考虑需求不确定的响应式接驳公交自适应发车策略优化

传统公交系统融合网约出行的模式之一是需求响应式接驳公交,它定位于连接枢纽站点(如地铁车站、铁路车站或机场),服务客流的集散,其需求响应服务主要指灵活线路的门到门接送,但在发车策略方面仍主要沿用传统的基于时刻表或频率的运营方案。在乘客到达或需求订单不确定的情形下,固定发车间隔可能导致系统过饱和或低饱和等问题,为此,本文提出自适应发车策略,根据乘客累计到达量动态确定发车决策。具体地,引入载客量目标作为发车阈值,称为固定发车阈值和时变发车阈值,前者的发车阈值固定不变,而后者的发车阈值则随时间逐渐降低,对此,构建以期望广义系统成本最小化为目标的数学规划问题,并利用网格搜索方法获得最优解。数值分析结果表明,时变发车阈值模型相比于传统的等间隔发车模型和固定发车阈值模型在需求均值较低或变异系数较高的场景下优势显著,其广义系统成本节约百分比最高可达18%。灵敏度分析表明上述模型的性能也受到乘客的时间价值影响。自适应发车模型具有较广的应用潜力,适当修改后可用于其他形式的公共交通系统。

基于轨道站点的接驳公交服务质量评价--以重庆市南岸区接驳公交为例

城市轨道交通的大力建设使居民出行更加便捷,接驳公交可有效实现城市居民公交与轨道的换乘目的,其公交服务质量关乎乘客出行品质,体现城市道路交通发展整体水平。以重庆市南岸区轨道铜元局站324、3103接驳公交为研究对象,从乘客感知服务出发,构建便捷性、可靠性、舒适性、文明性等4个准则层组成的线路服务质量评价指标体系。以调查问卷结果为基础,探寻乘客基本属性,利用熵权法确定主要指标权重,客观赋值减少主观影响,引入模糊决策法求得乘客满意度,加权SERVQUAL模型计算乘客服务质量分值,两种方法综合评价分析使之更全面、精准,进而对比分析两条线路差异。结果表明:乘客尤为看中接驳公交舒适性,且3103线路总体服务质量评价优于324线路,最终针对各角度提出建议对策,为城市公交管理者、规划者提供科学依据。

考虑乘客动态需求的应急接驳公交调度优化

传统的应急接驳公交调度方案均是基于固定的乘客需求构建模型,无法准确地预测和满足乘客的实时需求,从而导致应急车站出现过度拥挤和乘客滞留的情况,本文依据滞留乘客出行OD得到乘客到达率函数,并根据乘客到达率函数合理设置应急接驳线路中公交车的停站方案。基于Q-learning模型,综合滞留乘客在应急公交车站的到达率、乘客出行OD,设定Q-learning强化学习的动作、状态以及奖励函数,引入乘客到达率函数这一动态因素,考虑乘客的动态需求,改进优化方法。改进后的算法模型,其奖励函数随在不同时空会进行重塑,由于乘客到达率在不同时间不同车站是不同的,即乘客在不同时空具备不同的出行需求,从而表示为滞留乘客的动态需求。优化后的方法,能对乘客的动态需求进行实时响应,满足滞留乘客在不同时空的出行需求,提高应急接驳公交调度的服务效率,同时降低接驳公交的运行时间以及运营成本。以北京地铁13号线为例,对比传统调度方案与优化后的调度方案,结果表明:在完成相同客运任务的情况下,优化方法可使乘客平均等待时间在上行方向和下行方向分别降低21.05%和15.80%。本文提出的改进方法能针对中断时间内滞留乘客的动态需求实时调度应急接驳公交车,降低了中断区间内滞留乘客的出行延误时间,提高了中断区间内应急接驳公交的服务效率。

