基于運營數(shù)據(jù)的城市軌道交通客車調(diào)度方案研究

基于運營數(shù)據(jù)的城市軌道交通客車調(diào)度方案研究

1運營調(diào)度方案公共交通是城市交通的重要組成部分。做好公交工作，對于完善城市交通環(huán)境，提高公民的交通條件，提高公交公司的經(jīng)濟和社會利益具有重要意義。下面考慮一條公交線路上公交車的調(diào)度問題,其數(shù)據(jù)來自我國一座特大城市某條公交線路的客流調(diào)查和運營資料。該條公交線路上行方向共14站,下行方向共13站,一個工作日兩個運行方向各站上下車的乘客數(shù)量可以統(tǒng)計。公交公司配給該線路同一型號的大客車,每輛標準載客100人,據(jù)統(tǒng)計客車在該線路上運行的平均速度為20km/h。運營調(diào)度要求,乘客候車時間一般不要超過10min,早高峰時一般不要超過5min,車輛滿載率不應超過120%,一般也不要低于50%。根據(jù)這些資料和要求,為該線路設計一個便于操作的全天(工作日)的公交車調(diào)度方案,包括兩個起點站的發(fā)車時刻表、一共需要多少輛車、這個方案以怎樣的程度照顧到了乘客和公交公司雙方的利益,等等。如何將這個調(diào)度問題抽象成一個明確、完整的數(shù)學模型,指出求解模型的方法,根據(jù)實際問題的要求,如果要設計更好的調(diào)度方案,應如何采集運營數(shù)據(jù)。2模型求解及分析a)問題中指出客車在線路上運行的平均速度是20km/h,而每個單程行駛都要經(jīng)過12(或11)個中間站,這自然要考慮站上客車的停留時間,但現(xiàn)實中公交車每站停留時間較短,又所給平均速度較低,從而在本文中可假設,客車在中間站停留時間不計,這段時間可由行駛路段上提速補上。b)經(jīng)統(tǒng)計每時段上車總?cè)藬?shù)和下車總?cè)藬?shù)不一致,甚至成倍懸殊,有時上多下少,有時下多上少,分析原因主要在于運輸高低峰時期與乘車構(gòu)成時差,從而導致上一時段大量上車人員而在下一時段才下車,致使不同時段上下車人數(shù)不等情況嚴重。這一現(xiàn)象對本模型求解及分析極為重要,要特別考慮。c)公交車發(fā)車一般具有規(guī)律性,又高低峰不同情況。本文假設在高峰時期和一般時期分別等時間間隔發(fā)車。按運營調(diào)度要求,候車時間一般超過10min,早高峰期不超過5min,故對發(fā)車時間間隔Δt限定為:一般期6≤Δt≤10;高峰期1≤Δt≤5。d)運營調(diào)度要求標準載客100人,滿載率不應超過120%,一般也不低于50%,即車上平均人數(shù)50≤m≤120,這是公司對模型的客觀要求。從而要假定乘客排隊等候乘車,滿120人后只能等下輛車。e)所建模型要綜合考慮乘客和公交公司雙方的利益。乘客希望候車時間越短越好,由于假定勻速行駛,從而正常運營后,候車時間取決于發(fā)車時間間隔Δt,乘客更希望等候的當次車能夠坐上,這自然要求Δt越短越好。但發(fā)車過于頻繁,對公交公司而言,即需配備大量的車輛,又得過多的投入資本(工人工資,油料等),雙方利益要求互相矛盾。這就需確定一個合理的目標匹配關系,也就是該模型的關鍵之處。f)模型求解之后,要為該線路設計便于操作的全天公交車調(diào)度方案及發(fā)車時刻表。公交公司需配備的總車輛數(shù)為N,關鍵取決于高峰期的用車量。N應是高峰期發(fā)車間隔Δt的函數(shù)。g)考慮到以上各種因素,筆者會用到非線性規(guī)劃知識。由于數(shù)據(jù)量龐大,自然要考慮到應用計算機仿真實驗,得到不同時間發(fā)車、不同發(fā)車間隔、不同客流量下的載客人數(shù)、不能上車人數(shù),以便綜合考慮制定出較好的運營方案。3假設和符號3.1列車行駛順序+列車通過順序乘車,1)客車在線路上均勻行駛,忽略中間站點的停留時間。