公交车调度数学建模

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公交车调度

摘要

本文通过对给定数据进行统计分析，将数据按１８个时段、两个行驶方向进行处理，计算出各个时段各个站点以及两个方向的流通量，从而将远问题转化为对流通量的处理。首先，利用各时段小时断面最高流通量计算出各时段各方向的最小发车次数，进行适当的调整，确定了各时段两个方向的发车次数。假定采用均匀发车的方式。继而求出各时段两个方向发车间隔，经部分调整后，列出A0站和A13站的发车时刻表，并给出了时刻表的合理性证明，从而制定调度方案。根据调度方案采用逐步累加各时段新调用的车辆数算法，求出公交车的发配车辆数为５７辆。其次，建立乘客平均待车时间和公交车辆实际利用率与期望利用率的差值这两个量化指标，并用这两个指标来评价调度方案以如何的程度照料到乘客和公交公司双方利益。前者为4.2分钟，后者为13.88%。最终，我们以上述两个指标为优化目标，以乘客的等车时间数学期望值和公交车辆的满载率的数学期望为约束指标，建立了一个双目标的优化模型。并且给出了具体的求解方法，特别指出的是，给出了计算机模拟的方法求解的进程控制图。通过了对模型的分析，提出了采集数据的采集数据方法的建议。

解释：

第i站乘客流通量：

?k?1mi（第k站的上车的人数与第k站的下车人数的差值）;

总的乘客等车时间：

??i?1n(第i时段第j站等车乘客数)?(第I时段第j站等待时间)；

j?1乘客平均等车时间：总的乘客等车时间与总乘客数的比值；

实际利用率：总实际乘客流通量与公司车辆总最大客运量的比值；期望利用率：总期望乘客流通量与公司车辆总最大客运量的比值

１

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一、问题的提出

一条公交线路上行方向共１４站，下行方向功１３站，给定典型的一个工作日两个运行方向各站上下车的乘客数量统计。该线路用同一型号的大客车，每辆标准载客１００人，据统计客车在该线路上运行的平均速度为２０公里／小时。运营调度要求，乘客候车时间一般不要超过１０分钟，早高峰是一般不要超过５分钟，车辆满载率不应超过１２０％，一般也不要低与１００％，一般也不要地狱５０％。根据这些资料和要求，考虑一条线路上公交车的调度问题。

(1)为该路线设计一个便于操作的全天工作日的公交车调度方案，包括两个起点站的发车时刻表；一共需要多少辆车这个方案以怎样的程度照料到了乘客和公交公司双方的利益；等等。

(2)如何将这个调度问题抽象成一个明确、完整的数学模型，指出求解模型的方法；根据实际问题的要求，假使要设计更好的调度方案，应如何采集运营数据。

二、问题的假设

1、乘客上下车的时间计算在公交车的运行时间内；

2、假设交通秩序良好，公交车路上不会出现意外的交通事故、零件损坏或者公交车不受交通阻塞等；

3、公交车辆之间不超车、也不赶车；

4、假设在各时段内各站点的候车人数听从泊松分布；5、不考虑季节性；

6、对上一时段运行未到终点站的车辆进入下一时段时，期望满载率突变为下一时段的期望满载率。

三、符号说明

表示第i时段内的配车数（车次）；Ｍi：C：车辆的标准容量；

E（x）：随机变量x的数学期望；

第i时段内的上行方向的小时最高断面通过量；Ｈi：第i时段内的下行方向的小时最高断面通过量；hi：上行方向的线路长度；Ｌ：l：下行方向的线路长度；

上行方向第i-1站到第i站的距离；Ｄi：下行方向第i-1站到第i站的距离；di：Qij:上行方向的第i时段第j站的流通量；

２

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qij:下方向的第i时段第j站的流通量；

第i时段上行方向的第j站的单位乘客平均等待时间(单Ｔij：位：小时)；

（单tij:第i时段下行方向的第j站的单位乘客平均等待时间

位：小时）；

第i时段上行方向的第j站的上车人数；Aij：第i时段上行方向的第j站的下车人数；Bij：第i时段下行方向的第j站的上车人数；aij：第i时段下行方向的第j站的下车人数；bij：U：公司车辆营运平均利用率；

