基于城乡客流特征的公交调度优化模型研究

何倩

摘要：基于城乡公交线路居民的出行特征，同时兼顾考虑公交公司和乘客的利益，建立城乡公交发车间隔优化模型并运用遗传算法予以求解。本模型以公交公司一天发车次数最少和乘客平均候车时间最短为目标，研究在满足调度限制的有限空间内，寻找出调度选择中提出的目标函数的最优解。

关键词：城乡公交一体化；客流特征；公交调度；优化模型

引言

随着我国城市化进程的加快以及农村社会和经济的发展，城乡之间的交流正日益增多，由于城乡公交因其客运量大、相对投资少、人均占有道路少、环境污染小等多优点而成为这种趋势下的必然选择。但目前，我国城乡公交一体化尚处于起步阶段，公交企业在运营调度方面还存在诸多问题，公交运营效率低下，致使居民选择使用公交的积极性不高，进而影响了城乡交流、滞后了城市化进程。

基于此国内外在公交调度上已做了大量研究并就得了一定的成果，如东南大学的王炜等提出了基于实时信息的公交调度优化系统；牛学勤等提出了公交线路发车频率规划模型；陈芳建立了城市公交调度模型并采用时间步长法对该模型进行了仿真求解；Harilaos等提出了用于确定发车频率的数学模型及其解法。但目前的研究大多集中在城区公交调度上，对城乡公交调度关注较少，因此本文在总结分析前人对公交调度研究的基础上，将基于城乡公交线路居民的出行特征，同时兼顾公交公司和乘客的利益，建立了城乡公交发车间隔优化模型并设计算法予以求解。

1城乡公交特征分析

城乡公交为城区与乡镇间的公共客运交通线路，依托城市道路与区域公路布设固定线路并统一编号，沿途设置停靠站点与首末回车场，采用公交车型并借鉴城市公交的运营管理方式。城乡客流以乡镇居民的出行为主，其日分布在时间上通常表现为双峰型，即在一天的运营时间内出现早、晚两个客运高峰，通常为上午7：00～9：00，傍晚 17：00～19：00，其他时间段在正常情况下客流量分布则比较均匀；城乡客流在空间分布上与时间分布密切相关，在客运高峰时段表现为单向型，上下行的客流量差异很大；在平峰时段表现为双向性，上下行的客流量差异不大。

由此可建立城乡公交发车间隔优化模型，但由于有诸多影响公交调度模型建立的不稳定因素的存在，因此为了简化模型，就有必要对某些特定条件进行约束和假设，本文对模型作了如下7个方面的假设：

（1）公交车运行环境良好，途中没有交通事故和车辆损毁等意外发生；

（2）模型中各种随机变量的分布都在可接受的期望值上下范围内波动；

（3）假定同一线路上运营的车辆为同一型号；

（4）假定车辆严格按照发车时刻表发车；

（5）以分钟作为最小的时间单位，这对安排时刻表是合理的；

（6）假设客流模型能反映该段线路上的日常客流量；

（7）不计乘客上下车所花费的时间，即不考虑启动和停车，每站停车延迟及其它因素的影响。

2模型建立

分别考虑运营企业的效益和公交乘客的利益，运营企业的利益主要体现为票价收入与运营成本的差值，票价收入与运量有关，而运量表示为班次×人数∕班次，且单车运营成本为定值，因此在满足需求的前提下一天发车次数最少时运营企业利益最大；公交乘客利益主要体现在候车时间和乘车舒适性上，因此平均候车时间最短且发车班次频繁时公交乘客利益最大。故本模型以运营企业一天发车次数最少和乘客平均候车时间最短为目标建立函数模型，则可分为两个目标函数。

其中，α+Β=1。由于城乡公交主要是为城乡居民的出行服务，营利并非其主要目的，因此应把营运企业的利益应让位与乘客的利益，但并非是为了乘客的利益就可无视营运企业的利益，这二者的权重有一定差距但不应太大，经过综合权衡考虑，确定运营企业的利益权重为0.35，乘客的利益权重为0.65。

式（3）同时兼顾了运营企业和乘客的利益，此時 即为公交调度所要的最优发车间隔。

3模型求解

城乡公交调度问题研究的是如何利用有限的资源来获取最大收益，即在满足调度限制的有限空间内，寻找出调度选择中提出的目标函数的最优解。对于该问题的算法选择上，出于对求解的速度及简便性的要求，由于遗传算法放弃对最优方案的求解而转向近优方案，能显著加快寻优速度，且可在较短时间内获得较优结果，因此本文采用遗传算法对其进行求解。当然有其他算法也可实现求解最优的目的，如程序算法等，但由于其求解相对比较繁复耗时且精确度相较遗传算法而言并未有显著优势，因此对诸如此类算法不做选择。

4结论

本文建立模型同时兼顾公交公司和乘客双方的利益，充分考虑了线路的运行的可能性，对客流的处理采用了分时段的思想，使得模型简单、易操作，并且充分考虑了客流数据的可获得性，使模型在调度的任何发展阶段都具有一定通用性。但是本文也有研究不深入之处，还需结合企业管理、交通路况、车辆驾驶等方面做进一步研究。

参考文献

[1]黄小燕，周娟英.公交调度的数学模型及解法[J].交通标准化，2010.

[2]曹丽雅.公交调度优化模型及解法研究[J].实验科学与技术，2011.

[3]陈茜，牛学勤等.公交线路发车频率优化模型 [J].公路交通科技，2004.