地區(qū)中小學(xué)校校車最優(yōu)路線與配置方法
【技術(shù)領(lǐng)域】：
[0001] 本發(fā)明涉及一種地區(qū)中小學(xué)校校車最優(yōu)路線與配置方法，特別涉及學(xué)生居住地點 較分散、對校車服務(wù)質(zhì)量有一定要求、上下學(xué)時間比較固定、整體經(jīng)費非常有限的中小學(xué)校 車運行規(guī)劃方法，屬于路徑規(guī)劃技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著我國社會經(jīng)濟的發(fā)展、城市化進(jìn)程的加快，城鄉(xiāng)公路交通擁堵和安全問題也 日漸嚴(yán)重。特別是中小學(xué)生上學(xué)、放學(xué)回家的出行問題，一直是社會普遍關(guān)注的問題。此外， 每到上下學(xué)時間，學(xué)校周邊都擠滿車和人，不但使得學(xué)生出行非常不安全，還加劇了交通擁 堵、造成了社會資源的浪費。采用校車來集中輸送學(xué)生，被認(rèn)為是解決中小學(xué)生上下學(xué)出行 問題的較好方式。為了在資源有限的情況下，推出科學(xué)、高效的校車服務(wù)系統(tǒng)，充分滿足地 區(qū)中小學(xué)、學(xué)生及家長的實際需求，同時順應(yīng)節(jié)約型社會的發(fā)展目標(biāo)，首先需要解決好校車 配置及其運行線路的規(guī)劃問題。
[0003] 科學(xué)的中小學(xué)校車運行、服務(wù)系統(tǒng)，核心問題是車輛的配置以及行駛路線的選取， 這些問題解決好，才能在保障出行學(xué)生的安全性、學(xué)生和學(xué)校的滿意度以及降低運行成本、 能耗等方面找到最佳結(jié)合點。
[0004] 目前與路徑規(guī)劃有關(guān)的方法和技術(shù)成果很多，針對校車的路徑規(guī)劃方法也已經(jīng)被 提出，不過這些方法和技術(shù)均針對行駛路線規(guī)劃一個環(huán)節(jié)，基于網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃模型和算法，或者 直接采用商業(yè)地理信息系統(tǒng)給出的解決辦法。然而現(xiàn)實的校車運行規(guī)劃包含多個環(huán)節(jié)，單 純解決路線規(guī)劃一個問題并不能真正幫助中小學(xué)或者地方教育部門設(shè)計高質(zhì)量的校車運 行方案。
[0005] 本發(fā)明針對中小學(xué)校校車運行規(guī)劃的實際需求，提出了一種覆蓋所有環(huán)節(jié)的地區(qū) 中小學(xué)校校車最優(yōu)路線與配置方法，任何學(xué)校或地區(qū)教育部門均可以基于本方法設(shè)計出高 效低成本、切實可行的校車運行方案。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明是為了解決中小學(xué)校校車運行規(guī)劃的實際需求，提出了校車運行規(guī)劃需要 考慮的所有環(huán)節(jié)，并針對全部環(huán)節(jié)提出了有針對性的實用解決方法，幫助中小學(xué)和地區(qū)教 育部門設(shè)計高效低成本、切實可行的校車運行方案。
[0007] 為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提出將校車運行規(guī)劃問題分為七個步驟，分別是校車 的需求分析、滿意度分析、地址轉(zhuǎn)換與站點設(shè)置、校車運行路線規(guī)劃模型設(shè)計、實景數(shù)據(jù)采 集、智能算法設(shè)計與規(guī)劃方案的微調(diào)。
[0008] 本發(fā)明方法是通過如下技術(shù)方案實現(xiàn)的：
[0009] -種地區(qū)中小學(xué)校校車最優(yōu)路線與配置方法，包括以下步驟：
[0010] 步驟1，通過大范圍問卷調(diào)查完成校車需求分析，了解地區(qū)中小學(xué)生目前出行方 式，確定影響學(xué)生及家長滿意度的有關(guān)因素，確定對校車服務(wù)的實際需求情況；
[0011] 步驟2,基于步驟1的調(diào)查結(jié)果，采用層次分析法建立校車滿意度評估體系；
[0012] 作為優(yōu)選，所述建立校車滿意度評估體系的具體過程如下：
[0013] 首先參考步驟1的分析結(jié)果，根據(jù)常規(guī)的公共交通工具滿意度評測方法，確定影 響用戶滿意度的因素主要有路徑規(guī)劃、車輛硬件和實際運行情況三大類；其中路徑規(guī)劃因 素，基于步驟1的分析結(jié)果，主要考慮家到校車站的步行時長、校車到站時間、學(xué)生乘車時 長三個子因素；車輛硬件主要考慮安全性、穩(wěn)定性和舒適性三個子因素；運行情況主要考 慮準(zhǔn)點情況、司機素質(zhì)、收費價格三個子因素；
[0014] 然后運用模糊層次分析法得到影響校車滿意度各項因素的權(quán)重；
[0015] 步驟3,根據(jù)從家到學(xué)校的步行時長因素對基于步驟1得到的希望乘坐校車的學(xué) 生的家庭住址進(jìn)行聚類獲得候選乘車站點；
[0016] 作為優(yōu)選，為便于計算機處理，節(jié)省時間，將由調(diào)查問卷獲得的文字地址轉(zhuǎn)化為經(jīng) 煒度數(shù)據(jù)。
