维普资讯 http://www.cqvip.com 公路交通科技 ２Ｏ０２年６月 ＰＭＥＮＴＪＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＨＩＧＨＷＡＹ ＡＮＤ ＴＲＡＮＳＰＯＲＴＡＴＩＯＮ ＲＥＳＥＡＲＣＨ ＡＮＤ ＤＥＶＥＬＯ文章编号：１００２－０２６８（２１３０２）０３－０１２３－０４ 智能交通系统中的公交车辆动态调度研究 张飞舟 ，晏 磊 ，范跃祖 ，孙先仿 （１．北京大学，北京１００８７１；２．北京航空航天大学，北京１００￣３） 摘要：阐述公交车辆静态调度的局限性，据此提出公交车辆动态调度策略及其在线调整方法，并分析研究运营车辆出现 意外事故、故障及延误等实际情况时，调度管理人员应如何采取相应的应急调度措施和方案。实验分析结果表明，实施 公交车辆动态调度策略，可有效地解决公交车辆的静态调度不足，达到公交车辆指挥调度自动化，以提高公交车辆的运 营效率和服务质量，为公交车辆智能调度提供切实可行的调度方法。 关键词：公共交通；智能交通系统（ＩＴＳ）；动态调度；智能调度 中图分类号：Ｕ４９１ 文献标识码：Ａ Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｎ Ｄｙｎａｍｉｃ Ｄｉｓｐａｔｃｈｉｎｇ ｆｏｒ Ｐｕｂｌｉｃ Ｔｒａｎｓｐｏｒｔ Ｖｅｈｉｃｌｅｓ ｉｎ Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ Ｔｒａｎｓｐｏｒｔ Ｓｙｓｔｅｍｓ ＺＨＡＮＧ Ｆｅｉ—ｚｈｏｕ ，ＹＡＮ Ｌｅｉ ，ＦＡＮ Ｙｕｅ一砒 ，ＳＵＮ Ｘｉａｎ ｎｇ （１．Ｐｅｋｉｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｂｅｉｊｉｇ １ｎ００８７１，Ｃｈｉｎａ；２．Ｂｅｉｊｉｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ａｅｒｏｎａｕｔｉｃｓ ａｎｄ．ａｓｔｒｏｎａｕｔｉｃｓ，Ｂｅｉｊｉｇ １ｎ００８７１，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｃｏｎｓｔｒａｉｎｔ ｏｆ ｓｔａｔｉｃ ｄｉｓｐａｔｃｈｉｎｇ ｆｏｒ ｐｕｂｌｉｃ ｔｒａｎｓｐｏｒｔ ｖｅｈｉｃｌｅｓ（Ｐｒｖ）ｉｓ ｅｘｐｏｕｎｄｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ｐａｐｅｒ．Ｏｎ ｔｈｅ ｂａｓｉｓ ｏｆ ｉｔｓ ｃｏｎｓｔｒａｉｎｔ， ｄｙｎａｍｉｃ ｄｉｓａｔｐｃｈｉｎｇ ｓｒｔａｔｅｇｙ ｎｄａ ｉｓｔ ｏｎ－ｌｉｎｅ ａｄｊｕｓｔｉｇ ｎｆｏｒ ＰⅣａｒｅ ｐｕｔ ｆｏｒｗａｒｄ．Ｔｈｅ ｃｏｒｒｅｓｏｎｐｉｎｇ ｄｌａｓｈ—ｕｐ ｉｄｓａｔｐｃｈｉｇ ｎｍｅａｓｕｒｅ ａｎｄ ｓｃｈｅｍｅ ａｒｅ ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ ｆｏｒ ｓｕｐｅｒｖｉｓｏｒｓ ｔｏ ａｄｏｐｔ ｉｎ ｔｈｅ ｅａｓｅ ｏｆ ｃｏｎｔｉｎｇｅｎｃｙ，ｆａｕｌｔ ａｎｄ ｄｅｌａｙ ｏｆ ＰⅣ．ｈｅ ｅｘｐｅｒＴｉｍｅｎｔａｌ ｒｅｓｕｌｔｓ ｄｅｍｏｎｓｔｒａｔｅ ｔｈａｔ ｉｍｐｌｅ— ｍｅｎｔｉｇ ｄｙｎ￣ｅ ｄｎｉｓｐａｔｃｈｉｇ ｓｔｎｒａｔｅｇｙ ｏｆ Ｐｒｖ ｃｏｕｌｄ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙ ｓｏｌｖｅ ｔｈｅ ｓｈｏｒｔｃｏｍｉｎｇ ｏｆ ｓｔａｔｉｃ ｄｉｓｐａｔｃｈｉｎｇ ｆｏｒ Ｐｒｖ，ｗｉｔｈ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｅｆｉｑｃｉｅｎｃｙ ｎｄ ｓｅｒｖｉａｃｅ ｑｕａｌｉｔｙ ｅｎｃｈａｎｔｅｄ．