商丘市公共交通车辆调度系统的数学模型

商丘市公共交通车辆调度系统的数学模型（商丘师范学院数学系 河南 商丘 476000）摘要：本文是研究商丘市公共交通车辆调度的问题，结合城市实际情况与理论上的最优方案的差异及改造的可行性，根据客流变化规律，对发车间隔采取分时段多目标组合优化处理思想，使乘客与公交公司费用最小为最终目标，建立合理模型来改善商丘市公交状况。在非线性规划理论的基础上加入随机分析原理理论，提出随机非线性规划模型，客观上弥补了非线性理论客观性的较差的缺陷。再就是运用相关计算机知识设计智能软件,使得河南省商丘市的公交调度系统进一步完善，更好的为市民的出行服务。关键词：公交调度，建模，发车间隔，多目标，非线性规划，计算机模拟0 引言近年来，我国的国民经济已经进入快速发展时期。随着城市的建设和农村城市化进程的不断加快，交通的发展也越来越快。城市公共交通具有运载量大，相对投资小，人均占有道路少等优点。各地政府及交通管理部门逐渐认识到解决测试交通问题必须优先发展城市公共交通。因此，解决城市交通问题的关键是要合理科学的调度车辆。故优先发展城市公共交通，构建一个合理科学的调度系统，以改进公交管理和服务的质量，吸引更多乘客坐城市公交车辆出行，从而改善商丘市交通现状，这无疑是一个捷径。公交运营调度市公交企业管理的核心，对于提高城市公交系统具有非常重要的作用。无论是发达国家还是发展中国家城市公交问题都是一个突出的问题，而解决这个问题的关键就是如何使公交调度系统合理科学化。建立公交车辆调度系统的基本思路是依靠数学模型为理论基础，结合商丘市实际情况建立适合商丘公交发展的数学模型。目前我国大部分城市的公交企业缺乏客流信息的支持和必要的理论指导，运营调度大多是依据调度管理人员的经验，这不得不使公交调度缺少科学性，服务低下，资源现象严重浪费等问题的出现。不利于城市的发展。现在，国内外许多专家学者正在研究智能公交调度系统，这是一个比较好的想法，使得调度系统更加趋于科学准确性，我们也会考虑借鉴他们先进的一方面再结合我们的项目特点，使我们的项目更加完美。1 问题的提出随着商丘市社会经济的发展和城市人口的增长，城市居民出行量逐年不断增加，城市交通容量日趋饱和，交通问题日益突出。由于城市公共交通具有运量大、相对投资少、人均占有道路少等优点，解决城市交通问题必须优先发展城市公共交通，而城市公交调度问题是城市公共交通的核心内容，合理的公交调度，可以有效地缓解运力和运量的矛盾，最大限度地平衡乘客和公交公司的利益，降低乘客的出行成本，改善市民的出行状况；同时也可以增加公交车辆的运行效率，提高城市公交系统的管理水平，提高公交公司的经济效益和社会效益。商丘市城市交通调度存在着（1）对于 1 路、2 路、3 路等大运量的公交线路，由于客流在空间、时间上存在着不均衡性，会经常出现高峰时段乘客过分拥挤、平峰时段车辆满载率不高的现象，造成了有限资源的大量浪费；（2）城市公交管理部门对车辆组合调度对运力与运量相平衡的思想意识不足，以全程车为基本的调度形式，并根据线路客流的分布情况辅以其它调度形式的一种运输组织方式的实施缺乏系统的科学的管理：（3）公交管理部门对准确、合理的客流数据是进行公交车辆组合调度的前提和基础的把握不准等. 总之，从商丘市公共交通目前车辆调度现状分析，我们得出的结论是：调度方式单一，缺乏科学性, 合理性，调度管理的实时性很差等。2 建立调度数学模型根据我们的调查，我们在商丘 33 条路线选取了几条具有代表性的作为研究对象，比如 1 路 ， 2 路，3 路，9 路， 11 路，19 路，31 路，39 路， 58 路，60 路，68 路，69 路等几条主要路线的做为调度方案的依据。公交调度的影响因素很多，公交车辆在行驶过程中影响因素众多，外部环境复杂，客流量变化大等特点。处理好这些因素的难点在于协调乘客与公交公司两者之间的利益。换句话说我们研究的这套方案既要能让乘客的等车时间缩短又要使公交公司的减少运行支出。主要因素有（1）公交公司的服务水平（2）市民的生活水平（3）公交公司的效益（4）乘客的容忍度。为建立合理的调度模型，首先给出影响调度模型的若干变量。2.1 变量定义-将公交车行驶时间转化为可变运营费用的转换系数；人元 min-车辆；-站点；k-该线路特定时段乘客随机到 达站点的到达率；kf k-第 辆车到达 站点的时间；rk-第 辆车离开 站点的时间；lk-第 辆车从第 站点离开时所载的乘客数；N k-到达 站点时的下车比列 ；mk 0-单位乘客上下车时间g21, 人min-将乘客等车，车内时间转化为乘客出行费用的转化系qp,数 ；人元 in-将公交车行驶里程转化为可变运营费用的转换系数;km元-该线路的站点数；e-线 AI 路上最大，最小停车时间；sminax,-该线路上最大，最小发车间隔；Ti-建立发车间隔模型时所基于的时间长度H ;h-该线路上特定时段上公交车的平均速度V km-该线路从站点到站点的距离和该线路的总距离YT-该线路特定时段的发车间隔。2.2 模型假设乘客的等车费用总和 C等= （1）等 22rfkkkp乘客的车内费用 车 内乘客的车内费用等于乘客车内时间和单位车内费用的乘积，根据分析得乘客的车内时间由乘客从 k-1 站到第 k 站的车内时间 和车辆到达第 k 站时不下t1车的乘客必须在车上等待的车内时间 两部分组成，而 可取车辆第 k 站时乘t22客上下车所耗时间的平均值。 K kkkkk NlrgmNrfgC 112112v车 内 (2)公交公司的变动运营费用的总合 C营 业= （3）营 业 kkr1目标函数： 2121111min 2kkkkkkkkkkmpfrrqgNlNgfrNmr （4）约束条件：.kTrTSlSk,max1mini 3 结束语本文是充分考虑商丘市公交基本现状，以乘客与公交利益为出发点结合数学模型来改善公交公司运营调度水平，提高服务质量，使越来越多得人出行选择公交。在合理的假设下建立科学的模型并详细介绍构建模型构造过程，目标函数，约束条件，使读者能更好的了解此模型。最后此模型课作为实际编制发车表的依据。4 参考文献袁震东 蒋鲁敏 束金龙 数学教学简明教程 华东师范大学出版1张飞舟.公交车辆智能调度及相关技术技术研究D博士学位论文.北2京：北京航空航天大学，2001,2.孙芙灵.公交调度中发车间隔的确定方法的探讨J.西安公路交通大学3学报，1997（17）44-48.石爱菊，周林.公交车优化调度中的几个问题的研究J数学的实践与认4识