城市智能公共交通动态调度的研究

齐博 浦晓威

摘 要：文章中主要针对影响车辆正常行驶的原因以车辆调度中采用的动态调度方法进行介绍，构建了进行公交车辆动态调度的模型。该模型的构建，主要目的是减少车辆的停车时间，避免车厢内由于长时间间隔所造成的拥挤现象。实验结果表明，文中所采用的调度方法，能够有效减少乘客的候车时间，为可以为公交车辆的科学调度提供更加有效的车辆间距控制模型。

关键词：智能公共交通；车载系统；动态调度

1 概述

公共交通车辆在运行过程中，容易受到多种因素的影响，特别是在上下班高峰期间，需要所有的车辆都投入运行，在多种因素的影响下，极易出现车辆分布不均、串车等现象；这样，就会造成公交车站的乘客难以及时分流、候车时间增加，以及车厢内乘客数量剧增而拥挤等多种结果。而采用动态调度的方式，则可以对各种因素进行及时响应，进而采取更加有效的动态调度措施，对公交线路的车辆停站次数进行及时调整；从而确保车辆的间隔更加合理，实现车辆运营的正常化。其实，车辆的动态钓鱼作为一种非常有效的调度方式，可以实时确定车辆的数量，对车辆停靠站的数量进行动态调整，实现乘客等车时间的最小化，又控制车辆在行驶过程中的间距。

2 动态調度

对于公共交通的调度问题，现在普遍采用的方式包括动态调度和静态调度两种。其中，静态调度主要指发车时间根据预先安排进行；而动态调度中则包含了车辆调度、驾驶员调度以及车辆的控制与调整等。通过动态调度，可以实现公交运营的正常化。采用静态调度的方式，难以对公交车辆运行过程中的实际情况进行反应。因为在一般的公交调度系统中，车辆的行程和时间都是根据经验来确定的，没有对实际运行中的突发情况进行考虑。所以，在车辆的设计运行过程中，仅仅采用静态调度则难以应对各种突发时间和确保最有调度。所以说，在实际情况发生变化的情况下，静态方法的灵活性不佳。现在，人们主要采用如下几种方法来提高公交系统的可靠性：公交优先、公交车辆控制以及运行的动态调度管理等。其中，公交优先主要指从一般的交通车辆中将公交车辆分离出来，并给予公交车辆更多的优先权。在动态调度层面，则可以通过公共交通的实时放车调度等方法，实现乘客总费用最下的目标。

3 基本假设

考虑到车辆在运行过程中的实际情况非常复杂，所以，为了有效简化研究过程，需要进行如下假设：

（1）不考虑车辆在运行过程中的人为因素、道路交通等因素。这样，可以确保不同车辆在相同邻接站之间的运行时间相同；

（2）车站在每个车站的停车时间为常数，不会受到乘客数量等因素的影响。

4 目标函数推导

在动态调度模型中，所定义的各种参量为：车站集K∈{K|K=1，2，...，N}；车辆集为：Im={i，i+1，...，i+m-1}，而i？燮m？燮M，其中，M表示公交系统能够提供的最多车辆数；用dik表示i车辆从k出来的时间；？啄表示车辆进出站时的时间，单位为分钟；所以，如果车辆能够将进出站时间节约下来，就可以减少运营时间，这样，？啄=0；用c0表示公交车在车站的停车时间，同样，单位也为分钟；用？驻表示在不停车情况下所能够节约的时间，即：？驻=c0+2？啄。

要实现动态调度，其根本问题还是确定目标函数，即确保所有车站的乘客在等待该车辆的过程中，所需要的时间和最小，将该模型定义为min（W）。将某个时间段hik内的所有乘客数量假设为hikrk，这样，在该时间段内所有乘客的平均候车时间则可以表示为hik/2。经过推导，则可以将乘客在k站等待第i车所需要的时间成本为：

在上面的式子中，wik表示乘客在k站等待第i车所需要的时间成本。rk表示某公交站 的乘客到达率；Pi-1k则表示车辆i在站k的剩余乘客数量。在没有采用动态调度的情况下，Pi-1k=0；hik表示车辆i与车辆i-1在站k出发的时间间隔；而hi则表示车辆i与车辆i-1在任意站的时间间隔。所以，根据该定义，则可以得到：hik=dik-di-1k。所以，可以换算得到线路中各个站点乘客的候车时间成本为：

（2）

5 模型建立

从上面的式子（2）中可以推到计算乘客的候车时间成本，进一步构建起动态调度模型。也就是在第i与车辆i+1之间进行动态调度，如果将两辆车在运行过程中不停车的车站数假设为n1和n2，则这两辆车通过不停车所节约的时间可以表示为n1？驻和n2？驻。通常，为了能够减少不停车车站乘客的候车时间，促进整条线路车辆间隔的均匀，则应该使得n1？叟n2。如下图中所示，其中，虚线表示没有实施调度的发车时间，而实线则表示实施动态调度后的发车时间。能够给乘客的候车时间成本造成影响的车辆主要为i，i+1，i+2如果用w1，w2，w3分别表示0～n2、n2～n1和n1～N 站的候车时间成本和无放车时的候车时间成本差。这样，整个候车成本就可以表示为w=w1+w2+w3。

图1 公共交通的动态调用模型图

而上面的式子也是对两辆车进行调度是采用的动态调度模型。如果车辆的延误时间能够准确计算，且线路的站点数为已知数，这样，乘客的候车时间成本则可以作为放车车站数量n1和n2之间的函数。在计算过程中，对该模型的计算则可以采用多元函数优化的方式来计算。

6 应用结果

在实际的公交调度和管理中，特别是针对高峰期发车的时间间隔较小，或者延误车辆的到达时间比较接近的情况下，可以根据具体的情况对2辆车进行动态调度。在此过程中，应该重点考虑调度车站段内乘客的候车时间，进而确定可以采用的调度形式。不过，为了所有乘客考虑，不应该实际中频繁采用这种措施。

从文中所构建动态调度模型的应用结构发现，在整个线路车辆不足的情况下，用过对该动态调度模型的使用，可以有效减少该线路乘客的总的候车时间成本，确保公交线路在运行中保持正常的车辆间距。而在实际的应用过程中，则应该选择1辆或者2辆车完成调度控制过程。

参考文献

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[2]黄凛希，徐建闽，胡郁葱，等.共用信息平台的信息发布方式与技术手段[J].交通与计算机，2012，2.