[发明专利]一种考虑实时公交信息的最优线路规划方法

权利要求书

1.一种考虑实时公交信息的最优线路规划方法，其特征是按如下步骤进行：

步骤一、获取用户出行的原始公交网络：

根据用户出行的起始站点o和目的站点d，得到用户出行的原始公交网络G＝(V,A)，其中V为站点集，且V＝{o,M,d}；M为换乘站点集合，且M＝{M₁,M₂,…,M_k,…,M_K}，其中，M_k为第k个换乘站点，k＝1,2,…,K，K为换乘站点的总数；A为原始公交网络G中的线路集合，且A＝{L,FL,AL}，其中，L为所述起始站点o和目的站点d之间直达的线路集合，且L＝{l₁,l₂,…,l_n,…,l_N}，l_n为所述起始站点o和目的站点d之间的第n条直达线路，n＝1,2,…,N，N为直达线路的总数；FL为从所述起始站点o到换乘站点集合M中各个换乘站点的线路集合，且FL＝{FL₁,FL₂,…,FL_k,…,FL_K}，其中，FL_k为从所述起始站点o到第k个换乘站点M_k的进站线路集，且其中，为从所述起始站点o到第k个换乘站点M_k的第i条进站线路，i＝1,2,…,I_k，I_k为从所述起始站点o到第k个换乘站点M_k的进站线路总数；AL为从换乘站点集合M到目的站点d的出站线路集合，且AL＝{AL₁,AL₂,…,AL_k,…,AL_K}，AL_k为从所述第k个换乘站点M_k到目的站点d的出站线路集合，且其中，为从所述第k个换乘站点M_k到目的站点d的第j条出站线路，j＝1,2,…,J_k，J_k为从k个换乘站点M_k到目的站点d的出站线路总数；

步骤二、基于原始公交网络G获取扩展公交网络：

步骤2.1、由所述站点集V得到扩展后的站点集V′＝{O,M′}：

步骤2.1.1、将所述线路集合A中从起始站点o出发的第n条直达线路l_n和所述从起始站点o到第k个换乘站点M_k的第i条进站线路对应的虚拟出发节点分别记为和从而将从起始站点o出发的所有直达线路以及从起始站点o到所有换乘站点的所有进站线路所对应的虚拟出发节点与所述起始站点o共同构成起始站点集O；

步骤2.1.2、将所述线路集合A中第k个换乘站点M_k的第i条进站线路对应的虚拟到达节点记为从第k个换乘站点M_k到目的站点d的第j条出站线路对应的虚拟出发节点记为从而将从起始站点o到第k个换乘站点M_k的所有进站线路对应的虚拟到达节点以及从第k个换乘站点M_k到目的站点d的所有出站线路对应的虚拟出发节点构成第k个换乘站点集合M′_k；进而得到所有换乘站点集合M′＝{M′_k|k＝1,2,…,K}；

步骤2.2、构建新的线路集合A′，从而生成扩展公交网络G′＝(V′,A′)：

定义表示以起始站点o为起点，以第n条直达线路l_n对应的虚拟出发节点为终点的等待弧；定义表示以起始站点o为起点，以第k个换乘站点M_k的第i条进站线路对应的虚拟出发节点为终点的等待弧；从而得到起始站点集O的等待弧集，记为

定义表示以第k个换乘站点M_k的第i条进站线路的虚拟到达节点为起点，以第k个换乘站点M_k的第j条出站线路的虚拟出发节点为终点的等待弧；从而得到第k个换乘站点集合M′_k的等待弧集，记为进而得到所有换乘站点集合M′的等待弧集，记为

由起始站点集O的等待弧集WL_O和所有换乘站点集合M′的等待弧集WL_M构成总等待弧集WL，即WL＝{WL_O,WL_M}；

定义表示以第n条直达线路l_n的虚拟出发节点为起点，以目的站点d为终点的行驶弧，从而得到以所有直达线路的虚拟出发节点为起点，以目的站点d为终点的行驶弧集，记为

定义表示以第k个换乘站点M_k的第i条进站线路的虚拟出发节点为起点，以第k个换乘站点M_k的第i条进站线路的虚拟到达节点为终点的行驶弧，从而得到以所有换乘站点的所有进站线路的虚拟出发节点为起点，以所有换乘站点的所有进站线路的虚拟到达节点为终点的行驶弧集，记为

定义表示以第k个换乘站点M_k的第j条出站线路的虚拟出发节点为起点，以目的站点d为终点的行驶弧，从而得到以所有换乘站点的所有出站线路的虚拟出发节点为起点，以目的站点d为终点的行驶弧集，记为

由以所有直达线路的虚拟出发节点为起点以目的站点d为终点的行驶弧集L′、以所有换乘站点的所有进站线路的虚拟出发节点为起点以所有换乘站点的所有进站线路的虚拟到达节点为终点的行驶弧集FL′、以所有换乘站点的所有出站线路的虚拟出发节点为起点以目的站点d为终点的行驶弧集AL′构成总行驶弧集RL，即RL＝{L′,FL′,AL′}；

