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一種基于均衡配流模型的BRT乘客出行效益優化方法.pdf

摘要
申請專利號:

CN201610613808.6

申請日:

2016.07.29

公開號:

CN106257504A

公開日:

2016.12.28

當前法律狀態:

實審

有效性:

審中

法律詳情: 實質審查的生效IPC(主分類):G06Q 10/04申請日:20160729|||公開
IPC分類號: G06Q10/04(2012.01)I; G06Q50/30(2012.01)I 主分類號: G06Q10/04
申請人: 華南理工大學
發明人: 裴明陽; 葉欽海; 靳文舟; 張偉罡; 焦志強
地址: 510640 廣東省廣州市天河區五山路381號
優先權:
專利代理機構: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245 代理人: 李斌
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法律狀態
申請(專利)號:

CN201610613808.6

授權公告號:

|||

法律狀態公告日:

2017.01.25|||2016.12.28

法律狀態類型:

實質審查的生效|||公開

摘要

本發明公開了一種基于均衡配流模型的BRT乘客出行效益優化方法,包括步驟:1)選定研究對象、研究范圍,采集相關基礎資料;2)分析乘客需求特性:提出滿足乘客OD需求的乘客分類概念,劃分可分配客流與不可分配客流,分析在站乘客客流特性;3)確定分配原則:考慮不同類型乘客的特性,確定分配原則;4)在約束條件下尋優:考慮乘客乘車時間成本、延誤時間成本、擁擠成本以及相關約束條件,確定目標函數,并設計相應的尋優算法,輸出最優方案。本發明在分析乘客出行特性的基礎上,充分考慮乘客乘車時間成本、延誤等待時間成本和總擁擠成本,根據乘客出行效益最大化確定客流分配方案,有效提升乘客出行滿意度以及BRT系統的服務質量。

