本發(fā)明涉及智慧城市交通系統(tǒng)中的公交運(yùn)行線路規(guī)劃領(lǐng)域，尤其涉及一種基于預(yù)約數(shù)據(jù)的定制公交自動布線系統(tǒng)及方法。
背景技術(shù)：
：隨著城市居民工作生活出行半徑增加，出行需求增加，城市擁堵加劇。然而傳統(tǒng)的公共交通服務(wù)單一，舒適度差，已不能滿足中等收入人群的出行需求，更無法將部分私家車出行者從私家車?yán)貍鹘y(tǒng)交通工具。定制公交，區(qū)別于傳統(tǒng)公交的定線運(yùn)營模式，目前多采用的需求主導(dǎo)模式，市民可以通過專門的公交定制網(wǎng)站或者定制公交APP提出自己的需求，由公交集團(tuán)根據(jù)需求和客流情況自行設(shè)計公交線路，并將公交線路在網(wǎng)站公示，而市民對公交公司設(shè)計好的線路進(jìn)行投票，得票數(shù)高的為接下來開行的線路。很好的滿足了乘客的出行需求，有助于發(fā)展公共交通，減輕城市交通擁堵。但是，目前各地定制公交模式推廣以來，并未得到良好的預(yù)期效果，各地定制公交上座率較低，以北京市為例，2015年北京市開通12條定制巴士線路，但平均上座率剛剛過半，僅為50.7％，造成這一現(xiàn)象主要是因為現(xiàn)行定制公交的形式并非為真正意義上的基于預(yù)約數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)定線，而是以公司定線、乘客選乘為主的“擬定制”模式。而“擬定制”模式未能使公交企業(yè)的車輛運(yùn)力得到充分的利用。技術(shù)實現(xiàn)要素：為了克服現(xiàn)有技術(shù)存在的缺點與不足，本發(fā)明提供一種基于預(yù)約數(shù)據(jù)的定制公交自動布線系統(tǒng)及方法，在滿足乘客交通需求的前提下，合理布設(shè)定制公交線路，提高公交企業(yè)投入車輛運(yùn)力利用率，降低資源耗費，保證公交企業(yè)的經(jīng)營利潤。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：一種基于預(yù)約數(shù)據(jù)的定制公交自動布線系統(tǒng)，包括依次相連的乘客需求信息采集模塊、公交線路生成模塊以及公交線路公示模塊，其中所述乘客需求信息采集模塊用于采集乘客需求信息，所述乘客需求信息采集模塊包括用戶端APP；所述公交線路生成模塊用于分析處理乘客信息以及給出精準(zhǔn)的公交定制線路，所述公交線路生成模塊包括數(shù)據(jù)處理服務(wù)器；所述公交線路公示模塊用于公示公交線路布線結(jié)果以及推送線路提醒消息，所述公交線路公示模塊包括用戶端APP以及電子地圖；所述乘客需求信息采集模塊的用戶端APP與所述公交線路公示模塊的用戶端APP為同一用戶端APP。本發(fā)明的另一目的是，提供一種基于預(yù)約數(shù)據(jù)的定制公交自動布線方法，包括以下步驟：S1、乘客需求信息采集模塊采集乘客需求信息，并將乘客需求信息輸入公交線路生成模塊；S2、公交線路生成模塊根據(jù)乘客需求信息，通過分析和處理，給出精準(zhǔn)的公交定制線路，并把公交定制線路發(fā)到公交線路公示模塊；S3、公交線路公示模塊將公交定制線路推送給乘客，并向乘客推送線路提醒消息。進(jìn)一步地，所述步驟S1具體為：S11、乘客使用用戶端APP提交出行需求數(shù)據(jù)，包括出行起點、出行時間、出行終點以及支付意愿；S12、用戶端APP將乘客出行需求數(shù)據(jù)上傳至數(shù)據(jù)處理服務(wù)器；S13、數(shù)據(jù)處理服務(wù)器將數(shù)據(jù)輸入公交線路生成模塊。