由总等待弧集WL和总行驶弧集RL构成新的线路集合，记为A′＝{WL,RL}；

步骤三、计算扩展公交网络上等待弧与行驶弧的权重：

步骤3.1、设定用户到达起始站点o的时刻为t_o，同时将实时公交信息和路况信息添加到扩展公交网络G′＝(V′,A′)中；

步骤3.2、将新的线路集合A′中的行驶弧和等待弧赋予相应的权重ω，从而得到赋权有向图G″＝(V′,A′,ω)，其中权重ω包括：

令起始站点集O的等待弧集WL_O的权重表示用户乘坐第n条直达线路l_n上在时刻t_o后最先到达起始站点o的公交车所需要等待的时间，即其中，表示在时刻t_o后第n条直达线路l_n上的最先到达起始站点o的公交车到达o的时刻，如果在用户到达起始站点o的时刻t_o后在第n条直达线路l_n上不再有公交车，则令

令起始站点集O的等待弧集WL_O的权重表示用户乘坐第k个换乘站点M_k的第i条进站线路上最先到达起始站点o的公交车所需要等待的时间，即其中，表示在时刻t_o后第k个换乘站点M_k的第i条进站线路上最先到达起始站点o的公交车到达o的时刻，如果时刻t_o后在第k个换乘站点M_k的第i条进站线路上不再有公交车，则令

令换乘站点集合M′的等待弧集WL_M的权重表示用户乘坐第k个换乘站点M_k的第i条进站线路上的公交车到达M_k后，用户乘坐第k个换乘站点M_k的第j条出站线路上最先到达M_k的公交车所需要等待的时间，即其中，为时刻t_o后最先到达起始站点o的公交车经过第k个换乘站点M_k的第i条进站线路到达第k个换乘站点M_k的时刻，表示在时刻之后在第k个换乘站点M_k的第j条出站线路上最先到达M_k时刻，如果时刻后不再有到达第k个换乘站点M_k且经过第k个换乘站点M_k的第j条出站线路的公交车，则令

令以所有直达线路的虚拟出发节点为起点，以目的站点d为终点的行驶弧集L′的权重表示用户乘坐最先到达起始站点o的公交车在第n条直达线路l_n上基于实时路况的行驶时间，即其中，为小汽车基于实时路况下经过第n条直达线路l_n的行驶时间，μ为换算系数，且μ＞1，为第n条直达线路l_n上的公交车站个数且不包括起始站点o和目的站点d，T为公交车在每个车站的平均停靠时间；

令以所有换乘站点的所有进站线路的虚拟出发节点为起点，以所有换乘站点的所有进站线路的虚拟到达节点为终点的行驶弧集FL′的权重表示用户乘坐最先到达起始站点o的公交车在第k个换乘站点M_k的第i条进站线路上基于实时路况的行驶时间，即其中，为小汽车基于实时路况下经过第k个换乘站点M_k的第i条进站线路的行驶时间，μ为换算系数，且μ＞1，为第k个换乘站点M_k的第i条进站线路上的公交车站个数且不包括起始站点o和第k个换乘站点M_k，T为公交车在每个车站的平均停靠时间；

令以所有换乘站点的所有出站线路的虚拟出发节点为起点以目的站点d为终点的行驶弧集AL′的权重表示用户乘坐最先到达第k个换乘站点M_k的公交车在第j条出站线路上基于实时路况的行驶时间，即其中，为小汽车基于实时路况下经过第k个换乘站点M_k的第j条出站线路的行驶时间，μ为换算系数，且μ＞1，为第k个换乘站点M_k的第j条出站线路上的公交车站个数，且不包括第k个换乘站点M_k和目的站点d，T为公交车在每个车站的平均停靠时间；

步骤四、使用组合动态规划算法在加载权重信息后的扩展公交网络图G″＝(V′,A′,ω)中寻找从起始站点o至目的站点d的最优路径：

步骤4.0、将赋权有向图G″＝(V′,A′,ω)按照是否存在换乘线路分为直达线路网络和换乘线路网络以及混合线路网络，若赋权有向图G″＝(V′,A′,ω)为直达线路网络，则执行步骤4.1和步骤4.3；若赋权有向图G″＝(V′,A′,ω)为换乘线路网络，则执行步骤4.2和步骤4.3；若赋权有向图G″＝(V′,A′,ω)为混合线路网络，则执行步骤4.1至步骤4.3；

步骤4.1、直达线路网络的最优路径获取：

步骤4.1.1、令a表示当前阶段，令状态变量s_a表示当前阶段a之初可能的节点位置，决策变量u_a表示当前阶段a之初可能选择的弧，定义指标函数V_a(s₁,u₁,…,s_a-1,u_a-1,s_a)为当前阶段a之前选择的所有公交线路对应的等待弧和行驶弧的权重之和，令最优值函数f_a(s_a)＝min{V_a(s₁,u₁,…,s_a-1,u_a-1,s_a)}，定义边界条件f₁(s₁)＝0；

