公交车辆调度与司机排班算法研究

发布时间：2020-03-28 17:32

【摘要】：智慧化公交是城市公交企业提升生产效率和服务水平的有效途径,也是解决城市公交问题关键环节之一。然而,城市公交运营面临一系列的难题,如公交线网调整优化、线路时刻表设计、车辆调度、司机排班等。其中,公交车辆调度与司机排班是公交企业生产作业的基础,也是企业运营管理中的一个重要环节。良好的生产作业计划能够减少公交线路所需公交车辆数量,合理地安排司机工作与休息时间,减少运营成本,从而为安全和高效的公交运营提供保障。本文针对公交车辆调度与司机排班问题,设计元启发算法,完成了以下工作:(1)公交车辆调度与司机排班定义与求解策略分析。在分析公交车辆调度与司机排班的基本要求的基础上,进行问题定义;采用班次链概念表达公交车辆任务安排和司机任务安排;选择邻域搜索元启发算法改进公交班次链。(2)设计了一个公交车辆调度与司机排班算法。基于邻域搜索元启发算法的基本原理,设计了一个元启发算法框架,包括问题定义、基本操作、数学模型、初始解构造、调整算子、搜索策略等模块。利用算法基本模块,实现一个多启动迭代局部搜索算法。(3)完成了算法测试。构造了44个线路案例,分别进行人车固定和人车分离模式的车辆调度与司机排班。构造了8个跨线运营案例,完成了算法测试。本文主要研究结论和创新点如下:(1)实现了一个高效、灵活的公交车辆调度和司机排班算法。该算法属于多启动迭代局部搜索算法。算法将排班方案表达为一组公交班次链,首先通过车辆调度模型获得一个初始解,再通过5个班次链调整算子迭代改进排班方案。为避免算法陷入局部最优,算法引入了2个破坏重建扰动方法。为克服局部搜索“短视”局限,使用SCP模型从全局的角度选择更优的班次链组合。测试发现,该算法适用于单线与跨线、人车固定与人车分离等场景的车辆调度和司机排班,具有良好的适用性。(2)针对单条线路、人车固定的调度模式,13单条公交线路案例测试表明:迭代局部搜索算法在公交车辆调度和司机排班问题中具有可用性;SCP模型能进一步提高排班方案的质量;与人工作业方式相比,算法执行效率高,且整体上优于公交企业现行排班方案。特别是算法能够较好地为司机提供休息时间和就餐时间,保证公交运行安全,也能够减轻司机的工作强度。(3)针对单条线路、人车分离的调度模式,21条线路的案例测试表明:与人车固定调度模式相比,人车分离调度模式能够减少所需车辆和司机数量,并减轻司机的劳动强度,一定程度上适应公交企业的生产作业需求。(4)针对跨线运营、人车分离的调度模式,8个案例测试表明:采用跨线运营模式,车辆调度模型能够高效求解,获得车辆数最少的车辆班次链,较大幅度地提高了车辆利用率。算法允许司机在一天的工作中驾驶多个车辆,从而使司机的休息和就餐时间得到保障。总体上,跨线调度模式能够将多条公交线路发车时刻表、班次服务时间进行组合,获得成本更低的公交车辆调度与司机排班方案。(5)与现有文献中算法相比,本文算法具有明显的优势。第一,考虑到公交企业司机与车辆固定这一管理模型,同时考虑公交车辆调度与司机排班,兼顾了两者的成本。第二,本文算法测试了多个实际案例,考虑到了司机排班中司机休息、就餐和工作时长等约束条件,具有实用价值。第三,设置合适的排班参数能够适应企业灵活多样的排班管理需求。本文算法测试验证了算法的通用性,也比较了不同调度模式的资源利用效率,但仍存在一定的局限性。进一步的研究工作包括:在现有算法中增加车辆车型、成本、行驶里程等限制;定义更加灵活的司机工作班制和薪酬规定;考虑电动公交车队或混合车队的调度管理等。
【图文】：

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途径若干公交车站（途中圆点），在站点 77009 结束。公交停车场也设置在起始站点和结束站点。图3.1 一条公交线路示意图公交线路时刻表是公交车辆调度与司机排班的主要依据。根据公交线路设计，线路划分为单向发车和双向发车线路。前者针对环状公交线路，，或者到达终点直接原路返回
【学位授予单位】：河南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U492.22

【参考文献】