泸州市214路公交车公交调度优化方案设计.doc

(完整word)泸州市214路公交车公交调度优化方案设计

四 川 警 察 学 院

毕业论文

泸州市214路公交车公交调度优化方案设计

年 级 2013级

姓 名 孙小川

专 业 交通管理工程

指导老师

2017 年 6月2 日

摘 要

本文通过对泸州市214路各站点上下车客流量和公交车相关运营参数的数据进行采集及统计处理，计算出该路公交车各时段最大客容量。结合该路公交车运行现状，围绕交通系统构成四要素设置了模型假设条件,建立了数学模型，并进行模型求解,最终得到了公交调度方案(公交车最少配车数及各时段发车时刻表）.该公交调度方案,给“泸州市公共交通集团有限公司"公交调度提供了参考,具有一定的应用价值。
关键字： 最大客容量 交通系统 公交调度

Design of bus dispatching optimization scheme for Luzhou No.214 bus
Abstract
This paper collects and calculates the data of passenger traffic and bus related operation parameters at 214 stations in Luzhou city, and calculates the maximum capacity of each section of the bus. With the bus operation situation， around the four elements of traffic model assumptions， establishing a mathematical model ， and solving this model, finally get the bus scheduling scheme （at least with the car number and bus timetable each time)。 The bus dispatching scheme provides a reference for The public transport scheduling of Luzhou Public Transport Group Co., Ltd.， and has certain application value。
Key words： maximum capacity； transportation system； public transport scheduling

目 录
一、绪 论 1
(一）研究的背景及意义 1
（二）研究内容及研究方法 1
二、214路公交车现状 2
（一）214路公交车路线分析 2
(二）214路公交车数据调查 3
1.调查内容 3
2.调查方法 3
3.调查数据 4
4. 数据处理与分析 7
三、214路公交调度优化研究 9
（一)模型假设 9
（二）模型建立 9
1.目标函数 10
2.约束条件 10
（三)模型求解 12
1.发车车次 12
2。最少配车数 12
3。发车时间间隔 12
（四)误差分析 14
1。数据调查方面 14
2.约束条件方面 14
（五）214路公交调度优化方案建议 14
结 论 15
参考文献 16
致 谢 18

一、绪论
（一)研究的背景及意义
泸州市位于四川盆地南部，伴随着泸州市城市公共交通的发展同时泸州市的公交也在默默承担着越来越重的运输负担，特别是在群众上下班高峰时间段。许多群众都会觉得公交车特难等，“上车难”［1］是困扰普遍群众的问题。为进一步解决群众出行难的问题，为群众提供一种更为便利的出行的环境，本文对泸州市公交车在非工作日的车辆调度方式进行分析,找出一种更为合理的公交调度方式，进一步促进城市公共交通的发展。
公交车运行是有调度的，发车间隔的一般确定方法由于编制车辆运行时刻表的复杂性， 所以传统的时刻表多是采用经验法. 泸州市公交车调度主要还是以传统方法为主，采用经验法（静态方法）［2］调度公交车辆。本文仅以214路公交车为例，结合实际调查，对泸州市公交车调度方案设计进行研究分析，对214路公交车的公交调度方案进行设计并给予建议，其余线路的公交车调度本论文方法同样实用。
（二）研究内容及研究方法
本文从数学应用入手，本着实事求是的原则,学以致用的结合调查，对现行214路公交车发车时间间隔进行了调查分析。首先,本文对214路公交车的现状进行了仔细调查，例如车辆基本运营数据和工作日各时间段的客流量等;其次，结合实际调查数据和公交调度的基本原理,组建数学模型，对214路公交车的最大客容量、发车间隔时间、车辆发车频次和最少配车数进行了研究分析，并给出了计算结果以便参考；最后，结合214路公交车实际运行,给出了适宜214路公交车的公交车调度建议。

二、214路公交车现状
（一)214路公交车路线分析
214路公交车隶属泸州市公共交通集团有限公司，上行方向起点为绿景路，终点为转角店.途径龙透关、水井沟、回龙湾服装城等人流密集区域。站点中既有商业发达路段又有城郊路段，车速也较为均衡,以下便是214路上行路线和上行路线的具体分析。
214路公交车上行路线中市政府、白招牌为人流密集区域，人口比较多,客流量相对较大，横街子、沿江路上路段和沿江路中路段客流量相对较小。214路公交车上行路线如图1所示：

