[发明专利]一种基于蚁群算法的定制公交规划方法及系统

说明书

本发明涉及一种基于蚁群算法的定制公交规划方法及系统。所述方法包括：获取出行者需求形成出行者需求集合P；获取公交车辆信息形成公交车辆集合H；以出行者需求作为输入，以公交服务水平为约束条件，公交服务运行过程中产生的总成本设为目标函数，构建基于蚁群算法的公交规划模型，根据所述公交规划模型输出公交车辆集合的行驶方案。本发明的输入为出行者出行需求，约束条件为公交服务水平，目标函数为公交服务运行过程中产生的最小化总成本，构建基于蚁群算法的公交规划模型，对模型进行求解以得到最佳公交线路规划及行驶方案，由于模型的设计充分满足乘客出行需求且兼顾企业运营成本效益，使得本发明的方法求解得到适应性更强的公交行驶方案。

技术领域

本发明涉及公共交通领域，更具体地，涉及一种基于蚁群算法的定制公交规划方法及系统。

背景技术

定制公交是一种通过整合出行起讫点和出行时间相近、服务水平需求相似的出行需求，提供预定的车次或线路的一种多元化、集约化、高品质的公共交通服务方式。定制公交线网是定制公交系统的基础，其规划的合理性、均衡性对整个定制公交的运营起着至关重要的作用。着重研究定制公交线网规划的方法，形成合理均衡的定制公交网络，能使定制公交资源得到最大限度的利用，满足大部分乘客的出行需求，保障定制公交的服务品质，同时节约公交运营成本。

关于定制公交规划设计，现在的国内外研究和技术现状主要如下：

第一，定制公交方面。国外对于定制公交研究起步较早，但相关研究多停留在理论分析上，大部分学者主要是对定制公交的服务特性进行了分析研究，以及一些类似定制公交的公交服务模式如订购巴士服务、COM-BUS等。而国内关于定制公交运营服务的研究较多，内容主要集中在定制公交的系统构成、运营模式、线路设计、时刻表编制、车辆及票价等多个方面，并取得了较多研究成果。但是对城市定制公交的认识多以定性分析为主，如何提升定制公交的实用性仍需要从合理规划定制公交线网、完善定制公交组织运营等角度做出结合实际的研究。

第二，线网规划方面。作为定制公交系统的重要组成部分，定制公交线网规划的合理性及均衡性对公交运营影响较大，通过对比常规公交与定制公交的组织运营结构，结合定制公交运营服务优势，国内外研究学者基于出行需求、区域划分、最优路径、运营成本、社会效益等多方面因素，构建相应的线网规划模型。相关研究多从宏观角度分析定制公交模式和线路规划应达到的目标，为了得到合理的定制公交线路设计方案，有必要结合定制公交的实际运营特点和开行条件，优化其线路规划方法，从而缩短开线时间、提高布线效率，并促进定制公交的进一步发展。

第三，优化算法方面。公交线网优化问题的难点在于模型的建立和求解，秉承适应城市发展、满足乘客要求、兼顾企业利益的原则，从社会成本最小化、社会效益最大化的角度，公交线网优化模型也逐步从单目标模型向多目标模型转变。现有的公交线网优化研究中主要以OD矩阵形式来求解最优解，而由于此类问题的解空间较大，一些学者在启发式方法的基础上引入人工智能方法。其中使用较多的是遗传算法，通常以改进的遗传算法与其它算法相结合的方法来实现。遗传算法迭代次数少，运算速度快，但求解的精度略低于深度优先算法。因此，如何选取适用的优化求解算法，也是公交线网优化设计问题的研究重点所在。

比如，现有技术中有张敏捷等人针对定制公交线网优化问题，通过对定制公交服务模式的分析，提出以线网覆盖率最大、上座率最髙、运营投入最少为优化目标，构建定制公交线路规划模型，用蚁群算法求解，并通过实例分析证明了算法的有效性，但该研究利用蚁群算法求解时缺乏对实际客流变化情况对运营产生的影响进行考虑。

比如，马继辉等基于公交需求数据，提出基于区域划分的定制公交线路规划方法，该方法通过分析出行需求进行起终区域划分及起始区域的配对，并基于需求建立线路规划模型，以实际公交出行需求进行算法验证。但对于实际道路情况而言，交通拥堵等多种因素会导致起讫点之间的最短路并非综合最优。