[0017] 作為優(yōu)選，所述將文字地址轉(zhuǎn)化為經(jīng)煒度數(shù)據(jù)通過調(diào)用數(shù)字地圖應(yīng)用的API接口 實現(xiàn)。
[0018] 作為優(yōu)選，所述聚類采用K-means算法實現(xiàn)。
[0019] 步驟4,校車運行路線規(guī)劃模型設(shè)計：
[0020] 1、對于單個學(xué)校開行校車的情況，目標(biāo)函數(shù)有四個，分別是：
[0021] 1)校車行駛的總時間最短（代表校車到站時間早晚因素）：
[0022] 一J, !--J,j-a
a. ，：
[0023] 2)學(xué)生乘車的總時長最短（代表學(xué)生乘車時長因素）：
[0024]
[0025] 3)各輛車的時間均衡（校車的公平分擔(dān)原則）：
[0026]
[0027] 4)車輛數(shù)最少（代表校車運行成本/收費價格因素）：f4= 1 ;
[0028] 約束條件：
[0029]
[0030]
[0031]
[0032]
[0033]
[0034]
[0035]約束條件中，公式（1)表示對單輛校車模型載客量的限制，每輛校車接送的學(xué)生 人數(shù)不超過校車的載客量；公式（2)表示校車系統(tǒng)中所有的校車的載客量之和不少于校車 服務(wù)的學(xué)生總?cè)藬?shù)；公式（3)表示每個站點有且僅有一輛校車通過，且所有校車最終回到 學(xué)校；公式⑷（5) (6)是整數(shù)0,1約束；
[0036] 上述公式中各符號的含義如下：
[0037]
[0038] b:校車從站點i到j(luò)的行駛時間；
[0039]ts:校車在站點制動和啟動的時間；
[0040] tp:每個學(xué)生上下車的時間；
[0041] tk:第k輛車在整個路程中花費的時間；
[0042] :第k輛校車在第i個站點接到的學(xué)生數(shù)；
[0043] Μ :校車所接送的學(xué)生總數(shù)；
[0044] Κ:校車總數(shù)；
[0045] ?V
?·
[0046] η:不包括學(xué)校在內(nèi)的站點數(shù)；
[0047] 1 :最終安排的車輛數(shù)；
[0048] g1:在站點i乘坐校車的學(xué)生數(shù)；
[0049]
[0050] G :單輛校車的載客容量；
[0051] 2、對于多個學(xué)校統(tǒng)一開行校車的情況，目標(biāo)函數(shù)有四個，分別是：
[0052] 1)校車行駛的總時間最小（代表校車到站時間早晚因素）：
[0053]
[0054] 2)學(xué)生乘車的總時長最短（代表學(xué)生乘車時長因素）：
[0055] ?ft.-'1 ?-1i -X- J-t
?-￡ 'f-? .,- .5.
[0056] 注：學(xué)生從第i站上第k輛車到學(xué)?；ㄙM的時間為
[0057]
[0058] 3)各輛車的時間均衡（校車的公平分擔(dān)原則）：
[0059] f3= min (max t k_min tk)
[0060] 4)車輛數(shù)最少（代表校車運行成本/收費價格因素）：f4=L;
[0061] 約束條件：
[0062]
[0063]
[0064]
[0065]
[0066] 在約束條件中，公式（7)保證每輛車上學(xué)生人數(shù)不超過車輛的載客量；公式（8)保 證校車服務(wù)的學(xué)生總數(shù)不超過車輛的總載客量；公式（9)，（10)保證每個站點只有一輛校 車經(jīng)過；
[0067] 上述公式中各符號的含義如下：
[0068]
[0069]b:校車從站點i到j(luò)的行駛時間；
[0070] ts:校車在站點制動和啟動的時間；
[0071] tp:每個學(xué)生上下車的時間；
[0072] tk:第k輛車在整個路程中花費的時間；
[0073] Μ :校車所接送的學(xué)生總數(shù)；
[0074]:在第1站登上第k輛車的學(xué)生人數(shù)；
[0075] K :校車總數(shù)；
[0076]
[0077]
[0078] η:不包括學(xué)校在內(nèi)的站點總數(shù)；
[0079] Η:校車系統(tǒng)中的學(xué)?？倲?shù)；
[0080] L:最終安排的車輛數(shù)；
[0081] G:單輛校車的載客容量；
[0082] 在單個學(xué)校和多個學(xué)校模型中，均構(gòu)造了四個目標(biāo)函數(shù)，在具體進(jìn)行計算時，由于 第3)個目標(biāo)函數(shù)對于滿意度沒有影響，可以暫時不用考慮；根據(jù)滿意度分析中得到的家到 校車站的步行距離、校車到站時間、學(xué)生乘車時長三個子因素的權(quán)重結(jié)果，歸一化后計算比 例，得到1)、2)、4)三個目標(biāo)函數(shù)的相對權(quán)重，然后統(tǒng)一為單個目標(biāo)函數(shù)min(ωJ1+ω2f2+ω 4f4)；
[0083] 步驟5,對步驟4得到的目標(biāo)函數(shù)采用智能優(yōu)化算法進(jìn)行求解；
[0084] 作為優(yōu)選，為降低所述求解過程的復(fù)雜度，在采用智能優(yōu)化算法進(jìn)行求解前通過 以下過程對所有候選乘車站點進(jìn)行清理以及分區(qū)：
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