[摘要]
公交車輛班次計(jì)劃編制以“自動(dòng)、智能”為主要設(shè)計(jì)思路，結(jié)合數(shù)學(xué)算法實(shí)現(xiàn)排班系統(tǒng)的智能化。在原有調(diào)度人員的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行計(jì)劃排班的基礎(chǔ)上，根據(jù)實(shí)際運(yùn)營(yíng)結(jié)果，不斷對(duì)排班參數(shù)及實(shí)現(xiàn)流程進(jìn)行自動(dòng)修正和優(yōu)化，從而達(dá)到自學(xué)習(xí)、優(yōu)化排班結(jié)果的目標(biāo)。
[關(guān)鍵詞]公交車輛排班;算法;優(yōu)化排班
引言
公交班次計(jì)劃編制工作是公交運(yùn)營(yíng)的一項(xiàng)必要日常工作，傳統(tǒng)方式主要依據(jù)調(diào)度員人工經(jīng)驗(yàn)制定為主導(dǎo)，又因其限制條件的復(fù)雜性，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，人工完成非常困難且無(wú)法達(dá)到高效、合理、節(jié)省的目標(biāo)。隨著大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)等信息化技術(shù)的不斷發(fā)展，為了進(jìn)一步提高城市公交智能化水平，濟(jì)南公交決定依托信息化技術(shù)推動(dòng)企業(yè)管理理念，根據(jù)客流特征與要滿足客流的服務(wù)指標(biāo)相結(jié)合，對(duì)公交車輛班次計(jì)劃自動(dòng)編制進(jìn)行應(yīng)用探索。
1.研究?jī)?nèi)容
公交車輛班次計(jì)劃自動(dòng)編制主要研究在給定車輛、任務(wù)以及相應(yīng)參數(shù)和原則的情況下，制定合理的調(diào)度方案。
生成一份合理的行車時(shí)刻表是一項(xiàng)非常重要而且復(fù)雜的工作，行車時(shí)刻表決定了某條線路一天發(fā)出的班次總數(shù)，給出了每個(gè)班次的到離站時(shí)間，決定了主站發(fā)車的時(shí)間間隔，因此也就決定了乘客的平均候車時(shí)間，對(duì)乘客的服務(wù)質(zhì)量有著很大的影響。
1.1班制參數(shù)研究
將全天劃分為6個(gè)時(shí)段，早低峰、早高峰、平峰、晚高峰、晚平峰、晚低峰，班制分為：正班、一班半、高峰班和正班單。
（1）正班（雙班車）：正班主要為了保障早晚低峰時(shí)段的運(yùn)行，由于工作的時(shí)間跨度較長(zhǎng)，需要安排2-3人共同完成。低峰時(shí)段只需要投入部分車輛即可滿足需求，為了節(jié)約運(yùn)力，設(shè)置正班車。
（2）一班半（大班車）：承擔(dān)涉及早晚低峰及全天平峰的時(shí)段運(yùn)行，補(bǔ)充雙班交接班期間的運(yùn)行任務(wù)。
（3）高峰車：為了補(bǔ)充高峰運(yùn)力，解決高峰客流。與一班半的區(qū)別是無(wú)法承擔(dān)中午時(shí)段的運(yùn)行。
（4）4.正班單：正班車安排一個(gè)駕駛員休息，另一個(gè)駕駛員上班。全天只跑四圈，早1晚3或早3晚1或早2晚2。
1.2車輛班次計(jì)劃編制原則研究
（1）公平原則：車輛上班的次序與下班的次序一致。
（2）班次緊湊原則：降低車輛在主站和副站的停站時(shí)間，減少駕駛員的上班時(shí)長(zhǎng)。
（3）靈活調(diào)度原則：設(shè)有常規(guī)區(qū)間車、對(duì)發(fā)車輛、固定點(diǎn)車輛、跨線車輛。
1.3班次計(jì)劃編制研究
