一种综合成本优化的城市公共交通多模式站点停靠方法

摘要

本发明公开了一种综合成本优化的城市公共交通多模式站点停靠方法，该停靠方法包括以下步骤：第1步：采集乘客出行信息、车辆运营信息和沿线站点信息；第2步：首先，建立基于乘客出行成本和车辆运营成本的综合成本最低的目标函数，然后，建立对应目标函数的约束条件式，包含公交通行能力、客流、时间点、发车间隔及满载率五个方面的约束：第3步：将第1步中采集的乘客出行信息、车辆运营信息和沿线站点信息，代入第2步建立的目标函数和约束中，得到发车频率h和停站模式O，获得综合成本最低的多模式站点停靠方式。该方法考虑公交通行能力、客流、时间点、发车间隔、满载率约束以及停站模式，使得乘客出行成本和公交运营成本到达最低。

主权项

1.一种综合成本优化的城市公共交通多模式站点停靠方法，其特征在于，该停靠方法包括以下步骤：第1步：采集乘客出行信息、车辆运营信息和沿线站点信息；第2步：首先，建立基于乘客出行成本和车辆运营成本的综合成本最低的目标函数，该目标函数如式（1）所示：$\left\{\begin{array}{c}\min \left(z\right)=f_1+f_2\\ f_1=C_1\underset{i=1}{\overset{M}{\Sigma }}\underset{j=1}{\overset{N}{\Sigma }}\left(\begin{array}{c}\frac{r_j{h}_{i,j}{h}_{i,j}}{2}+\\ {\delta }_{i,j}^o{S}_{i-1,j}{h}_{i,j}\end{array}\right)+C_2\underset{i=1}{\overset{M}{\Sigma }}\underset{j=1}{\overset{N}{\Sigma }}\left\{\begin{array}{c}{L}_{i,j}·{\theta }_i{t}_{i,j}+\\ {\delta }_{i,j}^o\left[\begin{array}{c}{L}_{i,j}·(t+c)+\\ (L_{i,j}-A_{i,j}+B_{i,j})·(t+c)\\ +(L_{i,j}-A_{i,j})·\max (A_{i,j},B_{i,j})u\end{array}\right]\end{array}\right\}\\ f_2=C_3·\underset{i=1}{\overset{M}{\Sigma }}\underset{j=1}{\overset{N}{\Sigma }}[{\theta }_i{t}_{i,j}+{\delta }_{i,j}^O·c+{\delta }_{i,j}^O(2t+\max (A_{i,j},B_{i,j})u)]\end{array}\right.$式（1）在式（1）中：z表示综合成本，min(z)表示最小综合成本，f₁表示乘客出行成本，f₂表示车辆运营成本，C₁表示乘客单位等待时间成本，单位：元/min；C₂表示乘客单位在车时间成本，单位：元/min；C₃表示乘客单位运营成本，单位：元/min；i表示公交车辆的标记，i=1、2、…、M，M为大于等于3的整数，j表示公交车站的标记，j=1、2、…、N，N为大于等于3的整数，r_j表示第j个公交车站的平均乘客到达率，人/min；h_i,j表示经过公交车站j的公交车辆i-1和公交车辆i之间的车头间距；表示“0-1”变量，对于第O种运营模式，公交车辆i在公交车站j停车时，取1；公交车辆i在公交车站j不停时，取0；其中，O表示公交车辆的停站模式，当O=1时，表示公交车辆站站停，当O=2时，表示公交车辆为区间车，当O=3时，表示公交车辆为大站快车模式；S_i-1，j表示公交车辆i-1离开公交车站j时，公交车站剩余的乘客总数；L_i，j表示公交车辆i离开公交车站j时的车上人数；θ_i表示公交车辆i在线路上受到干扰修正系数；t_i，j表示公交车辆i在公交车站j-1和公交车站j之间的运行时间；t表示公交车辆进行开门动作和关门动作的总时间，单位：秒；c表示平均每辆公交车辆的加减速时间，单位：秒；A_i,j表示公交车辆i到达公交车站j时的下车人数；B_i,j表示公交车辆i到达公交车站j时的上车人数；u表示单个乘客平均上下车时间，单位：秒；然后，建立对应式（1）目标函数的约束条件式，包含公交通行能力、客流、时间点、发车间隔及满载率五个方面的约束：公交通行能力的约束为：在研究时间段T内，每小时每个公交车站的公交车辆运送的乘客数必须不大于公交车站供该条线路使用的停车位的客运通行能力，如式（2）和式（3）所示，$\underset{i=1}{\overset{M}{\Sigma }}{\delta }_{i,j}^O{B}_{i,j}\le P_j$式（2）$\underset{i=1}{\overset{M}{\Sigma }}\underset{k=j+1}{\overset{N}{\Sigma }}{W}_{i,\mathrm{jk}}\le P_j$式（3）式（2）中，P_j为公交车站j的客运通行能力；式（3）中，W_i，jk为公交车辆i运送从公交车站j到公交车站k的乘客数量；客流约束如式（4）至式（8）所示：L_i,j＝L_i，j-1+B_i,j-A_i,j    式（4）$A_{i,j}={\delta }_{i,j}^O\underset{j=1}{\overset{k-1}{\Sigma }}{W}_{i,\mathrm{jk}}·{\delta }_{i,\mathrm{jk}}^O$式（5）$B_{i,j}={\delta }_{i,j}^O\underset{k=j+1}{\overset{N}{\Sigma }}{W}_{i,\mathrm{jk}}·{\delta }_{i,j}^O$式（6）W_i，jk=S_i-1，jk+r_jh_i       式（7）$S_{i,\mathrm{jk}}=S_{i-1,\mathrm{jk}}(1-{\delta }_{i,\mathrm{jk}}^O)+r_{j,k}{h}_i(1-{\delta }_{i,\mathrm{jk}}^O)$式（8）其中：L_i，j-1表示公交车辆i离开公交车站j-1时的车上人数；k表示公交车站的标记，k＝1、2、…、N，N为大于等于3的整数；W_i,jk为公交车辆i运送从公交车站j到公交车站k的乘客数量；表示“0-1”变量，对于第O种运营模式，公交车辆i在公交车站j和公交车站k均停车时，取1，否则，取0；S_i-1，jk表示公交车辆i-1离开公交车站j时，公交车站j未上车的需要乘坐到k站的乘客数量；h_i表示发车时间间隔，即第i-1辆车和第i辆车在首站的发车时间间隔；r_j,k表示需要乘坐到公交车站k的乘客在公交车站j的平均乘客到达率，1≤j≤k≤N，S_i，jk为公交车辆i离开公交车站j时，公交车站j未上车的需要乘坐到k站的乘客数量；S_i,j为公交车辆i离开公交车站j时，公交车站j剩余的乘客数量；时间约束如式（9）至式（13）所示，$a_{i,j}=d_{i,j-1}+{\theta }_i{t}_{i,j}+({\delta }_{i,j-1}^O+{\delta }_{i,j}^O)c$式（9）$d_{i,j}=a_{i,j}+{\delta }_{i,j}^O·T_0$式（10）h_i，j=d_i,j-d_i-1，j            式（11）$h_{i,j}=h_i+\underset{k=1}{\overset{j}{\Sigma }}\left[{\delta }_{i,j}^O(T_0+c{T}_0)\right]-\underset{k=1}{\overset{j}{\Sigma }}\left[{\delta }_{i-1,j}^O(T_0+c)\right]$式（12）O·h_i=T                       式（13)其中，a_i，j为公交车辆i到达公交车站j的时刻；d_i，j-1为公交车辆i离开公交车站j-1的时刻；d_i-1,j为公交车辆i-1离开公交车站j的时刻；d_i，j为公交车辆i离开公交车站j的时刻；表示“0-1”变量，对于第O种运营模式，公交车辆i在公交车站j-1停车时，取1；公交车辆i在公交车站j-1不停时，取0；表示“0-1”变量，对于第O种运营模式，公交车辆i-1在公交车站j停车时，取1；公交车辆i-1在公交车站j不停时，取0；T₀为公交车辆停站时间，T₀=2t+max(A_i，j,B_i,j)u，T为研究时间段，单位：min；发车间隔约束如式（14）所示：h_min≤h_i≤h_max      式（14）其中：h_min为最小的发车间隔，单位：min；h_max为最大的发车间隔，单位：min，满载率约束如式（15）所示：L_i，j/P_max≤1       式（15）式中：P_max为每辆公交车辆的额定最大载客量，人/车；第3步：将第1步中采集的乘客出行信息、车辆运营信息和沿线站点信息，代入第2步建立的目标函数和约束中，得到发车频率h和停站模式O，获得综合成本最低的多模式站点停靠方式。