一种基于可变滚动时间窗的模块化公交运行编制方法

本发明属于城市公共交通，具体涉及基于动态时间窗的模块化公交运行编制方法。

背景技术：

1、在当前我国城市交通发展的大背景下，“公交优先”政策旨在通过优先发展公共交通系统来解决日益增长的居民出行需求与有限的交通资源之间的矛盾，减缓机动车保有量的不断激增所带来的交通压力。模块化自动驾驶车（modular autonomous vehicle，mav）的出现为传统的公交系统带来了颠覆性的变革和巨大的发展空间。基于公交车辆灵活性、可定制性的设计理念，这类车辆能够通过解离/耦合的技术应用灵活调整公交运力，在大流量路段发挥集约化的运输优势，在低密度路段提供的个性化的运输服务，从而实现运力供给与乘客需求的精确匹配，优化资源配置。

2、然而，在目前模块化公交运行系统的相关研究中，模块车辆的运行编制方案（车厢编组、发车间隔）缺乏动态性和实时性，导致运力供应在时间和空间上未能充分适应于乘客需求，造成车辆在某些时段或路段仍存在空驶或拥挤的情况。为实现运力资源的有效配置，充分发挥小型模块化公交的功能优势，亟待解决的主要问题如下：

3、1)现有模块化公交系统未能实现发车间隔的动态调整。车辆驶离始发站的时距多为固定值或只进行高峰与平峰的简单划分，这使得发车时刻无法根据客流到达规律进行动态调整，系统在部分时段出现乘客滞站或运力冗余的情况。同时，发车间隔的确定要求客流数据采集与车辆运行状态两部分数据交互运算，固定或静态的时距调整方法难以满足这一要求，系统亟需一种灵活可变的滚动时域控制方法，依据系统运行情况生成不等时距的发车间隔以适应客流需求的时间波动性。

4、2)目前模块化公交运行编制的相关研究中，车厢编组编组数目的优化配置多数着眼于单线路，未考虑线网间乘客无缝换乘的操作过程，忽略了模块化车辆能够实现无障碍拆分/组合的功能优势，针对路网级模块车辆周期运行及其产生的换乘接续优化问题研究不足。故系统需掌握线路上客流分布的空间规律，将线路间的乘客换乘操作纳入优化模型的构建过程，才能设计出合理的车厢编组方案，在不同的公交站点发出不同的车厢数目以适应区段性变化的乘客需求。

5、因此，面对公交系统运力资源供应与客流时空需求不匹配的问题，一方面要利用滚动时间窗设计灵活可变的发车间隔，以适应乘客需求的时间波动特性；另一方面，考虑无缝换乘操作设计线网上的车厢编组方案，以动态适应乘客需求的空间分布特性，即探索一种能够动态适应客流时空变化的模块化公交运行编制方法至关重要。

技术实现思路

1、本发明的目的是为了解决现有模块化公交系统无法处理公交系统运力资源供应与客流时空需求的不匹配，导致乘客出行时间长、模块公交运行效率低、公交公司运营成本高的问题，而提出一种基于可变滚动时间窗的模块化公交运行编制方法。

2、一种基于可变滚动时间窗的模块化公交运行编制方法具体过程为：

3、步骤一、运行开始，取当前时刻作为运行周期窗口的开始时刻并建立时间点集合；

4、采集时刻和运行周期窗口内的客流到达信息，基于时刻和运行周期窗口内的客流到达信息获得乘客需求矩阵；

5、基于公交线路、站点数据、换乘站点数据、乘客需求矩阵、各站下车人数比例以及线路间换乘人数比例，构成数据库；

6、步骤二、基于步骤一的数据库，计算车辆运行状态情况：

7、步骤三、基于数据库和车辆运行状态情况，建立模块化公交运行编制优化模型即构建总成本最小的目标函数，求解满足约束条件下的总成本最小的目标函数得到内最优的运行编制方案；

8、步骤四、设定总调度周期长度，则；为公交系统运营编制的规划时长；

9、开始时刻，步骤一获取客流到达信息数据，步骤二获取车辆运行状态数据，步骤三获取；

10、取发车间隔集合的第一个值作为滚动窗口的时间长度，取作为车厢编组；

11、当时，公交车执行车厢编组；

12、当时，重新执行步骤一至步骤三获取新一轮的运行编制方案，取新一轮的运行编制方案中发车间隔集合的第一个值作为滚动窗口的时间长度；取新一轮的运行编制方案中作为车厢编组；

