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原文传递数据驱动的公交时刻表优化与车辆排班计划研究

论文题名：	数据驱动的公交时刻表优化与车辆排班计划研究
关键词：	地面公交;时刻表优化;遗传算法;车辆排班计划;运营成本
摘要：	随着社会的发展，经济水平的提升，车辆数目与日俱增，道路交通拥堵情况日益严重。公共交通是城市交通系统的重要组成部分，在缓解交通压力，提高出行满意度方面发挥重要作用。公交车是公共交通工具中最普遍的方式，其载客量大，运行成本低，高效便捷，是广大居民的出行首选。然而，随着共享经济的发展，共享单车、共享电车、网约车等共享交通也随之出现，居民有更多的出行选择，公交公司的发展受到威胁。目前，公交公司迫切需要先进的管理和智能优化提高效益。　　为了更好地满足居民的出行需求和提升公交公司的运营情况，本文针对数据驱动的公交时刻表优化问题和车辆排班问题做了如下研究：　　（1）针对公交线路时刻表优化问题，研究双场站公交线路的发车时刻表。场站分为上行场站和下行场站，上行场站中的车辆运行到下行场站后，会执行下行场站的发车趟次回到上行场站；同理，下行场站中的车辆运行到上行场站后，会执行上行场站的发车趟次回到下行场站。首先以最小化乘客等车时长、公交企业运营成本为目标建立模型，并利用遗传算法求解，最终得到最优发车时刻表和发车趟次，并运用数值算例证明该模型的合理性和有效性。　　（2）针对公交线路车辆排班计划，双场站公交线路，基于给定的发车时刻表和发车趟次，调整上下行场站的车辆数目和工作时间，设计方法重新安排车辆排班，目标是在满足休息时长限制的情况下尽可能地减少停站时间，最终得到各场站运营所需的车辆数，以及各车辆需执行的对应趟次。首先设计一个基于规则的车辆排班两阶段方法，第一阶段可得到上\下行场站车辆的循环趟次集合；第二阶段生成最终的车辆排班计划。该方法是将决策问题看作图问题，通过图优化的方式求得一个车辆排班计划，得到各场站运营所需的车辆数，以及各车辆需执行的对应趟次。最后用数值算例证明了该方法的合理性和有效性。　　（3）针对公交线路时刻表优化和车辆排班问题，考虑了乘客、公交企业和司乘人员的利益，以最小化乘客等车时长、公交企业运营成本和司乘人员工作时长为目标建立多目标优化模型。将该问题确定为三层优化模式，第一层是给定发车趟次；第二层确定发车时刻表；第三层确定车辆排班方案，并获得场站实际运营所需的车辆数。本研究建立的模型为建构复杂的非线性规划模型，采用线性化方法将其转化为线性规划并求解。最后，使用一个公交线路的具体数据进行案例研究，对目标函数赋予不同的权重，分别得到公交发车时刻表和车辆排班计划。　　本文首先针对研究较少的双场站公交线路，首先研究时刻表优化，得出最优发车时刻表和发车趟次，接着研究车辆排班计划。最后针对单场站公交线路，综合研究时刻表优化和车辆排班计划方法。研究内容更加全面，更加符合实际情况，研究方法更加智能化、合理化，得出的研究结论也更加科学有效，更具有说服力，为以后的关于公共交通方面的研究提供了新的方向和思路。
作者：	代聪聪
专业：	管理科学与工程
导师：	李想
授予学位：	硕士
授予学位单位：	北京化工大学
学位年度：	2022