吉林大学学报(工学版) ›› 2025, Vol. 55 ›› Issue (4): 1266-1274.doi: 10.13229/j.cnki.jdxbgxb.20230710

• 交通运输工程·土木工程 • 上一篇    下一篇

引入车辆窗的定制公交线路优化

岳昊1(),常笑1,刘建业1,2,曲秋莳3   

  1. 1.北京交通大学 综合交通运输大数据应用技术交通运输行业重点实验室,北京 100044
    2.沧州市沧县交通运输局 公路规划股,河北 沧州 061700
    3.北京交通运输职业学院 城市轨道交通学院,北京 100096
  • 收稿日期:2023-07-07 出版日期:2025-04-01 发布日期:2025-06-19
  • 作者简介:岳昊(1975-),男,教授,博士.研究方向:交通运输规划与管理,城市交通工程理论与技术.E-mail: hyue@bjtu.edu.cn
  • 基金资助:
    中央高校基本科研业务费专项资金项目(2019JBM341);国家自然科学基金项目(71771013)

Customized bus route optimization with vehicle window

Hao YUE1(),Xiao CHANG1,Jian-ye LIU1,2,Qiu-shi QU3   

  1. 1.Key Laboratory of Transport Industry of Big Data Application Technologies for Comprehensive Transport,Ministry of Transport,Beijing Jiaotong University,Beijing 100044,China
    2.Highway Planning Unit,Cangxian Transportation Bureau Communication,Cangzhou 061700,China
    3.Urban Rail Transit Department,Beijing Vocational College of Transport,Beijing 100096,China
  • Received:2023-07-07 Online:2025-04-01 Published:2025-06-19

摘要:

针对多车型定制公交线路优化研究中考虑因素不够贴近实际情况的问题,本文引入车辆窗来研究定制公交的线路优化问题。首先,引入车辆窗概念,以描述不同公交车辆的发车成本、行驶成本、车辆容量和行驶速度。其次,构建引入车辆窗的整数线性规划模型,以乘客时空窗和车辆窗为输入,以企业运营成本和乘客出行成本最小化为目标。最后,针对大多采取混合编码所导致站点服务顺序混乱与寻优效率低的问题,结合模型特点,设计了包括公交车辆、上车点和下车点的三段式混合编码的遗传算法对模型进行求解,并在Sioux Falls网络开展算例分析。结果表明:引入车辆窗后能够得到更贴合实际的线路方案,且车辆的车速比差值越大对方案的影响也越大。

关键词: 交通运输规划与管理, 定制公交, 线路优化, 车辆窗, 遗传算法

Abstract:

The vehicle window was introduced to the study to address the problem that the factors considered in the route optimization study of multi-vehicle customized bus are not close to the actual situation. Firstly, the concept of vehicle window was introduced to describe the departure cost, travelling cost, vehicle capacity and travelling speed of different type of customized bus. Secondly, an integer linear programming model with vehicle window was constructed. The model has passenger time-space window and vehicle window as input, and the minimization of enterprise operation cost and passenger travel cost as objective. Finally, a three-segment hybrid encoding genetic algorithm including the customized bus, boarding point and alighting point was designed to solve the model according to the characteristics. It solves the problems of chaotic service order and low optimization efficiency caused by hybrid coding in most stations.An example analysis was carried out in the Sioux Falls network. The results show that: The model with vehicle window is more suitable to the actual scheme, and the greater the difference of vehicle speed ratio, the greater the impact on the scheme.

Key words: transportation planning and management, customized bus, route optimization, vehicle window, genetic algorithm

中图分类号: 

  • U491.1

表1

定制公交线路优化问题的输入输出"

输入输出
道路网络车辆乘客车辆乘客

节点、

路段长度

车辆

OD、

时间窗

停靠站、

时刻表、

车辆路径、

车辆运用数

上下车时刻表、

乘客-车辆分配

图1

小型物理网络示例图"

表2

乘客的出行信息"

预约乘客数上车地点下车地点期望到达时间
8248:00
12358:30

表3

车型配备方案"

方案一方案二方案三
车型BABAB
车辆数量/辆11111
车辆容量/(人·辆-11510151015
发车成本/(元·次-12515251525
行驶成本/(元·km-11.51.21.51.21.5
车辆速度/(km·h-13535355035

表4

不同车型配备方案下的最优运输方案"

方案一方案二方案三
最优运输方案

B:2-3

B:4-6

A:2-3

B:4-6

A:2-3

B:4-6

发车成本/元504040
行驶成本/元333030
企业运营成本/元837070
乘客总出行时间/min384.0384.0342.8

表5

符号说明"