權利要求書

1.一種基于均衡配流模型的BRT乘客出行效益優化方法,其特征在于,包括以下步驟:
S1、選取研究對象及研究范圍,采集相關基礎信息;
S2、根據相關基礎信息,分析乘客需求特性:提出滿足乘客OD需求的乘客分類概念,劃
分不同類型乘客的特性,包括可分配乘客與不可分配乘客;
S3、通過分析不同類型乘客的特性,計算不同類型乘客的人數,確定分配原則;
S4、根據分配原則,計算相關乘客成本,包括乘客乘車成本、延誤等待時間成本以及總
擁擠成本;
S5、根據相關乘客成本確定目標函數,且根據目標函數確定均衡配流模型的約束條件;
S6、對均衡配流模型進行求解,整理求解的結果,得到合理的客流分配方案。
2.如權利要求1所述的一種基于均衡配流模型的BRT乘客出行效益優化方法,其特征在
于,所述步驟S1中的相關基礎信息,包括BRT系統固有信息、各線路基礎信息及乘客出行信
息,其中
所述BRT系統固有信息,包括道內站點名稱、站點數量及站點停靠公交線路編號;
所述各線路基礎信息,包括編號、座位數、設計容量、最大物理容量、平均每站運營時間
以及平均延誤等待時間,還包括停靠目標站點的公交線路的可容納人數、下車人數、駛離人
數;
所述乘客出行信息包括乘客的出行OD需求。
3.如權利要求1所述的一種基于均衡配流模型的BRT乘客出行效益優化方法,其特征在
于,所述步驟S2中的分析乘客需求特性,其具體步驟為:
S21、分析BRT快速通道上,乘客搭乘計劃的可替代性,若乘車OD區間在通道內,則有多
條線路可以選擇搭乘,其計劃搭乘的線路可被替代;若乘車OD區間在通道外,則可選擇的搭
乘線路唯一;
S22、將乘車OD區間在通道內,有多條線路可以搭乘的乘客視為可分配乘客;而乘車OD
區間在通道外,搭乘線路唯一的乘客視為不可分配乘客。
4.如權利要求1所述的一種基于均衡配流模型的BRT乘客出行效益優化方法,其特征在
于,所述步驟S3中的分配原則具體為:
S31、確定在站乘客總人數:
<mrow> <msub> <mi>Q</mi> <mi>j</mi> </msub> <mo>=</mo> <msub> <mi>q</mi> <mi>j</mi> </msub> <mo>+</mo> <munder> <mo>&Sigma;</mo> <mi>j</mi> </munder> <munderover> <mo>&Sigma;</mo> <mrow> <mi>i</mi> <mo>=</mo> <mi>n</mi> </mrow> <mi>m</mi> </munderover> <msub> <mi>o</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mi>j</mi> </mrow> </msub> <mo>,</mo> <mo>&ForAll;</mo> <mi>i</mi> <mo>&Element;</mo> <mi>L</mi> </mrow>
其中,Qj表示第j站的在站乘客總人數;qj表示第j站的可分配乘客總人數;oij表示第j站
計劃搭乘第i條線路的不可分配乘客人數;L表示表示到站的線路車輛集合;
S32、根據不同類型的乘客特性,優先考慮不可分配乘客的乘車需求,用以最大限度減
少總的乘客延誤成本;
S33、考慮車輛最大容量和車輛載客情況,確定第j站的第i條線路車輛可容納人數
eij:
<mrow> <msub> <mi>e</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mi>j</mi> </mrow> </msub> <mo>=</mo> <msubsup> <mi>c</mi> <mi>i</mi> <mi>m</mi> </msubsup> <mo>+</mo> <msub> <mi>d</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mi>j</mi> </mrow> </msub> <mo>-</mo> <msub> <mi>P</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mi>k</mi> </mrow> </msub> </mrow>
其中,dij表示第j站的第i條線路的下車人數;Pik表示第k站的第i條線路的駛離乘客人
數,且第k站為第j站的上一站點;
S34、比較第j站的第i條線路的車輛可容納人數和第j站計劃搭乘第i條線路的不可分
配乘客人數的大小;確定第j站實際搭乘第i條線路的不可分配乘客人數以及第j站的第
i條線路的不可分配乘客的延誤人數
<mrow> <msubsup> <mi>o</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mi>j</mi> </mrow> <mi>p</mi> </msubsup> <mo>=</mo> <mfenced open = "{" close = "}"> <mtable> <mtr> <mtd> <mrow> <msub> <mi>o</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mi>j</mi> </mrow> </msub> <mo>,</mo> </mrow> </mtd> <mtd> <mrow> <mi>i</mi> <mi>f</mi> </mrow> </mtd> <mtd> <mrow> <msub> <mi>o</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mi>j</mi> </mrow> </msub> <mo>&le;</mo> <msub> <mi>e</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mi>j</mi> </mrow> </msub> </mrow> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mrow> <msub> <mi>e</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mi>j</mi> </mrow> </msub> <mo>,</mo> </mrow> </mtd> <mtd> <mrow> <mi>i</mi> <mi>f</mi> </mrow> </mtd> <mtd> <mrow> <msub> <mi>o</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mi>j</mi> </mrow> </msub> <mo>&gt;</mo> <msub> <mi>e</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mi>j</mi> </mrow> </msub> </mrow> </mtd> </mtr> </mtable> </mfenced> </mrow>
<mrow> <msubsup> <mi>o</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mi>j</mi> </mrow> <mi>d</mi> </msubsup> <mo>=</mo> <mfenced open = "{" close = "}"> <mtable> <mtr> <mtd> <mrow> <mn>0</mn> <mo>,</mo> </mrow> </mtd> <mtd> <mrow> <mi>i</mi> <mi>f</mi> </mrow> </mtd> <mtd> <mrow> <msub> <mi>o</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mi>j</mi> </mrow> </msub> <mo>&le;</mo> <msub> <mi>e</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mi>j</mi> </mrow> </msub> </mrow> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mrow> <msub> <mi>o</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mi>j</mi> </mrow> </msub> <mo>-</mo> <msub> <mi>e</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mi>j</mi> </mrow> </msub> <mo>,</mo> </mrow> </mtd> <mtd> <mrow> <mi>i</mi> <mi>f</mi> </mrow> </mtd> <mtd> <mrow> <msub> <mi>o</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mi>j</mi> </mrow> </msub> <mo>&gt;</mo> <msub> <mi>e</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mi>j</mi> </mrow> </msub> </mrow> </mtd> </mtr> </mtable> </mfenced> <mo>.</mo> </mrow>
5.如權利要求4所述的一種基于均衡配流模型的BRT乘客出行效益優化方法,其特征在
于,所述步驟S4中,所述乘客乘車時間成本TC1的計算方法具體為:
<mrow> <msub> <mi>TC</mi> <mn>1</mn> </msub> <mo>=</mo> <munder> <mo>&Sigma;</mo> <mi>j</mi> </munder> <munderover> <mo>&Sigma;</mo> <mrow> <mi>i</mi> <mo>=</mo> <mi>n</mi> </mrow> <mi>m</mi> </munderover> <msubsup> <mi>t</mi> <mi>i</mi> <mi>p</mi> </msubsup> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <mi>x</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mi>j</mi> </mrow> </msub> <mo>+</mo> <msubsup> <mi>o</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mi>j</mi> </mrow> <mi>p</mi> </msubsup> <mo>)</mo> </mrow> <mo>,</mo> <mo>&ForAll;</mo> <mi>i</mi> <mo>&Element;</mo> <mi>L</mi> </mrow>
式中,xij表示第j站中第i條線路的可分配乘客的上車人數;表示第i條線路車輛的平
均每站運營時間;
將可分配乘客的延誤時間視為所選擇線路的平均延誤時間,而不可分配乘客的延誤時
間為固定線路的延誤時間,因此,確定所述延誤等待時間成本TC2的計算方法具體為:
<mrow> <msub> <mi>TC</mi> <mn>2</mn> </msub> <mo>=</mo> <msup> <mi>t</mi> <mi>D</mi> </msup> <mo>&lsqb;</mo> <msub> <mi>q</mi> <mi>j</mi> </msub> <mo>-</mo> <munder> <mo>&Sigma;</mo> <mi>j</mi> </munder> <munderover> <mo>&Sigma;</mo> <mrow> <mi>i</mi> <mo>=</mo> <mi>n</mi> </mrow> <mi>m</mi> </munderover> <msub> <mi>x</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mi>j</mi> </mrow> </msub> <mo>&rsqb;</mo> <mo>+</mo> <munder> <mo>&Sigma;</mo> <mi>j</mi> </munder> <munderover> <mo>&Sigma;</mo> <mrow> <mi>i</mi> <mo>=</mo> <mi>n</mi> </mrow> <mi>m</mi> </munderover> <msubsup> <mi>t</mi> <mi>i</mi> <mi>d</mi> </msubsup> <msubsup> <mi>o</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mi>j</mi> </mrow> <mi>d</mi> </msubsup> <mo>,</mo> <mo>&ForAll;</mo> <mi>i</mi> <mo>&Element;</mo> <mi>L</mi> </mrow>
式中,tD表示可分配乘客的平均延誤等待時間;表示第i條線路的延誤等待時間;
所述總擁擠成本TC3的算方法具體為:
<mrow> <msub> <mi>TC</mi> <mn>3</mn> </msub> <mo>=</mo> <munderover> <mo>&Sigma;</mo> <mrow> <mi>i</mi> <mo>=</mo> <mi>n</mi> </mrow> <mi>m</mi> </munderover> <msub> <mi>G</mi> <mi>i</mi> </msub> <mo>&lsqb;</mo> <msub> <mi>P</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mi>j</mi> </mrow> </msub> <mo>&rsqb;</mo> </mrow>
其中,擁擠成本函數Gi[P(ij)]表達式如下:
<mrow> <msub> <mi>G</mi> <mi>i</mi> </msub> <mrow> <mo>&lsqb;</mo> <msub> <mi>P</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mi>j</mi> </mrow> </msub> <mo>&rsqb;</mo> </mrow> <mo>=</mo> <mfenced open = "{" close = "}"> <mtable> <mtr> <mtd> <mrow> <mn>0</mn> <mo>,</mo> </mrow> </mtd> <mtd> <mrow> <mi>i</mi> <mi>f</mi> </mrow> </mtd> <mtd> <mrow> <msub> <mi>P</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mi>j</mi> </mrow> </msub> <mo>&le;</mo> <msubsup> <mi>c</mi> <mi>i</mi> <mi>s</mi> </msubsup> </mrow> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mrow> <mi>&alpha;</mi> <msup> <mrow> <mo>(</mo> <mrow> <msub> <mi>P</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mi>j</mi> </mrow> </msub> <mo>-</mo> <msubsup> <mi>c</mi> <mi>i</mi> <mi>s</mi> </msubsup> </mrow> <mo>)</mo> </mrow> <msub> <mi>&gamma;</mi> <mn>1</mn> </msub> </msup> <mo>,</mo> </mrow> </mtd> <mtd> <mrow> <mi>i</mi> <mi>f</mi> </mrow> </mtd> <mtd> <mrow> <msubsup> <mi>c</mi> <mi>i</mi> <mi>d</mi> </msubsup> <mo>&lt;</mo> <msub> <mi>P</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mi>j</mi> </mrow> </msub> <mo>&le;</mo> <msubsup> <mi>c</mi> <mi>i</mi> <mi>s</mi> </msubsup> </mrow> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mrow> <mi>&alpha;</mi> <msup> <mrow> <mo>(</mo> <mrow> <msubsup> <mi>c</mi> <mi>i</mi> <mi>d</mi> </msubsup> <mo>-</mo> <msubsup> <mi>c</mi> <mi>i</mi> <mi>s</mi> </msubsup> </mrow> <mo>)</mo> </mrow> <msub> <mi>&gamma;</mi> <mn>1</mn> </msub> </msup> <mo>+</mo> <mi>&beta;</mi> <msup> <mrow> <mo>(</mo> <mrow> <msub> <mi>P</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mi>j</mi> </mrow> </msub> <mo>-</mo> <msubsup> <mi>c</mi> <mi>i</mi> <mi>m</mi> </msubsup> </mrow> <mo>)</mo> </mrow> <msub> <mi>&gamma;</mi> <mn>2</mn> </msub> </msup> <mo>,</mo> </mrow> </mtd> <mtd> <mrow> <mi>i</mi> <mi>f</mi> </mrow> </mtd> <mtd> <mrow> <msubsup> <mi>c</mi> <mi>i</mi> <mi>s</mi> </msubsup> <mo>&lt;</mo> <msub> <mi>P</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mi>j</mi> </mrow> </msub> <mo>&le;</mo> <msubsup> <mi>c</mi> <mi>i</mi> <mi>m</mi> </msubsup> </mrow> </mtd> </mtr> </mtable> </mfenced> </mrow>
式中,Pij表示第j站的第i條線路的駛離乘客人數,計算如下:
<mrow> <msub> <mi>P</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mi>j</mi> </mrow> </msub> <mo>=</mo> <msub> <mi>P</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mi>k</mi> </mrow> </msub> <mo>+</mo> <msub> <mi>x</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mi>j</mi> </mrow> </msub> <mo>+</mo> <msubsup> <mi>o</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mi>j</mi> </mrow> <mi>p</mi> </msubsup> <mo>-</mo> <msub> <mi>d</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mi>j</mi> </mrow> </msub> <mo>;</mo> </mrow>
表示第i條線路車輛的座位數;表示第i條線路車輛的設計容量;表示第i條線
路車輛的最大物理容量;α、β、γ1、γ2分別表示不同條件下的擁擠成本系數。
6.如權利要求5所述的一種基于均衡配流模型的BRT乘客出行效益優化方法,其特征在
于,所述步驟S5確定目標函數具體為:根據乘客乘車成本、延誤等待時間成本、總擁擠成本
以及各類成本的價值權重,確定目標函數:
minTC=λ1TC1+λ2TC2+λ3TC3
式中λ1、λ2、λ3對應為各個成本的價值權重。
7.如權利要求6所述的一種基于均衡配流模型的BRT乘客出行效益優化方法,其特征在
于,所述價值權重,其值由調研決定,在調研中,采用由專家打分的配對比較法以及由乘客
打分的常和尺度法,兩種方法相結合來確定各個價值權重,或者由公交指引APP中收集的乘
客意愿而綜合決定價值權重。
8.如權利要求6所述的一種基于均衡配流模型的BRT乘客出行效益優化方法,其特征在
于,所述步驟S5中確定均衡配流模型的約束條件如下:
①決策變量xij的取值范圍受車輛容量與優先分配上車的不可分配乘客人數限制,且限
定為整數集:
<mrow> <mn>0</mn> <mo>&le;</mo> <msub> <mi>x</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mi>j</mi> </mrow> </msub> <mo>&le;</mo> <msub> <mi>e</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mi>j</mi> </mrow> </msub> <mo>-</mo> <msubsup> <mi>o</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mi>j</mi> </mrow> <mi>p</mi> </msubsup> <mo>,</mo> <mo>&ForAll;</mo> <msub> <mi>x</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mi>j</mi> </mrow> </msub> <mo>&Element;</mo> <mi>Z</mi> <mo>;</mo> </mrow>
②各類型乘客的總上車人數應小于等于在站總人數,且同時保證在站乘客總效益最
優,允許延誤人數的存在:
<mrow> <mn>0</mn> <mo>&lt;</mo> <munder> <mo>&Sigma;</mo> <mi>j</mi> </munder> <munderover> <mo>&Sigma;</mo> <mrow> <mi>i</mi> <mo>=</mo> <mi>n</mi> </mrow> <mi>m</mi> </munderover> <msub> <mi>x</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mi>j</mi> </mrow> </msub> <mo>+</mo> <munder> <mo>&Sigma;</mo> <mi>j</mi> </munder> <munderover> <mo>&Sigma;</mo> <mrow> <mi>i</mi> <mo>=</mo> <mi>n</mi> </mrow> <mi>m</mi> </munderover> <msubsup> <mi>o</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mi>j</mi> </mrow> <mi>p</mi> </msubsup> <mo>&le;</mo> <msub> <mi>Q</mi> <mi>j</mi> </msub> <mo>;</mo> </mrow>
③各條線路的載客率等于該條線路的駛離乘客人數與車輛最大物流容量之比:
且0<pij≤1。
9.如權利要求8所述的一種基于均衡配流模型的BRT乘客出行效益優化方法,其特征在
于,所述步驟S6中的對均衡配流模型進行求解,采用改進的遺傳算法對均衡配流模型進行
求解,包括如下步驟:
S61、染色體編碼:采用實數編碼法,將個體的每個基因位用給定范圍內的浮點表示,該
范圍取決于決策變量到的取值范圍,個體的編碼長度取決于決策量的個數;其中,編碼的范
圍即為xij的取值范圍;
S62、設計適應度函數:遺傳算法通過適應度函數區分個體的好壞,將乘客總成本的倒
數作為個體的適應度值,即乘客成本越小的個體,適應度越大,個體越優;設個體k的適應度
函數為Fk[TC(xij)],則有:
<mrow> <msub> <mi>F</mi> <mi>k</mi> </msub> <mo>&lsqb;</mo> <mi>T</mi> <mi>C</mi> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <mi>x</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mi>j</mi> </mrow> </msub> <mo>)</mo> </mrow> <mo>&rsqb;</mo> <mo>=</mo> <mfrac> <mn>1</mn> <mrow> <mi>T</mi> <mi>C</mi> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <mi>x</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mi>j</mi> </mrow> </msub> <mo>)</mo> </mrow> </mrow> </mfrac> </mrow>
S63、選擇操作:從舊種群中以一定概率選擇優秀個體組成新種群,對均衡配流模型采
用輪盤賭法,即比例選擇法,個體被選中的概率與適應度值成正比,適應度越大的個體,被
選中的概率越大;則對個體i被選中的概率pk有:
<mrow> <msub> <mi>p</mi> <mi>k</mi> </msub> <mo>=</mo> <mfrac> <mrow> <msub> <mi>F</mi> <mi>k</mi> </msub> <mo>&lsqb;</mo> <mi>T</mi> <mi>C</mi> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <mi>x</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mi>j</mi> </mrow> </msub> <mo>)</mo> </mrow> <mo>&rsqb;</mo> </mrow> <mrow> <munderover> <mo>&Sigma;</mo> <mrow> <mi>l</mi> <mo>=</mo> <mn>1</mn> </mrow> <mi>z</mi> </munderover> <msub> <mi>F</mi> <mi>l</mi> </msub> <mo>&lsqb;</mo> <mi>T</mi> <mi>C</mi> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <mi>x</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mi>j</mi> </mrow> </msub> <mo>)</mo> </mrow> <mo>&rsqb;</mo> </mrow> </mfrac> <mo>;</mo> </mrow>
S64、交叉和變異操作:為了遺傳具有上一代的優秀特征的個體并保持種群的多樣性而
采取的操作;通過調用MATLAB內置的遺傳算子實現交叉和變異操作;
S65、判斷是否滿足終止條件:當進化代數滿足設定值,或算法在連續進化一定代數后,
解的適應度沒有明顯改進時,即輸出優化結果。