当a＝1时，初始化s_a为起始站点o；

当a＝2时，初始化s_a为起始站点o出发的所有直达线路所对应的虚拟出发节点；

当a＝3时，初始化s_a为目的站点d；

步骤4.1.2、令n＝1；

步骤4.1.3、计算

步骤4.1.4、将n+1赋值给n，判断n＞N是否成立，若成立，执行步骤4.1.5，否则，执行步骤4.1.3；

步骤4.1.5、计算

令l_n^*为中最小元素对应状态变量的线路；

步骤4.2、换乘线路网络的最优路径获取：

步骤4.2.1、令a表示当前阶段，令状态变量s_a表示当前阶段a之初可能的节点位置，决策变量u_a表示当前阶段a之初可能选择的弧，定义指标函数V_a(s₁,u₁,…,s_a-1,u_a-1,s_a)为当前阶段a之前选择的所有公交线路对应的等待弧和行驶弧的权重之和，令最优值函数f_a(s_a)＝min{V_a(s₁,u₁,…,s_a-1,u_a-1,s_a)}，定义边界条件f₁(s₁)＝0；

当a＝1时，初始化s_a为起始站点o；

当a＝2时，初始化s_a为从起始站点o到所有换乘站点的所有进站线路所对应的虚拟出发节点；

当a＝3时，初始化s_a为从起始站点o到所有换乘站点的所有进站线路所对应的虚拟到达节点；

当a＝4时，初始化s_a为从所有换乘站点到目的站的的所有出站线路所对应的虚拟出发节点；

当a＝5时，初始化s_a为目的站点d；

步骤4.2.2、令k＝1；

步骤4.2.3、令i＝1；

步骤4.2.4、计算和

步骤4.2.5、将i+1赋值给i，判断i＞I_k是否成立，若成立，则执行步骤4.2.6，否则，执行步骤4.2.4；

步骤4.2.6、将k+1赋值给k，判断k＞K是否成立，若成立，则执行步骤4.2.7，否则，执行步骤4.2.3；

步骤4.2.7、令k＝1；

步骤4.2.8、令j＝1；

步骤4.2.9、计算

令为中最小元素对应状态变量的进站线路；

步骤4.2.10、将j+1赋值给j，判断j＞J_k是否成立，若成立，则执行步骤4.2.11，否则，执行步骤4.2.9；

步骤4.2.11、将k+1赋值给k，判断k＞K是否成立，若成立，则执行步骤4.2.12，否则，执行步骤4.2.8；

步骤4.2.12、计算

令为中最小元素对应状态变量的出站线路；

步骤4.3、综合比较直达线路与换乘线路的行程时间，从而得到赋权有向图G″＝(V′,A′,ω)的最优路径：

若f₃(d)≤f₅(d)或赋权有向图G″＝(V′,A′,ω)为直达线路网络时，选择直达线路，最优直达线路为从起始站点o乘坐直达线路l_n^*上的公交车至目的站点d，记为

若f₃(d)＞f₅(d)或赋权有向图G″＝(V′,A′,ω)为换乘线路网络时，选择换乘线路，最优换乘线路为从起始站点o乘坐第k个换乘站点第i条进站线路上的公交车至第k个换乘站点M_k换乘，然后乘坐第j条出站线路上的公交车至目的站点d，记为

若f₃(d)＝f₅(d)＝+∞时，则最优线路为空，表明基于用户到达起始站点o的时刻t_o出发，用户无法赶上末班车，进而无法完成本次出行，并执行步骤五；

步骤五、最优路径为空时计算最晚出发时刻

步骤5.0、若赋权有向图G″＝(V′,A′,ω)为直达线路网络，则执行步骤5.1；若赋权有向图G″＝(V′,A′,ω)为换乘线路网络，则执行步骤5.2；若赋权有向图G″＝(V′,A′,ω)为混合线路网络，则执行步骤5.1至步骤5.3；

步骤5.1、乘坐直达线路的最晚出发时刻：

定义直达的线路集合L中第n条直达线路l_n的末班公交车到达起始站点o的时刻为计算直达的线路集合L中所有直达线路的末班公交车到达起始站点o的时刻最大值即为乘坐直达线路时的最晚出发时刻

步骤5.2、乘坐换乘线路的最晚出发时刻：

步骤5.2.1、初始化k＝1；

步骤5.2.2、定义以第k个换乘站点M_k的出站线路集合AL_k中第j条线路的末班公交车到达第k个换乘站点M_k的时刻为计算以第k个换乘站点M_k的出站线路集合AL_k中所有线路的末班公交车到达第k个换乘站点M_k的时刻的最大值

步骤5.2.3、令i＝1；

步骤5.2.4、若则将第i条进站线路放入备选集合A中；

步骤5.2.5、将i+1赋值给i，判断i＞I_k是否成立，若成立，则执行步骤5.2.6，否则，执行步骤5.2.4；

步骤5.2.6、比较备选集合A中所有进站线路的末班公交车到达起始站点o的时刻，并取最大值记为

步骤5.2.7、将k+1赋值给k，判断k＞K是否成立，若成立，则执行步骤5.2.8，否则，执行步骤5.2.2；

步骤5.2.8、计算乘坐换乘线路时的最晚出发时刻

步骤5.3、综合比较换乘线路和直达线路的最晚出发时刻：

计算最晚出发时刻为