过饱和地铁网络接驳公交服务设计与车辆调度优化方法

本发明涉及城市公共交通运输组织，尤其涉及一种过饱和地铁网络接驳公交服务设计与车辆调度优化方法。

背景技术：

1、城市公共交通在居民日常通勤中承担着重要的角色，持续完善公共交通系统不仅有助于优化城市空间布局、缓解城市交通拥堵，更能有效改善居民生活质量，成为推动绿色智慧城市建设、促进城市可持续发展的关键途径。作为公共交通系统的骨干，城市轨道交通以其准点率高、安全可靠和运载能力强的特点得到了广大乘客的青睐。然而，随着乘客需求与日俱增，地铁系统内部也面临着严重的过饱和问题。为了应对早晚高峰时段地铁站台的极端拥堵，地铁运营管理部门通常在人流密集的车站采取客流控制措施，通过限制进站人数，将站台上的乘客聚集水平维持在安全的范围内以保障运营安全。据北京交通发展年报显示，2020年北京市轨道交通全路网中，有96座车站实施了常态化限流措施，占地铁线网车站总数的21.3％。尽管限流措施在一定程度上缓解了地铁的拥堵情况，但同时也给部分被迫滞留站外的乘客带来了诸多不便，严重影响其出行体验。因此，在地铁高峰时段，如何进行高效的运输组织来缓解地铁运力供给与客运需求之间的矛盾，在确保运营安全的同时为乘客提供更好的服务保障，已然成为地铁系统亟待解决的难题。

2、另一方面，作为城市公共交通系统的另一重要组成部分，公交车辆凭借其灵活机动的特点，能够覆盖地铁线网难以服务的区域，为居民提供多样化的出行选择。在公交优先政策的积极推动下，众多大城市通过设置公交专用道，有效减轻了公交车辆因道路拥堵而受到的影响，从而确保了公交系统的高效运转。以北京为例，自全国首条公交专用道在北京长安街启用以来，北京的公交专用道建设持续大力推进，目前总长度已突破1000公里。随着公交优先战略的逐步实施，公交服务的整体水平得到了显著提升。然而，随着城市规划的调整、私家车保有量的增长以及轨道交通、网约车、共享单车等多种出行方式的涌现，部分地区的公交专用道出现了利用率低下的问题，对社会车辆造成了一定程度的不便，亟待通过加强管理来提高其运行效率。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提供一种过饱和地铁网络接驳公交服务设计与车辆调度优化方法，以解决上述问题。

2、本发明提供一种过饱和地铁网络接驳公交服务设计与车辆调度优化方法，包括：基于地铁线网数据、列车时刻表数据和车站间地面公交的运行数据构建乘客分配时空网络，基于公交车场位置及公交调度相关数据构建公交车辆调度时空网络；根据客流分布及道路条件，设定备选接驳路线、可行车头时距及时刻表调整参数，并生成乘客分配时空网络中的服务弧和公交车辆调度时空网络中的任务弧及初始调度方案集合；根据乘客分配时空网络和公交车辆调度时空网络，建立考虑地铁客流控制策略的接驳公交服务设计与车辆调度协同优化模型；采用基于拉格朗日松弛与列生成相结合的启发式求解算法，借助拉格朗日松弛技术对接驳公交服务设计与车辆调度协同优化模型进行分解，同时基于列生成算法框架，构建一系列定价子问题用以动态生成公交服务方案和车辆调度方案；根据计算结果，确定最优的公交服务开行方案、车辆调度方案及精细化的客流控制策略，同时将实时客流分布情况可视化显示，辅助运营管理人员进行动态决策。

3、本发明的过饱和地铁网络接驳公交服务设计与车辆调度优化方法，考虑到时变的客流需求，基于时空网络的建模方式，以乘客出行成本和公交运营成本最小化为优化目标，建立了一个整数线性规划模型，该模型能够同时优化地铁客流控制策略和公交接驳服务；同时，还探索了一种一体化优化方法，综合考虑公交运营规划过程中不同阶段的决策问题，从而在服务水平与运营成本之间实现最优权衡。

技术特征：

1.一种过饱和地铁网络接驳公交服务设计与车辆调度优化方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述候选公交接驳服务方案的集合表示为：

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述公交车辆调度时空网络中的任务弧集合表示为：

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，还包括：

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，利用所述网络流平衡约束保证每位乘客的路径可行性，具体约束如下：

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述接驳公交服务设计与车辆调度协同优化模型表示为：

7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述拉格朗日松弛问题如下所示：

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述乘客分配子问题表示为：

9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述车辆调度子问题表示为：

10.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述公交服务设计子问题表示为：

技术总结
本发明提供一种过饱和地铁网络接驳公交服务设计与车辆调度优化方法，包括：分别构建乘客分配和公交车辆调度时空网络；根据客流分布及道路条件，设定备选接驳路线、可行车头时距及时刻表调整参数，并生成乘客分配时空网络中的服务弧和公交车辆调度时空网络中的任务弧及初始调度方案集合；进而建立接驳公交服务设计与车辆调度协同优化模型；通过拉格朗日松弛技术对接驳公交服务设计与车辆调度协同优化模型进行分解，基于列生成算法，构建一系列定价子问题用以动态生成公交服务和车辆调度方案；根据计算结果，确定最优的公交服务开行方案、车辆调度方案及精细化的客流控制策略。本发明的方法能够同时优化地铁客流控制策略和公交接驳服务。

技术研发人员：张春田,耿嘉伟,杨立兴,高自友
受保护的技术使用者：北京交通大学
技术研发日：
技术公布日：2024/12/5