相邻城市综合交通系统建模中轨道交通接驳公交线网的快速构建方法

针对既有城市轨道交通线网客流预测模型在郊区简化的做法,为提高建模精度,提出一种在Visum软件中利用GTFS和COM快速构建相邻城市综合交通模型中轨道交通接驳公交线网的方法。该方法基于COM接口对Visum软件进行二次开发,快速构建出交通小区与不同类型轨道交通车站之间GTFS格式的公交线路,并结合组成公交线路的路段运行时间及停站时间,按照一定的发车频率构建出公交线路的时刻表及车次;也考虑了出行小区至轨道交通车站的距离在合理步行范围之内时对乘客出行方式选择的影响。经过实例验证,采用该方法不但可以快速构建出研究区域内各个交通小区至不同类型轨道交通车站的接驳公交线路,增加乘客出行选择的同时提高建模工作的效率,而且可以较为精确地计算接驳公交的出行时间,提高模型的精度。

基于用户均衡的双模式接驳公交一体化布局优化

接驳公交是城市公共交通系统的重要部分,用于解决轨道交通乘客“最后一公里”出行难题。针对固定线路接驳公交中边缘地区乘客步行前往公交站时间较长的问题,提出在固定线路公交服务范围边缘处布置需求响应公交,从而实现双模式接驳公交一体化布局。为科学且人性化地划分不同模式接驳公交的服务范围,基于用户均衡理论,提出以乘客出行时间均衡为目标的双模式接驳公交一体化布局模型;为在多个达到均衡条件的布局方案中进一步挑选出最优布局方案,建立以乘客出行时间最小为目标的优化模型,并设计遗传算法求解。最后,以重庆东站站前片区为研究案例验证模型与算法的可行性与有效性,求解结果证明双模式接驳公交一体化布局可以在不增加投入车辆数的前提下相比单一固定线路运营模式降低乘客出行时间成本32%;但需求响应模式的加入也会导致公交人均能耗上升83%。

异质需求下响应型接驳公交车速引导与路径规划协同研究

为加强“轨道+公交”网络融合,进一步提升公交出行的乘客满意度和运营效率,本文设计了响应型接驳公交车速引导与路径规划协同优化模型。首先,基于乘客接驳出行需求的异质性请求信息,通过规范化处理统一纳入模型;以区间车速表征实际情况下的道路弹性行驶时间,通过车速引导策略协同规划公交运行线路,扩大模型优质解空间。其次,根据响应型接驳公交大规模和高动态的特性,采取滚动时域优化思想,通过周期驱动将服务时间划分时域,在每个时域开始时调用静态规划模型,并设计文化基因算法求解;通过事件驱动将动态请求分类,对即时请求采用最邻近算法插入已规划路径。最后,运用Sioux Falls网络算例对比验证模型和算法的有效性,并应用于以许昌东站为背景的实例进行分析。结果表明:所构建的协同优化模型能依据接驳出行需求异质性,利用车速引导策略优化响应型接驳公交路径规划;协同优化后,满载率提高10.8%,运营成本和人均时间成本分别降低12.85%、10.79%。

共享单车影响下接驳公交线路设计与车辆配置方法

针对轨道交通的“第一/最后一公里”问题,接驳公交和共享单车是通勤用户最常选择的两种公共交通方式。为理解共享单车对接驳公交出行需求和线路设计等规划运营方面的影响,提出供需交互状态下的接驳公交线路设计与车辆配置模型。需求端考虑出行时间和出行费用,基于用户在共享单车和接驳公交之间的模式选择行为,动态计算接驳公交实际出行需求;供应端考虑车辆容量、数量和流平衡约束,以最小化公交运营成本和用户出行成本之和为目标,建立混合整数非线性规划模型,优化接驳公交线路设计及车辆配置。模型采用拉格朗日松弛算法进行求解。该方法应用于北京市回龙观地铁站周边出行小区接驳公交线路设计,公交及单车出行需求采用真实的IC卡数据,以及摩拜单车骑行数据,站点间行驶时长采用高德驾车路径规划API(Application Programming Interface)数据。实验结果表明,车辆总数为10,线路数量为2时,考虑共享单车影响的接驳公交规划模型相较于只考虑单一模式可以有效避免规划需求误差。此时,各站点到地铁站的平均运行时间是15.58 min,乘客平均等待时间是3.35 min;在线路数量为4时,各站点到地铁站的平均运行时间为8.53 min,几乎减少了50%,乘客平均等待时间为3.44 min。然而,随着线路数量的增加,模型计算时间会呈指数级增长。因此,从模型计算时效性角度,线路数量设置为2或3时,均可满足0.5 h更新一次线路的应用需求。

