申请/专利权人：大连理工大学

申请日：2022-12-21

公开（公告）日：2023-08-18

公开（公告）号：CN115952985B

主分类号：G06Q10/0631

分类号：G06Q10/0631;H04L67/12;G08G1/00;G06Q50/30

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2023.08.18#授权;2023.04.28#实质审查的生效;2023.04.11#公开

摘要：本发明提出一种模块车和公交车在多线路多班次交通系统中的混合调度方法。首先将多线路多班次调度问题抽象为包含节点和弧段的有向网络图，定义了弧段的可行条件以及模块车和公交车的弧段成本，降低了建模的复杂性。然后基于已定义的参数和变量，在网络图中建立了两种车型的混合调度模型，在满足车辆首末场站闭合出行，节点车流守恒、班次最大截面客流需求等条件的前提下最小化系统整体运营成本。本发明可解决现有公交系统中存在的调度模式单一等问题，显著提高公共交通运营的经济效益。通过联合利用模块车动态容量和公交车集约的大容量，可以根据线路运营中客流需求的变化灵活切换调度策略，提高派遣车辆与出行需求匹配度，具有较强的实用性。

主权项：1.模块车和公交车在多线路多班次交通系统中的混合调度方法，其特征在于，步骤如下：步骤1、定义参数定义参数符号，并通过调查得到多公交线路所发班次的起始时间和结束时间、最大截面客流、运营长度、首末站位置；模块车和公交车的载客容量、能耗值，派遣成本、空驶成本、等待成本、充电成本；场站的位置参数值；V：网络图中节点的集合；A：网络图中弧段的集合；T：由i或j索引的出行班次集合；U：由i或j索引的虚拟车场集合；K：由k或索引的不同数量的模块车组集合K＝{1，2，...km}，其中km是模块车组所允许的最大数量；o：场站的出口，即车辆开始一天运营的起点；d：场站的进口，即车辆开始一天运营的终点；si：节点i的开始时间；ti：节点i的服务时间；ni：节点i的最大截面客流，单位：人；li：节点i的线路长度，单位：km；λ：相邻虚拟车场的时间间隔，单位：min； 虚拟车场允许车辆停靠的时长，单位：min；μ：为避免车辆在场站外长时间等待引入的常数阈值，单位：min；tij：从节点i到节点j的空驶行程时间，单位：min；lij：弧段i，j的空驶距离，单位：km；wij：车辆从节点i结束到节点j开始之间的等待时间，wij＝max{[sj-si-ti-tij]，0}，单位：min；η：单位能耗的电力成本，单位：元kWh；M：一个足够大的正数； 数量k的模块车组经过弧段i，j的弧段成本，单位：元；vmk：数量k的模块车组的派遣成本，单位：元；tmk：数量k的模块车组的行驶成本，单位：元h；wm：单模块车的单位时间等待成本，单位：元h；pmk：数量k的模块车组单位距离的能耗值，单位：kWhkm； 数量k的模块车组经过弧段i，j的电力能耗值，由lij计算得出，单位：kWh； 数量的模块车组经过班次节点i的电力能耗值，由计算得出，单位：kWh；c：单模块车的容量，单位：人；bij：电动公交车经过弧段i，j的弧段成本，单位：元；vb：电动公交车的派遣成本，单位：元；tb：电动公交车的车辆行驶成本，单位：元h；wb：每辆电动公交车的单位时间等待成本，单位：元h；pb：电动公交车的单位距离能耗值，单位：kWhkm； 电动公交车经过弧段i，j的电力能耗值，由计算得出，单位：kWh； 