图1 214路公交上行路线示意图
214路公交车下行路线中江城和江阳中路为人流密集区域,客流量相对较大，长起桥和绿景路站点的客流量相对较小.214路公交车下行路线如图2所示:

图2 214路公交下行路线示意图
如上图所示，泸州市214路公交车上行路线为绿景路---转角店，共有14个车站,下行路线为转角店—--绿景路,共有13个车站，214路公交车从绿景路出发到达转角店后立即反向行驶，在到达绿景路站点,完成全程的行驶过程。
(二）214路公交车数据调查
客流是指乘坐公共车辆的乘客群，乘客群流动的数量简称为客流量[3］,而公交客流数据是进行公交优化调度的依据和基础,而公交数据必须通过调查采集并进行分析整理而得。通过对原始调查数据的分析整理，得出公交线路客流的分布状态和规律,作为公交调度的研究的依据。公交客流调查的研究内容包括客流调查内容和调查方法,并以此方法得出原始调查数据，以便为下文进行数学建模奠定数据基础。
1. 调查内容
公交客流调查是调度工作的前提和基础。客流调查应该包括公交线路、车辆以及乘客分布的状况,本论文重点在研究214路公交车客流量在时间变化上的规律，因此，公交客流调查主要集中在公交线路、车辆以及乘客的分布之上，具体地说，本论文公交客流调查内容包括以下三个方面：
（1）线路数据:线路方向、地点(站点）、站点间的距离、线路总长；
（2）乘客数据：乘客在各站点的上下车数量；
（3）车辆情况：公交车型、车辆标准载客人数、线路配车数和车座位数。
2.调查方法
目前，较为常用的是传统的人工调查方法[4]，可以得到比较全面的数据，但是要耗费大量的人力和财力，不适合经常性的动态客流数据调查。本论文针对线路数据和乘客数据采用视频录制和人工统计相结合的方式进行了原始数据采集，客流原始视频由“泸州市公共交通集团有限公司”提供，而后对视频进行人工计数，以确保数据来源的准确性；针对车辆情况采用的是人工调查统计的方式，本着事实就是的原则对公交车进行了实地调查和数据采集，前后反复矫正，进一步保证了数据的真实性和可靠性。
3。调查数据
为了对214路公交车有一个较为全面的了解，我们针对214路公交车的车辆基本运营参数和线路上各个站点的上车乘客和下车乘客分别进行了数据采集,并进行了相关数据记载，为下一步数据计算分析提供可靠的数据支持。
公交车的基本运营参数包括路线长度、车辆车型和站点距离等各个要素[5],为对214路公交车有个基本了解，现将其基本运营参数如表1所示：
表1 214路公交车基本运营参数
线路名称
214路
运行线路全长/(）
17。10
平均速度/(）
14.65
平均站距/(）
683.72
现用车型
CDK6101CA1
车内座位数/个
23
标准载客人数[6]/人
71
线路配车数
15
为进一步分析214路公交车客流量随时间变化形式，在数据调查中,我们选取的时间是2017年5月14日,该天为非工作日,天气状况良好，期间没有出现其他意外情况,具有普遍性，因此我们以该天为研究对象，进行相关数据统计,其中，我们假设不论乘客在何时上车，我们均根据其上车和下车所对应的站点记录其上车时间和下车时间所对应的时间段[7]。我们原始统计从8点到18点,一天分为十个时间段,每段为1小时进行数理统计，按照站点设置统计客流量还是分为上下行方向，鉴于214路公交车是从讫点到终点不休息直接又从终点立即返回起点的行驶方式，我们后文做数据分析时，将214路公交线路作为整条线路分析,不再分为上下行方向，后文分析时将做具体阐述。各站点上下车人数如表2、表3所示：