根據(jù)線路、營(yíng)運(yùn)車輛、發(fā)車間隔、停站時(shí)間等參數(shù)，通過對(duì)參數(shù)驗(yàn)證安排基礎(chǔ)排班表，然后再結(jié)合車隊(duì)實(shí)際情況，對(duì)排班表進(jìn)行多次檢索調(diào)整，最終對(duì)結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證篩選，確定最合理有效的班次計(jì)劃編制。
2.技術(shù)路線
2.1 數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)
數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)是為了有效管理數(shù)據(jù)，提高數(shù)據(jù)處理的效率而發(fā)展并完善起來(lái)的專門技術(shù)。排班計(jì)劃編制的探索過程我們選用的是Oracle數(shù)據(jù)庫(kù)，數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)見圖1。
圖1 數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)
2.2 云計(jì)算技術(shù)
完成班次計(jì)劃編制需要巨大的計(jì)算能力，傳統(tǒng)的計(jì)算模式需要耗費(fèi)相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間、耗費(fèi)巨大的物力、財(cái)力來(lái)完成。而采用云計(jì)算方法，實(shí)時(shí)計(jì)算海量的GPS數(shù)據(jù)，采用Hadoop等分布式處理方式來(lái)過濾處理大量數(shù)據(jù)，云計(jì)算技術(shù)路線見圖2。
圖2 云計(jì)算技術(shù)路線
2.3 大數(shù)據(jù)分析技術(shù)
大數(shù)據(jù)分析常和云計(jì)算聯(lián)系到一起，因?yàn)閷?shí)時(shí)的大型數(shù)據(jù)集向數(shù)十、數(shù)百或甚至數(shù)千的電腦分配工作。
通過對(duì)GPS定位數(shù)據(jù)分析，并結(jié)合乘車刷卡記錄，對(duì)客流、運(yùn)營(yíng)狀況等進(jìn)行全面分析，最終形成線網(wǎng)優(yōu)化評(píng)估方案。大數(shù)據(jù)分析指標(biāo)體系見圖3。
圖3 大數(shù)據(jù)分析指標(biāo)體系
2.4 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)
采用計(jì)算、存儲(chǔ)虛擬化+異地雙活整體方案，和傳統(tǒng)熱備不同，雙活的兩個(gè)數(shù)據(jù)中心同時(shí)在線運(yùn)行承擔(dān)業(yè)務(wù)，其不僅可以起到容災(zāi)的作用，還可以實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)流量在不同數(shù)據(jù)中心間的調(diào)度與分擔(dān)，可實(shí)現(xiàn)負(fù)載均衡目的。網(wǎng)絡(luò)技術(shù)見圖4。
圖4 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)
3.探索車輛班次計(jì)劃自動(dòng)編制
3.1探索方法一
3.1.1班次計(jì)劃編制流程
首先進(jìn)行準(zhǔn)備設(shè)置工作，包括日間隔、單程時(shí)間等，然后計(jì)算發(fā)車點(diǎn)，最后遍歷發(fā)車點(diǎn)制作發(fā)車計(jì)劃。班次計(jì)劃編制流程見圖5。
圖5 班次計(jì)劃編制流程
（1）準(zhǔn)備設(shè)置工作
①設(shè)置當(dāng)天的日間隔；
②設(shè)置當(dāng)天車輛回場(chǎng)后的停場(chǎng)時(shí)間（可用于安排吃飯時(shí)間、雙班交接時(shí)間）；
③設(shè)置單程時(shí)間。
（2）計(jì)算發(fā)車點(diǎn)