說明書

一種基于均衡配流模型的BRT乘客出行效益優化方法

技術領域

本發明涉及城市快速公交(BRT)乘客出行效益的技術領域,尤其涉及一種基于均
衡配流模型的BRT乘客出行效益優化方法。

背景技術

目前在國內城市快速公交系統的運營和管理中,乘客的出行效益越來越受到大家
的關注。目前BRT站臺設置有車輛信息平臺等信息設備以傳遞相關的車輛信息,如到站時間
等,但乘客仍缺乏相應的優化引導,尤其是在通道內到達車輛相對較多,可搭乘車輛較多,
且前后車間隔較短時,乘客往往憑借以往搭乘經驗選擇乘車線路,即按照自己目的站點選
擇線路,在可達線路中選擇先到站的線路車輛搭乘,忽略了線路狀況等,而在有多條線路到
達時間相近時,并沒有選擇使得自己乘車效益最大化的線路,降低了乘客出行效益與BRT公
交系統的吸引力。

BRT作為新興的公共交通方式,以其高效的運營效率受到了眾多乘客的青睞,針對
現狀問題,通過合理的方法對公交系統的的客流量進行均衡分配,提升乘客出行效益成為
了未來發展的重心。目前關于均衡配流問題,國內外研究成果較多,主要表現如下:Kim在
Wardrop用戶均衡原則下,研究了完全信息對道路交通網絡配流的影響,認為完全信息對公
交系統中乘客出行選擇線路影響較大;Decea和Femande考慮了車輛物流容量因素,建立了
公交系統的均衡模型,實現對在站客流的均衡分配;在影響乘客成本因素中,Huang,LamHK
等研究了車內擁擠對乘客的影響,建立了反應乘客感受的不舒適函數,以此反應車內擁擠
程度,并認為乘客在車內的擁擠成本為車內人數和時間的單調增函數,以此衡量乘客擁擠
成本;Kraus和Yoshida用排隊等待時間反應延誤成本,并建立了基于排隊時間的經濟學模
型;高自友等研究了車站排隊的擁擠現象,采用擬動態方法構造了擁擠條件下的均衡配流
模型,在擁擠條件下也能實現流量分配;四兵峰、何學勝、謝偉勝等研究了靜態條件下的城
市公交網絡上的乘客均衡問題,建立了公交網絡化條件下的均衡配流模型,田瓊等研究了
常規公交網絡內的乘客出行行為,提出基于乘客出行動態的均衡模型,并根據乘客的異質
性,建立了高峰期條件下的均衡模型;張玉潔等討論了擁擠敏感度不同的乘客類型,將時間
延誤成本與車內擁擠成本也考慮在內,建立了基于乘客異質性的均衡模型。

但均衡配流模型在BRT領域內研究甚少,安健通過智能建模方法研究了信息化條
件下乘客的認知方式與出行行為,建立了仿真模型;鄭曉峰等提出了基于BRT站臺乘車誘導
的公交車輛載客均衡模型,通過均衡配流達到BRT線路的載客率總均衡,但并未將乘客效益
考慮在內,通過遍歷法求解模型,在數據量較小的情況下有一定適用性,但在大數據條件下
缺乏足夠的求解效率。