表2 214路公交车上行路线各时间段每站上下车人数统计表
顺序
站名

绿
景
路
市政务服务中心
龙
透
关
警
察
学
院
伊
顿
饭
店
市
政
府
长
起
桥
江
阳
中
路
白
招
牌
回龙湾服装城
沿江
路上
码头
沿江
路中
码头
横
街
子
转
角
店

站点距离（m）
—-—
--—
290
530
480
580
870
2500
340
557
2100
561
363
630
200
1
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3
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5
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8
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17：00-18：00
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15
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15
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0
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备 注
上行方向为：绿景路—--转角店(总共14个站点）
表3 214路公交车下行路线各时间段每站上下车人数统计表
顺序
站名

转
角
店
沿江
路中
码头
沿江
路上
码头
江
城
白
招
牌
江
阳
中
路
长
起
桥
市
政
府
伊
顿
饭
店
警
察
学
院
龙
透
关
市政务服务中心
绿
景
路
总
计

站点距离（m）
---
—--
265
652
1100
714
482
434
1200
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120
45
105
120
195
60
30
105
870
备 注
下行方向为:转角店-——绿景路（总共13个站点）

按照泸州市公共交通集团有限公司提供数据，我们数据采集于2017年5月14日车载视频统计，现214路公交车在线运行车辆为15辆，每辆车均采用同一型号客车（车型为：CDK6101CA1［8］），鉴于公交客流量的人工调查工作量大，论文写作时间较短,本论文仅是据一辆公交车的实际统计数据对214路公交上下客流量进行估算，实际数据可能会有偏差，但是估算整体5月14日客流量总体形势不会改变，因此,本文采用视频统计结果。
4. 数据处理与分析
(1)平均速度
经过数据采集分析，214路公交车线路全程17。10公里,全程行驶时间高峰时间段为74分钟(上行方向40分钟，下行方向34分钟）,非高峰（平峰和低峰）时间段为69分钟（上行方向36分钟，下行方向33分钟），因此,全程平均下来是70分钟行驶全程(上行方向36.8分钟，下行方向33.2分钟），为此其平均车速为：=14。65。
（2）最大客容量
根据数据调查的乘客上下车数量确定出各个时间段内的最大客流量，各个时间段的最大客容量为该时间段内同一站点上的214路公交车的上客人数和下客人数之差的累加最大值,根据最大客容量计算公式[9］:

式中：
—-最大客容量；
--上行第j时段第k站点上车人数；
—-上行第j时段第k站点上车人数；
—-车站数。
利用软件求解可知各时间段内最大客容量如表4所示：
表4 214路公交车各个时间段内最大客容量表
时间段
8-9
9-10
10-11
11—12
12-13
13—14
14—15
15—16
16-17
17-18
最大
客流量
420
990
690
240
210
240
540
240
645
570

其直观数学折现图3所示：

图3 214路公交车各个时间段内最大客容量
我们将8：00-10:00十个时间段分别用编号1-10表示，我们假设低于400的时间段为低峰时间段,最大客容量在400至600之间的时间段为平峰时间段，最大客容量大于600的时间段为高峰时间段，因此，根据上图8：00-9:00、10：00—11：00和16:00-17:00为客流量高峰阶段;8：00—9:00、14：00-15：00和17:00—18:00为客流来量平峰阶段;11:00-12:00、12:00—13:00、13:00—14:00和15：00-16：00为客流量低峰阶段。
(3）载客人数
根据“泸州市公共交通集团有限公司”提供数据，泸州市214路公交车的核定载客人数为71人，假设其载客率在50％—-120%之间较为合理，那么我们就可以计算出为公交车载客率50％的人数，即36人,为公交车载客率120％的人，即86人。