ｔｈｅｒｅｆｏｒｅ ａｕｔｏｍａｔｉｃ ｅｏｍＩｌｆｎｄ ａｎｄ ｄａｉｓｐａｔｃｈｉｎｇ ｆｏｒ ＰⅣｉｓ ｒｅａｌｉｚｅｄ．Ｔｈｅ ｆｅａｓｉｂｌｅ ｄｉｓｐａｔｃｈｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄ ｗｉｌｌ ｂｅ ｐｒｏｖｉｄｅｄ ｆｏｒ ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ ｄｉｓｐａｔｃｈｉｎｇ ｏｆ ｕｒｂａｎ Ｐｒｖ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：Ｐｕｂｌｉｃ ｔｒａｎｓｏｒｐｔ；Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ ｔｒａｎｓｏｒｐｔ ｓｙｓｔｅｍｓ（ＩＴＳ）；Ｄｙｎａｍｉｃ ｄｉｓａｔｐｃｈｉｇ；Ｉｎｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ ｄｉｓａｔｐｃｈｉｇ ｎ城市公交车辆实际运行的环境是一个庞大的、开 际运营调度在某些条件稍微偏离理想值的状态下进行 重调度或在线调整，且运营调度是围绕多目标进行的， 使得运营监控系统必须提供不同性能指标的调度问题 求解方法，指导调度、监控管理人员选用适宜的调度 放的动态系统，其道路状况是随时间变化而变化的。 由于存在着许多随机和不确定因素，往往一次性全局 最优的静态调度（时间最优或路径最优）并不能适应 真实的动态运行环境…。静态调度的假定（所有数据 都是确定的和不变的）不能反映公交运营车辆实际运 规则和调度方案ｌｌ Ｊ。本文在公交车辆静态调度的基 础上，进行公交车辆动态调度研究，从而提高公交车 行环境动态变化特性。首先在运营调度过程中，公交 车辆的运行时间是按照以前的经验确定的，在实际运 行中可能发生变化；其次在公交车辆运行中，突发事 辆管理人员的应变能力、管理水平。 １ 公交车辆动态调度策略 件、交通事故也时有发生，静态调度无法保证最优性。 当车辆运行环境发生变化时，利用静态调度方法重新 公交车辆运营调变问题十分复杂，有许多因素难 以准确地进行预测估计和建摸分析。因此建立在数学 模型基础上的调度算法都只是原调度问题的某种近似。 由于公交车辆运行环境开放，使得运营调度问题变得 进行调度理论上是可行的，但难以保证调度的实时Ｉ生 和环境的多变性。因此，动态调度非常重要。由于实 收稿Ｈ期：２００１－０９－１４ 基金项目：国家８６３高技术计划资助项目（８６３－３０６－ｚＩＩＭ－０３－４）４ 作者简介：张飞舟（１９６６一），男，湖南邵阳人，北京大学地球与空间科学学院博士后，现从事智能交通系统、３ｓ工程应用以及人工智能研究 维普资讯 http://www.cqvip.com 公路交通科技２００２年第３期 更加复杂。在这种情况下，人的因素显得十分重要， 因为人的经验、直觉和对复杂情况的判断能力是计算 机所无法拥有的，这也正是近年来交互式调度受到广 泛注意的原因。所谓交互式调度就是在建立调度递阶 结构和动态维护调度的过程中，充分利用人的经验和 能力，通过人与算法中的有关接口的信息交互，调整 算法的条件和参数，得到良好的实施方案。这里采用 的公交车辆运营调度策略是：①当运营车辆按照约定 时间出现时间延误时，基于静态调度方法自动调整行 发事件，进行有效地动态重调度，以便及时处理紧急 情况［ 。公交车辆动态调度策略如图１所示。 图ｌ中的监控环节是交互式调度的关键，判断意 外事故的发生、确定动态参数变化对调度影响的大小、 决定采取在线调整或动态重调度方式等。如果采用基 于周期性和事件驱动的动态方法进行在线调整，那么 人的作用还体现在对前一段调度结果的监控及路况信 息分析，确定后一段某初始参数。