本發(fā)明涉及智能公共交通系統(tǒng)，尤其是涉及一種基于多源數(shù)據(jù)的單線路公交運(yùn)行動(dòng)態(tài)優(yōu)化方法。

背景技術(shù)：

1、多源數(shù)據(jù)客流預(yù)測(cè)方法是公交運(yùn)行動(dòng)態(tài)優(yōu)化的核心。傳統(tǒng)參數(shù)模型的客流預(yù)測(cè)方法處理數(shù)量日益增加、特征愈加復(fù)雜的公交客流數(shù)據(jù)時(shí)已顯疲態(tài)。而高復(fù)合度的混合預(yù)測(cè)模型盡管預(yù)測(cè)精度表現(xiàn)優(yōu)秀，但模型結(jié)構(gòu)流程復(fù)雜，應(yīng)用于公交實(shí)際營(yíng)運(yùn)過程的實(shí)施難度高，泛用性能有限。傳統(tǒng)公交運(yùn)行優(yōu)化單純針對(duì)相鄰兩輛公交車的控制行為，未考慮相鄰公交車的運(yùn)行狀態(tài)變化會(huì)對(duì)公交線路整體運(yùn)行產(chǎn)生影響，這使得最終得到的調(diào)度方案距全局最優(yōu)解有較大的優(yōu)化空間。

2、本發(fā)明旨在對(duì)公交運(yùn)行過程中產(chǎn)生與相關(guān)的多源數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、融合，提出精度可靠且實(shí)用性強(qiáng)的短時(shí)公交客流預(yù)測(cè)方法，在此基礎(chǔ)上建立起基于組合策略的單線路公交運(yùn)行動(dòng)態(tài)優(yōu)化模型，探討可行的演化算法及求解方案。在提升廣大乘客乘車出行體驗(yàn)的同時(shí)，也為今后城市公共交通問題的解決和精細(xì)化高水平運(yùn)營(yíng)提供具有一定參考。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種基于多源數(shù)據(jù)的單線路公交運(yùn)行動(dòng)態(tài)優(yōu)化方法。

2、本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)：

3、本發(fā)明提供一種基于多源數(shù)據(jù)的單線路公交運(yùn)行動(dòng)態(tài)優(yōu)化方法，包括以下步驟：

4、s1、建立基于雙向長(zhǎng)短時(shí)記憶網(wǎng)絡(luò)的短時(shí)公交客流預(yù)測(cè)模型，將多維客流數(shù)據(jù)輸入所述短時(shí)公交客流預(yù)測(cè)模型中，輸出客流預(yù)測(cè)結(jié)果；

5、s2、根據(jù)所述客流預(yù)測(cè)結(jié)果的客流分布時(shí)空特征，建立單線路公交運(yùn)行動(dòng)態(tài)優(yōu)化模型；

6、s3、采用混合算法對(duì)所述單線路公交運(yùn)行動(dòng)態(tài)優(yōu)化模型進(jìn)行求解，求解過程包括兩個(gè)階段：

7、第一階段：將公交運(yùn)營(yíng)成本和乘客出行成本的總成本最低作為單線路公交運(yùn)行動(dòng)態(tài)優(yōu)化模型的目標(biāo)函數(shù)，計(jì)算線路各時(shí)段的最優(yōu)發(fā)車間隔；

8、第二階段：在當(dāng)前車輛發(fā)車時(shí)刻前的設(shè)定時(shí)間段，使用所述短時(shí)公交客流預(yù)測(cè)模型對(duì)完成發(fā)車時(shí)刻的線路駐站進(jìn)行客流預(yù)測(cè)，將預(yù)測(cè)結(jié)果與道路交通信息數(shù)據(jù)輸入混合算法中，輸出當(dāng)前車輛的最優(yōu)調(diào)度方案。

9、所述多維客流數(shù)據(jù)先通過預(yù)處理，再經(jīng)過多維度拓展，得到耦合時(shí)間特征、天氣狀況信息、站點(diǎn)信息、實(shí)時(shí)車輛gps、歷史客流因素在內(nèi)的多維客流數(shù)據(jù)。

10、所述短時(shí)公交客流預(yù)測(cè)模型通過以下步驟得到：采用留出法將原始客流數(shù)據(jù)構(gòu)建數(shù)據(jù)集，并將其劃分為兩個(gè)互斥集合，其中一個(gè)作為訓(xùn)練集，另外一個(gè)作為測(cè)試集；將訓(xùn)練集對(duì)短時(shí)公交客流預(yù)測(cè)模型進(jìn)行訓(xùn)練，測(cè)試集對(duì)短時(shí)公交客流預(yù)測(cè)模型進(jìn)行驗(yàn)證；根據(jù)平均相對(duì)誤差、平均絕對(duì)百分比誤差以及相對(duì)均方根誤差選取擇預(yù)測(cè)精度與效果最好的短時(shí)公交客流預(yù)測(cè)模型。