符号

类别

符号定义
集合N物理网络中节点的集合
M物理网络中有向弧的集合
T时空网中时空点的集合
A时空网中时空弧的集合
V车辆集合
Vm车型m的车辆集合
P乘客集合
Av时空网中车辆v所属的时空弧的集合
Avp时空网中车辆v对乘客p的服务弧的集合
参数v车辆索引
p乘客索引
k迭代次数索引
sp乘客p的上车点
dp乘客p的下车点
i,tj,s时空点
i,j,t,s时空弧
ω权重系数
Cijtsv车辆v经过时空弧i,j,t,s的运输成本
Cv车辆v单位距离行驶成本
Lijtsv车辆v经过时空弧i,j,t,s的行驶距离
Gv车辆v的发车成本
Cp乘客的单位出行时间成本
tijp乘客pi点到j点的行驶时间
Bcapv车辆v的座位数
tvp车辆v到达乘客p下车点的时刻
ep乘客p下车时间窗的上界
lp乘客p下车时间窗的下界
ov车辆v的起点
dv车辆v的终点
ev车辆v的工作起始时段
lv车辆v的工作结束时段
D迭代次数
s种群规模
pc交叉概率
pm变异概率
决策变量xijtsv车辆路径变量(如果车辆v选择时空弧(i,j,t,s)xijtsv=1;否则,xijtsv=0

图2

本文算法流程图"

表6

交叉过程"

交叉前染色体1|a-b-c|-|1-[23]-4-5|-|6-7-8-9-10|
染色体2|b-a-c|-|5-[4-3]-2-1|-|10-9-8-7-6|
交叉后子代1|a-b-c|-|1-4-3-2-5|-|6-7-8-9-10|
子代2|b-a-c|-|5-2-3-4-1|-|10-9-8-7-6|

表7

变异过程"

变异前|a-b-c|-|1-[2]-3-[4]-5|-|6-7-8-9-10|
变异后|a-b-c|-|1-4-3-2-5|-|6-7-8-9-10|

图3

简化的Sioux Falls网络"

表8

乘客的通勤需求"

乘客预约数上车地点下车地点下车时间窗/min
237[56,60]
148[56,60]
3518[56,60]
5118[56,60]
3127[56,60]
42018[56,60]
2217[56,60]
2228[56,60]
5237[56,60]
32418[56,60]

图4

遗传算法迭代曲线"

表9

运送方案"

发车

时间

车型路径服务乘客数/人座位利用率/%

到达

时间

7:14A13-12-11-4-5-6-86608:00
7:16A13-24-23-22-20-18-7-87708:00
7:21B13-24-21-20-18-751008:00
7:24B13-12-3-4-5-6-8-7-183608:00
7:27B13-12-3-4-5-6-8-751008:00
7:34B13-24-21-20-184808:00

表10

车型占比对运营效率的影响"

车辆

组成

运用车辆

数/辆

座位平均

利用率/%

乘客总出行时间/min目标函数值/元
A:100%6(A:6,B:0)50.0254.0581.6
B:100%7(A:0,B:7)85.7207.5510.5

A:50%,

B:50%

6(A:2,B:4)75.0222.4501.8

表11

车速比对运营效率的影响"

车速比/(km·h-1

运用车辆

数/辆

座位平均利用率/%乘客总出行时间/min目标函数值/元
A:B=1:17(A:2,B:5)66.7254.0569.2
A:B=3:46(A:2,B:4)75.0222.4501.8
A:B=3:57(A:1,B:6)75.0163.8464.8
A:B=1:27(A:0,B:7)85.7142.0432.2

表12

时间窗宽度对运营效率的影响"