如果能够将人所特 有的各种非量化知识进行整理、归纳，建立知识库和 相应的数据库，以人工智能代替实际人的作用，就形 成了基于算法和知识相结合的新型调度方法。 不确定性 车间隔或行车类型；②借助数据通信、计算机及定位 导航等技术监控运营中公交车辆，出现意外事故或突 图１公交车辆动态调度策略原理框图 ２公交车辆动态调度方法 当公交运营车辆运行条件或其他条件发生变化 时，要求迅速做出反应，但是只有当动态变化幅度大到 种：一是将受到干扰运营车辆的开始时间在时间轴上 进行移动，二是更换相应交通故障的公交运营车辆。 具体来说，就是通过在线调整行车间隔、调整中途停站 次数（该方法容易招致临时不停车站候车乘客的意见， 但是该措施确是在车辆晚点、同时到站车辆较多时比 必须对调度进行彻底的修改时，方采用重调度策略；而 对于变化幅度不大的情况，采取对运营车辆进行适当 的调度调整方法Ｌ４Ｉ５ Ｊ。公交车辆运营调度的在线调整 较有效的方法）、调整行车区段或更换其他的运营车 辆，得到一个接近于初始调度较好的可行解。 公交运营车辆动态调度在线调整方法有： １）简单移动法 方法是给定调度系统参数及路况信息，给定初始调度 信息和动态变化，适当地修改初始调度，使得其变化对 后续运营调度的影响达到最小，即寻找一个在动态变 化条件下，对初始调度跟踪最好。为此将动态维护调 度过程分为三个层次：（重新）建立调度、在线调整和执 行与监控，其原理示意如图２所示。其中最底层对调 简单移动法就是通过改变行车间隔以消除干扰或 者将干扰传播到后续运作，以便对尚未执行的运作达 到一个可行解。根据调度处理的时间变化的方向，有 ４种不同的移动策略：向前移动、向后移动，双向移 动和不移动。 度进行监控，通常采用自动车辆监控系统，借助电子地 图在大屏幕显示，实现运营车辆的监控、跟踪；中间层 负责对底层检测到的突发事件进行及时处理，实施在 线调整或修改调度；上层是重建调度层，只有当环境参 数发生变化很大时，方可启动该层。 公交车辆运营调度的在线调整可认为是一种时间 轴的反馈控制，其中包括运营车辆的监控与跟踪。当 运营车辆遇到交通延误（如出现车辆堵车、意外纠纷）， 就需要对原有调度进行在线调整或修改。这里的交通 延误主要指当前运营车辆不能准时或根本无法执行原 有调度中的运输任务。解决交通延误的方法通常有两 圃 图２车辆调度动态维护原理示意图 维普资讯 http://www.cqvip.com 智能交通系统中的公交车辆动态调度研究张飞舟等 ２）预测调度方法 为方便起见，这里以公交车辆运营周转率最快 （即周转时间最短）为运营调度基础，在公交车辆实 际运营时出现车辆运营延误或发生故障时，利用动态 调度策略中简单移动法在线调整运营车辆的行车间 隔，以避免运营车辆发车间隔不均衡。这里以北京市 ３７５路运营线路（西直门一北宫ｆ１）为对象进行研 究。假定３７５路运营线路所有公交车辆均装有ＧＰＳ定 位装置，这样可以对公交运营车辆的运行情况进行监 控、跟踪，并利用远程交通微波传感器（ＲＴＭＳ），得 从当前正在执行的操作，估计所有正在执行操作 完成时间，通过适当地移动尚未执行操作的开始时 间，依据可能发生的突发事件和路况状况随时在线调 整运营车辆行车顺序、行车间隔以及调整车辆行驶区 段，以便及时有效地履行车辆运营任务。 ３）基于时间和事件驱动的动态调度方法 当调度执行过程发生动态变化时，只要将系统此 时的参数作为基于时间和事件驱动的方法的初始条 件，就可采用基于时间和事件驱动的调度方法。基于 时间调度方法就是在受到客观条件影响，车辆数和车 辆的达到、发出时间与行车时刻表的要求差距过大 时，要根据实有车数、单程行驶时间、停站时间、客 到实时路况交通信息。在实际运营中，假定ＩＤ号码 为０３的运营车辆在高峰运营期间发生故障。