11、將所述公交運(yùn)營(yíng)成本采用如下計(jì)算公式表示：

12、

13、其中，μ1為公交車輛可變運(yùn)營(yíng)成本控制系數(shù)；l為公交行駛路徑的總長(zhǎng)度；tk為第k個(gè)時(shí)段的時(shí)段長(zhǎng)度；k為調(diào)度時(shí)間段總數(shù)；xk為第k個(gè)時(shí)段的公交線路的首站發(fā)車間隔。

14、將乘客等候成本與乘客在途時(shí)間成本之和作為所述乘客出行成本。

15、所述乘客出行成本采用如下計(jì)算公式表示：

16、w2＝wa+wb

17、其中，wa為乘客出行成本，μ2為乘客一般等待時(shí)間成本控制系數(shù)，μ3為含滿意度懲罰的乘客等待時(shí)間成本控制系數(shù)，n為線路公交車輛總數(shù)，m為線路公交站點(diǎn)總數(shù)，為公交車輛i到達(dá)站點(diǎn)j時(shí)，上車的乘客數(shù)量，yi，j為0-1決策變量，控制公交車輛i在站點(diǎn)j是否越站；wb為乘客在途時(shí)間成本，μ4為乘客在途時(shí)間成本控制系數(shù)，ni，j為公交車輛i自站點(diǎn)j出發(fā)時(shí)，車廂內(nèi)實(shí)時(shí)承載的乘客數(shù)量；li，j為公交車輛i在站點(diǎn)j與站點(diǎn)j+1間的行駛路徑長(zhǎng)度，vi，j為公交車輛i在站點(diǎn)j與站點(diǎn)j+1間的平均行駛速度。

18、對(duì)所述目標(biāo)函數(shù)設(shè)置約束條件，包括：車輛越站約束、站點(diǎn)越站保護(hù)約束、車輛運(yùn)行速度約束、車輛容量約束、發(fā)車間隔約束和乘客服務(wù)率約束。

19、將遺傳算法與模擬退火算法融合作為混合算法。

20、所述混合算法求解過程具體包括：采用整數(shù)編碼的方式對(duì)車輛路徑進(jìn)行編碼，以公交運(yùn)營(yíng)成本和乘客出行成本的總成本最低作為總優(yōu)化目標(biāo)，以目標(biāo)函數(shù)的倒數(shù)作為適應(yīng)度函數(shù)，迭代計(jì)算至設(shè)定次數(shù)閾值時(shí)，混合算法終止，輸出當(dāng)前車輛的最優(yōu)調(diào)度方案。

21、所述最優(yōu)調(diào)度方案包括當(dāng)前車輛走行路徑、車輛越行控制位置信息。

22、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：

23、(1)本發(fā)明對(duì)公交短時(shí)客流量的影響因素進(jìn)行了多層次分析，在常規(guī)因素之外，將公共衛(wèi)生事件處理信息作為關(guān)鍵致因同時(shí)納入客流預(yù)測(cè)模型的量化過程。

24、(2)根據(jù)同等學(xué)習(xí)與對(duì)比建模的結(jié)果，評(píng)估比選后提出了基于bilstm網(wǎng)絡(luò)的公交短時(shí)客流需求預(yù)測(cè)方法，實(shí)現(xiàn)了具有良好精度的線路乃至站點(diǎn)層面的短時(shí)客流預(yù)測(cè)。

25、(3)相比于傳統(tǒng)線網(wǎng)層面的宏觀客流預(yù)測(cè)，本專利的預(yù)測(cè)結(jié)果可直接用于指導(dǎo)公交線路的調(diào)度優(yōu)化過程。

26、(4)除常規(guī)靜態(tài)調(diào)度優(yōu)化手段外，本專利詳細(xì)探討了以車輛越站控制和局部路徑優(yōu)化為代表的動(dòng)態(tài)公交調(diào)度手段的應(yīng)用場(chǎng)景與實(shí)施方式?；诙嘀乜刂撇呗缘挠袡C(jī)結(jié)合，構(gòu)建了單線路公交運(yùn)行動(dòng)態(tài)優(yōu)化模型，彌補(bǔ)一般調(diào)度方式不足的同時(shí)，還在傳統(tǒng)越站手段的基礎(chǔ)上進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)了車輛運(yùn)行路徑局部合理幅度的動(dòng)態(tài)優(yōu)化調(diào)整。數(shù)值仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該模型在保證服務(wù)水平的前提下能夠有效提高線路運(yùn)行效率，具有優(yōu)秀的泛用性能。