三、214路公交调度优化研究
214路公交车辆调度采用的是经验调度，是目前公交公司普遍采用的调度模式，它是进行公交区域调度的前提和必须工作.而公交车发车时刻表的制定是城市公交调度的核心内容，是公交调度人员、司乘人员进行工作以及公交车辆正常运行的基本依据,公交发车时刻表的制定需要建立相应的优化模型并选择、设计有效的算法进行求解.本文利用数据（2017年5月14日，典型的一个非工作日，两个运行方向的各站上下车的乘客总数量统计）来自泸州市214路公交车的客流量调查和运营资料。公交公司配给该线路同一型号(CDK6101CA1）的大客车,每辆标准载客71人，据统计客车在线路上运行的平均速度为14。65 km/h。假设乘客在高峰时间段内候车时间一般不要超过5分钟，平峰时间段内乘客候车时间不超过8分钟，低峰时间段内乘客候车时间不超过12分钟，车辆载满率不应超过120%,一般不要低于50％，结合上述要求为214路公交车线路设计一个兼顾顾客出行需要和公交公司利益利益的公交车在非工作日的发车时刻表.
(一）模型假设
公交调度是公交车运行的遵循，为使本论文结论具有普遍实用性，本文对模型的适用条件作如下假设：
1。道路条件：路面状况、交通情况良好，途中没有堵车及意外事故；
2。车辆条件:运行速度已经考虑了乘客的上、下车时间,公交车匀速行驶（速度为14.65 )，不计乘客上、下车的时间，并且每个时段内的发车时间间隔是相同的;
3.乘客条件：乘客素质较高，按照排队先后上下车，且候车时间在高峰时间段内小于5分钟，在平峰时间段内小于8分钟，在低峰时间段内小于12分钟，并且乘客率在50%—120%之间；
4。数据条件:“原始数据”来源准确、可信、真实、可靠，具有一定的代表性.
(二)模型建立
由于214路公交车线路只有一个停车场(位于绿景路站点)并且其线路行驶至上行方向终点站（转角店站点)并未停留直接方向行驶到达绿景路站点完成一次全程公交行驶,为了计算方便，我们认为214路公交车站点仅有一个方向（上行方向）进行模型建立，假设各个时间段车辆的载客空间足以能够容纳车站的候车人数，乘客也只乘坐214路公交车，为此，我们先对数学符号进行说明，如表5所示：
表5 数学符号说明表
顺序
数学符号
简要说明
1

第时间段第站上车人数
2

第时间段第站下车人数
3

第时间段最大客容量
4

各时间段内发车车次
5

全天内发车总车次
6

第时间段的平均发车时间间隔
7
j
第时间段的车次
8

车辆载客人数
备 注
的取值为；的取值为。
1.目标函数
考虑到要能够兼顾公交公司的利益的同时满足乘客的出行需求要来安排这一天发车的时刻表，并求出一共至少需要多少辆车.我们将调查时间段以每小时分为10个时间段，求出每个时间段内最少发车数，对每个时间段最少车次进行叠加，得到全天最少发车车次，因此,我们应以一天内的最小发车数为目标函数，如等式（3-1）所示：
（3—1）

2.约束条件
为了得到一天内公交车的最小发车总车次,考虑公司利益的同时兼顾乘客出行需求，做到资源的合理配置，因此,约束条件主要是以下两个方面：
（1）考虑公司利益
从公司的角度来说车的载满率越高、用的车辆越少越好（即车与车的间隔越长越好），考虑到公司利益愈好，一天内需要发车的车次数愈少，由于214路公交车标准载客人数为71人，考虑到每辆车的满载率为120％，一般不要低于50%,故其乘客范围计算在之间公司利益最佳，因此，其发车车次数应满足:
（3-2）

（2)考虑乘客需求
我们对全天调查的工作日进行时段的划分，目的是进行分段讨论，找出各个时间段内的发车车次，从而找出公交车的发车时间间隔，公交车发车时间间隔的计算公式[10］为：
（3—3）

从乘客的角度来看车的次数越多越好（即车与车的间隔越小越好），假设乘客在高峰时间段内候车时间一般不要超过5分钟，其发车车次应满足:,平峰时间段内乘客候车时间不超过8分钟，其发车车次应满足:,低峰时间段内乘客候车时间不超过12分钟，其发车车次应满足：。
因此，我们建立如下模型：