为了避 免运营车辆发车间隔不均衡状况出现，针对运营车辆 ０３所处的运营时段，即０１、０２（０３车辆以前的时 段）、ｏ４、０５、０６（０３车辆以后的时段）运营车辆的 流量，计算出行车间隔，维持线路运营；基于事件驱 动的调度方法就是全市性重大活动有关线路到站、绕 行、断路、停驶等行车组织方案。根据上级确定的线 路，计算线路车辆配备数量、单程行驶时间和停站时 间、行车频率，拟定临时行车计划和重大活动结束后 迅速恢复线路正常运营的措施方案。 ３调度方法的应用分析 运营时段，在保证运营车辆顺序不变的前提下，利用 智能算法自动调整运营车辆行车间隔（即发车时间）。 调整方法有两种：如果不需要加车运营，调整后０１、 ０２、ｏ４～０６运营车辆行车间隔由原来的５ｍｉｎ调整为 问问６ｍｉｎ，具体操作可见表１；如果因客流量增加需要采 取加车运营时，也要调整行车间隔，避免间隔或大或 ７ 问 ７ ７ ∞ ∞ ∞ ７ ７ ７ 小的现象出现，在ｏ２、ｏ４班车之间加入一辆车投入 公交车辆选择调度方法应该遵循：符合客流规 律、提高车辆周转率、车辆载客均衡满载以及经济使 用车辆等原则。公交车辆由于在实际运营时乘客流量 在时间上的不均衡规律决定了行车类型和车次，断面 上的不均衡规律和方向上（交通流量）的不均衡规律 决定了行车调度方法。因此，只有与配车数、配班 数、指标数相互综合平衡，才能准确、有效地确定调 运营，调整后０１、０２、ｏ４～０６运营车辆行车间隔由 ７ 晒 ｍ ７ 原来的５ｍｉｎ调整为４ｍｉｎ，调整行车间隔的具体措施 如表２。 Ｏ ５ 由表１可见，０２班次的发车时间推迟，ｏ４、０５ 班次的发车时间提前，０６班次起发车时间恢复正常。 这一段时间的行车问隔为６ｍｉｎ，避免了因缺少０３班 ７ ７ ７ ７ 加 ７ ７ 次而出现的间隔不均匀（１０ｒａｉｎ）现象。 车辆减少时在线调整行车间隔 班次０１ ０２ ０３ ０４ ０５ 度方法和行车类型及车次。根据文献［６］，并结合运 营车辆实际运行情况，公交车辆动态调度的实施方案 工作流程如图３所示。 运营数据 表１ ０６ 加 ７ ７ ７ 如 如 车辆到站时 计划发车时 实际发车时 审唪申 匿 时组车次Ｊ ｌ断面车次Ｊ ｌ上Ｆ车次Ｊ ’ ’ ｔ ’ 行车间隔 车辆到站时间计划发车时间７：００ ７：ｏ４ ７：ｏ５ ７：ｏ９ ７：１０ ７：１４ ７：１２ ４ ７：１６ ４ ７：１５ ７：１９ ７：２０ ４ ７：２０ ７：２４ ７：２４ ４ 分析研究运营车辆渊度方案 ｆ在线调整行车类型、车次 实际发车时间行车间隔 ７：０４ ７：０８ ４ ０ ｆ监控运营车辆ｌ 图３公交车辆动态调度具体实施框图 由表２可见，０２班次的发车时问提前，０４、０５ 班次的发车时间推迟，０６班次起发车时间恢复正常。 这一段时间的行车间隔由５ｍｉｎ改为４ｍｉｎ，避免了不 做调整发车时间加车时，会突然出现的２ｍｉｎ、３ｍｉｎ 固 （１）简单移动法分析 维普资讯 http://www.cqvip.com 公路交通科技２００２年第３期 行车间隔不均衡现象。 衡满载，这将极大地改善其运营车辆的运行效率，提 通过以上分析可见，针对运营车辆发生故障后而 高公交车辆的服务质量和管理水平，从而使公交车辆 不能运营时，采取基于遗传算法的简单移动调度措施 运行达到安全、迅速、经济舒适的目的。 可以有效避免运营车辆因故障而导致运营车辆不能均 衡满载的现象发生。 ４结论 （２）预测调度法分析 本文在公交车辆静态优化调度的基础上，针对公 如果实际运营线路途中出现串车现象，借助智能 交车辆运营调度管理特点，借助通信技术、计算机技 调度监控系统有效地监控运营车辆，在中途车站采取 术以及自动控制技术，分析了公交车辆动态调度的实 基于遗传算法的预测调度措施，有效地消除突发问题 现方法。研究表明，基于先进的高新技术和调度方法 对线路运营所造成的影响。线路中途站预测调度（临 相结合的智能调度，可极大地改善公交车辆动态调度 时动态调度）具体措施就是对线路中途站进行监督、 的性能和效果，提高公交车辆运营调度管理水平和行 控制、统计、记录车辆运行情况，为管理调度中心提 车安全，以便更好地为公交车辆智能化调度系统的完 供车辆运营信息，配合完成实时动态调度，以确保运 善做好必要的技术支持。 