進(jìn)一步地，所述乘客的出行起點、出行終點，對其進(jìn)行初步的識別與處理，具體步驟如下：S61、接收乘客輸入的出行起點信息，或讓用戶選擇是否對其實時所在地點進(jìn)行識別；S62、接收乘客輸入的出行終點信息；S63、結(jié)合電子地圖，對乘客出行的起始點和終止點進(jìn)行識別，且與電子地圖進(jìn)行對應(yīng)；S64、根據(jù)與電子地圖對應(yīng)后的具體位置，對其附近的公交站點進(jìn)行匹配，選定乘客上車地點與下車地點；S65、將初步匹配后的數(shù)據(jù)信息與其他所需信息上傳至數(shù)據(jù)處理服務(wù)器。進(jìn)一步地，所述步驟S2中公交線路生成模塊的分析和處理過程為：S21、根據(jù)公交運(yùn)營的實際情況，確定開行線路的長度限制的約束條件：公交線路生成模塊通過計算總乘客票價，確立開行線路達(dá)到總利潤最大化以及確定開行線路的長度限制；S22、確定每個節(jié)點的連接限制的約束條件，通過保證開行線路中的節(jié)點都與且只與一個前驅(qū)節(jié)點和后繼節(jié)點相連；S23、確定開行線路的總連接限制的約束條件；S24、確定開行線路中第K條線路的線路總長度、總乘客人數(shù)的約束條件；S25、根據(jù)第k條線路的乘客的最終支付票價是隨著線路運(yùn)行時間的增加而下降的，確定乘客的支付意愿的約束條件；S26、確定是否使用大型客車或者小型客車的約束條件；S27、在滿足步驟S21-S26約束條件之下，使用目標(biāo)函數(shù)求得最優(yōu)解；S28、根據(jù)目標(biāo)函數(shù)的最優(yōu)解，確定開行的公交定制線路；S29、將確定的公交定制線路結(jié)果上傳到用戶端APP后臺數(shù)據(jù)庫，在乘客進(jìn)行線路查詢時提供給乘客。進(jìn)一步地，所述S21中的長度限制的約束條件為：0<ΣkKΣiN1xsik·lsi+ΣkKΣiN1ΣjN2xxijk·lij+ΣkKΣjN2xjek·lje≤Lmax]]>其中，Lmax為線路的最大設(shè)定長度；所述步驟S22中確定每個節(jié)點的連接限制的約束條件為：ΣkKΣj∈TKLj>iN1xijk=1,∀i∈T]]>ΣkKΣije∈TKLj<iN1xijk=1,∀i∈T;]]>所述步驟S23中確定開行線路的總連接限制的約束條件為：0<ΣkKΣiN1xsik+ΣkKΣiN1ΣjN2xxijk+ΣkKΣjN2xjek≤n-1]]>設(shè)n為開行線路中的最大站數(shù)，則最大連接次數(shù)應(yīng)為n-1；所述步驟S24中確定開行線路中第K條線路的線路總長度為：Lk=ΣkKΣiN1xsik·lsi+ΣkKΣiN1ΣjN2xxijk·lij+ΣkKΣjN2xjek·lje;]]>所述步驟S24中確定總乘客人數(shù)的約束條件為：Qk=ΣkKΣiN1xsik·qs+ΣkKΣiN1ΣjN2xxijk·qi+ΣkKΣjN2xjek·qj;]]>所述步驟S25中確定乘客的支付意愿的約束條件為：C1(tk)＝ck-a·(tk-tkc)；所述步驟S26中確定是否使用大型客車或者小型客車的約束條件為：nk1=1,if0<Qk≤Q12,ifQ1<Qk≤Q2[Qk-nk2·Q2Q1],ifQ2<Qk]]>nk2=0,ifQk≤Q2[QkQ2],ifQ2≤Qk]]>其中，用表示所使用小車數(shù)量，表示所使用大車數(shù)量，為符合實際，其中對的求解表示向上取整，對的求解表示向下取整；所述步驟S27中目標(biāo)函數(shù)為：MaximumC1(t)ΣkKΣiN1ΣjN2xijk·qi-C2ΣkKnk1·Lk-C3ΣkKnk2·Lk-ΣkK(C4·nk1+C5·nk2);]]>在上述系列計算式子中，公交線路生成模塊中對參數(shù)進(jìn)行定義，