城市公共交通區(qū)域運(yùn)營調(diào)度系統(tǒng)協(xié)同優(yōu)化問題研究.pdf

1、隨著我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和城市化、機(jī)動(dòng)化進(jìn)程的加快，城市交通擁堵問題越來越成為社會(huì)各界所關(guān)注的焦點(diǎn)。日益增長的城市居民公交出行需求同相對(duì)落后的公交基礎(chǔ)設(shè)施及管理手段之間的矛盾是城市公交系統(tǒng)發(fā)展的主要矛盾。作為當(dāng)今城市公共交通發(fā)展趨勢(shì)之一的公交區(qū)域調(diào)度模式的提出為這一矛盾的緩解提供了很好的思路。 開始于20世紀(jì)50年代末的對(duì)于城市公交運(yùn)營調(diào)度優(yōu)化問題的研究發(fā)展到今天，已經(jīng)在線網(wǎng)布局優(yōu)化、區(qū)域換乘優(yōu)化、跨線運(yùn)營優(yōu)化、業(yè)務(wù)流程優(yōu)化和設(shè)施選址

2、優(yōu)化等五個(gè)主要方面取得了眾多突破。然而，國內(nèi)外在該領(lǐng)域的研究與應(yīng)用，特別是在系統(tǒng)整體優(yōu)化方面，到目前為止仍存在著一定的局限性與不足：首先是缺少對(duì)于區(qū)域公交調(diào)度系統(tǒng)優(yōu)化理論體系的研究；其次是難以保證公交運(yùn)營調(diào)度系統(tǒng)優(yōu)化整體性；第三是區(qū)調(diào)模式、模型及算法不成熟、不完善；第四是尚未形成對(duì)多模式公交換乘系統(tǒng)而深入的理論成果；最后是缺少對(duì)于公共交通發(fā)展態(tài)勢(shì)的系統(tǒng)判斷。 針對(duì)以上既有研究中存在的問題，本文通過揭示協(xié)同優(yōu)化問題的實(shí)質(zhì)，對(duì)區(qū)域公

3、交調(diào)度協(xié)同優(yōu)化問題的定義、內(nèi)涵與外延進(jìn)行了必要的闡述，建立起了區(qū)域公交協(xié)同優(yōu)化體系框架，設(shè)計(jì)出了區(qū)域公交調(diào)度協(xié)同優(yōu)化目標(biāo)實(shí)現(xiàn)的邏輯機(jī)理，提出了在現(xiàn)實(shí)中的可能實(shí)現(xiàn)形式，并針對(duì)體系框架中的幾個(gè)重點(diǎn)研究領(lǐng)域，從區(qū)域、縱向和橫向的角度，對(duì)三個(gè)協(xié)同優(yōu)化關(guān)鍵問題展開了較為深入的研究。 （1）針對(duì)常規(guī)公交區(qū)域調(diào)度不同公交線路協(xié)同發(fā)車問題進(jìn)行了研究。在實(shí)際工作中，編制出能夠最大限度地減少乘客在不同線路交叉換乘點(diǎn)處換乘等待時(shí)間的公交時(shí)刻表是實(shí)現(xiàn)公

4、交調(diào)度區(qū)域化的關(guān)鍵任務(wù)之一，而協(xié)同發(fā)車是實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的有效手段。針對(duì)這一問題，本文將以區(qū)域內(nèi)乘客換乘時(shí)間最少為目標(biāo)的區(qū)域公交時(shí)刻表的編制問題歸結(jié)為一類特殊的帶有協(xié)同系數(shù)且無容量約束的0-1背包問題，并定義了協(xié)同系數(shù)，建立了相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型，給出了基于嵌套式的禁忌搜索算法（Nesting Tabu Search，NTS）的模型解法，最后利用具體算例對(duì)模型及算法進(jìn)行了必要的驗(yàn)證。 （2）按照協(xié)同優(yōu)化思想和多層規(guī)劃原理構(gòu)建了整合了時(shí)刻表

5、生成和車輛、人員調(diào)度功能的區(qū)域公交調(diào)度多三層協(xié)同優(yōu)化管理系統(tǒng)。在模型的整體設(shè)計(jì)中，通過設(shè)置資源、時(shí)間和均衡三個(gè)系統(tǒng)權(quán)衡參量指標(biāo)，對(duì)整個(gè)調(diào)度計(jì)劃的產(chǎn)生加以控制。上層模型的目標(biāo)函數(shù)主要綜合考慮所需司售人員總數(shù)和司售人員待崗時(shí)間最優(yōu)，其約束條件主要是司售人員的最短當(dāng)班出行時(shí)間、最大連續(xù)工作時(shí)間以及各種時(shí)間窗限制。在中層車輛調(diào)度模型中，本文以區(qū)域內(nèi)各條線路所使用的車輛總數(shù)以及車輛總空駛時(shí)間最小為目標(biāo)，考慮了車輛續(xù)駛時(shí)間、車場(chǎng)最大容量和最低存量等

6、三個(gè)約束條件。下層模型主要引用上一問題的主研究成果進(jìn)行建模和求解。然后，再依據(jù)所設(shè)定的滿意度指標(biāo)得出一組滿意解供下一級(jí)模型比選，進(jìn)而產(chǎn)生出從系統(tǒng)的角度來講更為理想的人員、車輛調(diào)度方案及與之對(duì)應(yīng)的符合滿意度評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的公交發(fā)車時(shí)刻表。最后，本文給出了一個(gè)典型算例來驗(yàn)證模型的可靠性與有效性。 （3）綜合考慮節(jié)約企業(yè)運(yùn)力資源，改善居民出行環(huán)境和提高城市運(yùn)行效率，對(duì)多種公交運(yùn)營模式之間的換乘效力進(jìn)行評(píng)價(jià)。作為城市公交系統(tǒng)的服務(wù)對(duì)象的乘客是

7、不受公交公司運(yùn)營調(diào)度管理所控制的，客流是按照其特定的規(guī)律分布在整個(gè)區(qū)域公交網(wǎng)絡(luò)上的。本文對(duì)多種公交模式下的城市公交樞紐換乘效力問題展開分析，建立了系統(tǒng)的評(píng)價(jià)體系，并基于目前我國城市公交樞紐建設(shè)方面存在的問題提出合理化建議。 最后，基于系統(tǒng)旋進(jìn)原則方法論，并結(jié)合對(duì)上述三個(gè)問題的研究，在方法論意義上對(duì)城市公共交通協(xié)同旋進(jìn)發(fā)展進(jìn)行了再思考，給出了城市公交系統(tǒng)三維協(xié)同發(fā)展模型，并對(duì)未來公交發(fā)展趨勢(shì)的做了系統(tǒng)判斷，以及明確了面向協(xié)同發(fā)展的