速度v=20km/h;2)每輛客車按照發(fā)車時刻表及到達次序順序發(fā)車,循環(huán)往返地運行;3)客車在行駛途中不會出現(xiàn)塞車、拋錨等意外現(xiàn)象;4)第i時段第j站點上、下車人數(shù)服從均勻分布;5)各站點乘客排隊等候乘車,乘客不會乘坐其他線路公交車;6)公交車工作日時間為5:00～23:00;7)客車飽和度為120人;8)高峰期和一般期分別等時間間隔發(fā)車。3.2第1市第j站列車情況Sj,j+1:第j站到j+1站的路程,Sj,j+1與Sj+1,j不一定相等;V:公交車的平均速度;S1:上行總路程;S2:下行總路程;Ci,j:第i時段第j站點上車人數(shù);Di,j:第i時段第j站點下車人數(shù);yi,j=Ci,j/60:第i時段第j站點平均上車的人數(shù);yi,jˉˉˉˉˉ=Di,j/60yi,jˉ=Di,j/60:第i時段第j站點平均下車的人數(shù);Δt:發(fā)車時間間隔;Δt1:高峰期發(fā)車時間間隔;Δt2:一般期發(fā)車時間間隔;T:單程行駛時間;T1:上行單程行駛時間;T2:下行單程行駛時間;aj:第j站相對要上車人數(shù),等于等候上車人數(shù)減去下車人數(shù);bj:第j站因車上人數(shù)飽和而當時滯留人數(shù);Q=120人:客車飽和度;mj:第j站客車啟動后車上總?cè)藬?shù);Zi:第i輛客車的綜合效益;sumc:單程各路段乘客平均數(shù);sum:單程滯留總?cè)藬?shù);N:配備客車總數(shù)。4模型的構(gòu)建4.1啟動時間間限制公交車調(diào)度方案因該便于操作,因而發(fā)車時間間隔Δt應具有規(guī)律性,且為正整數(shù)。又考慮到高峰期與一般期乘車人數(shù)的懸差,Δt如下設定:4.2下行方向的百分點由統(tǒng)計數(shù)據(jù)得上行方向的高峰期為6:00～9:00,17:00～18:00,下行方向的高峰期為7:00～9:00,17:00～19:00。每個方向有4個小時高峰期。4.3抗混合式結(jié)構(gòu)以上行方向為例:yi,j=160Ci,jyi,j=160Ci,j;y,ijˉˉˉˉˉ=160Di,jy,ijˉ=160Di,j;aj=(yi,j?yi,jˉˉˉˉˉ)×Δtaj=(yi,j-yi,jˉ)×Δt。4.4smct的下行上行:sum=∑j=131bjsumc=113∑j=131mjsum=∑j=131bjsumc=113∑j=131mj下行:sumc=112∑j=012mjsum=∑j=012bjsumc=112∑j=012mjsum=∑j=012bj4.5單天開時間t的確定T1=S1/NT2=S2/V4.6mit的計算?????????????maxZ=1n∑i=1nZiZi=f(sumci?sumi?Δt)=sumci?1kΔt?sumiΔt?Δt1?Δt2正整數(shù)?k=14是車站個數(shù)。{maxΖ=1n∑i=1nΖiΖi=f(sumci?sumi?Δt)=sumci-1kΔt?sumiΔt?Δt1?Δt2正整數(shù)?k=14是車站個數(shù)。5時間步長法仿真雖然Z是關于Δt的函數(shù),但大量數(shù)據(jù)的處理必須借助計算機編程才能完成。按照原模型求解,就得用時間步長法去仿真一個工作日交通線路上車輛的運行情況,這樣做在理論上是可行的。但在本文的假設前提下,造成大量過程的重復,又考慮到計算機的運行速度,又可能會死機或數(shù)據(jù)溢出,一個理想的方法是抽樣仿真,改變時間步長,得出不同Δt下的目標值Z,然后取maxZ對應的Δt為最優(yōu)解。6調(diào)度方案制定原則a)本文利用非線性規(guī)劃、動態(tài)規(guī)劃、計算機仿真等多種理論相結(jié)合的方法,建立模型并求解,是綜合知識的運用。b)特殊的數(shù)據(jù)處理得出本