發明內容

本發明要解決的技術問題在于,提供一種基于均衡配流模型的BRT乘客出行效益
優化方法,實現BRT系統更為人性化、智能化的乘客出行方案推薦,保證BRT系統服務質量。

為解決上述技術問題,本發明提供如下技術方案:一種基于均衡配流模型的BRT乘
客出行效益優化方法,包括以下步驟:

S1、選取研究對象及研究范圍,采集相關基礎信息;

S2、根據相關基礎信息,分析乘客需求特性:提出滿足乘客OD需求的乘客分類概
念,劃分不同類型乘客的特性,包括可分配乘客與不可分配乘客;

S3、通過分析不同類型乘客的特性,計算不同類型乘客的人數,確定分配原則;

S4、根據分配原則,計算相關乘客成本,包括乘客乘車成本、延誤等待時間成本以
及總擁擠成本;

S5、根據相關乘客成本確定目標函數,且根據目標函數確定均衡配流模型的約束
條件;

S6、對均衡配流模型進行求解,整理求解的結果,得到合理的客流分配方案。

進一步地,所述步驟S1中的相關基礎信息,包括BRT系統固有信息、各線路基礎信
息及乘客出行信息,其中

所述BRT系統固有信息,包括道內站點名稱、站點數量及站點停靠公交線路編號;

所述各線路基礎信息,包括編號、座位數、設計容量、最大物理容量、平均每站運營
時間以及平均延誤等待時間,還包括停靠目標站點的公交線路的可容納人數、下車人數、駛
離人數;

所述乘客出行信息包括乘客的出行OD需求。

進一步地,所述步驟S2中的分析乘客需求特性,其具體步驟為:

S21、分析BRT快速通道上,乘客搭乘計劃的可替代性,若乘車OD區間在通道內,則
有多條線路可以選擇搭乘,其計劃搭乘的線路可被替代;若乘車OD區間在通道外,則可選擇
的搭乘線路唯一;

S22、將乘車OD區間在通道內,有多條線路可以搭乘的乘客視為可分配乘客;而乘
車OD區間在通道外,搭乘線路唯一的乘客視為不可分配乘客。

進一步地,所述步驟S3中的分配原則具體為:

S31、確定在站乘客總人數:

<mrow> <msub> <mi>Q</mi> <mi>j</mi> </msub> <mo>=</mo> <msub> <mi>q</mi> <mi>j</mi> </msub> <mo>+</mo> <munder> <mo>&Sigma;</mo> <mi>j</mi> </munder> <munderover> <mo>&Sigma;</mo> <mrow> <mi>i</mi> <mo>=</mo> <mi>n</mi> </mrow> <mi>m</mi> </munderover> <msub> <mi>o</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mi>j</mi> </mrow> </msub> <mo>,</mo> <mo>&ForAll;</mo> <mi>i</mi> <mo>&Element;</mo> <mi>L</mi> </mrow>

其中,Qj表示第j站的在站乘客總人數;qj表示第j站的可分配乘客總人數;oij表示
第j站計劃搭乘第i條線路的不可分配乘客人數;L表示表示到站的線路車輛集合;

S32、根據不同類型的乘客特性,優先考慮不可分配乘客的乘車需求,用以最大限
度減少總的乘客延誤成本;

S33、考慮車輛最大容量和車輛載客情況,確定第j站的第i條線路車輛可容納人
數eij:

<mrow> <msub> <mi>e</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mi>j</mi> </mrow> </msub> <mo>=</mo> <msubsup> <mi>c</mi> <mi>i</mi> <mi>m</mi> </msubsup> <mo>+</mo> <msub> <mi>d</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mi>j</mi> </mrow> </msub> <mo>-</mo> <msub> <mi>P</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mi>k</mi> </mrow> </msub> </mrow>

其中,dij表示第j站的第i條線路的下車人數;Pik表示第k站的第i條線路的駛離乘
客人數,且第k站為第j站的上一站點;

S34、比較第j站的第i條線路的車輛可容納人數和第j站計劃搭乘第i條線路的不
可分配乘客人數的大小;確定第j站實際搭乘第i條線路的不可分配乘客人數以及第j站
的第i條線路的不可分配乘客的延誤人數

<mrow> <msubsup> <mi>o</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mi>j</mi> </mrow> <mi>p</mi> </msubsup> <mo>=</mo> <mfenced open = "{" close = "}"> <mtable> <mtr> <mtd> <mrow> <msub> <mi>o</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mi>j</mi> </mrow> </msub> <mo>,</mo> </mrow> </mtd> <mtd> <mrow> <mi>i</mi> <mi>f</mi> </mrow> </mtd> <mtd> <mrow> <msub> <mi>o</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mi>j</mi> </mrow> </msub> <mo>&le;</mo> <msub> <mi>e</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mi>j</mi> </mrow> </msub> </mrow> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mrow> <msub> <mi>e</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mi>j</mi> </mrow> </msub> <mo>,</mo> </mrow> </mtd> <mtd> <mrow> <mi>i</mi> <mi>f</mi> </mrow> </mtd> <mtd> <mrow> <msub> <mi>o</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mi>j</mi> </mrow> </msub> <mo>&gt;</mo> <msub> <mi>e</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mi>j</mi> </mrow> </msub> </mrow> </mtd> </mtr> </mtable> </mfenced> </mrow>

<mrow> <msubsup> <mi>o</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mi>j</mi> </mrow> <mi>d</mi> </msubsup> <mo>=</mo> <mfenced open = "{" close = "}"> <mtable> <mtr> <mtd> <mrow> <mn>0</mn> <mo>,</mo> </mrow> </mtd> <mtd> <mrow> <mi>i</mi> <mi>f</mi> </mrow> </mtd> <mtd> <mrow> <msub> <mi>o</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mi>j</mi> </mrow> </msub> <mo>&le;</mo> <msub> <mi>e</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mi>j</mi> </mrow> </msub> </mrow> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mrow> <msub> <mi>o</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mi>j</mi> </mrow> </msub> <mo>-</mo> <msub> <mi>e</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mi>j</mi> </mrow> </msub> <mo>,</mo> </mrow> </mtd> <mtd> <mrow> <mi>i</mi> <mi>f</mi> </mrow> </mtd> <mtd> <mrow> <msub> <mi>o</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mi>j</mi> </mrow> </msub> <mo>&gt;</mo> <msub> <mi>e</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mi>j</mi> </mrow> </msub> </mrow> </mtd> </mtr> </mtable> </mfenced> <mo>.</mo> </mrow>

進一步地,所述步驟S4中,所述乘客乘車時間成本TC1的計算方法具體為:

<mrow> <msub> <mi>TC</mi> <mn>1</mn> </msub> <mo>=</mo> <munder> <mo>&Sigma;</mo> <mi>j</mi> </munder> <munderover> <mo>&Sigma;</mo> <mrow> <mi>i</mi> <mo>=</mo> <mi>n</mi> </mrow> <mi>m</mi> </munderover> <msubsup> <mi>t</mi> <mi>i</mi> <mi>p</mi> </msubsup> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <mi>x</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mi>j</mi> </mrow> </msub> <mo>+</mo> <msubsup> <mi>o</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mi>j</mi> </mrow> <mi>p</mi> </msubsup> <mo>)</mo> </mrow> <mo>,</mo> <mo>&ForAll;</mo> <mi>i</mi> <mo>&Element;</mo> <mi>L</mi> </mrow>

式中,xij表示第j站中第i條線路的可分配乘客的上車人數;表示第i條線路車輛
的平均每站運營時間;

將可分配乘客的延誤時間視為所選擇線路的平均延誤時間,而不可分配乘客的延
誤時間為固定線路的延誤時間,因此,確定所述延誤等待時間成本TC2的計算方法具體為:

<mrow> <msub> <mi>TC</mi> <mn>2</mn> </msub> <mo>=</mo> <msup> <mi>t</mi> <mi>D</mi> </msup> <mo>&lsqb;</mo> <msub> <mi>q</mi> <mi>j</mi> </msub> <mo>-</mo> <munder> <mo>&Sigma;</mo> <mi>j</mi> </munder> <munderover> <mo>&Sigma;</mo> <mrow> <mi>i</mi> <mo>=</mo> <mi>n</mi> </mrow> <mi>m</mi> </munderover> <msub> <mi>x</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mi>j</mi> </mrow> </msub> <mo>&rsqb;</mo> <mo>+</mo> <munder> <mo>&Sigma;</mo> <mi>j</mi> </munder> <munderover> <mo>&Sigma;</mo> <mrow> <mi>i</mi> <mo>=</mo> <mi>n</mi> </mrow> <mi>m</mi> </munderover> <msubsup> <mi>t</mi> <mi>i</mi> <mi>d</mi> </msubsup> <msubsup> <mi>o</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mi>j</mi> </mrow> <mi>d</mi> </msubsup> <mo>,</mo> <mo>&ForAll;</mo> <mi>i</mi> <mo>&Element;</mo> <mi>L</mi> </mrow>

式中,tD表示可分配乘客的平均延誤等待時間;表示第i條線路的延誤等待時
間;

所述總擁擠成本TC3的算方法具體為:

<mrow> <msub> <mi>TC</mi> <mn>3</mn> </msub> <mo>=</mo> <munderover> <mo>&Sigma;</mo> <mrow> <mi>i</mi> <mo>=</mo> <mi>n</mi> </mrow> <mi>m</mi> </munderover> <msub> <mi>G</mi> <mi>i</mi> </msub> <mo>&lsqb;</mo> <msub> <mi>P</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mi>j</mi> </mrow> </msub> <mo>&rsqb;</mo> </mrow>

其中,擁擠成本函數Gi[P(ij)]表達式如下:

<mrow> <msub> <mi>G</mi> <mi>i</mi> </msub> <mo>&lsqb;</mo> <msub> <mi>P</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mi>j</mi> </mrow> </msub> <mo>&rsqb;</mo> <mo>=</mo> <mfenced open = "{" close = "}"> <mtable> <mtr> <mtd> <mrow> <mn>0</mn> <mo>,</mo> </mrow> </mtd> <mtd> <mrow> <mi>i</mi> <mi>f</mi> </mrow> </mtd> <mtd> <mrow> <msub> <mi>P</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mi>j</mi> </mrow> </msub> <mo>&le;</mo> <msubsup> <mi>c</mi> <mi>i</mi> <mi>s</mi> </msubsup> </mrow> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mrow> <mi>&alpha;</mi> <msup> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <mi>P</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mi>j</mi> </mrow> </msub> <mo>-</mo> <msubsup> <mi>c</mi> <mi>i</mi> <mi>s</mi> </msubsup> <mo>)</mo> </mrow> <msub> <mi>&gamma;</mi> <mn>1</mn> </msub> </msup> <mo>,</mo> </mrow> </mtd> <mtd> <mrow> <mi>i</mi> <mi>f</mi> </mrow> </mtd> <mtd> <mrow> <msubsup> <mi>c</mi> <mi>i</mi> <mi>d</mi> </msubsup> <mo>&lt;</mo> <msub> <mi>P</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mi>j</mi> </mrow> </msub> <mo>&le;</mo> <msubsup> <mi>c</mi> <mi>i</mi> <mi>s</mi> </msubsup> </mrow> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mrow> <mi>&alpha;</mi> <msup> <mrow> <mo>(</mo> <msubsup> <mi>c</mi> <mi>i</mi> <mi>d</mi> </msubsup> <mo>-</mo> <msubsup> <mi>c</mi> <mi>i</mi> <mi>s</mi> </msubsup> <mo>)</mo> </mrow> <msub> <mi>&gamma;</mi> <mn>1</mn> </msub> </msup> <mo>+</mo> <mi>&beta;</mi> <msup> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <mi>P</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mi>j</mi> </mrow> </msub> <mo>-</mo> <msubsup> <mi>c</mi> <mi>i</mi> <mi>m</mi> </msubsup> <mo>)</mo> </mrow> <msub> <mi>&gamma;</mi> <mn>2</mn> </msub> </msup> </mrow> </mtd> <mtd> <mrow> <mi>i</mi> <mi>f</mi> </mrow> </mtd> <mtd> <mrow> <msubsup> <mi>c</mi> <mi>i</mi> <mi>s</mi> </msubsup> <mo>&lt;</mo> <msub> <mi>P</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mi>j</mi> </mrow> </msub> <mo>&le;</mo> <msubsup> <mi>c</mi> <mi>i</mi> <mi>m</mi> </msubsup> </mrow> </mtd> </mtr> </mtable> </mfenced> </mrow>

式中,Pij表示第j站的第i條線路的駛離乘客人數,計算如下:

<mrow> <msub> <mi>P</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mi>j</mi> </mrow> </msub> <mo>=</mo> <msub> <mi>P</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mi>k</mi> </mrow> </msub> <mo>+</mo> <msub> <mi>x</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mi>j</mi> </mrow> </msub> <mo>+</mo> <msubsup> <mi>o</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mi>j</mi> </mrow> <mi>p</mi> </msubsup> <mo>-</mo> <msub> <mi>d</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mi>j</mi> </mrow> </msub> <mo>;</mo> </mrow>

表示第i條線路車輛的座位數;表示第i條線路車輛的設計容量;表示第i
條線路車輛的最大物理容量;α、β、γ1、γ2分別表示不同條件下的擁擠成本系數。

進一步地,所述步驟S5確定目標函數具體為:根據乘客乘車成本、延誤等待時間成
本、總擁擠成本以及各類成本的價值權重,確定目標函數:

minTC=λ1TC1+λ2TC2+λ3TC3

式中λ1、λ2、λ3對應為各個成本的價值權重。

進一步地,所述價值權重,其值由調研決定,在調研中,采用由專家打分的配對比
較法以及由乘客打分的常和尺度法,兩種方法相結合來確定各個價值權重,或者由公交指
引APP中收集的乘客意愿而綜合決定價值權重。

進一步地,所述步驟S5中確定均衡配流模型的約束條件如下:

①決策變量xij的取值范圍受車輛容量與優先分配上車的不可分配乘客人數限制,
且限定為整數集:

<mrow> <mn>0</mn> <mo>&le;</mo> <msub> <mi>x</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mi>j</mi> </mrow> </msub> <mo>&le;</mo> <msub> <mi>e</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mi>j</mi> </mrow> </msub> <mo>-</mo> <msubsup> <mi>o</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mi>j</mi> </mrow> <mi>p</mi> </msubsup> <mo>,</mo> <mo>&ForAll;</mo> <msub> <mi>x</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mi>j</mi> </mrow> </msub> <mo>&Element;</mo> <mi>Z</mi> <mo>;</mo> </mrow>

②各類型乘客的總上車人數應小于等于在站總人數,且同時保證在站乘客總效益
最優,允許延誤人數的存在:

<mrow> <mn>0</mn> <mo>&lt;</mo> <munder> <mo>&Sigma;</mo> <mi>j</mi> </munder> <munderover> <mo>&Sigma;</mo> <mrow> <mi>i</mi> <mo>=</mo> <mi>n</mi> </mrow> <mi>m</mi> </munderover> <msub> <mi>x</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mi>j</mi> </mrow> </msub> <mo>+</mo> <munder> <mo>&Sigma;</mo> <mi>j</mi> </munder> <munderover> <mo>&Sigma;</mo> <mrow> <mi>i</mi> <mo>=</mo> <mi>n</mi> </mrow> <mi>m</mi> </munderover> <msubsup> <mi>o</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mi>j</mi> </mrow> <mi>p</mi> </msubsup> <mo>&le;</mo> <msub> <mi>Q</mi> <mi>j</mi> </msub> <mo>;</mo> </mrow>

③各條線路的載客率等于該條線路的駛離乘客人數與車輛最大物流容量之比:
且0<pij≤1。

進一步地,所述步驟S6中的對均衡配流模型進行求解,采用改進的遺傳算法對均
衡配流模型進行求解,包括如下步驟:

S61、染色體編碼:采用實數編碼法,將個體的每個基因位用給定范圍內的浮點表
示,該范圍取決于決策變量到的取值范圍,個體的編碼長度取決于決策量的個數;其中,編
碼的范圍即為xij的取值范圍;