k表示計劃開行的線路編號，k∈A，A為計劃開行的線路總數(shù)；i、j分別表示第i個、第j個節(jié)點，且i、j∈T,乘車OD點視為集合T；s、e分別表示起始發(fā)車場與終止收車場；qi表示編號為i的節(jié)點的乘客需求人數(shù)；lij表示連接第i個節(jié)點和第j個節(jié)點的邊的距離費用；Lk表示構(gòu)成線路k的邊的總距離費用；Qk表示構(gòu)成線路k的總乘客需求人數(shù)；xkij表示第k條線路是否相繼連接第i個節(jié)點和第j個節(jié)點，其中節(jié)點i和節(jié)點j相連要滿足規(guī)定的約束；表示第k條線路所使用的小車數(shù)量；表示第k條線路所使用的大車數(shù)量；C1(tk)表示第k條線的乘客支付意愿函數(shù)，即為乘客票價收益；ck表示乘客理想支付意愿票價；a表示乘客支付系數(shù)；vk表示第k條線路的運(yùn)行速度；tk表示第k條線路的運(yùn)行時間；tkc表示第k條線路的乘客理想運(yùn)行時間；C2表示小車單位里程的汽油消耗費用，C3表示大車單位里程的汽油消耗費用，C4表示小車單次運(yùn)營的人工成本，C5表示小車單次運(yùn)營的人工成本。進(jìn)一步地，所述步驟S28具體為：S71、在目標(biāo)函數(shù)的可行域范圍內(nèi)需找使得目標(biāo)函數(shù)最大的最優(yōu)解，最優(yōu)解使用集合表示；S72、在最優(yōu)解的集合內(nèi)，根據(jù)xijk的值確定第k條線路上，節(jié)點i和節(jié)點j之間是否要開行線路，并逐步確定所有的節(jié)點間弧線的開通結(jié)果；S73、根據(jù)各弧線確定的是否開行的結(jié)果，確定開行的公交定制線路；S74、將確定開行的公交定制線路的數(shù)據(jù)更新至用戶端APP后臺中心。進(jìn)一步地，所述步驟S3具體為：S31、對不同用戶的出行需求進(jìn)行逐一識別；S32、對公交線路布線結(jié)果數(shù)據(jù)進(jìn)實時查詢；S33、根據(jù)乘客所提交的出行需求信息，在最新的公交定制線路的布設(shè)結(jié)果中篩選出最適合乘客的公交定制線路；S34、將最適合乘客的公交定制線路推送給乘客，必要時對乘客推送線路提醒消息。進(jìn)一步地，對所述步驟S34中最適合乘客的公交定制線路，對其進(jìn)行公示時，結(jié)合電子地圖，對乘車的上車點或下車點至目的地之間的線路進(jìn)行導(dǎo)航，并在電子地圖中顯示公交定制線路的走向。采用上述技術(shù)方案后，本發(fā)明至少具有如下有益效果：1、本發(fā)明考慮到實際運(yùn)營中的線路最大長度限制、乘客的支付意愿、不同車輛類型的組合因素，克服了現(xiàn)狀情況下，僅靠乘客投票結(jié)果確定線路時存在的線路過長、定價單一、運(yùn)力不合理使用的局面。2、本發(fā)明在滿足乘客出行需求等一系列約束的前提下，以公交企業(yè)利潤最大化為目標(biāo)，有利于公交企業(yè)積極的提升公交服務(wù)水平，吸引人們向公交出行方式的轉(zhuǎn)變，最大限度的節(jié)約運(yùn)力的同時，對于減輕交通擁堵發(fā)揮著重要的作用。附圖說明圖1是本發(fā)明一種基于預(yù)約數(shù)據(jù)的定制公交自動布線系統(tǒng)及方法的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與方法流程圖；圖2是本發(fā)明一種基于預(yù)約數(shù)據(jù)的定制公交自動布線方法的定制公交列車接續(xù)關(guān)系示意圖；圖3是本發(fā)明一種基于預(yù)約數(shù)據(jù)的定制公交自動布線系統(tǒng)及方法案例的公交自動布線區(qū)域示意圖。