根據(jù)線路日間隔設(shè)置,計(jì)算當(dāng)天全天上下行發(fā)車時(shí)間點(diǎn)。
（3）遍歷發(fā)車點(diǎn)制作發(fā)車計(jì)劃
使用全天模擬的方法進(jìn)行排點(diǎn)，遍歷全天的發(fā)車點(diǎn)，生成排班計(jì)劃，步驟如下：
①獲取第一個(gè)發(fā)車點(diǎn)作為當(dāng)前發(fā)車點(diǎn)；
②查找當(dāng)前方向可用時(shí)間在當(dāng)前發(fā)車時(shí)間點(diǎn)與上一個(gè)發(fā)車時(shí)間點(diǎn)之間的車輛，按可用時(shí)間依次為這些車輛排班；
③從排好的順序中選擇順序號(hào)為1的車輛，計(jì)算該車以下信息：
實(shí)際停場(chǎng)時(shí)間 = 發(fā)車時(shí)間 - 上次到達(dá)時(shí)間
到達(dá)時(shí)間 = 發(fā)車時(shí)間 + 單程時(shí)間*2
可用時(shí)間 = 到達(dá)時(shí)間 + 停場(chǎng)時(shí)間
④把上一步獲取的信息記入發(fā)車計(jì)劃表，這樣就完成了該時(shí)間點(diǎn)的計(jì)劃制作；
⑤獲取下一個(gè)發(fā)車點(diǎn)，重復(fù)上述②-④步驟，直至全天計(jì)劃生成完畢。
3.1.2插入當(dāng)前待排班車輛
在當(dāng)前場(chǎng)區(qū)的車輛中查找合適位置，放入待排班車輛，根據(jù)不同情況，排序的原則分以下幾種：
（1）如果是第一輪，按照部位號(hào)依次排序。
（2）如果當(dāng)前車是部位1、2，且剛跑完第一輪回來(lái)：分別放在倒數(shù)第2個(gè)部位、最后一個(gè)部位前。
（3）高峰車：視當(dāng)前高峰班次完成情況，沒完成，高峰車要優(yōu)先排班，已完成，高峰車不排班。
（4）其余情況：按部位插隊(duì)。
完成以上工作后，除了第一輪的情況外，場(chǎng)區(qū)內(nèi)車輛可能存在空調(diào)車連排等不合理情況，同時(shí)也為了滿足下班先后順序的要求，需要對(duì)車輛順序進(jìn)行調(diào)整，車輛順序調(diào)整流程表見圖6。
圖6 車輛順序調(diào)整流程表
3.1.3調(diào)整場(chǎng)區(qū)內(nèi)車輛的順序號(hào)
（1）統(tǒng)計(jì)場(chǎng)區(qū)內(nèi)車輛總數(shù)，獲取順號(hào)1。
（2）查找應(yīng)排在該順序的車輛，查找車輛遵循如下規(guī)則：
①早高峰規(guī)則：上一個(gè)是空調(diào)車，接下去先選擇非空調(diào)車；上一個(gè)是普通車，接下去按原有順序號(hào)排。
②平峰期規(guī)則：保證空調(diào)車不連發(fā)，剩余班次多的先發(fā)（雙班車預(yù)留晚低峰的車次），部位小的先發(fā)。
③晚高峰規(guī)則：保證空調(diào)車不連發(fā)，剩余班次多的先發(fā)（雙班車預(yù)留晚低峰的車次），部位小的先發(fā)。
④晚低峰規(guī)則：保證空調(diào)車不連發(fā)，剩余班次多的先發(fā)（雙班車預(yù)留晚低峰的車次），大班車先發(fā)，部位號(hào)小的先發(fā)
（3）順序號(hào)加1。
①如果順序號(hào)大于車輛總數(shù)，順序調(diào)整完成；
②如果順序號(hào)小于等于車輛總數(shù)，重復(fù)步驟2。
3.1.4當(dāng)前方法存在的問題
當(dāng)前排班方法是一種比較死板的排班方法，缺少自我校正能力，一旦排班中出現(xiàn)套點(diǎn)錯(cuò)誤，排班就會(huì)失敗，不能進(jìn)行自我更正。當(dāng)參與排班的車輛比較充足的時(shí)候，成功幾率較大，一旦車輛較少，或者各車的班次不夠均勻時(shí)候，就很容易出現(xiàn)缺車現(xiàn)象，造成排班失敗。
3.2探索方法二
