方法进行分配：

若某时间(t₀)内发车间隔的计算值为小数，即I＝E.a(E为I值得整数部分；a为I值得小数部分)。

若将I值的小数部分(0.a)去掉使之化为整数，则记为[E.a]＝E。

将I值分解为E：

$I=\left\{\begin{array}{c}{I}_b=\[I+X_b\]\\ I_c=\[I-X_c\]\end{array}\right.$

式中：X_b，X_c为分解I值所采用的非负数，即X_b,X_c≥0；显然，I_c＜I＜I_b，又设：ΔI＝I_b-I_c。

按最大发车间隔(I_b)运行的车辆数A_b为：

$A_b=\frac{t_0-{\mathrm{AI}}_c}{\mathrm{\Δ}A}$

按最小发车间隔(I_c)运行的车辆数A_c为：

A_c＝A-A_b

式中：A为t₀时间内的发车总数，单位：辆。

由于X_b与X_c的取值不同，ΔI值的大小也各不相同，在ΔI＝1的情况下，A_b与A_c值均为整数，但当ΔI>1时，A_b的值可能为小数。此时除将A_b取为整数，即令A_b＝[A_b]以外，尚须在行车间隔I_b与I_c之间增加一种行车间隔I_y，即I_c＜I_y＜I_b，之后按下式计算其车辆数Ay：

$A_y=\frac{t^{\′}-A^{\′}{I}_c}{{\mathrm{\ΔI}}^{\′}}$

式中：_t′为剩余时间，t′＝t₀-I_bA_b，单位：分钟；A′为剩余车辆数，A′＝A-A_b，单位：辆。

ΔI′＝I_y-I_c

则：

A_c＝A-A_b-A_y

ΣIA＝I_bA_b+I_yA_y+I_cA_c

将其综合记为：

t₀＝ΣIA＝Σ车距×车数选取ΔI＝1，

由此算出静态情况下的车辆发车间隔，制定公交发车时刻表。

有益效果

本发明具备如下有益效果：

本发明在常规公交的在定线定站的基础上，允许根据乘客需求进行一定程度线路变化的一种新型公共交通***。它融合了定线运行公共交通***的低成本性和需求响应公共交通***的机动性，力争在运行成本金额和出行灵活性之间寻求平衡。并通过科学的路径选择和合理的调度，来满足乘客在不同地点上下车的需求，大大提高了公共交通***的“门到门”服务。其整体***主要由客户需求端、调度控制中心以及车载终端等构成，并根据车载数据和乘客需求信息为运营商或控制中心提供信息，从而达到车辆合理调度，实现为乘客提供相应的实时信息数据的效果。成为一种全新的公交服务模式，保障人们更方便、更快捷的搭乘公共而放弃自己驾车出行，弥补城市公交最后一、二公里乘车空缺，是一种实现“以人为本，便利乘客”的高品质服务模式。

附图说明

图1是智慧公交***框架图；

图2是智慧公交***运营方案图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的描述。

制定公交车调度方案需要考虑的因素众多，且较多因素都具有随机性。因此本发明针对的具体公交满足如下条件：

(1)公交车从始发站出发后，能在规定时间内到达终点站；

(2)公交车静态模型下行驶速度是恒定的，无特殊情况发生；

(3)公交车费用无论里程，票价单一；

(4)本发明中的静态模型只是调度***的一部分，所以静态发车间隔以高峰时期发车间隔为准。

(5)一天内在上行、下行方向上各站的上下车人数相应的分布情况大致相同，高峰时段相近。

静态方法

静态模型即在基准路线以外智慧公交服务区内无乘客电招，公交车只在基准路线上和固定站点之间运行，即静态模型就是用于求解没有电召需求状态下的发车时间和发车间隔。

车辆运行定额

车辆运行定额包括：单程时间、周转时间、始末站停站时间及计划车容量等。

(1)单程时间

单程时间是车辆完成一个单程的运输工作所消耗的时间。包括单程行驶时间和在各中间站的停站时间，即：

t_n＝t_nT+t_ns(式1)

式中：t_n为单程时间，单位：分钟；t_nT为单程行驶时间，单位：分钟；t_ns为各中间站的停站时间，单位：分钟。

(2)始末站停站时间

线路始末站停站时间，包括为车辆调车、办理行车文件手续、车辆清洁、行车人员休息与交接班、乘客上下车以及停站调节等必需的停歇时间。通常可以单程时间为准，按下式适当确定始末站平均停站时间：