具體實施方式需要說明的是，在不沖突的情況下，本申請中的實施例及實施例中的特征可以相互結(jié)合，下面結(jié)合附圖和具體實施例對本申請作進(jìn)一步詳細(xì)說明。本發(fā)明一種基于預(yù)約數(shù)據(jù)的定制公交自動布線系統(tǒng)，包括依次相連的乘客需求信息采集模塊、公交線路生成模塊以及公交線路公示模塊，其中乘客需求信息采集模塊用于采集乘客需求信息，且包括用戶端APP；公交線路生成模塊用于分析處理乘客信息以及給出精準(zhǔn)的公交定制線路，且包括數(shù)據(jù)處理服務(wù)器；公交線路公示模塊用于公示公交線路布線結(jié)果以及推送線路提醒消息，且包括用戶端APP以及電子地圖；乘客需求信息采集模塊的用戶端APP與所述公交線路公示模塊的用戶端APP為同一用戶端APP。運(yùn)用上述系統(tǒng)，提供一種基于預(yù)約數(shù)據(jù)的定制公交自動布線方法，方法步驟如下：步驟1、乘客需求信息采集模塊采集乘客需求信息，并將乘客需求信息輸入公交線路生成模塊；1.1、乘客使用用戶端APP提交出行需求數(shù)據(jù)，包括出行起點、出行時間、出行終點以及支付意愿；1.1.1、接收乘客輸入的出行起點信息，或讓用戶選擇是否對其實時所在地點進(jìn)行識別；1.1.2、接收乘客輸入的出行終點信息；1.1.3、結(jié)合電子地圖，對乘客出行的起始點和終止點進(jìn)行識別，且與電子地圖進(jìn)行對應(yīng)；1.1.4、根據(jù)與電子地圖對應(yīng)后的具體位置，對其附近的公交站點進(jìn)行匹配，選定乘客上車地點與下車地點；1.1.5、將初步匹配后的數(shù)據(jù)信息與其他所需信息上傳至數(shù)據(jù)處理服務(wù)器。1.2、用戶端APP將乘客出行需求數(shù)據(jù)上傳至數(shù)據(jù)處理服務(wù)器；1.3、數(shù)據(jù)處理服務(wù)器將數(shù)據(jù)輸入公交線路生成模塊。步驟2、公交線路生成模塊根據(jù)乘客需求信息，通過分析和處理，給出精準(zhǔn)的公交定制線路，并把公交定制線路發(fā)到公交線路公示模塊；2.1、根據(jù)公交運(yùn)營的實際情況，確定開行線路的長度限制的約束條件,公交線路生成模塊通過計算總乘客票價，確立開行線路達(dá)到總利潤最大化以及確定開行線路的長度限制；約束條件為：0<ΣkKΣiN1xsik·lN+ΣkKΣiN1ΣjN2xxijk·lij+ΣkKΣjN2xjek·lje≤Lmax]]>其中，Lmax為線路的最大設(shè)定長度；2.2、確定每個節(jié)點的連接限制的約束條件，通過保證開行線路中的節(jié)點都與且只與一個前驅(qū)節(jié)點和后繼節(jié)點相連；連接限制的約束條件為：2.3、確定開行線路的總連接限制的約束條件：0<ΣkKΣiN1xsik+ΣkKΣiN1ΣjN2xxijk+ΣkKΣjN2xjek≤n-1]]>設(shè)n為開行線路中的最大站數(shù)，則最大連接次數(shù)應(yīng)為n-1；2.4、確定開行線路中第K條線路的線路總長度、總乘客人數(shù)的約束條件；線路總長度為：Lk=ΣkKΣiN1xsik·lsi+ΣkKΣiN1ΣjN2xxijk·lij+ΣkKΣjN2xjek·lje;]]>總乘客人數(shù)的約束條件為：Qk=ΣkKΣiN1xsik·qs+ΣkKΣiN1ΣjN2xxijk·qi+ΣkKΣjN2xjek·qj;]]>2.5、根據(jù)第k條線路的乘客的最終支付票價是隨著線路運(yùn)行時間的增加而下降的，確定乘客的支付意愿的約束條件：C1(tk)＝ck-a·(tk-tkc)2.6、確定是否使用大型客車或者小型客車的約束條件：nk1=1,if0<Qk≤Q12