[發明專利]基于乘客出行空間分布的公交站點選址布局優化方法

在審

• 申請號: 201610002590.0
• 申請日: 2016-01-06
• 公開（公告）號: CN105654206A
• 公開（公告）日: 2016-06-08
• 發明（設計）人: 魏明;孫博;陳龍;靳懿;孫榮;李永利;陳浩;戴秋霞
• 申請（專利權）人: 南通大學
• 主分類號: G06Q10/04
• 分類號: G06Q10/04;G06Q50/30
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙) 32249
• 代理人: 徐激波

技術領域：

本發明涉及交通出行領域，尤其涉及基于乘客出行空間分布的公交站點選址布局優化 方法。

背景技術：

公交站點是城市公交線網運行的重要支撐節點，其設置合理性決定了居民出行的方便 性、公交運營效率，與居民聚集點的空間布局、道路條件、步行距離、相鄰站點距等因素相 關。針對道路附近的居民聚集點之間出行需求分布差異，若公交站點的數量少及位置缺乏 科學規劃，則可能造成部分站點的乘客上下車步行距離長；若公交站點的布局較密，則必然 致使公交車頻繁停靠站進而降低公交運營速度，從而降低公交服務水平。因此，針對居民聚 集點之間出行空間分布特征，如何合理布設公交站的規模與數量，顯得尤為重要。

該問題為公交站點選址布局問題，吸引了眾多國內外學者的關注，通常的研究主 要集中在公交站點選址的相關影響因素分析、構建公交站點選址布局的數學模型以及評價 公交站點選址方案的優劣，其中數學模型主要分為站距優化和位置優化兩方面，前者研究 相對較成熟，如：Furth、梅振宇等研究了基于乘客到達的最優站點布局模型，Saka、Chien、 劉環宇等研究了考慮公交運營成本的平均站間距優化模型，楊曉光、何紅等研究考慮乘客 出行成本的公交站距優化模型；而后者研究相對較少，如：譚滿春等提出了城市公共汽車停 靠點選址的離散型模型和連續型模型，周全等提出了一種基于重心分析法的公交站點的微 觀選址模型，朱廣宇等提出一種基于Voronoi圖的公交站點選址模型。由上可知，現有研究 未考慮居民出行需求差異的公交站點選址布局優化，針對乘客出行空間分布，無法確保乘 客在起訖點和上下車站點的步行距離整體最優。

發明內容：

為了解決上述問題，本發明提供了一種能夠實現極小化所有居民上下車的步行距離的 目標，方便居民出行，同時提高了公交運營效率的技術方案：

基于乘客出行空間分布的公交站點選址布局優化方法，主要包括構建公交站點選址優 化模型，主要包括輸入數據準備及其符號變量、輸出數據及其決策變量、目標函數和約束條 件；以及求解公交站點選址優化模型的細菌覓食優化算法，包括細菌個體的編碼、生成初始 細菌群體、生成細菌個體的評價函數、細菌覓食操作。

作為優選，構建公交站點選址優化模型建立主要為以下步驟：

A、確定模型的輸入數據準備及其符號變量，包括：附近共有個居民聚集點，每個聚集點的位置為(,)()，任意兩個聚集點和之間出行人數為，它們步行至公交站點的距離為或，不超過最大步行距離；某條線路的幾何拓撲函數記為，考慮分流點、合流點、交叉點、路橋等現實因素，總共存在個路段不適宜設置站點()；

B、輸出數據及其決策變量，和表示聚集點或的居民選擇從公交站點上或下車；

C、確定模型的目標函數，以最小化所有居民乘坐公交的步行距離為目標，即min；

D、確定模型的6個約束條件，其中：（）表示每個站點至少覆蓋一個聚集點；（）表示每個聚集點的居民都選擇附近距離最短的某站點出行；確保站點優化設置滿足所有聚集點的居民出行需求；（）確保居民從聚集點到站點的步行時間不超過一定值；（）表示相鄰站點的距離在一定范圍內；該線路的個站點的位置為，滿足（）表示站點在可行道路上。

作為優選，細菌覓食操作過程中，每個細菌朝著最佳細菌做翻轉、前進和停止動作時，若群體的多樣性方差降低，部分細菌隨機產生一個頭部角度和距離，使之移動到一個新位置以完成覓食過程，逐步聚集于富營養區域，第個細菌的翻轉和游動根據下式更新位置：

其中，表示第個細菌在第次趨化、第次繁殖和第次遷徙中的位置，是趨化步長，是第步前進時的隨機方向角，是0和最大搜索距離之間的一個隨機距離；是0和最大搜索角度之間的一個隨機頭部角度，該角度對應的向量。

作為優選，細菌個體的編碼方法為：細菌的位置向量表示問題的一個解，其中元素表示站點()的經緯度坐標，若它不滿足，對道路上的任意位置，令，若其滿足約束（）和（），則它是一個可行解。

作為優選，生成初始細菌群體包括以下步驟：

A、讀取模型參數，涉及、、、(,)，、、，令；

B、將代入

和，得到和兩個約束，分別求解的可行集合、，它們的交集是的可行域，從中隨機產生；

C、設置，若，轉至步驟B；否則，算法終止輸出結果。

作為優選，生成細菌個體的評價函數采用目標函數作為每個細菌的評價函數，即。

本發明的有益效果在于：