S62、設計適應度函數:遺傳算法通過適應度函數區分個體的好壞,將乘客總成本
的倒數作為個體的適應度值,即乘客成本越小的個體,適應度越大,個體越優;設個體k的適
應度函數為Fk[TC(xij)],則有:

<mrow> <msub> <mi>F</mi> <mi>k</mi> </msub> <mo>&lsqb;</mo> <mi>T</mi> <mi>C</mi> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <mi>x</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mi>j</mi> </mrow> </msub> <mo>)</mo> </mrow> <mo>&rsqb;</mo> <mo>=</mo> <mfrac> <mn>1</mn> <mrow> <mi>T</mi> <mi>C</mi> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <mi>x</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mi>j</mi> </mrow> </msub> <mo>)</mo> </mrow> </mrow> </mfrac> </mrow>

S63、選擇操作:從舊種群中以一定概率選擇優秀個體組成新種群,對均衡配流模
型采用輪盤賭法,即比例選擇法,個體被選中的概率與適應度值成正比,適應度越大的個
體,被選中的概率越大;則對個體i被選中的概率pk有:

<mrow> <msub> <mi>p</mi> <mi>k</mi> </msub> <mo>=</mo> <mfrac> <mrow> <msub> <mi>F</mi> <mi>k</mi> </msub> <mo>&lsqb;</mo> <mi>T</mi> <mi>C</mi> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <mi>x</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mi>j</mi> </mrow> </msub> <mo>)</mo> </mrow> <mo>&rsqb;</mo> </mrow> <mrow> <munderover> <mo>&Sigma;</mo> <mrow> <mi>l</mi> <mo>=</mo> <mn>1</mn> </mrow> <mi>z</mi> </munderover> <msub> <mi>F</mi> <mi>l</mi> </msub> <mo>&lsqb;</mo> <mi>T</mi> <mi>C</mi> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <mi>x</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mi>j</mi> </mrow> </msub> <mo>)</mo> </mrow> <mo>&rsqb;</mo> </mrow> </mfrac> <mo>;</mo> </mrow>

S64、交叉和變異操作:為了遺傳具有上一代的優秀特征的個體并保持種群的多樣
性而采取的操作;通過調用MATLAB內置的遺傳算子實現交叉和變異操作;

S65、判斷是否滿足終止條件:當進化代數滿足設定值,或算法在連續進化一定代
數后,解的適應度沒有明顯改進時,即輸出優化結果。。

采用上述技術方案后,本發明至少具有如下有益效果:通過充分考慮BRT通道內不
同類型乘客的客流特性和出行選擇,科學確定乘車時間成本、延誤等待成本和總擁擠成本
在乘客出行選擇中的選擇偏好,將選擇偏好通過優化模型予以體現,尋求乘客總成本最小
的出行選擇,有助于替代現有乘車指引中單一的選擇方案,可實現更為人性化、智能化的搭
乘方案推薦,提高乘客出行滿意度和BRT系統的吸引力。

附圖說明

圖1為本發明一種基于均衡配流模型的BRT乘客出行效益優化方法的流程圖;

圖2為本發明一種基于均衡配流模型的BRT乘客出行效益優化方法的所述案例的
線路示意圖;

圖3為本發明一種基于均衡配流模型的BRT乘客出行效益優化方法的實施例的遺
傳進化圖。

具體實施方式

需要說明的是,在不沖突的情況下,本申請中的實施例及實施例中的特征可以相
互結合,下面結合附圖和具體實施例對本申請作進一步詳細說明。

本發明所述的基于均衡配流模型的BRT乘客出行效益優化方法,從分析乘客需求
特性出發,考慮影響乘客出行效益的乘客時間成本、延誤等待成本和擁擠成本,以乘客出行
總效益最大化為目標,確立優化模型。

如圖1所示,本實施例所述的基于均衡配流模型的BRT乘客出行效益優化方法,包
括以下步驟:

1)選定研究對象、研究范圍,采集相關基礎資料,包括BRT系統固有信息、各線路基
礎信息、乘客出行信息,其中,所述BRT系統固有信息指道內站點名稱、站點數量、站點停靠
公交線路編號;所述各線路基礎信息包括編號、座位數、設計容量,最大物理容量、平均每站
運營時間、平均延誤等待時間以及停靠目標站點的公交線路的可容納人數、下車人數、駛離
人數;所述乘客出行信息指的是乘客的出行OD需求;

2)分析乘客需求特性:提出滿足乘客OD需求的乘客分類概念,劃分可分配客流與
不可分配客流,分析在站乘客客流特性;

3)確定分配原則:考慮不同類型乘客的特性,確定分配原則;

4)在約束條件下尋優:考慮乘客乘車時間成本、延誤時間成本、擁擠成本以及相關
約束條件,確定目標函數,并設計相應的尋優算法,輸出最優方案。

在步驟2)中,分析乘客需求特性的主要步驟有:

2.1)分析BRT快速通道上,乘客搭乘計劃的可替代性,若乘車區間在通道內,則有
多條線路可以選擇搭乘,其計劃搭乘的線路可被替代,反之則可選擇的搭乘線路唯一;

2.2)根據乘客客流特征,判斷乘客類別,將乘車OD區間在通道內,有多條線路可以
搭乘的乘客視為可分配乘客,而乘車OD區間在通道外,搭乘線路唯一的乘客視為不可分配
乘客;

2.3)確定在站乘客總人數:

<mrow> <msub> <mi>Q</mi> <mi>j</mi> </msub> <mo>=</mo> <msub> <mi>q</mi> <mi>j</mi> </msub> <mo>+</mo> <munder> <mo>&Sigma;</mo> <mi>j</mi> </munder> <munderover> <mo>&Sigma;</mo> <mrow> <mi>i</mi> <mo>=</mo> <mi>n</mi> </mrow> <mi>m</mi> </munderover> <msub> <mi>o</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mi>j</mi> </mrow> </msub> <mo>,</mo> <mo>&ForAll;</mo> <mi>i</mi> <mo>&Element;</mo> <mi>L</mi> </mrow>

Qj:第j站的在站乘客總人數;

qj:第j站的可分配乘客總人數;

oij:第j站計劃搭乘第i條線路的不可分配乘客人數;

L:表示到站的線路車輛集合。

在步驟3)中,確定分配原則的主要步驟有:

3.1)根據步驟2)確定的不同類型的乘客特性,得出優先考慮不可分配乘客的乘車
需求,以最大限度減少總的乘客延誤成本;

3.2)考慮車輛最大容量和車輛載客情況,確定第j站的第i條線路車輛可容納人
數:

<mrow> <msub> <mi>e</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mi>j</mi> </mrow> </msub> <mo>=</mo> <msubsup> <mi>c</mi> <mi>i</mi> <mi>m</mi> </msubsup> <mo>+</mo> <msub> <mi>d</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mi>j</mi> </mrow> </msub> <mo>-</mo> <msub> <mi>P</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mi>k</mi> </mrow> </msub> </mrow>

dij:第j站的第i條線路的下車人數;

Pik:第k站的第i條線路的駛離乘客人數,其中第k站為第j站的上一站點;

3.3)比較第j站的第i條線路車輛可容納人數和第j站計劃搭乘第i條線路的不可
分配乘客人數的大小;確定第j站實際搭乘第i條線路的不可分配乘客人數以及第j站的第i
條線路的不可分配乘客的延誤人數:

<mrow> <msubsup> <mi>o</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mi>j</mi> </mrow> <mi>p</mi> </msubsup> <mo>=</mo> <mfenced open = "{" close = "}"> <mtable> <mtr> <mtd> <mrow> <msub> <mi>o</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mi>j</mi> </mrow> </msub> <mo>,</mo> </mrow> </mtd> <mtd> <mrow> <mi>i</mi> <mi>f</mi> </mrow> </mtd> <mtd> <mrow> <msub> <mi>o</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mi>j</mi> </mrow> </msub> <mo>&le;</mo> <msub> <mi>e</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mi>j</mi> </mrow> </msub> </mrow> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mrow> <msub> <mi>e</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mi>j</mi> </mrow> </msub> <mo>,</mo> </mrow> </mtd> <mtd> <mrow> <mi>i</mi> <mi>f</mi> </mrow> </mtd> <mtd> <mrow> <msub> <mi>o</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mi>j</mi> </mrow> </msub> <mo>&gt;</mo> <msub> <mi>e</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mi>j</mi> </mrow> </msub> </mrow> </mtd> </mtr> </mtable> </mfenced> </mrow>