考虑候选站点和全服务过程的需求响应接驳公交调度

考虑乘客对接驳服务从出发至到达全过程的要求,以及人的可移动性与城市道路特性,基于乘客对出发时间的下界要求(最早出发时间)和到达接驳终点须不晚于后段服务时刻表的到达时间上界要求(最晚到达时间),且在选择出行端点时有多个步行可达站点,提出考虑候选站点和全服务时间窗的需求响应接驳公交调度问题。首先,建立需求和站点集合间的映射,构建考虑节点关系和空间距离的阻抗矩阵,以车辆启用成本和里程成本最小化为目标,将问题转化为带有全服务过程时间窗和容量约束的车队规模配置和车辆路径联合优化问题,建立商业求解器可解的混合整数线性规划模型。其次,引入车辆编号对称性消除约束和同站需求序列唯一性约束,加速模型求解。为求解较大规模问题,设计多种基于问题特性的邻域结构和自适应邻域模拟退火算法。最后,以广州大学城公交子网络为例,设计不同影响因素下的数值实验,实验表明:相较于需求仅指定唯一上车站点的情况,引入候选站点减少所需车辆及行驶距离,使固定成本和可变成本分别降低25%和22.19%,总成本下降23.32%。全服务时间窗约束相较于单点一端时间窗和行程时间约束较为严格,候选站点的引入可弥补其较紧的时间要求对路径成本和乘客行程时间的增长效应。结果表明,全服务时间窗可保证乘客的服务质量,候选站点的引入可有效减少运营成本。

考虑地铁运营中断下多站协同的接驳公交优化研究

当地铁区间突发中断,需要分段运营时,将滞留乘客全部疏运至最近的折返站容易引起折返站拥堵。为加快乘客疏运效率,考虑滞留乘客在地铁系统内的乘车去向,利用接驳公交将其分散疏运至折返站或合理的换乘站上,本文提出了折返站与换乘站协同承担客流疏散任务的应急公交接驳方案。考虑接驳公交线路派出、线路连接关系、接驳线路时间接续、客流疏散关系和疏散目的站客流控制等约束,建立以最小化乘客等待时间和最大化公交满载率为目标的混合整数规划模型。设计嵌套改进遗传算法的分层序列算法进行求解,并以北京地铁4号线为实例验证模型和算法。结果表明,本文提出的接驳方案同传统方案相比虽然使得公交满载率下降了2.5%,但是乘客平均等待时间缩短了30.2%,极大提高了疏散效率。

复杂路网下灵活接驳公交路径优化研究

为解决现实路网中存在单行路,以及双向隔离的情况下灵活公交车辆路径优化问题,本文创新提出一种新型的公交车运营服务模式,允许公交车临时偏移基准线路服务乘客需求站点,途径特殊路段可同时服务道路两侧的乘客需求.同时提出一种以最小化公交车运营时间为目标的路径优化模型,在当多辆公交车运营在目标服务区域内时,模型可以用于寻找最短路径以便最近的车辆来服务乘客需求.其次,就模型的求解给出了一种三阶段求解算法,将待求解问题转化为旅行商问题,有效提升了求解速度.最后,利用案例分析验证了模型和算法的有效性,能在合理的时间范围内求解出运营车辆路径.