$\stackrel{\‾}{t_t}=\left\{\begin{array}{cc}4+0.11t_n& (10\≤t_n\≤40)\\ 0.21t_n& (40\≤t_n\≤100)\end{array}\right.$ (式2)

式中：为平均始末站停站时间，单位：分钟；t_n为单程时间，单位：分钟。

(3)周转时间

周转时间等于单程时间与平均始末站停站时间之和的2倍，即：

$t_0=2(t_n+\stackrel{\‾}{t_t})$ (式3)

式中：t₀为周转时间，单位为分钟。

(4)计划车容量

计划车容量，指行车作业计划限定的车辆载客量，又称(计划)载客量的定额，可按下式确定

q⁰＝q₀r⁰(式4)

式中：q⁰为计划车容量，单位：人次；q₀为车辆额定载客量，单位：人次；r⁰为车厢满载率定额，％。

一般高峰期间车厢满载率定额平峰期间车厢满载率定额平均为

运行参数计算

(1)路线车辆数

路线车辆数包括组织线路营运所需的车辆总数与营业时间内各时间段所需的车辆数。确定组织线路营运所需的车辆总数，一般以高峰小时客流所需车辆数为准。确定营业时间内各时间段所需的车辆数，应根据该段时间内最高路段客流量及计划车容量。

当有多种调度形式时，线路车辆数为各种调度形式所有车辆数的总和。若已知在正点行车情况下某时间段(通常按小时计)内通过线路上同一停车站的车辆数和每辆车在同一时间段内沿线行驶的周转系数，那么，在该时间段内所需车辆数为：

$A_i=\frac{f_i}{{\mathrm{\η}}_{0i}}$ (式5)

$A=\underset{i}{\Σ}{A}_i$ (式6)

式中：A为组织线路营运所需的车辆总数；A_i为营业时间内各时间段所需的车辆数；f_i为在线路营运时间内第i时间段(t″_i)的行车频率，单位：辆/小时；η_0i为周转系数。

具体计算公式见下式：

$f_i=\frac{Q_i^{\′\′}}{q_{0i}{r}_i^0}$ (式7)

${\mathrm{\η}}_{0i}=\frac{1}{t_{0i}}$ (式8)

式中：Q_i″为第i时间段内营运线路高峰路段客流量，单位：人次；q_0i为t″_i时间内车辆额定载客量，单位：人次；为t″_i时间内最高峰路段的满载率定额，当t_i为高峰时间段时，t_i为平峰时间段时，t_0i为t″_i时间内的车辆周转时间，单位：分钟。

(2)发车间隔

1)发车间隔的计算

发车间隔，指正点行车时，前后两辆车到达同一停车站的时间间隔，又称车距。可由下式确定：

$I=\frac{t_0}{A}$ 或 $\frac{t_i^{\′\′}}{A_i}$ (式9)

式中：t₀为高峰期间的周转时间，单位：分钟；t″_i为i时间段的持续时间，单位：分钟；A_i为i时间段内运行的车辆数，单位：辆。

2)发车间隔的分配

发车间隔的分配，即发车间隔计算值的分配，至对呈现小数的发车间隔值进行取整数处理，使之确定为适当数值以便掌握的过程。

当发车间隔计算值I分解后，按每种发车间隔运行的车辆数可参照下述方法进行分配：

假设某时间(t₀)内发车间隔的计算值为小数，即I＝E.a(E为I值得整数部分；a为I值得小数部分)。

若将I值的小数部分(0.a)去掉使之化为整数，则记为[E.a]＝E。

将I值分解为E：

$I=\left\{\begin{array}{c}{I}_b=\[I+X_b\]\\ I_c=\[I-X_c\]\end{array}\right.$ (式10)

式中：X_b，X_c为分解I值所采用的非负数，即X_b,X_c≥0；显然，I_c＜I＜I_b，又设：ΔI＝I_b-I_c。

按最大发车间隔(I_b)运行的车辆数A_b为：

$A_b=\frac{t_0-{\mathrm{AI}}_c}{\mathrm{\Δ}A}$ (式11)

按最小发车间隔(I_c)运行的车辆数A_c为：

A_c＝A-A_b(式12)