技術(shù)特征：

1.一種基于多源數(shù)據(jù)的單線路公交運(yùn)行動(dòng)態(tài)優(yōu)化方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于多源數(shù)據(jù)的單線路公交運(yùn)行動(dòng)態(tài)優(yōu)化方法，其特征在于，所述多維客流數(shù)據(jù)先通過預(yù)處理，再經(jīng)過多維度拓展，得到耦合時(shí)間特征、天氣狀況信息、站點(diǎn)信息、實(shí)時(shí)車輛gps、歷史客流因素在內(nèi)的多維客流數(shù)據(jù)。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于多源數(shù)據(jù)的單線路公交運(yùn)行動(dòng)態(tài)優(yōu)化方法，其特征在于，所述短時(shí)公交客流預(yù)測(cè)模型通過以下步驟得到：采用留出法將原始客流數(shù)據(jù)構(gòu)建數(shù)據(jù)集，并將其劃分為兩個(gè)互斥集合，其中一個(gè)作為訓(xùn)練集，另外一個(gè)作為測(cè)試集；將訓(xùn)練集對(duì)短時(shí)公交客流預(yù)測(cè)模型進(jìn)行訓(xùn)練，測(cè)試集對(duì)短時(shí)公交客流預(yù)測(cè)模型進(jìn)行驗(yàn)證；根據(jù)平均相對(duì)誤差、平均絕對(duì)百分比誤差以及相對(duì)均方根誤差選取擇預(yù)測(cè)精度與效果最好的短時(shí)公交客流預(yù)測(cè)模型。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于多源數(shù)據(jù)的單線路公交運(yùn)行動(dòng)態(tài)優(yōu)化方法，其特征在于，將所述公交運(yùn)營(yíng)成本采用如下計(jì)算公式表示：

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于多源數(shù)據(jù)的單線路公交運(yùn)行動(dòng)態(tài)優(yōu)化方法，其特征在于，將乘客等候成本與乘客在途時(shí)間成本之和作為所述乘客出行成本。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種基于多源數(shù)據(jù)的單線路公交運(yùn)行動(dòng)態(tài)優(yōu)化方法，其特征在于，所述乘客出行成本采用如下計(jì)算公式表示：

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于多源數(shù)據(jù)的單線路公交運(yùn)行動(dòng)態(tài)優(yōu)化方法，其特征在于，對(duì)所述目標(biāo)函數(shù)設(shè)置約束條件，包括：車輛越站約束、站點(diǎn)越站保護(hù)約束、車輛運(yùn)行速度約束、車輛容量約束、發(fā)車間隔約束和乘客服務(wù)率約束。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于多源數(shù)據(jù)的單線路公交運(yùn)行動(dòng)態(tài)優(yōu)化方法，其特征在于，將遺傳算法與模擬退火算法融合作為混合算法。

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種基于多源數(shù)據(jù)的單線路公交運(yùn)行動(dòng)態(tài)優(yōu)化方法，其特征在于，所述混合算法求解過程具體包括：采用整數(shù)編碼的方式對(duì)車輛路徑進(jìn)行編碼，以公交運(yùn)營(yíng)成本和乘客出行成本的總成本最低作為總優(yōu)化目標(biāo)，以目標(biāo)函數(shù)的倒數(shù)作為適應(yīng)度函數(shù)，迭代計(jì)算至設(shè)定次數(shù)閾值時(shí)，混合算法終止，輸出當(dāng)前車輛的最優(yōu)調(diào)度方案。

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的一種基于多源數(shù)據(jù)的單線路公交運(yùn)行動(dòng)態(tài)優(yōu)化方法，其特征在于，所述最優(yōu)調(diào)度方案包括當(dāng)前車輛走行路徑、車輛越行控制位置信息。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及智能公共交通系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種基于多源數(shù)據(jù)的單線路公交運(yùn)行動(dòng)態(tài)優(yōu)化方法。該方法包括：建立基于雙向長(zhǎng)短時(shí)記憶網(wǎng)絡(luò)的短時(shí)公交客流預(yù)測(cè)模型，輸出客流預(yù)測(cè)結(jié)果；根據(jù)所述客流預(yù)測(cè)結(jié)果的客流分布時(shí)空特征，建立單線路公交運(yùn)行動(dòng)態(tài)優(yōu)化模型；采用混合算法對(duì)所述單線路公交運(yùn)行動(dòng)態(tài)優(yōu)化模型進(jìn)行求解，輸出當(dāng)前車輛的最優(yōu)調(diào)度方案。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有良好精度的線路乃至站點(diǎn)層面的短時(shí)客流預(yù)測(cè)，在保證服務(wù)水平的前提下能夠有效提高線路運(yùn)行效率，具有優(yōu)秀的泛用性能。

技術(shù)研發(fā)人員：周雪梅,張韞博,王乾林,郭洹武,李伯千,趙驍馳
受保護(hù)的技術(shù)使用者：同濟(jì)大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/23