响应型接驳公交运行路径与车辆调度的协调优化

响应型接驳公交运行线路与车辆调度是相互影响的,二者需协调优化。基于效用理论,研究二者的协调方法。根据乘客时间窗要求,确定车辆到达需求点的时间要求,分析乘客和车辆早到或晚点产生的正、负效用,并分别构建乘客和运营商的效用函数。以乘客和运营商的总效用最大为目标,以车辆容量、乘客时间窗及车辆到达时间等为约束,构建运行路径与车辆调度的一体化优化模型。结合蒙特卡洛模拟,设计了该模型的多种群遗传求解算法。案例分析表明:对比固定的发车时刻,协调优化能有效增加总效用;在固定需求的情况下,采用该方法,能优化确定最佳车辆配置数。

响应型接驳公交系统基于关键点的动态路径优化

针对目前接驳公交系统动态路径优化研究缺失的问题,提出了一种在动态需求、动态行程时间下响应型接驳公交基于关键点的动态路径优化方法;以乘客需求点和路网节点为关键点,提出了基于关键点的动态路径更新规则和更新过程;以系统总运营成本最小为目标构建了同时接送模式、单车型多车辆的响应型接驳公交在关键点处的路径优化模型,并设计了求解该模型的遗传算法。研究结果表明:本研究的方法能有效地获取在动态需求、动态行程时间下响应型接驳公交的动态最优路径;在相同路网条件、相同乘客需求下,同时包含乘客需求点、路网节点的关键点构成方式更适应动态路网、更有利于节省出行成本,同时接送模式能有效地减少发车次数、减少总运行时间、提升座位平均利用率;关键点构成方式和运营模式对动态最优路径、运营效率均有显著的影响。

基于粒子群算法的城市接驳公交网络优化调度方法

为提高公共交通分担能力和解决轨道交通与交通出行起讫点之间的公共交通接驳优化调度问题,提出了轨道与公交的接驳公交网络优化模型.模型主要考虑不同接驳站点在不同时间对轨道交通和交通出行起讫点之间的接驳需求建立多目标模型.分析选用粒子群算法对所建立的多目标优化模型进行分析求解,比较了在轨道接驳需求下多种车队规模的调度线路、时刻安排状况,得到轨道线路邻近区域内接驳网络的优化调度,当车队规模在定值时即可满足接驳轨道交通的换乘需求,优化调度使得平均满载率显著下降,另外,验证了接驳公交网络基于粒子群算法的优化调度可有效降低营运消耗.

多车场响应型接驳公交运行线路与调度的协调研究

为提高响应型接驳公交运行效率,提出响应型接驳公交系统多车场协同运行、多车型协调调度、线路与调度协调设计的思想。引入虚拟车场将多车场设计问题转换为单一车场设计问题;建立混合需求问题的两阶段法来分阶段处理预约需求和实时需求;构建预约需求下车辆路径与调度的协调优化模型及其求解算法。计算结果表明:在给定相同的预约需求和混合需求下,与独立运行相比,协同运行的总费用分别降低了8.6%和13.0%,车辆总运行时间分别减少了5.7%和12.5%;多车场的协同运行有效地提高了运营效率。小型车比例增加50%,大型车比例同时减少50%时,系统总费用的变化率在独立运行和协同运行下分别达到11.2%和5.9%,车型比例对系统总费用具有显著影响。

多分区响应型接驳公交路径与发车时间的协调优化

为进一步提升响应型接驳公交的整体性能,提出了一种同时考虑分区间与分区内预约需求的车辆路径与发车时间协调优化方法,并构建多目标协调优化模型来分配边界上的预约需求、安排车辆路径和发车时间。优化模型中,优化目标是尽量使存在冲突的运营商利润和乘客满意度同时达到最大;考虑的约束包括接驳车辆容量限制、最大行程时间限制等。采用带精英策略的快速非支配排序遗传算法求解多目标协调优化模型,算例表明:与发车时间固定下的路径优化相比,发车时间与路径的协调优化能显著提升系统性能。若追求运营商0利润最大,与固定分配相比,边界上的需求协调分配时,系统利润增加7.4%,但满意度有所降低;若追求满意度最大,与25座的相比,采用容量15座的接驳车时,系统利润增加了0.8%,满意度也增加了0.06,协调分配和车辆容量的影响显著。