式中：A为t₀时间内的发车总数，单位：辆。

由于X_b与X_c的取值不同，ΔI值的大小也各不相同，一般在ΔI＝1的情况下，A_b与A_c值均为整数，但当ΔI>1时，A_b的值可能为小数。此时除将A_b取为整数，即令A_b＝[A_b]以外，尚须在行车间隔I_b与I_c之间增加一种行车间隔I_y，即I_c＜I_y＜I_b，之后可按下式计算其车辆数A_y：

$A_y=\frac{t^{\′}-A^{\′}{I}_c}{{\mathrm{\ΔI}}^{\′}}$ (式13)

式中：t′为剩余时间，t′＝t₀-I_bA_b，单位：分钟；A′为剩余车辆数，A′＝A-A_b，单位：辆。

ΔI′＝I_y-I_c(式14)

则：

A_c＝A-A_b-A_y(式15)

故：ΣIA＝I_bA_b+I_yA_y+I_cA_c

一般将其综合记为：

t₀＝ΣIA＝Σ车距×车数(式16)

因此，为便于掌握和计算简便，除个别情况外，通常选取ΔI＝1。

通过上述模型可以算出静态情况下的车辆发车间隔，制定公交发车时刻表。

动态方法

可变线路范围规划设计

可变线路范围的设计应该从变动幅度和弹性时间两个方面来考虑，其变动幅度的大小直接影响到可变线路公交车的服务能力以及运行时间，考虑到该类公交旨在衔接各大换乘枢纽站和解决公交线路最后一到二公里的问题，根据经验和基准路线周围的实际环境可将其变动幅度定为1公里；弹性时间是为了不违反控制站点的约束时间，公交在基准路线外上的运行时间(如图2)。

根据基准路线两固定站点之间的距离d和平均速度v可以算出公交在两固定站点间的约束时间t：

(式17)

式中：t为两固定站点间的约束时间，单位：分钟；d为两固定站点之间的距离，单位：公里；v为车辆平均速度，单位：公里/小时。

当公交在偏离基准路线外1公里内运行时，由于不在基准路线上，其运行路程d₁可能大于d，一般情况下车流量都较少，驾驶员可根据具体情况提高驾驶速度v₁，通常v₁＞v。

所以两种情况下的运行时间不会相差太多，所以智慧公交在基准路线以外行驶时，弹性时间t₁应必须满足：

t₁≤t(式18)

式中：t₁为弹性时间，单位：分钟；t为两固定站点间的约束时间，单位：分钟。

动态方法说明

动态模型即在静态模型的基础上，根据智慧公交服务区内乘客发出的乘车请求，使公交车发车时间间隔也应随需求量的变化做出相应调整。乘客通过手机召车软件发出乘车请求后，经过智慧公交***的后台向离该乘客最近的符合前往载客的车辆发出指示，并回复乘客该班车的相关信息。若在该时刻无符合条件的车辆及在线运行的车辆都不能前往且还未到下一班车发车时间，此时则通过手机召车软件回复乘客目前无符合条件的在线运行车辆，等智慧公交服务区域内电招需要量达到10人且可以形成一条运行线路时，调度中心应立即发出一班车不论是否是原计划的发车时间并通过手机电招软件向乘客回复该班车的车牌，及到达时间信息等。为了降低驾驶员的操作复杂程度，在车载端安装类似于导航仪的路线提示装置，该装置可以显示整条运营区域的各条运行路线，动态模型下，后台服务***根据乘客的具体乘车要求生成在智慧公交服务区域内的运行路线，并在智慧公交的车载装置上显示且将该运行路线加粗加色，便于驾驶员查看并按照该路线运行。

上面分析的单线单向智慧公交调度运行情况，在单线双向可变线路的时候其基本调度运行没有大的区别，只是在该线路上实行双向发车。多线多向可变线路公交车的情况下，调度运行应该考虑到各自运行的服务区域是否有重叠，若无重叠时则按照各自的服务区域实行单线双向可变线路式的运行调度模式，若各自的服务区域发生重叠，则应该根据乘客出发地、目的地有选择的让乘客花费最短时间完成此次出行，并在服务区域重叠处即使反馈更新乘客电召需求，避免错误、过时信息带来的不必要经济损失。

以下以一具体应用实施例对本发明进行进一步介绍。

某路公交车是从始发站出发，到终点站的单一票制无人售票公交车线路。途经14个公交站点，全程8.0公里，票价：2元/人。早上6点30分开班，晚上10点30分收班，发车间隔约为10分钟。