新方法用二維的方法來(lái)考慮，站在每個(gè)部位的角度來(lái)看全天的發(fā)車計(jì)劃，發(fā)車點(diǎn)在不同部位、輪次間挪動(dòng)，實(shí)現(xiàn)排班的靈活性。方法分為初設(shè)，移動(dòng)調(diào)整，驗(yàn)證篩查三步來(lái)進(jìn)行，排班流程見圖7。
圖7 車輛排班流程
3.2.1驗(yàn)證參數(shù)設(shè)置是否正確
各個(gè)車輛的總計(jì)劃班次之和是否等于應(yīng)排計(jì)劃班次（間隔）如果一致，則進(jìn)入第二步。若不一致，則給予提示，手動(dòng)調(diào)整為一致后再進(jìn)入第二步。
3.2.2構(gòu)建初始排班列表
以20輛車120個(gè)發(fā)車點(diǎn)為例：
初始化的原則是，把所有車假定為正班車，先做出具有120個(gè)發(fā)車點(diǎn)的基礎(chǔ)模板。假設(shè)為正班車是為了充分發(fā)揮正班的班制作用，保證每日的基礎(chǔ)運(yùn)營(yíng)。根據(jù)需要，再將假定的部分正班車把調(diào)整為一班半以及高峰車。
正班車在班制中所占比例最大，這樣設(shè)定是為了降低后續(xù)調(diào)整的工作量。因?yàn)樵诔跗诘幕A(chǔ)模板中都假定為正班車，所以正班車移位很少，基本沒有調(diào)整。其中，正班與一班半的車輛數(shù)量相差不大，高峰車最少。正班車8班，一班半6班，高峰車4班。以某條線路為例，正班車9輛，一班半10輛，高峰車2輛。
如果，在初始化第一步采用不均勻分布的方式，則會(huì)加大后續(xù)調(diào)整的工作量，導(dǎo)致套點(diǎn)現(xiàn)象過多。
把全天發(fā)車點(diǎn)按班序平均分配給每個(gè)車輛。模型見圖8。
圖8 初始排班模型
3.2.3執(zhí)行移位操作
（1）篩選車輛
從首班開始對(duì)參加營(yíng)運(yùn)的車輛進(jìn)行多次循環(huán)遍歷，檢索出當(dāng)前班次大于計(jì)劃班次的車輛，若應(yīng)完成班次小于分配班次，則需要移位。
（2）按班制優(yōu)先級(jí)規(guī)則判斷，標(biāo)記出需要移動(dòng)的時(shí)間點(diǎn)，需要移位車輛的班序號(hào)以及輪次數(shù)見表1。
表1 移位車輛的班序及輪次表
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正班車 發(fā)車點(diǎn)的級(jí)別劃分 |
級(jí)別1：本車高峰第一班固定不動(dòng) 級(jí)別2：本車高峰期第二班以及以后班 級(jí)別3：晚平峰 級(jí)別4：白天平峰（因正班車需要保證完成早晚低峰的 出車任務(wù)，應(yīng)先空掉靠近中午的發(fā)車點(diǎn)，同時(shí)需要評(píng)估 對(duì)晚低峰的正班車次影響，防止出現(xiàn)過早下班的情況。） 對(duì)晚低峰的正班車次影響，防止出現(xiàn)過早下班的情況。） |
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一班半車 發(fā)車點(diǎn)的級(jí)別劃分 |
級(jí)別1：本車高峰第一班 級(jí)別2：本車高峰期第二班以及以后班次 級(jí)別3：白天平峰 級(jí)別4：早低峰 晚平峰 晚低峰 級(jí)別5：完工時(shí)間之后的點(diǎn) |
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高峰車 發(fā)車點(diǎn)的級(jí)別劃分 |
劃分方法與一班半車相同。 |
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執(zhí)行移位操作時(shí)的執(zhí)行順序與級(jí)別序列號(hào)相反。即級(jí)別4在執(zhí)行時(shí)最優(yōu)先被執(zhí)行，執(zhí)行順序依次為級(jí)別4,3,2,1。 |