公交车完成节点i的电力能耗值，由计算得出，单位：kWh；步骤2、问题描述在建立模型前，建立包含公交车和模块车两种车型的混合调度有向网络图G＝V，A；节点集合V＝{o，d}∪T∪U，包含车辆开始一天运营的出站口o，车辆结束一天运营的进站口d，多线路所包含的出行班次集合T，以及虚拟车场集合U；虚拟车场并非真实存在的场站，而是具有不同时间的虚拟场站；设置该类场站的目的是为了追踪车辆在时间顺序上的出行轨迹，否则车辆多次进入离开网络图中的同一场站节点，使得难以在数学模型上表达车辆在节点的进出守恒条件；假设相邻虚拟车场的时间间隔为λ；弧段集合A包含网络图中节点间的弧段；并非每两个点都要连接生成一条边，这会导致调度网络太过复杂；网络中的弧段i，j∈A如下所示，分为三种情况： 第一种情况要求构成弧段i，j的前序节点i和后序节点j均属于节点集合T∪U且不是同一个节点，也就是i，j∈T∪U，i≠j；而且，两个节点之间要满足sj-μ≤si+ti+tij≤sj，也就是车辆在前节点i的开始时间si+节点i的服务时间ti+从节点i到下一节点j的空驶行程时间tij，即si+ti+tij不得超过下一节点j的开始时间sj，也不允许早于sj-μ；因为太晚到达影响班次运营，太早到达则造成车辆在场站外等待时间太长，影响其他车辆的正常营运；第二种情况则表达了从场站出口o出发到节点j∈T∪U的情况，需要满足so+to+toj≤sj这一条件；第三种情况是从节点i∈T∪U到场站进口d的情况，连接条件为si+ti+tid≤sd；这两种情况属于车场出发或返回的情况，均不需要再考虑场站外等待时间太长造成的影响；在建立模型前，还需分别定义模块车和公交车的弧段成本和bij，二者均由车辆派遣成本、行驶成本、能耗成本、等待成本中的一项或几项组成；特别地，不同数量k的模块车组在弧段i,j行驶时成本是不一样的，因此所有模块车的弧段成本包含上角标k； 步骤3、建立混合调度模型并线性化除步骤1中定义的参数，还需要建立四类变量，分别如下： 二进制变量，数量为k的模块车组是否经过弧段i,j； 二进制变量，节点i∈T是否由数量个模块车组执行； 二进制变量，公交车是否经过弧段i,j；Qi：约束2线性化的辅助二进制变量；具体的混合调度模型如下所示： 目标函数1旨在最小化混合系统中的总运营成本，由公交车经过的弧段和班次成本以及模块车经过的弧段和班次成本共同组成；约束2要求混合网络中的班次由公交车或模块车的一类车型去执行；若由公交车执行，则一个班次被一辆公交车覆盖即可；若由模块车执行，则需要确定派遣模块车组数量一方面不能超过车组所允许的最大数量km，否则太长的模块车组造成行驶和操作不便，另一方面要尽可能大于班次最大截面客流要求的模块车数量；约束3-4分别是公交车在节点的车流平衡条件和首末车场闭合的限制条件；类似地，约束5-6也保证了模块车在节点的进出守恒以及从车场o出发回到车场d；约束7表示前节点i最多只能分配一种数量的模块车组到后节点j，因为没必要把能耦合的模块车组分成多种数量的模块车组行驶，且根据实际情况，多模块车耦合行驶的平均成本低于单模块车独立行驶的成本；同样，约束8表示若班次由模块车完成，则也只能是一种数量的模块车组；由于混合服务模型中班次可能被公交车执行，所以是约束9的含义是对于节点i，所有前序节点j分配到该班次节点的模块车的总数量与最终运行该班次的模块车组数量一致；约束22-26给出了变量和的类型，都是二进制变量；特别地，对于约束2属于逻辑或，需要进一步线性化，为此引入辅助二进制变量Qi和一个足够大的正数M进行公式2的等价转换，如约束13-17所示； 步骤4、模型求解所述的混合调度模型属于混合整数线性规划模型，用分支定界法进行精确求解；通过求解模型得到给定班次运营场景下模块车和公交车的最优调度策略以及所派遣的数量；在不同场景下，智能调控调度方案适应场景中班次需求的变化且使总成本最低。

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百度查询： 大连理工大学 模块车和公交车在多线路多班次交通系统中的混合调度方法

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