[摘要]
公交車輛班次計劃編制以“自動、智能”為主要設計思路，結合數學算法實現排班系統的智能化。在原有調度人員的經驗進行計劃排班的基礎上，根據實際運營結果，不斷對排班參數及實現流程進行自動修正和優化，從而達到自學習、優化排班結果的目標。
[關鍵詞]公交車輛排班;算法;優化排班
引
言
公交班次計劃編制工作是公交運營的一項必要日常工作，傳統方式主要依據調度員人工經驗制定為主導，又因其限制條件的復雜性，費時費力，人工完成非常困難且無法達到高效、合理、節省的目標。隨著大數據、云計算、互聯網、物聯網等信息化技術的不斷發展，為了進一步提高城市公交智能化水平，濟南公交決定依托信息化技術推動企業管理理念，根據客流特征與要滿足客流的服務指標相結合，對公交車輛班次計劃自動編制進行應用探索。
1.研究內容
公交車輛班次計劃自動編制主要研究在給定車輛、任務以及相應參數和原則的情況下，制定合理的調度方案。
生成一份合理的行車時刻表是一項非常重要而且復雜的工作，行車時刻表決定了某條線路一天發出的班次總數，給出了每個班次的到離站時間，決定了主站發車的時間間隔，因此也就決定了乘客的平均候車時間，對乘客的服務質量有著很大的影響。
1.1班制參數研究
將全天劃分為6個時段，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段的運行，由于工作的時間跨度較長，需要安排2-3人共同完成。低峰時段只需要投入部分車輛即可滿足需求，為了節約運力，設置正班車。
（2）一班半（大班車）：承擔涉及早晚低峰及全天平峰的時段運行，補充雙班交接班期間的運行任務。
（3）高峰車：為了補充高峰運力，解決高峰客流。與一班半的區別是無法承擔中午時段的運行。
（4）4.正班單：正班車安排一個駕駛員休息，另一個駕駛員上班。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間，減少駕駛員的上班時長。
（3）靈活調度原則：設有常規區間車、對發車輛、固定點車輛、跨線車輛。
1.3班次計劃編制研究
根據線路、營運車輛、發車間隔、停站時間等參數，通過對參數驗證安排基礎排班表，然后再結合車隊實際情況，對排班表進行多次檢索調整，最終對結果進行驗證篩選，確定最合理有效的班次計劃編制。
2.技術路線
2.1 數據庫技術
數據庫技術是為了有效管理數據，提高數據處理的效率而發展并完善起來的專門技術。排班計劃編制的探索過程我們選用的是Oracle數據庫，數據庫技術見圖1。
圖1 數據庫技術
2.2 云計算技術
完成班次計劃編制需要巨大的計算能力，傳統的計算模式需要耗費相當長的時間、耗費巨大的物力、財力來完成。而采用云計算方法，實時計算海量的GPS數據，采用Hadoop等分布式處理方式來過濾處理大量數據，云計算技術路線見圖2。
圖2 云計算技術路線
2.3 大數據分析技術
大數據分析常和云計算聯系到一起，因為實時的大型數據集向數十、數百或甚至數千的電腦分配工作。
通過對GPS定位數據分析，并結合乘車刷卡記錄，對客流、運營狀況等進行全面分析，最終形成線網優化評估方案。大數據分析指標體系見圖3。
圖3 大數據分析指標體系
2.4 網絡技術
采用計算、存儲虛擬化+異地雙活整體方案，和傳統熱備不同，雙活的兩個數據中心同時在線運行承擔業務，其不僅可以起到容災的作用，還可以實現業務流量在不同數據中心間的調度與分擔，可實現負載均衡目的。網絡技術見圖4。
圖4 網絡技術
3.探索車輛班次計劃自動編制
3.1探索方法一
3.1.1班次計劃編制流程
首先進行準備設置工作，包括日間隔、單程時間等，然后計算發車點，最后遍歷發車點制作發車計劃。班次計劃編制流程見圖5。
圖5 班次計劃編制流程
（1）準備設置工作
①設置當天的日間隔；
②設置當天車輛回場后的停場時間（可用于安排吃飯時間、雙班交接時間）；
③設置單程時間。
（2）計算發車點
根據線路日間隔設置,計算當天全天上下行發車時間點。
（3）遍歷發車點制作發車計劃
使用全天模擬的方法進行排點，遍歷全天的發車點，生成排班計劃，步驟如下：
①獲取第一個發車點作為當前發車點；
②查找當前方向可用時間在當前發車時間點與上一個發車時間點之間的車輛，按可用時間依次為這些車輛排班；
③從排好的順序中選擇順序號為1的車輛，計算該車以下信息：
實際停場時間 = 發車時間 - 上次到達時間
到達時間 = 發車時間 + 單程時間*2
可用時間 = 到達時間 + 停場時間
④把上一步獲取的信息記入發車計劃表，這樣就完成了該時間點的計劃制作；
⑤獲取下一個發車點，重復上述②-④步驟，直至全天計劃生成完畢。
3.1.2插入當前待排班車輛
在當前場區的車輛中查找合適位置，放入待排班車輛，根據不同情況，排序的原則分以下幾種：
（1）如果是第一輪，按照部位號依次排序。
（2）如果當前車是部位1、2，且剛跑完第一輪回來：分別放在倒數第2個部位、最后一個部位前。
（3）高峰車：視當前高峰班次完成情況，沒完成，高峰車要優先排班，已完成，高峰車不排班。
（4）其余情況：按部位插隊。
完成以上工作后，除了第一輪的情況外，場區內車輛可能存在空調車連排等不合理情況，同時也為了滿足下班先后順序的要求，需要對車輛順序進行調整，車輛順序調整流程表見圖6。
圖6 車輛順序調整流程表
3.1.3調整場區內車輛的順序號
（1）統計場區內車輛總數，獲取順號1。
（2）查找應排在該順序的車輛，查找車輛遵循如下規則：
①早高峰規則：上一個是空調車，接下去先選擇非空調車；上一個是普通車，接下去按原有順序號排。
