考虑客流需求与行程时间变化的公交多类运营模式联合动态调度优化研究

摘要

城市常规公交仍将是我国绝大多数中小城市发展公共交通系统的基础与重点。在智慧公交信息技术系统不断发展完善的背景之下，本文着眼于提高城市常规公交系统的运输效率，结合国内外相关研究，提出在城市常规公交线路中采用停靠站点动态可变的公交多类运营模式联合服务的方式，并采用动态调度方法对其进行协调控制。在分别就公交多类运营模式服务下的公交客流需求与行程时间变化预测展开分析的基础上，提出公交系统动态调度鲁棒优化方法，为提升常规公交运输服务质量提供理论与实践的研究基础。　　论文首先介绍了公交多类运营模式服务概念，并提出多类运营模式联合服务方法，以及采用动态调度方法对多类运营模式联合服务下的公交车辆进行实时协调控制。　　针对公交多类运营模式服务下的公交客流需求变化研究，通过跟车调查、问卷抽样调研和视频采集方法，对公交客流特性与站点客流到达过程进行统计分析研究，并以此为基础对多类运营模式下的公交客流需求展开研究。　　在公交行程时间变化预测研究中，首先基于公交AVL数据，对公交行程时间的随机变化进行研究，以假设检验方法为基础，通过拟合优度检验与K-S检验对站点区段上的公交行程时间随机分布函数进行综合评价，进而得到行程时间的概率预测函数；继而提出行程时间变化区间预测中的基准行程时间概念，提出采用时间序列预测方法对其进行准确预测，从而结合概率分布函数，通过一定行程时间可靠度对行程时间变化波动情况进行描述，进而得到公交行程时间的变化预测区间，为提高调度优化方法的实际应用效果奠定基础。　　在综合考虑客流需求与行程时间变化的基础上，基于区间分析的鲁棒优化方法，建立了动态控制周期内，以公交最差运行状况下，乘客与企业综合总成本最小为目标函数的多类运营模式联合服务动态调度鲁棒优化模型，并对差分进化算法进行改进设计，作为模型求解算法。最后利用乐山市公交线路实际调研数据，对动态调度优化模型及算法进行实例验证。通过对比优化前后的公交系统总成本、乘客相关成本与企业相关成本，以及公交客流需求方面的指标，验证了算法的可行性，证明了综合考虑客流需求与行程时间变化的公交多类运营模式联合动态调度优化方法的有效性及优越性。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 研究背景与研究意义

1.1.1研究背景

1.1.2研究意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1公交调度优化研究

1.2.2公交多类运营模式优化研究

1.2.3研究综述总结

1.3 主要研究内容

1.3.1研究目的

1.3.2研究内容

1.4 研究方法及技术路线

1.5 本章小结

第2章多类运营模式联合动态调度优化方法

2.1 公交运营服务模式分析

2.2 多类运营模式联合服务优化

2.3 多类运营模式联合动态调度方法

2.4 本章小结

第3章 公交客流需求分析

3.1 公交客流特性分析

3.1.1公交客流基础特性

3.1.2公交客流时空分布特性

3.1.3多类运营模式联合服务站点客流分析

3.2 站点客流到达过程研究

3.2.1客流到达数据统计分析

3.2.2站点客流到达泊松分布假设检验

3.3 多类运营模式联合服务客流需求分析

3.3.1站点乘客等待时间分析

3.3.2乘客乘车时间分析

3.3.3乘车舒适度分析

3.4 本章小结

第4章公交行程时间变化研究

4.1 行程时间随机分布研究

4.1.1基础准备与数据预处理

4.1.2站点区间行程时间随机分布假设

4.1.3数据分布拟合与检验

4.1.4公交行程时间变化概率分布模型

4.2 公交行程时间变化区间预测分析

4.2.1基准公交行程时间预测

4.2.2行程时间变化区间预测

4.3 本章小结

第5章多类运营模式联合动态调度优化建模

5.1 问题描述

5.2 模型假设

5.3 部分参数设置

5.4 目标函数设计

5.4.1乘客相关成本分析

5.4.2企业相关成本分析

5.4.3总成本目标函数分析

5.5 约束条件设计

（1） 发车间隔

（2） 发车班次

（3） 发车时刻

（4） 乘客等待时间

（5） 载客量限制

（6） 跳站车服务站点

5.6 初始优化模型构建

5.7 基于区间分析的鲁棒优化模型转换

5.8 模型求解算法设计

5.8.1求解算法基本原理与基本流程

5.8.2改进的差分进化算法设计

5.9 本章小结

第6章优化实例分析

6.1 实例说明及输入参数

6.1.1实例说明

6.1.2模型输入参数

6.2 优化方案求解结果

6.3 优化效果评价

6.4 本章小结

结论与展望

一、主要研究工作总结

二、主要创新点

三、研究展望

参考文献

致 谢

攻读硕士学位期间发表的论文

附录1乐山市公交出行特征问卷调查表

附录2 公交行程时间分布拟合结果