,ifQ1<Qk≤Q2[Qk-nk2·Q2Q1],ifQ2<Qk]]>nk2=0,ifQk≤Q2[QkQ2],ifQ2≤Qk]]>其中，用表示所使用小車數(shù)量，表示所使用大車數(shù)量，為符合實際，其中對的求解表示向上取整，對的求解表示向下取整；2.7、在滿足步驟S21-S26約束條件之下，使用目標(biāo)函數(shù)求得最優(yōu)解；目標(biāo)函數(shù)為：MaximumC1(t)ΣkKΣiN1ΣjN2xijk·qi-C2ΣkKnk1·Lk-C3ΣkKnk2·Lk-ΣkK(C4·nk1+C5·nk2);]]>在上述系列計算式子中，公交線路生成模塊中對參數(shù)進(jìn)行定義，k表示計劃開行的線路編號，k∈A，A為計劃開行的線路總數(shù)；i、j分別表示第i個、第j個節(jié)點，且i、j∈T,乘車OD點視為集合T；s、e分別表示起始發(fā)車場與終止收車場；qi表示編號為i的節(jié)點的乘客需求人數(shù)；lij表示連接第i個節(jié)點和第j個節(jié)點的邊的距離費用；Lk表示構(gòu)成線路k的邊的總距離費用；Qk表示構(gòu)成線路k的總乘客需求人數(shù)；xkij表示第k條線路是否相繼連接第i個節(jié)點和第j個節(jié)點，其中節(jié)點i和節(jié)點j相連要滿足規(guī)定的約束；表示第k條線路所使用的小車數(shù)量；表示第k條線路所使用的大車數(shù)量；C1(tk)表示第k條線的乘客支付意愿函數(shù)，即為乘客票價收益；ck表示乘客理想支付意愿票價；a表示乘客支付系數(shù)；vk表示第k條線路的運(yùn)行速度；tk表示第k條線路的運(yùn)行時間；tkc表示第k條線路的乘客理想運(yùn)行時間；C2表示小車單位里程的汽油消耗費用，C3表示大車單位里程的汽油消耗費用，C4表示小車單次運(yùn)營的人工成本，C5表示小車單次運(yùn)營的人工成本。2.8、根據(jù)目標(biāo)函數(shù)的最優(yōu)解，確定開行的公交定制線路：2.8.1、在目標(biāo)函數(shù)的可行域范圍內(nèi)需找使得目標(biāo)函數(shù)最大的最優(yōu)解，最優(yōu)解使用集合表示；2.8.2、在最優(yōu)解的集合內(nèi)，根據(jù)xijk的值確定第k條線路上，節(jié)點i和節(jié)點j之間是否要開行線路，并逐步確定所有的節(jié)點間弧線的開通結(jié)果；2.8.3、根據(jù)各弧線確定的是否開行的結(jié)果，確定開行的公交定制線路；2.8.4、將確定開行的公交定制線路的數(shù)據(jù)更新至用戶端APP后臺中心；2.9、將確定的公交定制線路結(jié)果上傳到用戶端APP后臺數(shù)據(jù)庫，在乘客進(jìn)行線路查詢時提供給乘客；步驟3、公交線路公示模塊將公交定制線路推送給乘客，并向乘客推送線路提醒消息；3.1、對不同用戶的出行需求進(jìn)行逐一識別；3.2、對公交線路布線結(jié)果數(shù)據(jù)進(jìn)實時查詢；3.3、根據(jù)乘客所提交的出行需求信息，在最新的公交定制線路的布設(shè)結(jié)果中篩選出最適合乘客的公交定制線路；3.4、將最適合乘客的公交定制線路推送給乘客，必要時對乘客推送線路提醒消息。對最適合乘客的公交定制線路進(jìn)行公示時結(jié)合電子地圖，對乘車的上車點或下車點至目的地之間的線路行導(dǎo)航，并在電子地圖中顯示公交定制線路的走向。實施例圖1描述的是整個基于預(yù)約數(shù)據(jù)的定制公交自動布線方法的體系圖，包括乘客需求信息采集模塊、公交線路生成模塊、公交線路公示模塊。