金沙滩景区公交调度优化研究

曹延斋 刘敬玉 吕泽阳

(1.胶州市城乡建设局，山东 青岛 266300； 2.青岛市市政工程设计研究院有限责任公司，山东 青岛 266061)

1 概述

1.1 公交车辆区域调度的定义

公交车辆的调度，是为了实现车辆统一安排，整齐有序的进出站，保证车辆之间行驶的协调性，包含公交公司的运营组织、调度计划统一编制、维修保养统一安排以及幕后调度人员的管理。

1.2 公交区域调度的优势

区域调度相对于单线调度，实现了资源在多条线路的优化配置，可以完成车辆在线路上的套跑，可以实现冗余的人力、运力线路间调剂、补给，达到节约资源的目标，改善了生活服务设施。

2 区域运营时刻表的编制及示例分析

2.1 实现的编制目标

目前,国内外对要求区域协同的公交时刻表的研究还不多,几乎没有从公交调度员实际操作的角度看待问题。本文从实际角度出发，具体问题具体分析，以实现以下目标：

1)车辆在规划路线上的平均运行速度20 km/h，车辆满载率不应超过120%，一般也不低于50%；

2)乘客候车时间一般不要超过10 min，早高峰时一般不要超过5 min。

2.2 模型与算法

2.2.1基本假设

1)道路交通情况良好，没有发生堵车、车辆事故的意外；

2)常规公交线路的初始时间已知，发车间隔为等时间间隔发车，且不轻易调整发车间隔；

3)每一时段内乘客的到达符合负指数分布，排队有序乘车；

4)调度针对的周期时长为60 min，调度的最小单位为1 min。

2.2.2建立单线调度模型

1)车辆数的确定。

通过采集的数据，首先计算出各时段的最大乘客数量，运用下式计算：

(1)

其中，i取值为0表示上行，i取值为1表示下行；j为第j时段；k为第k站点处。

2)发车间隔的确定。

在实际的车辆运行过程中，各时段空载率超过50%不高于120%为佳，公交车的标准载客数定为100人，满足每一时段最大乘客数量的需求，由下式计算每一时段所需最小车次数：

(2)

(3)

在t0j出现分数时令m0j=[t0j]，n0j=1+[t0j]，其中，M0j为发车间隔为m0j的发车班次数；N0j为发车间隔为n0j的发车班次数。满足以下两个式子：m0j+n0j=l0j，m0j×M0j+n0j×N0j=60。

3)最小车次数模型。

由统计数据，城市公共交通的主要矛盾时段出现在第2～第4时间段，在此期间要求准点率要好，发车间隔小，等候时间不要超过5 min，其他时段不超过10 min为宜，同时考虑车辆载客率位于50%～120%，使得公交公司运行总里程数最少，建立符合要求的线性规划模型。

其中，mj为第j时段最小的车内乘客数量；Mj为第j时段最多的乘客数量。

2.2.3建立多线调度模型

调度优化以最小化公民出行总的换乘时间为目标，可通过规划多条线路之间增加换乘站点的相遇机会，协调规划每一站点单条线路的发车时间间隔，满足各站点存在最大发车间隔和最小的发车间隔，且同步到达的车辆不超过站点容量。

从理论角度来说，建立如下模型：

其中，E为区域内公交线路的数量；N为区域内全部换乘站点的数量；Li，Lj分别为周期内线路i和线路j的发车班次数；tdj为线路j上第d辆车发车时刻；tki为线路i上第k辆车发车时刻；Tdjn为第d辆车发车行驶至换乘点n的时刻；Tkin为第k辆车发车行驶至换乘点n的时刻；Sjd为第d辆车调度时刻表微调的决策；Sik为第k辆车调度时刻表微调的决策；Hi，hi分别为线路i上的最大发车间隔与最小发车间隔；Hj，hj分别为线路j上的最大发车间隔与最小发车间隔。

2.3 算例

2.3.1单线调度模型求解

1)车辆数的确定。

根据上下车乘客数和式(1)得到车辆上行每一时段的最大乘客数。

车辆运行时间最早从早上5:00开始发车，一天中存在两个出行高峰时段，分别在早上7:00～8：00，下午的17:00～18:00，主要是人们通勤，化解交通矛盾的重心应该放在处理好早晚高峰这两个时段的车辆调度，实现城市公共交通出行的同步换乘，主要依靠降低站点等候时间和协调区域内多条线路发车时刻表两种方式。

2)发车间隔的确定。

根据式子m0j+n0j=l0j，m0j×M0j+n0j×N0j=60得到特殊时段(发车间隔出行小数的时段)。

3)最小车次数模型求解。

关于这个模型的求解工作，分为前期准备和正式模型求解两个部分。

由于MATLAB只能求解标准形式的线性规划问题，首先将上述模型转化成标准形式的线性规划问题，如下：

2.3.2多线调度模型求解

选取开发区4路与开发区19路公交车位于青岛理工大学(长江路校区)公交站为研究换乘站点，探讨由19路换乘4路的调度优化，为此分别获取在灵山卫枢纽站、西海岸汽车东站统计8:00～9:00的发车时刻，以及这两辆公交车到达理工大学换乘站的时间，多次采样调查获得平均到达时刻。

站点人流量采集时间间距较大，无法确定发车班次换乘人数，利用MATLAB产生随机数。

2.3.3路网调度换乘算法MATLAB实现

在调度管理的过程中不乏换乘策略的有效运用，将景区内部分路线作为样本数据，采用Floyd法求解最短路。

运行结果如图1所示。

3 结语

变换单条线路的调度方式为区域为最小的调度单位，有利于提高整体城市的服务水平，吸引更多的行人选取公交出行的方式，充分利用城市的交通资源，降低企业运营成本，鉴于以上益处，论文依次阐述了以下内容：

1)详述了公交区域调度的定义、区域调度的优势并且就调度工作的效果功能展开清晰地描述。

2)运用MATLAB软件实现区域内调度策略换乘最短路径进行计算，实现实际问题抽象简化求解，就车辆的运行时刻表的发车间隔进行计算，初步确定出每一时段的发车间隔，以此为基础进行多条线路之间的调度优化，完成假设条件下的区域内总换乘人数的换乘等待时间最小。