营生产。临时动态调度措施有：控制车组“快点” 参考文献： （对照中途站行车时刻表与车辆实际达到本站的时间 进行记录，遇有比计划提前达到的车组，要控制其准 ｌ１ｊ ＣｌａｒｋｅＧ，Ｗ，４ｇｈｔ ＪＷ．Ｓｃｈｅｄｕｌｉｎｇ ｏｆＶｅｈｉｃｌｅｓｆｒｏｍ ａＣｅｎｔｒａｌ Ｄｅｐｏｒｔｔｏ 确点出站，保证线路的行车间隔和各车辆在车载客量 Ｎｕｍ￣ｒ ａ ｏｆ Ｄｅｌｉｖｅｒｙ Ｐｏｉｎｔｓ［Ｊ］．Ｃｏｍｐｕｔｅｒ＆Ｏｐｅｒａｔｉｏｎｓ Ｒｅｓｅａｒｃｈ， 均衡正常）、控制晚点车组在本站的上客量（多辆车 １９９４，３２（１２）：５６８—５８１． 同时刻到站时，指挥晚点车组越站停车，不在本站上 【２ Ｊ ＰｒｏＦｏｓｅｒ－ Ｐａｔｒｉｃｋ，Ｂｕｃｈａｎａｎ Ｉａｉｎ．Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ Ｓｃｈｅｄｕｌｉｎｇ：Ｐａｓｔ，Ｐｒｅｓｅｎｔ ａｎｄ Ｆｕｔｕｒｅ【Ｊ］．Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍｓ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，１９９４：６７—７８ 客，减少晚点车组的运输压力）、临时调整行车类 ［３］ Ａｓａｄｋｈａｔｔａｋ，Ａｄｉｂｋａｎｆａｎｉ．Ｃａｓｅ—ｂａｓｅｄ ｒｅａｓｏｎｉｎｇ：ａ Ｐｌａｎｎｉｎｇ ｆｏｒ ＩｎｔｅＨｉ 型ｒ ７．８－（全程车改发区间车，区间车改发为快车）。 Ｇｅｎｔ Ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍｓ ｌＪｊ．Ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ Ｒｅｓｅａｒｃｈ—Ｃ，１９９６，４ 对照中途站行车时刻表ｔ ，与车辆实际达到本站 （５）：２６７—２８８． 的时间ｔ ，对比计划提前达到的车组，要控制其准点 ［４］ 王朝晖，陈浩勋，胡保生．化工批处理过程调度［Ｊ］．控制与 决策，１９９８，１３（２）：１１９—１２３． 出站，对晚点车组越站停车，不在本站上客（但必须 【５ Ｊ Ｓｃｏｒｅｒ Ａ Ｇ．Ｖｅｈｉｃｌｅ Ｔａｃｋｉｎｇ ａｎｄ Ｓｅｃｕｒｉｔｙ［Ｊ］．１１１ｅ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｎａｖｉｇａ． 提前告诉乘客，使需在因车辆越站而不停车的那些车 ｔｉｏｎ，１９９８，５２（２）：１７０—１７９． 站下车的乘客不上该车或提前下车，来保证这部分乘 ［６］ 北京市公共交通总公司．运营调度管理［Ｍ］．北京：中国劳动 客能顺利抵达目的地），保证线路的行车间隔和各车 出版社，１９９４． 辆的载客量均衡正常。 【７ Ｊ Ｐｈｉｌｌｉｐｓ Ｃｙｎｔｈｉａ Ａ，Ｕｍａ Ｒ Ｎ，ｅｔ ａ１．Ｏｆｆ－ｌｉｎｅ Ａｄｍｉｓｓｉｏｎ Ｃｏｎｔｒｏｌ ｆｏｒ 基于上述分析可知，利用动态调度方法能够较好 Ｇｅｎｅｒａｌ ｃＳｈｅｄｕｌｉｎｇ Ｐｒｏｂｌｅｍｓ［ｃ］．Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ｔｈｅ Ａｎｎｕａｌ ＡＣＭ— ＳＩＡＭ Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ ｏｎ Ｄｉｓｃｒｅｔｅ Ａｌｇｏｒｉｔｈｍｓ，２０００：８７９—８８８． 地解决公交运营车辆在出现延误或者发生故障时出现 ［８］ 黄溅华，关伟，张国伍．公共交通实时调度控制方法研究［Ｊ］系 发车间隔或大或小现象，从而保证了公交车辆载客均 统工程学报，２０００，１５（３）：２７７—２８０． 圆