与共享单车相互竞争的响应型接驳公交的票价研究

研究了与共享单车相互竞争情况下响应型接驳公交的票价问题。首先构建了包含基础票价、乘客出行延误惩罚的收益模型,模型中响应型接驳公交、共享单车的基础票价分别是需求点到地铁站距离、租用时间的函数;然后分析了响应型接驳公交、共享单车相互竞争条件下的定价博弈过程,并构建了嵌套双层规划定价模型;最后基于灵敏度分析和遗传算法设计了求解算法。算例结果表明:本研究方法能有效地确定响应型接驳公交、共享单车的单位票价和客流分担率。单车运行时:响应型接驳公交单位票价为0.8元/km,分担率为72.7%,共享单车单位票价为1.2元/0.5 h,分担率为27.3%;双车运行时:响应型接驳公交单位票价为0.5元/km,分担率为89.1%,共享单车单位票价为1.5元/0.5 h,分担率为10.9%。与单车运行的响应型接驳公交相比,双车运行的响应型接驳公交的基础票价降低了37.5%,分担的客流量增加了22.5%,显著地增加了社会效益,但运营商的总收益显著减少,需政府增大财政投入;双车运行时共享单车的社会效益、运营商的总收益均显著减少,随着响应型接驳公交系统运行方式的改进,共享单车的竞争力有相对下降的趋势。

管理者与乘客相互影响下的响应型接驳公交协调优化

根据响应型接驳公交(responsive feeder transit,RFT)系统管理者与乘客的相互影响关系,研究二者的协调优化方法,构建了同时优化车辆路径和乘客下车站点的非线性混合整数双层规划模型。上层是在乘客目的地已知的情况下RFT车辆路径与停靠站的优化模型,下层是在车辆路径与停靠站已知的情况下乘客下车站点的优化选择模型。然后,基于逆推归纳法设计了双层规划模型的求解算法。算例的计算结果表明:与仅优化车辆路径的方法相比,协调优化方法使系统总成本降低了7.23%,证明该方法是可行且有效的。

商务区接驳公交线路规划设计研究——以上海小陆家嘴CBD接驳公交为例

针对商务区轨道交通站点"最后一公里"出行难题,探讨了接驳公交线路的规划设计方法,为类似接驳公交线路提供参考。分析了商务区的公交出行需求特征,并在此基础上提出接驳公交线路的必要性和其功能定位。从交通调查、需求分析、线路设计、站点设置、运营组织等方面,分析商务区接驳公交的规划设计要点,并选取上海小陆家嘴CBD"金融城1路"接驳公交进行实证分析,对实施效果进行了评价。

地铁应急接驳公交派车场站选择与行车计划协同优化

地铁网络发生区间故障后,广泛采用应急接驳公交维持公共交通的服务保障能力。为提高地铁应急接驳公交运行效率,减少应急公交数量和乘客时间损失,以公交备选派车场站是否被选择、派车场站的公交停放能力以及应急接驳公交快慢车方案为决策变量,建立地铁应急接驳公交派车场站选择与行车计划协同优化模型,通过线性化处理以及ε-约束法,将模型转化为单目标线性规划模型。以某地铁线网为例,通过Gurobi求解模型的帕累托最优前沿,结果表明:相比无快车模式,所提方法在不增加公交数量的情况下,可增加总发车次数,使得乘客时间损失降低4.17%;应急公交数量和乘客时间损失具有负相关性,决策者可根据实际需求权衡两个目标;公交派车场站应尽可能地均匀分散选择;增加公交派车场站数量可降低乘客时间损失,但增加派车场站数量产生的边际效益逐渐降低,实际派车场站数量可根据实际情况酌情确定。

含特殊需求的灵活接驳公交服务区域与路径选择

针对国内特有的"小区型"住宅开发特点以及不规则路网等情况,在给定乘客需求以及车队规模的条件下,基于网络模型建立了一个同时求解最优服务区域和车辆服务路径的双层混合整数线性规划模型.该模型的上层目标是最大化服务的乘客数量,同时下层目标是最小化运营者的运营成本.同时就模型的求解给出了一种启发式算法以期在合理的时间内求解出可接受的方案.最后通过案例分析验证了模型和算法的有效性.研究结果表明:启发式算法得到的近似最优解与最优解的差值最大在15%左右,同时单位乘客运营成本的差值在10%以内.