<mrow> <msubsup> <mi>o</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mi>j</mi> </mrow> <mi>d</mi> </msubsup> <mo>=</mo> <mfenced open = "{" close = "}"> <mtable> <mtr> <mtd> <mrow> <mn>0</mn> <mo>,</mo> </mrow> </mtd> <mtd> <mrow> <mi>i</mi> <mi>f</mi> </mrow> </mtd> <mtd> <mrow> <msub> <mi>o</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mi>j</mi> </mrow> </msub> <mo>&le;</mo> <msub> <mi>e</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mi>j</mi> </mrow> </msub> </mrow> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mrow> <msub> <mi>o</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mi>j</mi> </mrow> </msub> <mo>-</mo> <msub> <mi>e</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mi>j</mi> </mrow> </msub> <mo>,</mo> </mrow> </mtd> <mtd> <mrow> <mi>i</mi> <mi>f</mi> </mrow> </mtd> <mtd> <mrow> <msub> <mi>o</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mi>j</mi> </mrow> </msub> <mo>&gt;</mo> <msub> <mi>e</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mi>j</mi> </mrow> </msub> </mrow> </mtd> </mtr> </mtable> </mfenced> </mrow>

第j站實際搭乘第i條線路的不可分配乘客人數;

第j站第i條線路的不可分配乘客的延誤人數。

在步驟4)中,在約束條件下尋優的主要步驟有:

4.1)利用步驟1)收集的平均每站運營時間,確定乘客乘車時間成本TC1:

<mrow> <msub> <mi>TC</mi> <mn>1</mn> </msub> <mo>=</mo> <munder> <mo>&Sigma;</mo> <mi>j</mi> </munder> <munderover> <mo>&Sigma;</mo> <mrow> <mi>i</mi> <mo>=</mo> <mi>n</mi> </mrow> <mi>m</mi> </munderover> <msubsup> <mi>t</mi> <mi>i</mi> <mi>p</mi> </msubsup> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <mi>x</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mi>j</mi> </mrow> </msub> <mo>+</mo> <msubsup> <mi>o</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mi>j</mi> </mrow> <mi>p</mi> </msubsup> <mo>)</mo> </mrow> <mo>,</mo> <mo>&ForAll;</mo> <mi>i</mi> <mo>&Element;</mo> <mi>L</mi> </mrow>

xij:第j站中第i條線路的可分配乘客的上車人數;

第i條線路車輛的平均每站運營時間(單位:min);

第j站中第i條線路的不可分配乘客的上車人數;

4.2)根據步驟2)和步驟3)的分析結果,確定將可分配乘客的延誤時間視為所選擇
線路的平均延誤時間,而不可分配乘客的延誤時間為固定線路的延誤時間,因此確定延誤
等待時間成本為:

<mrow> <msub> <mi>TC</mi> <mn>2</mn> </msub> <mo>=</mo> <msup> <mi>t</mi> <mi>D</mi> </msup> <mo>&lsqb;</mo> <msub> <mi>q</mi> <mi>j</mi> </msub> <mo>-</mo> <munder> <mo>&Sigma;</mo> <mi>j</mi> </munder> <munderover> <mo>&Sigma;</mo> <mrow> <mi>i</mi> <mo>=</mo> <mi>n</mi> </mrow> <mi>m</mi> </munderover> <msub> <mi>x</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mi>j</mi> </mrow> </msub> <mo>&rsqb;</mo> <mo>+</mo> <munder> <mo>&Sigma;</mo> <mi>j</mi> </munder> <munderover> <mo>&Sigma;</mo> <mrow> <mi>i</mi> <mo>=</mo> <mi>n</mi> </mrow> <mi>m</mi> </munderover> <msubsup> <mi>t</mi> <mi>i</mi> <mi>d</mi> </msubsup> <msubsup> <mi>o</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mi>j</mi> </mrow> <mi>d</mi> </msubsup> <mo>,</mo> <mo>&ForAll;</mo> <mi>i</mi> <mo>&Element;</mo> <mi>L</mi> </mrow>

tD:可分配乘客的平均延誤等待時間(單位:min);

第i條線路的延誤等待時間(單位:min);

第j站的未搭乘第i條線路的不可分配人數。

4.3)考慮車上乘客人數,確定總擁擠成本:

<mrow> <msub> <mi>TC</mi> <mn>3</mn> </msub> <mo>=</mo> <munderover> <mo>&Sigma;</mo> <mrow> <mi>i</mi> <mo>=</mo> <mi>n</mi> </mrow> <mi>m</mi> </munderover> <msub> <mi>G</mi> <mi>i</mi> </msub> <mo>&lsqb;</mo> <msub> <mi>P</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mi>j</mi> </mrow> </msub> <mo>&rsqb;</mo> </mrow>

其中擁擠成本函數Gi[P(ij)]表達式如下:

<mrow> <msub> <mi>G</mi> <mi>i</mi> </msub> <mo>&lsqb;</mo> <msub> <mi>P</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mi>j</mi> </mrow> </msub> <mo>&rsqb;</mo> <mo>=</mo> <mfenced open = "{" close = "}"> <mtable> <mtr> <mtd> <mrow> <mn>0</mn> <mo>,</mo> </mrow> </mtd> <mtd> <mrow> <mi>i</mi> <mi>f</mi> </mrow> </mtd> <mtd> <mrow> <msub> <mi>P</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mi>j</mi> </mrow> </msub> <mo>&le;</mo> <msubsup> <mi>c</mi> <mi>i</mi> <mi>s</mi> </msubsup> </mrow> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mrow> <mi>&alpha;</mi> <msup> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <mi>P</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mi>j</mi> </mrow> </msub> <mo>-</mo> <msubsup> <mi>c</mi> <mi>i</mi> <mi>s</mi> </msubsup> <mo>)</mo> </mrow> <msub> <mi>&gamma;</mi> <mn>1</mn> </msub> </msup> <mo>,</mo> </mrow> </mtd> <mtd> <mrow> <mi>i</mi> <mi>f</mi> </mrow> </mtd> <mtd> <mrow> <msubsup> <mi>c</mi> <mi>i</mi> <mi>d</mi> </msubsup> <mo>&lt;</mo> <msub> <mi>P</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mi>j</mi> </mrow> </msub> <mo>&le;</mo> <msubsup> <mi>c</mi> <mi>i</mi> <mi>s</mi> </msubsup> </mrow> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mrow> <mi>&alpha;</mi> <msup> <mrow> <mo>(</mo> <msubsup> <mi>c</mi> <mi>i</mi> <mi>d</mi> </msubsup> <mo>-</mo> <msubsup> <mi>c</mi> <mi>i</mi> <mi>s</mi> </msubsup> <mo>)</mo> </mrow> <msub> <mi>&gamma;</mi> <mn>1</mn> </msub> </msup> <mo>+</mo> <mi>&beta;</mi> <msup> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <mi>P</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mi>j</mi> </mrow> </msub> <mo>-</mo> <msubsup> <mi>c</mi> <mi>i</mi> <mi>m</mi> </msubsup> <mo>)</mo> </mrow> <msub> <mi>&gamma;</mi> <mn>2</mn> </msub> </msup> </mrow> </mtd> <mtd> <mrow> <mi>i</mi> <mi>f</mi> </mrow> </mtd> <mtd> <mrow> <msubsup> <mi>c</mi> <mi>i</mi> <mi>s</mi> </msubsup> <mo>&lt;</mo> <msub> <mi>P</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mi>j</mi> </mrow> </msub> <mo>&le;</mo> <msubsup> <mi>c</mi> <mi>i</mi> <mi>m</mi> </msubsup> </mrow> </mtd> </mtr> </mtable> </mfenced> </mrow>

式中:

Pij:表示第j站的第i條線路的駛離乘客人數

<mrow> <msub> <mi>P</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mi>j</mi> </mrow> </msub> <mo>=</mo> <msub> <mi>P</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mi>k</mi> </mrow> </msub> <mo>+</mo> <msub> <mi>x</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mi>j</mi> </mrow> </msub> <mo>+</mo> <msubsup> <mi>o</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mi>j</mi> </mrow> <mi>p</mi> </msubsup> <mo>-</mo> <msub> <mi>d</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mi>j</mi> </mrow> </msub> <mo>;</mo> </mrow>

第i條線路車輛的座位數;

第i條線路車輛的設計容量;

第i條線路車輛的最大物理容量;

α和β、γ1、γ2分別表示不同條件下的擁擠成本系數。

4.4)綜合考慮乘客乘車成本、延誤等待時間成本、總擁擠成本以及各類成本的價
值權重,確定目標函數:

minTC=λ1TC1+λ2TC2+λ3TC3

式中λ1(元/min)、λ2(元/min)、λ3(元)為各個成本的價值權重,其值可由調研決定,
調研中將采用由專家打分的配對比較法和由乘客打分的常和尺度法相結合來確定各個價
值權重,也可在由公交指引APP中收集的乘客意愿而綜合決定。

4.5)根據既定目標函數以及實際情況,確定模型的約束條件如下:

①決策變量xij的取值范圍受車輛容量與優先分配上車的不可分配乘客人數限制,
且限定為整數集;

<mrow> <mn>0</mn> <mo>&le;</mo> <msub> <mi>x</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mi>j</mi> </mrow> </msub> <mo>&le;</mo> <msub> <mi>e</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mi>j</mi> </mrow> </msub> <mo>-</mo> <msubsup> <mi>o</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mi>j</mi> </mrow> <mi>p</mi> </msubsup> <mo>,</mo> <mo>&ForAll;</mo> <msub> <mi>x</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mi>j</mi> </mrow> </msub> <mo>&Element;</mo> <mi>Z</mi> </mrow>

②各類型乘客的總上車人數應小于等于在站總人數,同時為保證在站乘客總效益
最優,允許延誤人數的存在;

<mrow> <mn>0</mn> <mo>&lt;</mo> <munder> <mo>&Sigma;</mo> <mi>j</mi> </munder> <munderover> <mo>&Sigma;</mo> <mrow> <mi>i</mi> <mo>=</mo> <mi>n</mi> </mrow> <mi>m</mi> </munderover> <msub> <mi>x</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mi>j</mi> </mrow> </msub> <mo>+</mo> <munder> <mo>&Sigma;</mo> <mi>j</mi> </munder> <munderover> <mo>&Sigma;</mo> <mrow> <mi>i</mi> <mo>=</mo> <mi>n</mi> </mrow> <mi>m</mi> </munderover> <msubsup> <mi>o</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mi>j</mi> </mrow> <mi>p</mi> </msubsup> <mo>&le;</mo> <msub> <mi>Q</mi> <mi>j</mi> </msub> </mrow>

③各條線路的載客率等于該條線路的駛離乘客人數與車輛最大物流容量之比。

且0<pij≤1

4.6)采用改進的遺傳算法對模型進行求解,主要步驟如下:

①染色體編碼

本文采用實數編碼法,實數編碼將個體的每個基因位用給定范圍內的浮點表示,
該范圍取決于決策變量到的取值范圍,個體的編碼長度取決于決策量的個數。本文編碼范
圍即為xij的取值范圍。

②設計適應度函數

遺傳算法通過適應度函數區分個體的好壞,本文模型是求解目標是乘客總成本最
小,將乘客總成本的倒數作為個體的適應度值,即乘客成本越小的個體,適應度越大,個體
越優。設個體k的適應度函數為Fk[TC(xij)],則有:

<mrow> <msub> <mi>F</mi> <mi>k</mi> </msub> <mo>&lsqb;</mo> <mi>T</mi> <mi>C</mi> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <mi>x</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mi>j</mi> </mrow> </msub> <mo>)</mo> </mrow> <mo>&rsqb;</mo> <mo>=</mo> <mfrac> <mn>1</mn> <mrow> <mi>T</mi> <mi>C</mi> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <mi>x</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mi>j</mi> </mrow> </msub> <mo>)</mo> </mrow> </mrow> </mfrac> </mrow>

③選擇操作

選擇是從舊種群中以一定概率選擇優秀個體組成新種群,本文采用輪盤賭法,即
比例選擇法,個體被選中的概率與適應度值成正比,適應度越大的個體,被選中的概率越
大。則對個體i被選中的概率pk有:

<mrow> <msub> <mi>p</mi> <mi>k</mi> </msub> <mo>=</mo> <mfrac> <mrow> <msub> <mi>F</mi> <mi>k</mi> </msub> <mo>&lsqb;</mo> <mi>T</mi> <mi>C</mi> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <mi>x</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mi>j</mi> </mrow> </msub> <mo>)</mo> </mrow> <mo>&rsqb;</mo> </mrow> <mrow> <munderover> <mo>&Sigma;</mo> <mrow> <mi>l</mi> <mo>=</mo> <mn>1</mn> </mrow> <mi>z</mi> </munderover> <msub> <mi>F</mi> <mi>l</mi> </msub> <mo>&lsqb;</mo> <mi>T</mi> <mi>C</mi> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <mi>x</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mi>j</mi> </mrow> </msub> <mo>)</mo> </mrow> <mo>&rsqb;</mo> </mrow> </mfrac> </mrow>

④交叉變異操作

交叉和變異操作是為了遺傳具有上一代的優秀特征的個體并保持種群的多樣性
而采取的操作,本文通過調用MATLAB內置的遺傳算子實現交叉和變異操作。

⑥判斷是否滿足終止條件

當進化代數滿足設定值,或算法在連續進化一定代數后,解的適應度沒有明顯改
進時,即輸出優化結果。

4.6)整理輸出的結果,制定合理的客流分配方案。

案例分析

如圖2所述,設在一條BRT快速通道內,設置有Z0,Z1,Z2,Z3共四個通道內站點,在
BRT通道外有Z4,Z5,Z6,Z7,Z8五個通道內站點,以Z0作為本次優化的目標站點;設有線路B1,
B2,B3,B4,B5經過該BRT快速通道,其中僅有B1唯一經過通道外站點Z4,B2唯一經過通道外
站點Z5,B3唯一經過通道外站點Z6,B4唯一經過通道外站點Z7,B5唯一經過通道外站點Z7。

各條線路車輛的車輛參數如下表:

表1線路車輛參數





假設已知在Z0站點的乘客總人數為130人,乘客OD需求如下表所示:

表2乘客OD需求表



假設在本次優化過程中,到達Z0站點的線路車輛為B1,B2,B3,B4,B5,各條線路車
輛的載客情況如下表:

表3各線路車輛載客情況



在實際問題中,經過對廣州市BRT站臺乘客的走訪調查,大約有76位乘客運用5級
評價體系分別對乘車時間成本、延誤等待時間成本、總擁擠成本的價值權重進行了打分,其
中求得各權重平均值分別為2.89、2.02和3.87,為便于進一步驗證模型,按比例設置價值權
重為λ1=1.5,λ2=1,λ3=2。此外,通過對乘客的OD出行特性分析,得出本案例中可分配乘客
人數qj=80,不可分配人數oij分別為10、10、15、10、5。查閱相關文獻,取擁擠系數α=0.5,β
=1,γ1=1,γ2=1;種群規模為200,交叉概率、變異概率分別取0.8、0.01。借助MatLab軟件
進行編程求解,遺傳進化圖如圖3所示,結果顯示,最優值收斂于917.75元,實際總上車人數
為128,其中對應最優的各條線路分配人數為18,17,12,9,22,各條線路的上車人數為28,
27,27,19,27,延誤人數為2人,具體如下表所示:

表4各站的輸出數據





盡管已經示出和描述了本發明的實施例,對于本領域的普通技術人員而言,可以
理解的是,在不脫離本發明的原理和精神的情況下可以對這些實施例進行多種等效的變
化、修改、替換和變型,本發明的范圍由所附權利要求及其等同范圍限定。

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一種 基于 均衡 模型 BRT 乘客 出行 效益 優化 方法
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