（3）移位
選擇從最小時(shí)間點(diǎn)開始移位。即把移出的時(shí)間點(diǎn)下移給下一班序的車輛，下一班序的車輛時(shí)間點(diǎn)下移給下下一班序的車輛，以后的班序依次類推。
（4）符合實(shí)際需求的班次
每執(zhí)行一次會(huì)篩選出一個(gè)不符合規(guī)則的時(shí)間點(diǎn)，執(zhí)行一次移位。移到滿足條件的時(shí)間點(diǎn)后，再判斷是否需要繼續(xù)查找移位的時(shí)間點(diǎn)。重復(fù)1、2、3步操作，直到全部車輛獲得的班次數(shù)與班次計(jì)劃數(shù)相符合。最終，確保班次點(diǎn)基本符合實(shí)際需求。形成的結(jié)果見圖9。
圖9 調(diào)整后的排班模型
3.2.4調(diào)整時(shí)間點(diǎn)
（1）解決套點(diǎn)問題
首先，在排班計(jì)劃中，進(jìn)行多次循環(huán)，查找存在套點(diǎn)現(xiàn)象的發(fā)車點(diǎn)。（查找可以對(duì)調(diào)的發(fā)車點(diǎn)，先由該發(fā)車點(diǎn)按順序向后查找可以對(duì)調(diào)的發(fā)車點(diǎn)，且對(duì)調(diào)的車不產(chǎn)生新的套點(diǎn)；如果向后找不到，再由上一發(fā)車點(diǎn)向前查找可以對(duì)調(diào)的發(fā)車點(diǎn)）。其次找到可以對(duì)調(diào)的發(fā)車點(diǎn)后，執(zhí)行對(duì)調(diào)處理。然后重復(fù)以上操作，直到處理完所有套點(diǎn)。
（2）解決正班司機(jī)過早下班的問題
正班車上午司機(jī)的班次，在保證不套點(diǎn)，滿足最小站停時(shí)間的前提下，把發(fā)車點(diǎn)向前對(duì)調(diào)，實(shí)現(xiàn)上午司機(jī)早完工早下班，縮短工作時(shí)長(zhǎng)。
調(diào)整原則：正班車早晚頂點(diǎn)，早低峰按班序正向排，發(fā)車點(diǎn)正向排；晚低峰按照班序反向排，發(fā)車點(diǎn)反向排。
（3）按車輛設(shè)定的完工時(shí)間調(diào)整
（4）運(yùn)算結(jié)果驗(yàn)證
包含車輛站停時(shí)間、司機(jī)上下班時(shí)間、對(duì)發(fā)車、區(qū)間車、固定點(diǎn)的驗(yàn)證。
4.探索結(jié)論
在公交車輛班次計(jì)劃自動(dòng)編制的探索過程中，針對(duì)單向自動(dòng)排班模式生成的計(jì)劃發(fā)車表見圖10、圖11。
圖10 某條線路發(fā)車列表
圖11 某條線路發(fā)車時(shí)刻表
單向自動(dòng)排班模式的車輛在副站不停，按照排出的車輛順序，依據(jù)班次數(shù)量進(jìn)行運(yùn)營(yíng)。雙班車定在早班和晚班發(fā)車，早班晚班發(fā)完后立馬到早高峰和晚高峰，如果有高峰車就使用高峰車來(lái)進(jìn)行排班，如果沒有高峰車則直接使用雙班車和單班車相互穿插排班，單班車以任務(wù)量多的優(yōu)先排班，任務(wù)量少的依次再排，一直穿插到平峰。
雙向自動(dòng)排班模式仍在繼續(xù)探索中，雙向排班的難點(diǎn)主要有兩方面，一方面雙向來(lái)回穿插排班，打亂主站或副站的發(fā)車順序再進(jìn)行二次的合理排班比較困難，另一方面需要根據(jù)客流數(shù)據(jù)情況，需要來(lái)回調(diào)整發(fā)車間隔比較困難。
參考文獻(xiàn)：
[1]郭建國(guó).鄭州天邁科技有限公司產(chǎn)品介紹.城市公共交通,2008年第7期.
作者簡(jiǎn)介：李峰（1984—），男，山東濟(jì)南人，建筑與土木工程領(lǐng)域工程碩士，工程師。
來(lái)源：濟(jì)南市城市交通研究中心
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