时间窗宽度时间窗宽度/min运用车辆数/辆座位平均利用率/%乘客总出行时间/min目标函数值/元
减少4个单位18(A:1,B:7)60.0204.3542.5
减少2个单位37(A:2,B:5)66.7215.2512.8
不变56(A:2,B:4)75.0222.4501.8
增加2个单位76(A:1,B:5)85.7214.6491.4
[1] Hamilton B. Wasteful commuting[J]. The Journal of Political Economy, 1982, 90(5): 935-953.
[2] Kirby R F, Bhatt K U. Guidelines on the operation of subscription bus services[J]. National Technical Information Service, 1974: 432-451.
[3] 詹海林, 董景瞬. 交运集团(青岛)开通"定制公交",真的会成为公交车史上一次革命性创新吗?[J]. 运输经理世界, 2013(9): 20-23.
Zhan Hai-lin, Dong Jing-shun. Qingdao transport Group(Qingdao) launched a "customized bus", will it really be a revolutionary innovation in the history of public transport?[J]. Transport Manager World, 2013(9): 20-23.
[4] Liu T, Ceder A. Analysis of a new public-transport-service concept: customized bus in China[J]. Transport Policy, 2015, 39(4):63-76.
[5] Plum D, Ali H H. An evolutionary approach to vehicle routing problem with dynamic time and precedence relationships[J]. Journal of Computational Methods in Sciences & Engineering, 2005, 5(Sup.1): 57-66.
[6] Chiarot G, Silvestri C. Multi-line customized bus planner for on-demand origin-destination travel requests[C]∥Proceedings of the 14th International Conference on Management of Digital EcoSystems, Beijing, China, 2022:84-87.
[7] 王健, 曹阳, 王运豪. 考虑出行时间窗的定制公交线路车辆调度方法[J]. 中国公路学报, 2018, 31(5): 143-150.
Wang Jian, Cao Yang, Wang Yun-hao. Customized bus route vehicle schedule method considering travel time windows[J]. China Journal of Highway and Transport, 2018, 31(5): 143-150.
[8] 胡郁葱, 陈栩, 罗嘉陵. 多起终点多车型混载的定制公交线路规划模型[J]. 广西师范大学学报:自然科学版, 2018, 36(4): 1-11.
Hu Yu-cong, Chen Xu, Luo Jia-ling. Network design model of customized bus in diversified operation of multi-origin-destination and multi-type vehicle mixed load[J]. Journal of Guangxi Normal University (Natural Science Edition), 2018, 36(4): 1-11.
[9] Guo R G, Guan W, Zhang W Y. Route design problem of customized buses: mixed integer programming model and case study[J]. Transportation Engineering Part A: Systems, 2018, 144(11):1-14.
[10] 马昌喜, 王超, 郝威, 等. 突发公共卫生事件下应急定制公交线路优化[J]. 交通运输工程学报, 2020, 20(3): 89-99.
Ma Chang-xi, Wang Chao, Hao Wei, et al. Emergency customized bus route optimization under public health emergencies[J]. Journal of Traffic and Transportation Engineering, 2020, 20(3): 89-99.
[11] 杨明, 黄乐. 面向早高峰通勤客流的多车型定制公交线网优化[J]. 长沙理工大学学报:自然科学版, 2020, 17(3): 71-78.
Yang Ming, Huang Le. Network optimization of multi-vehicle-type customized bus for commuting demand during morning peak hour[J]. Journal of Changsha University of Technology(Natural Science Edition), 2020, 17(3): 71-78.
[12] Wang C, Ma C X, Xu X C. Multi-objective optimization of real-time customized bus routes based on two-stage method[J]. Physica A: Statistical Mechanics and its Applications, 2020, 537: No.122774.
[13] Ma C X, Wang C, Xu X C. A multi-objective robust optimization model for customized bus routes[J]. IEEE Transactions on Intelligent Transportation Systems, 2021, 22(4): 2359-2370.
[14] 杜太升, 陈明明. 考虑时间窗的通勤定制公交线路优化[J]. 交通运输工程与信息学报, 2023, 21(1): 152-163.
Du Tai-sheng, Chen Ming-ming. Optimization of customized bus routes for commuting considering time windows[J]. Journal of Transportation Engineering and Information, 2023, 21(1): 152-163.
[15] 孙倩. 城市定制公交线路优化与车型适配[D]. 西安: 长安大学运输工程学院, 2022.
Sun Qian. Urban customized bus service design for jointly optimizing bus line and mixed fleet size[D].Xi'an: School of Transportation Engineering, Chang'an University, 2022.
[16] 王正武, 陈涛, 宋名群. 同时接送模式下响应型接驳公交运行路径与调度的协调优化[J]. 交通运输工程学报, 2019, 19(5): 139-149.
Wang Zheng-wu, Chen Tao, Song Ming-qun. Coordinated optimization of operation routes and schedules for responsive feeder transit under simultaneous pick-up and delivery mode[J]. Journal of Traffic and Transportation Engineering, 2019,19(5):139-149.
[17] 马昌喜, 郝威, 沈金星, 等. 定制公交线路优化综述[J].交通运输工程学报, 2021, 21(5): 30-41.
Ma Chang-xi, Hao Wei, Shen Jin-xing, et al. Review on customized bus route optimization[J]. Journal of Traffic and Transportation Engineering, 2021, 21(5): 30-41.
[1] 孟祥海,王国锐,张明扬,田毕江. 基于选择集成的山区高速事故预测模型[J]. 吉林大学学报(工学版), 2025, 55(4): 1298-1306.
[2] 吴文静,邓淳淳,贾洪飞,孙舒航. 内涝影响下路网畅通可靠度评估及关键路段识别[J]. 吉林大学学报(工学版), 2025, 55(4): 1250-1257.
[3] 马书红,张俊杰,陈西芳,廖国美. 利用出租车时序数据识别城市功能区[J]. 吉林大学学报(工学版), 2025, 55(2): 603-613.
[4] 高天洋,胡大伟,姜瑞森,吴雪,刘慧甜. 基于模块化车辆的区域灵活接驳公交线路优化[J]. 吉林大学学报(工学版), 2025, 55(2): 537-545.
[5] 李昱燃,汪飞,朱才华,韩飞,李岩. 污染天气居民通勤模式选择影响因素的链式效用[J]. 吉林大学学报(工学版), 2025, 55(2): 577-590.
[6] 徐慧智,蒋时森,王秀青,陈爽. 基于深度学习的车载图像车辆目标检测和测距[J]. 吉林大学学报(工学版), 2025, 55(1): 185-197.
[7] 田佩宁,童瑞咏,王海鹏,毛保华,张皓翔,卢霞. 城市轨道交通跨环线的跨线列车开行方案优化[J]. 吉林大学学报(工学版), 2025, 55(1): 132-140.
[8] 郑长江,陶童统,陈志超. 基于流量可调重分配的级联失效模型[J]. 吉林大学学报(工学版), 2024, 54(9): 2441-2450.
[9] 温晓岳,钱国敏,孔桦桦,缪月洁,王殿海. TrafficPro:一种针对城市信控路网的路段速度预测框架[J]. 吉林大学学报(工学版), 2024, 54(8): 2214-2222.
[10] 朱瑾,黄琦. 路网资源分配下自动化码头水平运输调度与路径规划[J]. 吉林大学学报(工学版), 2024, 54(8): 2245-2255.
[11] 曲大义,刘浩敏,杨子奕,戴守晨. 基于车路协同的交通瓶颈路段车流动态分配机制及模型[J]. 吉林大学学报(工学版), 2024, 54(8): 2187-2196.
[12] 闫云娟,查伟雄,石俊刚,严丽平. 基于随机充电需求的充电桩优化双层模型[J]. 吉林大学学报(工学版), 2024, 54(8): 2238-2244.
[13] 张良力,马晓凤. 基于改进粒子群算法的新能源汽车充电站选址方法[J]. 吉林大学学报(工学版), 2024, 54(8): 2275-2281.
[14] 陈桂珍,程慧婷,朱才华,李昱燃,李岩. 考虑驾驶员生理信息的城市交叉口风险评估方法[J]. 吉林大学学报(工学版), 2024, 54(5): 1277-1284.
[15] 朱瑾,刘洋. 进口集装箱堆场箱位分配与场桥调度协同优化[J]. 吉林大学学报(工学版), 2024, 54(5): 1347-1354.
Viewed
Full text