W：单位乘客的平均等待时间；Ｓ：总的乘客流通量；

Pi:第i时段车辆的期望满载率；Ｐ：车辆最大的满载率；

T1：高峰时段乘客待车的最大的期望等车时间；

T2：一般时段乘客待车的最大的期望等车时间；E1：公交公司最小的车辆期望满载率。

四、问题的分析和解答

（一）调度方案问题的分析

制定调度方案是一个统筹问题，其核心是编制站点发车时刻表。关键是如何确定各时段的发车次数和发车间隔。前者可用各时段最高断面通过量来确定，我们根据实际状况要求采用均匀间隔和不均匀间隔的发车方式发车，从而确定各时段具体的发车间隔，确定发车时间。然后编制A0站和A13站的发车时刻表，根据发车时刻表计算公交公司的配车数。最终，采用乘客平均待车时间和公司车辆的实际利用率与公司车辆的期望利用率的差这两个指标来评价调度方案对乘客利益和公司利益的满意程度。

（二）调度方案问题的解答

１、数据的初步处理

将数据分成上行方向和下行方向１８个时段进行处理，考虑i时段内

３

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第j站流通量＝入站人数＋上车人数－下车人数即

Qij??(Ak?1jik?Bik)qij＝

?(ak?1jik?bik)

数据结果如下：上行

3711990362620641186923957873779625635149320236913503042091942322674055228013101022108496888169372317122280770392338232192386824142814160394688372679288811701922316420939566726733024662495435624621401108711831059943762782186724738294243642501926995268531481777107096780487599612862156355823631062755760333496258745312528142811141232109695779780719312532838436376255162710392752322318221093986830891101713022196361224171091781774337552293750182705152811931355120230408818712133277289746441027513251006246228711647100291476182792812182042334321109637076892965942943482826202325110812981141100487284220872557825433405252023989213725761444862826690750855110518293058179484463059024659727164254227011869471142101491078672618562280702375361218-141890315602053110866267857763871090515092430139367849848018959925383419178595971797585782463257215531909513267295140-361689313581869975621607545604673842138522561223620454443161652264135221784976740103991486066359316082027557273296130-4366026093312169691871099486884163256215711914521252284116-4968126173217163287468097383783661054015241871483236276104-55701627263617833035126314583868036562511993743380133981745657521251518214707191752585440342172426611590-32-62-93

下行

ik227952328270615569028477067708391110183730202366939640636294161312993086684475241315997870542-1856154814641134-974774737545-617482445309-59249047035753044542033461852751040868157054143887275972159611372116311238881229219551882149021261960846566-620513483346-458367340258-434345318229-1561119551-y{总流量＝４８９３９０（人次）其中下划线所标数据为各时段小时最高断面通过量表中数据出现负数是表示在上一个时段上车，但在这个时段内下车的人数

４

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多于这个时段上车的人。由于此时段或者。。。。。

２、确定发车次数和发车间隔

2．1

确定各时段的最少发车次数

Mi?Hihimi?Pi?CPi?C计算结果如下：（采用原数据结果加1再取整的处理方式处理数据）

上行方向：６下行方向：２

２５４２２３１３１０１２１１９８８１８２４９２３２７１６１０９７８９１１１９３１２１

８６６６６１０７７６

为了达到乘客的一般要求，对某些站点进行调整。调整结果见发车时刻表

２.２根据各时段的发车状况，确定各时段的具体发车时间间隔（单

位：分钟）

计算结果如下：

上行方向：

下行方向：

8810.,2.4,1.42857,2.6087,4.61538,6.,5.,5.45455,6.66667,7.5,7.5,3.33333,2.5,7.5,15.,15.,20.,60.,6.66667,2.6087,2.22222,3.75,6.,6.66667,8.57143,7.5,<6.66667,5.45455,3.15789,1.93548,2.85714,6.,8.57143,8.57143,３、编制发车时刻表，制定调度方案

方案如下表：车辆上行A13发车时段A13发车时刻到达A0时刻车辆下行A0发车时段A0发车时刻<到达A13时刻5：00-6：00车次：66：00-7：00车次：25

5：00：005：10：005：20：005：30：005：40：005：50：006：00：006：02：246：04：486：07：126：09：366：12：006：14：246：16：486：19：125：43：835：53：446：03：446：13：446：23：446：33：446：43：446：46：086：48：326：50：566：53：206：55：446：58：087：00：327：02：56５

5：00-6：00车次：26：00-7：