静态调度方法

基于上述模型的条件假设，通过调查得到车辆单程行驶时间为t_n＝40分钟，则始末站平均停站时间：

$\stackrel{\‾}{t_t}=\{\begin{array}{c}4+0.11\×40=8.4\\ 0.21\×40=8.4\end{array};$

即分钟。周转时间：

$t_0=2\left(t_n+\stackrel{\‾}{t_t}\right)=2(8.4+40)=96.8$ 分钟；

计划车容量q⁰＝q₀r⁰＝48×1.1＝53人。

根据调查，第3站下午5:30—6:30时间段15分钟内高峰路段客流量为86人。则一小时内客流量为86×4＝344人。

那么该时间段的行车频率和周转系数f_i、η_0i分别为：

${\mathrm{\η}}_{0i}=\frac{1}{t_{0i}}=\frac{60}{40}=1.5;$

该时间段内所需的车辆数(A_i)：

发车间隔： $I=\frac{t_i^{\′\′}}{A_i}=\frac{60}{5}=12\min .$

由于计算结果发车间隔为12分钟，无需进行发车间隔分配。

动态调度方法

通过静态模型，可求得无电召需求时的固定发车时间为12分钟。为了形象地表现出动态模型，将乘客电召需求在静态模型上做出假设，可得到如下表所示的整时间段内公交发车时刻表。表中N表示静态发车班次，W表示动态发车班次。

智慧公交与传统公交时刻表对比

智慧公交与常规公交对比

(1)发车时刻对比

从表1中易知，常规公交在该时间段的发车次数与智慧公交的发车次数相同，但是智慧公交发车时刻相对更加开放和灵活，能够更好的根据乘客的出行需求来实现实时发车，提高了车辆的载客率。

(2)服务覆盖范围对比

查阅相关资料，一般公交车站的服务范围是0.5—1公里，而基于MAST的智慧公交***的服务范围则可以达到1.5—3公里。

经济效益分析

通过对比两种模式下的平均每辆车的载客量，可知经济效益的变化。由于公交车上下乘客频繁，很难统计人数，因此，这里以下午5:30—6:30时间段内高峰路段客流量代替每班次车辆总客流量，即Q＝344人。又由于基于MAST的智慧公交***发车是在有至少10人的客流的情况下发车的，即在动态模型下每发一辆智慧公交车辆就已有10个乘客，则：

其中，Q_mc为该时段常规公交每辆车的载客量，单位：人/辆；Q_mm为该时段智慧公交每辆车的载客量，单位：人/辆；Q_c为该时段常规公交总客流量，单位：人；Q_m为该时段智慧总客流量，单位：人；q⁰为该时段常规公交发车辆数，单位：辆；为该时段智慧公交发车辆数，单位：辆。

因此Q_mm＞Q_mc，即q_mm＞q_mc。可见，智慧公交平均每辆车的载客率大于现有该路公交的载客率，公交车辆的利用率、经济效益均有所提高。智慧公交与传统公交之间的具体经济效益差异如下表所示。

表2智慧公交与传统公交经济效益差异对比

从表中可知，相同高峰时间段内，智慧公交与传统公交对比，发班数目相同，但运送乘客总人数增长5.81％，平均每班载客率提高6.12％，经济收益增长5.81％。

除经济效益增长之外，基于MAST的智慧公交***可以让公交车驾驶员获取乘客需求信息，从而减少公交的空载率，降低运营成本。同时智慧公交***可以提供个性化多样***，吸引私家车车主选择智慧公交***，有效缓解城市交通压力，减少私家车的碳排放和油耗获得一定社会效益。

在城市公共交通快速发展的同时，距离公交主干道较远的小区、居民居住分散的城郊和城乡结合部等地区一直存在着出现了乘车难、出行不方便的问题，导致了这些地区的居民选择私家车、摩托、三轮车等作为主要出行方式。这种现象给城市道路带来巨大压力，加剧了城市道路的拥挤现象，严重阻碍了城市的发展。本文提出的一种智慧变线公交***及其动态调度优化方法，由于行驶路线可以改变，路线服务覆盖范围增大，解决了居民的出行问题，使得各方面效益都有所提高。

智慧公交不仅能够为预约需求提供服务，还可为实时出现的乘客提供服务。这类既考虑预约需求又考虑实时需求的混合调度模型更具有实用性，将是未来解决具有混合特***通的一个新方向。

