[发明专利]一种考虑站点全覆盖的接驳地铁的社区公交线网与发车频率同步优化方法

权利要求书

1.一种考虑站点全覆盖的接驳地铁的社区公交线网与发车频率同步优化方法，其特征在于，具体步骤如下：

步骤一：优化模型构建

考虑多种基于现实的约束条件，提出了车辆超载惩罚函数，以系统总成本最小化为优化目标，构建了混合整数优化模型；

步骤二：线网初始化

基于拓扑网络，利用线网初始化算法生成满足所有约束条件的线网方案集合；

步骤三：适应度评价

由于公交线网经过区域内的每一个公交站点，利用基于公交线路的客流分配方法来确定每条线路的客流量，然后根据线路客流量确定发车频率，并提出车队规模调整算法，以满足最大车队规模限制，最后，计算方案的目标函数值；

步骤四：优化算法设计

使用遗传算法对线网进行优化，提出了站点交叉算子和删除变异算子，此外，还提出了修复算子，以修复交叉和变异后的不可行方案；

遗传算法寻优中，在每次迭代开始时，选择算子会随机选择一组个体，适应度较大的个体被认为是较优的个体，被选中的概率更大；

步骤五：线网优化方案

通过遗传算法对现实公交线网进行优化，并获得优化公交线网方案，并给出线网方案中每条线路的走向、发车间隔以及车队规模信息。

2.根据权利要求1所述的一种考虑站点全覆盖的接驳地铁的社区公交线网与发车频率同步优化方法，其特征在于，目标函数包含用户成本与运营成本，表示为：

C_T＝C_U+C_S (1)

式中，C_T为总成本；C_U为用户成本；C_S为运营成本；

运营成本与线网布局和每条线路的发车频率相关，表示为：

式中，γ_S为车辆每小时的运营成本；R为线路集合；F_k为线路k的车队规模；L为线路k的单向长度；N_k为线路k上的站点个数；T_k为站点延误时间；V_b为公交行驶速度；H_k为线路k的发车间隔；

用户成本分为三个部分：乘客在车成本C_I、乘客候车成本C_W:

C_U＝C_I+C_W (4)

式中，C_I与线网布局有关，在本研究中，由于公交线网需要经过所有的公交站点，因此可以使用基于路线的客流分配方法；然而，研究区域内存在多个地铁站，出行路径可能不经过乘客的目标地铁站，当这种情况发生时，假设乘客在地铁站换乘到达他们目标地铁站的路线；因此，在计算该OD对的在车时间时，需要考虑地铁上的在车时间，C_I表示为：

式中，i,j为每次出行的起点和终点；D_ij^k为i和j间在线路k上的旅行距离；M_ij^k为线路k上i和j或j和i间乘客数量；M_ij为i和j或j和i间乘客总数量；γ_I为在车时间价值；t_Ik为线路k的在车时间，包括地铁的在车时间；O,D为起点和终点的节点集合；R_i为通过节点i的线路集合；

一条路径上乘客的平均候车成本C_W主要与线路的发车间隔相关，表示为：

式中，γ_W为候车时间价值；

由上述内容可知，只有C_W和C_S与线路的发车间隔有关，通过求解C_T一阶导数可得，发车间隔H_k1的计算方法为：

发车间隔的上限H_k2，计算发方法为：

线路r的优化发车间隔，H_k，计算方法为：

H_k＝min{H_k1,H_k2} (10)

提出的约束条件如下：

约束1：站点全覆盖约束；为了提高社区内乘客出行的可达性，公交线网的服务范围需要覆盖所有的公交站点；

约束2：地铁站全覆盖约束；研究区域内的每个地铁站在线网中至少出现一次，以保证两种公交模式的衔接；

约束3：总车队规模约束；对于一个社区，公交线路经常由同一个运营商负责运营，由于运营商的资本投入有限，所以公交线网运营的总车队规模不能超过给定的上限；

约束4：车辆容量限制；在每一条线路上，每个行程的断面客流量不能超过运营车辆的最大载客量，这就要求每条线路必须设定最小的发车频率，以保证相应的服务水平；

约束5：线路长度约束；根据路网的规模，每条线路的长度应该在合理的范围之内；

约束6：线路走向约束；每条线路中都不能存在重复的站点，以避免线路中出现折返或局部环路；

做以下假设：(1)每条线路均起始于公交场站，终止于地铁站点；(2)每一个OD出行的起点/终点在公交站点，且终点/起点在地铁站；(3)班车速度和站点停靠时间是恒定的；(4)乘客到达公交站点的数量为随机分布。