②平峰期規則：保證空調車不連發，剩余班次多的先發（雙班車預留晚低峰的車次），部位小的先發。
③晚高峰規則：保證空調車不連發，剩余班次多的先發（雙班車預留晚低峰的車次），部位小的先發。
④晚低峰規則：保證空調車不連發，剩余班次多的先發（雙班車預留晚低峰的車次），大班車先發，部位號小的先發
（3）順序號加1。
①如果順序號大于車輛總數，順序調整完成；
②如果順序號小于等于車輛總數，重復步驟2。
3.1.4當前方法存在的問題
當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，一旦排班中出現套點錯誤，排班就會失敗，不能進行自我更正。當參與排班的車輛比較充足的時候，成功幾率較大，一旦車輛較少，或者各車的班次不夠均勻時候，就很容易出現缺車現象，造成排班失敗。
3.2探索方法二
新方法用二維的方法來考慮，站在每個部位的角度來看全天的發車計劃，發車點在不同部位、輪次間挪動，實現排班的靈活性。方法分為初設，移動調整，驗證篩查三步來進行，排班流程見圖7。
圖7 車輛排班流程
3.2.1驗證參數設置是否正確
各個車輛的總計劃班次之和是否等于應排計劃班次（間隔）如果一致，則進入第二步。若不一致，則給予提示，手動調整為一致后再進入第二步。
3.2.2構建初始排班列表
以20輛車120個發車點為例：
初始化的原則是，把所有車假定為正班車，先做出具有120個發車點的基礎模板。假設為正班車是為了充分發揮正班的班制作用，保證每日的基礎運營。根據需要，再將假定的部分正班車把調整為一班半以及高峰車。
正班車在班制中所占比例最大，這樣設定是為了降低后續調整的工作量。因為在初期的基礎模板中都假定為正班車，所以正班車移位很少，基本沒有調整。其中，正班與一班半的車輛數量相差不大，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，則會加大后續調整的工作量，導致套點現象過多。
把全天發車點按班序平均分配給每個車輛。模型見圖8。
圖8 初始排班模型
3.2.3執行移位操作
（1）篩選車輛
從首班開始對參加營運的車輛進行多次循環遍歷，檢索出當前班次大于計劃班次的車輛，若應完成班次小于分配班次，則需要移位。
（2）按班制優先級規則判斷，標記出需要移動的時間點，需要移位車輛的班序號以及輪次數見表1。
表1 移位車輛的班序及輪次表
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正班車 發車點的級別劃分 |
級別1：本車高峰第一班固定不動 級別2：本車高峰期第二班以及以后班 級別3：晚平峰 級別4：白天平峰（因正班車需要保證完成早晚低峰的 出車任務，應先空掉靠近中午的發車點，同時需要評估 對晚低峰的正班車次影響，防止出現過早下班的情況。）
對晚低峰的正班車次影響，防止出現過早下班的情況。） |
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一班半車 發車點的級別劃分 |
級別1：本車高峰第一班 級別2：本車高峰期第二班以及以后班次 級別3：白天平峰 級別4：早低峰 晚平峰 晚低峰 級別5：完工時間之后的點 |
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高峰車 發車點的級別劃分 |
劃分方法與一班半車相同。 |
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執行移位操作時的執行順序與級別序列號相反。即級別4在執行時最優先被執行，執行順序依次為級別4,3,2,1。 |
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（3）移位
選擇從最小時間點開始移位。即把移出的時間點下移給下一班序的車輛，下一班序的車輛時間點下移給下下一班序的車輛，以后的班序依次類推。
（4）符合實際需求的班次
每執行一次會篩選出一個不符合規則的時間點，執行一次移位。移到滿足條件的時間點后，再判斷是否需要繼續查找移位的時間點。重復1、2、3步操作，直到全部車輛獲得的班次數與班次計劃數相符合。最終，確保班次點基本符合實際需求。形成的結果見圖9。
圖9 調整后的排班模型
3.2.4調整時間點
（1）解決套點問題
首先，在排班計劃中，進行多次循環，查找存在套點現象的發車點。（查找可以對調的發車點，先由該發車點按順序向后查找可以對調的發車點，且對調的車不產生新的套點；如果向后找不到，再由上一發車點向前查找可以對調的發車點）。其次找到可以對調的發車點后，執行對調處理。然后重復以上操作，直到處理完所有套點。
（2）解決正班司機過早下班的問題
正班車上午司機的班次，在保證不套點，滿足最小站停時間的前提下，把發車點向前對調，實現上午司機早完工早下班，縮短工作時長。
調整原則：正班車早晚頂點，早低峰按班序正向排，發車點正向排；晚低峰按照班序反向排，發車點反向排。
（3）按車輛設定的完工時間調整
（4）運算結果驗證
包含車輛站停時間、司機上下班時間、對發車、區間車、固定點的驗證。
4.探索結論
在公交車輛班次計劃自動編制的探索過程中，針對單向自動排班模式生成的計劃發車表見圖10、圖11。
圖10 某條線路發車列表
圖11 某條線路發車時刻表
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滬公網安備31011502010460號