对本发明应当理解的是，以上所述的实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细的说明，以上仅为本发明的实施例而已，并不用于限定本发明，凡是在本发明的精神原则之内，所作出的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内，本发明的保护范围应该以权利要求所界定的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种智慧变线公交***，其特征在于，包括乘客移动终端、调度控制中心、车载终端，其中所述调度控制中心包括静态控制单元、动态控制单元，

所述的静态控制单元，用于设定车辆运行定额以及计算车辆运行参数，并将所述的车辆运行定额、车辆运行参数输出至车载终端；所述车辆运行定额包括单程时间、周转时间、始末站停站时间及计划车容量；所述车辆运行参数包括：路线车辆数、发车间隔；

所述动态控制单元，用于接收乘客终端发出乘车请求，根据乘客请求结合车辆实时运行位置及车载空余容量，进行智能判断。判断结果为是否调整实时车辆运行线路以满足乘客请求，或是否重新从起点发出一趟新车以满足乘客请求，或无法满足乘客请求予以拒绝。从而调整静态控制单元下的车辆运行定额以及车辆运行参数。

若发送乘车请求的乘客人数达到10人以上，且乘车请求路线生成一条公交运行路线，则动态控制单元向一车辆终端发出车辆发车指令，并将该车辆的车牌、到达信息输出至乘客终端；

若发送乘车请求的乘客人数不足10人或乘车请求路线不能生成一条公交运行路线，则动态控制单元向乘客终端发送没有发车的消息。

2.根据权利要求1所述的智慧变线公交***，其特征在于，所述静态控制单元包括：

单程时间设定模块，用于设定车辆完成一个单程的运输工作所消耗的时间，包括单程行驶时间和在各中间站的停站时间；

始、末站停站时间设定模块，用于设定车辆在始发站以及终点站的停站时间，其中所述始末站停站时间，包括为车辆调车、办理行车文件手续、车辆清洁、行车人员休息与交接班、乘客上下车以及停站调节，其中，始末站平均停站时间公式表示如下：

$\stackrel{\‾}{t_t}=\left\{\begin{array}{cc}4+0.11t_n& (10\≤t_n\≤40)\\ 0.21t_n& (40\≤t_n\≤100)\end{array}\right.$

其中，为平均始末站停站时间，t_n为单程时间；

周转时间计算模块，用于计算周转时间，所述周转时间等于单程时间与平均始末站停站时间之和的2倍，公式表示如下：

其中，t₀为周转时间；

计划车容量，指行车作业计划限定的车辆载客量，按下式确定

q⁰＝q₀r⁰

其中，q⁰为计划车容量，q₀为车辆额定载客量，r⁰为车厢满载率定额，％，高峰期间车厢满载率定额平峰期间车厢满载率定额平均为 $r_i^0\≥$ $(0.5~0.6).$

3.根据权利要求1所述的智慧变线公交***，其特征在于，所述静态控制单元还包括路线车辆数统计模块，用于计算组织线路营运所需的车辆总数与营业时间内各时间段所需的车辆数，

其中组织线路营运所需的车辆总数，以高峰小时客流所需车辆数为准；

营业时间内各时间段所需的车辆数，根据该段时间内最高路段客流量及计划车容量；

当有多种调度形式时，线路车辆数为各种调度形式所有车辆数的总和；

已知在正点行车情况下某时间段内通过线路上同一停车站的车辆数和每辆车在同一时间段内沿线行驶的周转系数，那么，在该时间段内所需车辆数为：

$A_i=\frac{f_i}{{\mathrm{\η}}_{0i}},A=\underset{i}{\Σ}{A}_i,$

式中：A为组织线路营运所需的车辆总数；A_i为营业时间内各时间段所需的车辆数；f_i为在线路营运时间内第i时间段(t″_i)的行车频率，单位：辆/小时；η_0i为周转系数。

具体计算公式见下式：

$f_i=\frac{Q_i^{\′\′}}{q_{0i}{r}_i^0},{\mathrm{\η}}_{0i}=\frac{1}{t_{0i}},$

式中：Q″_i为第i时间段内营运线路高峰路段客流量；q_0i为t″_i时间内车辆额定载客量；为t″_i时间内最高峰路段的满载率定额，当t_i为高峰时间段时，t_i为平峰时间段时，t_0i为t″_i时间内的车辆周转时间。