注：“最大客容量”和“载客人数”在第二节“数据处理与分析"已计算出,在此不再重复计算.
（三）模型求解
1。发车车次
为了进一步计算出214路公交车具体发车时间间隔,则需知道其各个时间段内的发车频次。根据模型假设，考虑公司利益其发车次数应满足式（3—2)和模型假设中乘客候车时间约束条件，因此可以利用软件计算出各个时间段内车次数如表6所示：
表6 214路公交车各个时间段内车次数量表
时间段
8-9
9—10
10—11
11-12
12—13
13-14
14—15
15—16
16-17
17—18
车次
8
12
12
5
5
5
8
5
12
8
因此,由目标函数可知8：00—18:00时间段内,发车车次总和为：=80次。
2。最少配车数
最少配车数可以依据最高峰时间段内需要最少的车辆数确定，满足了最高峰时间段客流量的运营，平峰时间段和低峰时间段运营自然也能够满足，因此我们仅对高峰时间段需要最少的车辆数进行分析，最高峰时间段为9:00－10：00和10:00－11:00两个时间段,214路公交车平均行程时间为70分钟，由于在最高峰时间段内车辆发车频次为5分钟，在9:00－10:00时段需要发12次,10:00－11：00时段也是高峰，并且高峰时间段连续，而在10:00－11:00这个时间段内需要发第一辆车时，上一时段首次发车还运行在全程的60分钟处，所以还需要增加2辆车以满足最高峰时间段内的运营需求，等段在10:00－11:00时内需要发第三辆车时，上一时段的首次发车刚好运行回起点，保证了车辆的循环实用，满足了乘客需求的同时,也保证了公交公司的利益最大化，因此最少车辆数应为14辆。
3.发车时间间隔
由于各个时间段内的发车车次数已经得出，因此按照式（3-3)可知各个时间段内的发车时间间隔可以整理如表7所示:
表7 214路公交车各个时间段内发车时间间隔表
时间段
8—9
9-10
10-11
11—12
12—13
13—14
14-15
15-16
16-17
17—18
发车
间隔
7.5
5。0
5.0
12.0
12.0
12。0
7.5
12.0
5。0
7。5
为了方便参考，本文将最大客容量、发车车次和发车时间间隔整理如附表所示.在实际运行中，本文按照表7给出214路公交车发车时刻表，其如表8所示：
表8 214路公交车发车时刻表
序号
发车
时段
线路行驶时刻
（不分上下行方向）
序号
发车
时段
线路行驶时刻
(不分上下行方向）
绿景路
发车时刻
到达
绿景路时刻
绿景路
发车时刻
到达
绿景路时刻
1
8:00-9：00
车次:8次
8：00：00
9:10：00
5
12：00-13:00
车次：5次
12:36:00
13:46：00
8：07：30
9：17:30
12:48:00
13:58:00
8：15：00
9:25：00
6
13:00—14:00
车次：5次
13：00：00
14:10：00
8:22:30
9：32：30
13：12:00
14:22:00
8：30:00
9:40:00
13：24:00
14：34:00
8：37：30
9:47：30
13:36：00
14：46:00
8：46：00
9：56:00
13:48：00
14：58:00
8:53:30
10：03：30
7
14：00—15:00
车次：8次
14：00：00
15：10:00
2
9：00—10:00
车次：12次
9:01:00
10:11：00
14:06：30
15：17:30
9:06:00
10:16：00
14:14：00
15：25:00
9:11：00
10:21:00
14:22:30
15:32:30
9:16：00
10:26:00
14:30：00
15：40:00
9:21：00
10:31:00
14：37：30
15：47：30
9：26：00
10：36:00
14：45:00
15：55:00
9：31:00
10:41：00
14:52:30
16:02:30
9：36：00
10：46：00
8
15：00—16：00
车次：5次
15：00:00
16：10:00
9：41:00
10：51:00
15：12:00
16：22：00
9:46:00
10：56：00
15：25:00
16:35:00
9:51：00
11:01:00
15:36:00
16：46：00
9:56：00
11：06：00
15:48：00
16：58:00
3
10:00—11：00
车次:12次
10：01：00
11：11：00
9
16：00—17:00
车次:12次
16:00:00
17：10：00
10:06:00
11:16:00
16:05：00
17：15:00
10：11：00
11：21:00
16：10：00
17:20：00
10：16：00
11:26:00
16:15：00
17:25：00
10：21:00
11:31：00
16:20:00
17：30:00
10:26:00
11:36：00
1625：00
17：35：00
10:31:00
11：41：00
16:30:00
17：40：00
10:36:00
11：46：00
16:35：00
17:45：00
10：41：00
11：51:00
16：40：00
17:50:00
10：46:00
11:56：00
16:45:00
17:55:00
10：51：00
12:01:00
16:50：00
18：00:00
10:56:00
12：06：00
16:55:00
18：05：00
4
11:00-12：00
车次:5次
11：01：00
12:11：00
10
17：00—18:00
车次：8次
17:00：00
18:10：00
11:13：00
12:23:00
17:07：30
18:17：30
11:25：00
12：35：00
17：15：00
18:25：00
11：37:00
12：47：00
17:22：30
18：32:30
11：49：00
12：59:00
17:30：00
18：40：00
5
12:00—13：00
车次：5次
12：00:00
13：10:00
17：37:30
18：47：30
12:12:00
13:22：00
17:45:00
18：55:00
12:24:00
13：34:00
17:52：30
19：02：30
备 注
214路发车时刻表中完全可以取整数分钟

