一种基于需求响应的无人驾驶公交车分配调度方法及系统与流程

本发明涉及智能交通与自动驾驶，具体涉及一种基于需求响应的无人驾驶公交车分配调度方法及系统。

背景技术：

1、公共交通系统包括多种模式，如轨道交通、道路交通、水运以及航空运输。这些不同的交通方式共同构成了一个多层次、覆盖广泛的公共交通网络，以满足不同地区和人群的出行需求。公共交通不仅是连接城市各个区域的重要纽带，也是缓解交通拥堵、减少环境污染的有效手段。为了提高公共交通的效率和吸引力，许多城市采取了诸如设置公交专用道、实施区域铁路通勤化和推广新能源公交车措施，同时一些城市还通过智能化技术进一步提升了公共交通的服务水平和乘客体。

2、目前，现有公交系统大多依赖于固定的路线和时刻表来调度车辆，导致难以在高峰期和突发大客流情况下灵活响应乘车需求的波动，且这种僵化的运营模式通常容易导致在客流密集区域出现车辆拥堵并在其他区域车辆空驶，这就造成了资源利用效率低下和乘客等待时间延长的情况，同时在面对不均衡客流分布和频繁变化的乘车需求时普遍缺乏足够的灵活性和响应速度；因此，需要设计一种基于需求响应的无人驾驶公交车分配调度方法及系统。

技术实现思路

1、本发明的目的是克服现有技术的不足，为更好的有效解决现有公交系统由于大多依赖于固定的路线和时刻表来调度车辆，从而导致难以在高峰期和突发大客流情况下灵活响应乘车需求的波动，且这种僵化的运营模式通常容易导致在客流密集区域出现车辆拥堵并在其他区域车辆空驶，这就造成了资源利用效率低下和乘客等待时间延长的情况，同时在面对不均衡客流分布和频繁变化的乘车需求时普遍缺乏足够灵活性和响应速度的问题，提供了一种基于需求响应的无人驾驶公交车分配调度方法及系统，其实现了具有采用实时感知技术与需求预测模型动态调整公交车编队和调度的功能，不仅减少了乘客等待时间，还优化了车辆载客率，同时也降低了编队重组成本及增强了公交运营的灵活性与适应性，提高了公共交通服务质量，促进了可持续交通发展。

2、为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：

3、一种基于需求响应的无人驾驶公交车分配调度方法，包括以下步骤，

4、步骤a，利用公交站台感知模组实时感知各个公交站台的乘车需求并获得乘车需求数据，再将乘车需求数据输出至后端调度模组；

5、步骤b，利用后端调度模组根据乘车需求使用无人驾驶公交车灵活编队法计算得到最优调度方案并输出调度指令至无人驾驶公交车的车端操作模组；

6、步骤c，由无人驾驶公交车的车端操作模组根据调度指令对无人驾驶公交车进行拆解拼接并形成新公交车编队，再通过新公交车编队完成各个公交站台的乘客接送作业。

7、前述的一种基于需求响应的无人驾驶公交车分配调度方法，步骤a，利用公交站台感知模组实时感知各个公交站台的乘车需求并获得乘车需求数据，再将乘车需求数据输出至后端调度模组，其中所述公交站台感知模组采用视频摄像机实时监测公交站台候车乘客的乘车需求，所述乘车需求包括等待乘客人数和乘客等待时间，具体实时感知步骤如下，

8、步骤a1，图像获取和乘客检测，其中所述图像获取具体是采用视频摄像机实时采集公交站台的候车区域图像，所述乘客检测具体是采用图像处理法检测图像中的候车乘客；

9、步骤a2，乘客计数和等待时间计算，其中所述乘客计数具体是对检测到的候车乘客进行计数并得到当前等待乘客人数，所述等待时间计算具体是根据候车乘客在图像中的持续出现时间计算每个乘客的等待时间；

10、步骤a3，将乘车需求数据输出至后端调度模组，具体是将计算得到的候车乘客人数、等待时间信息和站台编码传输至后端调度模组，所述候车乘客人数为当前站台等待的乘客总数，所述等待时间信息为根据持续出现时间计算的平均值，所述站台编码为各个站台的唯一标识编码。

11、前述的一种基于需求响应的无人驾驶公交车分配调度方法，步骤b，利用后端调度模组根据乘车需求使用无人驾驶公交车灵活编队法计算得到最优调度方案并输出调度指令至无人驾驶公交车的车端操作模组，其中无人驾驶公交车灵活编队法具体步骤如下，

12、步骤b1，数据接收与整合，具体是将从公交站台感知模组接收到的乘车需求数据按每五分钟的时间间隔进行整合并形成需求矩阵，时段的需求矩阵如公式（1）所示，

13、（1）

14、其中，为第i个站台编码，为候车乘客总人数，为平均等待时间，n为站台数量；

15、步骤b2，数据分析与需求预测，具体是对当前各站台的候车乘客人数和等待时间进行阈值检测hotspot从而计算出乘客高峰需求区域，进而识别出需求热点区域和时段，如公式（2）所示，

16、（2）

17、其中，和分别为乘客人数阈值和等待时间阈值；

18、步骤b3，编队优化，具体是根据实时乘车需求数据和预测数据计算最优的公交车编队及调度方案从而满足高峰乘客需求和优化车辆运营效率，具体步骤如下，

19、步骤b31，确定决策变量为模组调配指示、车辆调度指示和乘客分配变量，所述模组调配指示用于将第k个模组化公交车体从第j个班次中拆解出进行重新调配，所述车辆调度指示用于选择第j班次的车辆进行调度优化，所述乘客分配变量用于将第i个站台的需求分配给第j班次；