4.根据权利要求1所述的智慧变线公交***，其特征在于，所述静态控制单元还包括发车间隔的计算模块，用于计算静态控制单元控制状态下，前后两辆车到达同一停车站的时间间隔，

所述的时间间隔由下式确定：

$I=\frac{t_0}{A}$ 或

式中：t₀为高峰期间的周转时间，单位：分钟；t″_i为i时间段的持续时间，单位：分钟；A_i为i时间段内运行的车辆数；

对呈现小数的发车间隔值进行取整数处理，

当发车间隔计算值I分解后，按每种发车间隔运行的车辆数参照下述方法进行分配：

若某时间(t₀)内发车间隔的计算值为小数，即I＝E.a(E为I值得整数部分；a为I值得小数部分)。

若将I值的小数部分(0.a)去掉使之化为整数，则记为[E.a]＝E。

将I值分解为E：

$I=\left\{\begin{array}{c}{I}_b=\[I+X_b\]\\ I_c=\[I-X_c\]\end{array}\right.$

式中：X_b，X_c为分解I值所采用的非负数，即X_b,X_c≥0；显然，I_c＜I＜I_b，又设：ΔI＝I_b-I_c。

按最大发车间隔(I_b)运行的车辆数A_b为：

$A_b=\frac{t_0-{\mathrm{AI}}_c}{\mathrm{\Δ}A}$

按最小发车间隔(I_c)运行的车辆数A_c为：

A_c＝A-A_b

式中：A为t₀时间内的发车总数，单位：辆。

由于X_b与X_c的取值不同，ΔI值的大小也各不相同，在ΔI＝1的情况下，A_b与A_c值均为整数，但当ΔI>1时，A_b的值可能为小数。此时除将A_b取为整数，即令A_b＝[A_b]以外，尚须在行车间隔I_b与I_c之间增加一种行车间隔I_y，即I_c＜I_y＜I_b，之后按下式计算其车辆数Ay：

$A_y=\frac{t^{\′}-A^{\′}{I}_c}{{\mathrm{\ΔI}}^{\′}}$

式中：t′为剩余时间，t′＝t₀-I_bA_b，单位：分钟；A′为剩余车辆数，A′＝A-A_b，单位：辆。

ΔI′＝I_y-I_c

则：

A_c＝A-A_b-A_y

ΣIA＝I_bA_b+I_yA_y+I_cA_c

将其综合记为：

t₀＝ΣIA＝Σ车距×车数选取ΔI＝1，

由此算出静态情况下的车辆发车间隔，制定公交发车时刻表。

5.一种智慧变线公交***动态调度优化方法，其特征在于，包括

设定车辆运行定额以及计算车辆运行参数，并将所述的车辆运行定额、车辆运行参数输出至车载终端；所述车辆运行定额包括单程时间、周转时间、始末站停站时间及计划车容量；所述车辆运行参数包括：路线车辆数、发车间隔；

接收乘客终端发出乘车请求，根据乘客请求结合车辆实时运行位置及车载空余容量，进行智能判断。判断结果为是否调整实时车辆运行线路以满足乘客请求，或是否重新从起点发出一趟新车以满足乘客请求，或无法满足乘客请求予以拒绝。从而调整静态控制单元下的车辆运行定额以及车辆运行参数。

若发送乘车请求的乘客人数达到10人以上，且乘车请求路线生成一条公交运行路线，则向一车辆终端发出车辆发车指令，并将该车辆的车牌、到达信息输出至乘客终端；

若发送乘车请求的乘客人数不足10人或乘车请求路线不能生成一条公交运行路线，则向乘客终端发送没有发车的消息。

6.根据权利要求6所述的智慧变线公交***动态调度优化方法，其特征在于，所述的单程时间是指车辆完成一个单程的运输工作所消耗的时间，包括单程行驶时间和在各中间站的停站时间，公式表示如下：t_n＝t_nT+t_ns，其中，t_n为单程时间，t_nT为单程行驶时间，t_ns为各中间站的停站时间；

始末站停站时间，包括为车辆调车、办理行车文件手续、车辆清洁、行车人员休息与交接班、乘客上下车以及停站调节；始末站平均停站时间公式表示如下：

$\stackrel{\‾}{t_t}=\left\{\begin{array}{cc}4+0.11t_n& (10\≤t_n\≤40)\\ 0.21t_n& (40\≤t_n\≤100)\end{array}\right.$