Abstract

Cited

  Shared   
  Discussed   
[1] 李寿涛, 李元春. 在未知环境下基于递阶模糊行为的移动机器人控制算法[J]. 吉林大学学报(工学版), 2005, 35(04): 391 -397 .
[2] 刘庆民,王龙山,陈向伟,李国发. 滚珠螺母的机器视觉检测[J]. 吉林大学学报(工学版), 2006, 36(04): 534 -538 .
[3] 李红英;施伟光;甘树才 .

稀土六方Z型铁氧体Ba3-xLaxCo2Fe24O41的合成及电磁性能与吸波特性

[J]. 吉林大学学报(工学版), 2006, 36(06): 856 -0860 .
[4] 杨树凯,宋传学,安晓娟,蔡章林 . 用虚拟样机方法分析悬架衬套弹性对
整车转向特性的影响
[J]. 吉林大学学报(工学版), 2007, 37(05): 994 -0999 .
[5] 冯金巧;杨兆升;张林;董升 . 一种自适应指数平滑动态预测模型[J]. 吉林大学学报(工学版), 2007, 37(06): 1284 -1287 .
[6] 车翔玖,刘大有,王钲旋 .

两张NURBS曲面间G1光滑过渡曲面的构造

[J]. 吉林大学学报(工学版), 2007, 37(04): 838 -841 .
[7] 刘寒冰,焦玉玲,,梁春雨,秦卫军 . 无网格法中形函数对计算精度的影响[J]. 吉林大学学报(工学版), 2007, 37(03): 715 -0720 .
[8] 张全发,李明哲,孙刚,葛欣 . 板材多点成形时柔性压边与刚性压边方式的比较[J]. 吉林大学学报(工学版), 2007, 37(01): 25 -30 .
[9] .

吉林大学学报(工学版)2007年第4期目录

[J]. 吉林大学学报(工学版), 2007, 37(04): 0 .
[10] 李月英,刘勇兵,陈华 . 凸轮材料的表面强化及其摩擦学特性
[J]. 吉林大学学报(工学版), 2007, 37(05): 1064 -1068 .