20、步骤b32，建立调度优化模型，具体是设定目标函数为最小乘客等待时间、优化车辆载客率和降低编队重组成本，目标函数如公式（3）所示，

21、（3）

22、其中，为站台i 的乘客等待时间总和，m为公交线路上的总班次，n为站台总数量，为班次j的重组模组k的编队重组成本，为单个车辆的最大载客量，为班次j的车辆数，和为加权系数；

23、步骤b4，生成调度指令，利用后端调度模组根据根据编队优化策略和调度方案生成调度指令，所述调度指令包含站台目标、编队结构、路线、到达时间和拆解拼接操作指示；

24、步骤b5，调度指令发送与确认，后端调度模组采用无线网络和可靠数据传输协议将调度指令发送至无人驾驶公交车的车端操作模组并接收确认回执，若后端调度模组在确认回执中发现问题，则重新发送或调整指令；

25、步骤b6，实时监控与反馈，利用公交站台感知模组持续监控各站台需求变化、公交车运行状态和乘客上车人数并实时反馈数据至后端调度模组，再由后端调度模组根据监控数据动态调整编队、路线和调度方案。

26、前述的一种基于需求响应的无人驾驶公交车分配调度方法，步骤b32中目标函数的约束条件包括需求分配约束、车辆容量约束、编队结构约束、总车辆数约束、编队操作约束、路线安排约束、车辆调度优化约束和需求分配总和约束，具体目标函数约束条件构建步骤如下，

27、步骤b321，构建分配约束，具体如公式（4）所示，

28、（4）

29、其中，为第i个公交站点，为任意第i个公交站点；

30、步骤b322，构建车辆容量约束，具体每个班次中的乘客数量不得超过班次j 中车辆的总容量，如公式（5）所示，

31、（5）

32、其中，为任意第j趟公交班次；

33、步骤b323，构建编队结构约束，具体每个班次j的车辆数由其选择的公交车体构成，如公式（6）所示，

34、（6）

35、其中，为班次j中原本有的模组化公交车体k；

36、步骤b324，构建总车辆数约束，具体线路上的所有班次车辆总数要等于当前线路上的总车辆数，如公式（7）所示，

37、（7）

38、其中，为当前线路上所有模组化公交车体的总数；

39、步骤b325，构建编队操作约束，具体编队的拆解和拼接操作时间要在允许的操作时间内完成，如公式（8）所示，

40、（8）

41、其中，为班次j的模组k的编队操作时间，为允许的最大操作时间，为任意模组k；

42、步骤b326，构建路线安排约束，具体每个班次j的路线安排时间要在设定的时间窗口内完成，如公式（9）所示，

43、（9）

44、其中，为班次j的路线时间，为给定的时间窗口；

45、步骤b327，构建车辆调度优化约束，具体是决定哪些班次j需要调度优化，如公式（10）所示，

46、（10）；

47、步骤b328，构建需求分配总和约束，具体是确保每个班次的需求总和不超过其承载能力，如公式（11）所示，

48、（11）。

49、前述的一种基于需求响应的无人驾驶公交车分配调度方法，步骤c，由无人驾驶公交车的车端操作模组根据调度指令对无人驾驶公交车进行拆解拼接并形成新公交车编队，再通过新公交车编队完成各个公交站台的乘客接送作业，其中所述无人驾驶公交车的车端操作模组包括驾驶控制模组和模组控制模组，所述无人驾驶公交车的车端操作模组对调度指令进行执行的过程具体是调整公交车队的配置和路线。

50、一种基于需求响应的无人驾驶公交车分配调度系统，包括检测输入模块、调度输出模块和调度执行模块，所述检测输入模块用于利用公交站台感知模组实时感知各个公交站台的乘车需求并获得乘车需求数据，再将乘车需求数据输出至后端调度模组；所述调度输出模块用于利用后端调度模组根据乘车需求使用无人驾驶公交车灵活编队法计算得到最优调度方案并输出调度指令至无人驾驶公交车的车端操作模组；所述调度执行模块用于由无人驾驶公交车的车端操作模组根据调度指令对无人驾驶公交车进行拆解拼接并形成新公交车编队，再通过新公交车编队完成各个公交站台的乘客接送作业。

51、本发明的有益效果是：本发明的一种基于需求响应的无人驾驶公交车分配调度方法及系统，首先利用公交站台感知模组实时感知各个公交站台的乘车需求并获得乘车需求数据，再将乘车需求数据输出至后端调度模组，接着利用后端调度模组根据乘车需求使用无人驾驶公交车灵活编队法计算得到最优调度方案并输出调度指令至无人驾驶公交车的车端操作模组，随后由无人驾驶公交车的车端操作模组根据调度指令对无人驾驶公交车进行拆解拼接并形成新公交车编队，再通过新公交车编队完成各个公交站台的乘客接送作业；有效的实现了该无人驾驶公交车分配调度方法及系统具有采用实时感知技术与需求预测模型动态调整公交车编队和调度的功能，不仅减少了乘客等待时间，还优化了车辆载客率，同时也降低了编队重组成本及增强了公交运营的灵活性与适应性，提高了公共交通服务质量，促进了可持续交通发展。