其中，为平均始末站停站时间，t_n为单程时间；

周转时间等于单程时间与平均始末站停站时间之和的2倍，公式表示如下：

其中，t₀为周转时间；

计划车容量，指行车作业计划限定的车辆载客量，按下式确定

q⁰＝q₀r⁰

其中，q⁰为计划车容量，q₀为车辆额定载客量，r⁰为车厢满载率定额，％，高峰期间车厢满载率定额平峰期间车厢满载率定额平均为 $r_i^0\≥$ $(0.5~0.6).$

7.根据权利要求6所述的智慧变线公交***动态调度优化方法，其特征在于，路线车辆数包括组织线路营运所需的车辆总数与营业时间内各时间段所需的车辆数，其中组织线路营运所需的车辆总数，以高峰小时客流所需车辆数为准；

营业时间内各时间段所需的车辆数，根据该段时间内最高路段客流量及计划车容量；

当有多种调度形式时，线路车辆数为各种调度形式所有车辆数的总和；

已知在正点行车情况下某时间段内通过线路上同一停车站的车辆数和每辆车在同一时间段内沿线行驶的周转系数，那么，在该时间段内所需车辆数为：

$A_i=\frac{f_i}{{\mathrm{\η}}_{0i}},A=\underset{i}{\Σ}{A}_i,$

式中：A为组织线路营运所需的车辆总数；A_i为营业时间内各时间段所需的车辆数；f_i为在线路营运时间内第i时间段(t″_i)的行车频率，单位：辆/小时；η_0i为周转系数。

具体计算公式见下式：

$f_i=\frac{Q_i^{\′\′}}{q_{0i}{r_i}^0},{\mathrm{\η}}_{0i}=\frac{1}{t_{0i}},$

式中：Q″_i为第i时间段内营运线路高峰路段客流量；q_0i为t″_i时间内车辆额定载客量；为t″_i时间内最高峰路段的满载率定额，当t_i为高峰时间段时，t_i为平峰时间段时，t_0i为t″_i时间内的车辆周转时间。

8.根据权利要求6所述的智慧变线公交***动态调度优化方法，其特征在于，前后两辆车到达同一停车站的时间间隔由下式确定：

$I=\frac{t_0}{A}$ 或

式中：t₀为高峰期间的周转时间，单位：分钟；t″_i为i时间段的持续时间，单位：分钟；A_i为i时间段内运行的车辆数；

对呈现小数的发车间隔值进行取整数处理，

当发车间隔计算值I分解后，按每种发车间隔运行的车辆数参照下述方法进行分配：

若某时间(t₀)内发车间隔的计算值为小数，即I＝E.a(E为I值得整数部分；a为I值得小数部分)。

若将I值的小数部分(0.a)去掉使之化为整数，则记为[E.a]＝E。

将I值分解为E：

$I=\left\{\begin{array}{c}{I}_b=\[I+X_b\]\\ I_c=\[I-X_c\]\end{array}\right.$

式中：X_b，X_c为分解I值所采用的非负数，即X_b,X_c≥0；显然，I_c＜I＜I_b，又设：ΔI＝I_b-I_c。

按最大发车间隔(I_b)运行的车辆数A_b为：

$A_b=\frac{t_0-{\mathrm{AI}}_c}{\mathrm{\Δ}A}$

按最小发车间隔(I_c)运行的车辆数A_c为：

A_c＝A-A_b

式中：A为t₀时间内的发车总数，单位：辆。

由于X_b与X_c的取值不同，ΔI值的大小也各不相同，在ΔI＝1的情况下，A_b与A_c值均为整数，但当ΔI>1时，A_b的值可能为小数。此时除将A_b取为整数，即令A_b＝[A_b]以外，尚须在行车间隔I_b与I_c之间增加一种行车间隔I_y，即I_c＜I_y＜I_b，之后按下式计算其车辆数Ay：

$A_y=\frac{t^{\′}-A^{\′}{I}_c}{{\mathrm{\ΔI}}^{\′}}$

式中：t′为剩余时间，t′＝t₀-I_bA_b，单位：分钟；A′为剩余车辆数，A′＝A-A_b，单位：辆。

ΔI′＝I_y-I_c

则：

A_c＝A-A_b-A_y

ΣIA＝I_bA_b+I_yA_y+I_cA_c

将其综合记为：

t₀＝ΣIA＝Σ车距×车数选取ΔI＝1，

由此算出静态情况下的车辆发车间隔，制定公交发车时刻表。