13、当，公交车执行车厢编组；

14、当时，重新执行步骤一至步骤三获取新一轮的运行编制方案，取新一轮的运行编制方案中发车间隔集合的第一个值作为滚动窗口的时间长度；取新一轮的运行编制方案中作为车厢编组；

15、直到，即时间窗滚动到计划时间终点时，滚动时域终止响应，运行结束；获得计划时间内始发站发车间隔表和各车次站点的车厢编组方案。

16、本发明的有益效果为：

17、针对现有技术中的不足，本发明提供一种基于可变滚动时间窗的模块化公交运行编制方法。将公交的运行周期分解为若干连续的可变时间窗口，在每个时间窗开始时刻完成两阶段交互优化控制，包括第一阶段多源信息实时采集及第二阶段运行方案决策，获得运行编制方案（车厢编组、发车间隔）。同时，将编制方案的发车间隔信息传递给滚动时域，以方案所得的第一个发车间隔长度作为可变窗口长度，执行车厢编组方案。因为不同时段下的客流需求分布不同，为适应客流波动性，每个周期所求解出的发车间隔亦不相同，故滚动时间窗口是动态可变的。循环执行上述过程，直至总计划周期运行完毕，系统将获得始发站发车间隔时间表及各车次在每个站点所发出的车厢数目。

技术特征：

1.一种基于可变滚动时间窗的模块化公交运行编制方法，其特征在于：所述方法具体过程为：

2.根据权利要求1所述的一种基于可变滚动时间窗的模块化公交运行编制方法，其特征在于：所述步骤一中运行开始，取当前时刻作为运行周期窗口的开始时刻并建立时间点集合；

3.根据权利要求2所述的一种基于可变滚动时间窗的模块化公交运行编制方法，其特征在于：所述步骤一二中建立时间点集合，基于时间点集合获取乘客到达需求矩阵；具体过程为：

4.根据权利要求3所述的一种基于可变滚动时间窗的模块化公交运行编制方法，其特征在于：所述步骤二中基于步骤一的数据库，计算车辆运行状态情况；具体过程为：

5.根据权利要求4所述的一种基于可变滚动时间窗的模块化公交运行编制方法，其特征在于：所述步骤二三中计算车辆实时载客人数；具体过程为：

6.根据权利要求5所述的一种基于可变滚动时间窗的模块化公交运行编制方法，其特征在于：所述步骤二四中计算时间点发出的公交车到达站点时的等待乘客人数；具体过程为：

7.根据权利要求6所述的一种基于可变滚动时间窗的模块化公交运行编制方法，其特征在于：所述步骤二五中计算不同换乘车次间的换乘乘客数和；具体过程为：

8.根据权利要求7所述的一种基于可变滚动时间窗的模块化公交运行编制方法，其特征在于：所述步骤三中基于数据库和车辆运行状态情况，建立模块化公交运行编制优化模型即构建总成本最小的目标函数，求解满足约束条件下的总成本最小的目标函数得到内最优的运行编制方案；具体过程为：

9.根据权利要求8所述的一种基于可变滚动时间窗的模块化公交运行编制方法，其特征在于：所述步骤三一五中基于乘客等待时间成本、交通时间成本、换乘时间成本、车辆运营成本，构建综合成本最小化的目标函数为；具体过程为：

10.根据权利要求9所述的一种基于可变滚动时间窗的模块化公交运行编制方法，其特征在于：所述步骤三二中设置约束条件；具体过程为：

技术总结一种基于可变滚动时间窗的模块化公交运行编制方法，本发明属于城市公共交通技术领域，具体涉及基于动态时间窗的模块化公交运行编制方法。本发明的目的是为了解决现有模块化公交系统无法处理公交系统运力资源供应与客流时空需求的不匹配，导致乘客出行时间长、模块公交运行效率低、公交公司运营成本高的问题。本发明将公交的运行周期分解为若干连续的可变时间窗口，在每个时间窗开始时刻完成两阶段交互优化控制。同时，将编制方案的发车间隔信息传递给滚动时域，以方案所得的第一个发车间隔长度作为可变窗口长度，执行车厢编组方案。直至总计划周期运行完毕，获得始发站发车间隔时间表及各车次在每个站点所发出的车厢数目。技术研发人员：曲昭伟,王铭阳,宋现敏,张云翔,黄镜臣,刘雨竹,赵佳乐,刘晓鹏,刘金鹏受保护的技术使用者：吉林大学技术研发日：技术公布日：2025/1/6