乘客需求信息采集模塊具體包含以下步驟：步驟1-1：乘客在出發(fā)前，通過APP進(jìn)行預(yù)約，預(yù)約時需提交個人需求信息，包括出發(fā)地、目的地、出發(fā)時間；步驟1-2：乘客輸入個人出發(fā)點與目的地信息后，信息采集模塊結(jié)合電子地圖向用戶提供最合適的上車點及下車點，讓用戶自行選擇模塊推薦的上車與下車地點，用戶確認(rèn)地點無誤時，生成預(yù)約訂單；步驟1-3：根據(jù)用戶確認(rèn)的上車點與下車點，給出乘客需要支付的票價，票價可根據(jù)實時需求進(jìn)行調(diào)整，需求旺盛時適當(dāng)提升價格，需求量較低時，適當(dāng)?shù)慕档蛢r格；步驟1-4：將用戶需求信息確定的預(yù)約訂單數(shù)據(jù)上傳至公交線路生成模塊；步驟1-5：結(jié)合電子支付應(yīng)用，在用戶確認(rèn)預(yù)約訂單后支付相應(yīng)的后臺計算出的實時費用。下面進(jìn)一步闡明本發(fā)明中利用預(yù)約數(shù)據(jù)進(jìn)行公交自動布線的方法，具體步驟如下步驟2-1：如圖2-3所示，根據(jù)乘客需求信息收集模塊采集到的各項數(shù)據(jù)，共有16個出行產(chǎn)生和吸引點；步驟2-2：將經(jīng)過初步處理的乘客的出行需求數(shù)據(jù)以矩陣的形式輸入公交線路生成模塊，基于預(yù)約數(shù)據(jù)的各點間出行OD如下表：根據(jù)各節(jié)點實際位置，結(jié)合電子地圖數(shù)據(jù)，計算出節(jié)點集合中涉及到各節(jié)點間的最短出行距離，如下表所示：按照2016年廣州市現(xiàn)有如約巴士定價，大約0.35元/公里，公交運(yùn)行者不同的車輛各項參數(shù)如下表：車型座位數(shù)平均每百公里耗油平均每趟人工成本油價小車2918305.58元/升大車4926305.58元/升假設(shè)公交運(yùn)行者設(shè)定最大開行線路數(shù)量為3條，最大停站接送客次數(shù)為1次，即n為6，平局車輛速度為30公里/小時，取a為0.2。不同線路之間允許存在交集，甚至允許存在全同的兩條線路此時K退化為K-1(例如，所有人的起止點都相同的極端情況下，應(yīng)把所有的運(yùn)力投入到一條線上，不需要開設(shè)其他線路)。K條線路的設(shè)計互不影響，因此只需要討論一條線路的設(shè)計方案，增加線路只需重復(fù)同一步驟即可。結(jié)點總數(shù)為N，最多存在K條線路，每條線路最多停n站,此時需要考慮的方案總數(shù)為：(Σi=0nANi+2)K]]>在本案例中，根據(jù)模型所給出的目標(biāo)可以推算方案數(shù)為3061257408，因而可以利用遍歷法進(jìn)行計算機(jī)編程求解，具體步驟如下：步驟3-1：確定滿足所有實際運(yùn)營約束條件的可選擇方案的集合，并存放在公交線路生成模塊的緩存中；步驟3-2：計算采用集合中可行方案后公交企業(yè)的經(jīng)營利潤，并將計算結(jié)果存放進(jìn)公交線路生成模塊的緩存中；步驟3-3：在利潤結(jié)果的集合中，尋找最大值；步驟3-4：尋找出利潤最大值所對應(yīng)的線路方案。將生成的公交線路發(fā)送給公交線路公示模塊。盡管已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的實施例，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以理解的是，在不脫離本發(fā)明的原理和精神的情況下可以對這些實施例進(jìn)行多種等效的變化、修改、替換和變型，本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求及其等同范圍限定。當(dāng)前第1頁1 2 3