(四）误差分析
针对以上计算，由于约束条件是在理想条件下,并且采用的是简单的统计计算,所以在实际求解中会带来一定的误差，本文在考虑公交公司利益的基础上,兼顾乘客的利益，建立了数学求解模型，以公交公司利益出发点兼顾乘客出行需求的同时，得出了具体的214路公交车发车间隔表。本文的误差主要来自以下几个方面：
1.数据调查方面
在数据统计过程中，若想得到实际精确数据，必然对214路所有公交车车站每辆车在各个车站的上下客人数进行精确统计，而后进行叠加,此方法人力资源耗费较大，但最后得出的数据是精确的，由于资源和时间限制，本文仅用214路公交车一辆车的数据进行整体客流量估算，因此，在实时数据方面存在一定误差。
2。约束条件方面
本论文假设是道路条件良好，在公交车行驶期间没有特殊情况下的客流量统计，在实际生活之中,可能会出现道路施工、交通管制等特殊情况，也会给本文结果与实际运行数据造成一定的数据偏差。
除了上述两个重要方面之外，一些其他情况也给本文的最终结果造成一定的误差，例如人为统计过程中的统计失误、视频拍摄面较窄可能未将所有乘客录入等。
（五）214路公交调度优化方案建议
首先，公交车上下车乘客的统计是数据统计的基础，伴随着摄像技术的发展，在公交车上可以利用摄像头进行自动采集乘客数量的同时还保证了乘客乘车的安全,建议公交调度过程中用相关软件记录乘客上下车数量，这样有利于把握乘客规律，对公交调度提供一定的数据依据。
其次,考虑到公交调度应考虑公司利益的同时应满足乘客的出行需求,因此,建议214路公交车的调度不要仅仅依靠静态调度来完成，可以在依据客流量的实际变化适当的加大或降低公交车的发车频次，这样也可以合理的配置资源的同时满足乘客的出行需要.
最后，定期对乘客出行情况进行调研,这样有助于把握乘客的出行规律的同时合理的调度公交车运行,公交调度随着客流量的变化而灵活改变，做到节约资源的同时也保护了环境。

结 论
本文针对泸州市江阳区214路公交车的发车时间间隔进行了调查分析,并且结合所学知识对发车时间间隔的控制和优化进行了简要分析，并且提出了建议，具有一定的参考价值.本文主要涉及到的核心计算方式均给出了具体的计算步骤和方式，可以方便不同公交线路参考，实用面比较广，但是本文在调查实践过程中,鉴于学校制度安排和自身能力限制，只是针对全天工作时间段展开了调查,具有一定的限制，各种干扰因数并未全面考虑，例如乘客乘车的随机性和公交车出现交通堵塞时，均是在理想条件下的现实假设完成的数学分析,同时针对土地利用性质方面也考虑很少,给本文的结论带来一定的误差，也给本文的具体实践带来了一定的局限性.

参考文献
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［2]张飞舟。公交车辆智能调度研究.交通运输系统工程与信息.2001。2
[3]贺尧成 叶明 杨明.基于客流量变化的智能公交调度问题研究.2011.6
［4]杨俊宇 秦志峰。基于粒