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CN116153060B - 一种应用于智能公交的乘客周期性行为模式的需求响应车辆调度方法及系统 - Google Patents

一种应用于智能公交的乘客周期性行为模式的需求响应车辆调度方法及系统 Download PDF

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CN116153060B CN202211533336.5A CN202211533336A CN116153060B CN 116153060 B CN116153060 B CN 116153060B CN 202211533336 A CN202211533336 A CN 202211533336A CN 116153060 B CN116153060 B CN 116153060B
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Abstract

本发明涉及一种应用于智能公交的乘客周期性行为模式的需求响应车辆调度方法及系统，所述方法包括H1：乘客登录乘客APP或小程序，智能公交调度平台识别乘客身份标识ID，开启预约拼车出行功能；H2：乘客根据预约拼车出行功能，输入行程信息并生成拼车订单，所述行程信息包括出发站信息、目标站信息、期望到达目标站信息和位置信息所述智能公交调度平台根据接收到的乘客订单数量，分析乘客的拼车订单信息，获取乘客的时空轨迹数据信息。本发明不仅解决了只考虑满足个体乘客的需求，存在车辆使用率低，运营成本高，实用性低等问题，而且缩短乘客步行距离；并且兼顾包车和拼车的服务模式，最大化满足乘客的差异化出行需求。

Description

一种应用于智能公交的乘客周期性行为模式的需求响应车辆 调度方法及系统
技术领域
本发明涉及智能公交技术领域，尤其是涉及一种应用于智能公交的乘客周期性行为模式的需求响应车辆调度方法及系统。
背景技术
目前行业内对于乘客需求响应式的公交调度方法，主要研究内容如下：
2017年，吴昊等[1]设，提出取消固定公交线路和公交站台，根据城市公交即时需求量投放公交车辆，根据每个乘客的具体出行需求自动生成相应路径，与乘客保持实时联系，同时实时获取乘客所处位置，为每位乘客安排定制的出行公交方案，实现城市公交出行的总体优化。
2016年，杜以宇等[2]提供了一种智能公交调度方法和装置，该方法通过获取目标线路对应的每一辆公交车的当前地理位置，确定每一辆公交车当前所在的运行区间，根据每个运行区间中的公交车，当存在发生异常运行的异常运行区间时，调度预先部署的至少一辆备用公交车按照目标线路运行。当交通发生拥堵或者公交车发生故障时，该智能公交调度方法可以调度预先部署的备用公交车，缓解交通拥堵状况，减少乘客的等待时间。
2018年，于滨等[3]考虑异质车辆的需求响应式公交路径优化方法，获取用户出行信息，构建第三方异质车辆的需求响应式公交路径优化模型，根据实际需求确定目标函数；采用列生成算法对路径优化模型进行求解，通过不断向待选路径集合中增加新的可行路径来找到需求响应式公交路径优化模型的下界；通过分支定界算法对获取到的下界进行分支操作得到需求响应式公交路径优化模型的可行解，即一组满足用户出行需求的需求响应式公交最优路径。
2019年，马万经等人[4]：提出了一种响应型公交的运营模式，在运营过程中，通过获得训练数据，建立需求响应型公交深度强化学习模型；并利用训练数据训练需求响应型公交深度强化学习模型，得到需求响应型公交深度强化学习优化模型；基于需求响应型公交深度强化学习优化模型，进行需求响应型公交的调度。与现有技术相比，建模和求解过程简单，模型易迁移和泛化。
2021年，王仁明[5]等，提出了一种公交调度方法、该调度方法，能自动、实时获得各站点的客流信息，节省了大量的人力成本；另外，调度服务器根据实际的客流信息进行公交调度，保证车辆合适的承载率，可以节省资源、提高乘客的乘车体验。因此本发明考虑使用专门车辆进行服务，从而最大化地保证车辆的定制化服务以及常规公交的平稳运行；并增设需求响应式站点，缩短乘客步行距离；并且提出需求响应式拼车的服务模式，满足乘客的差异化出行需求。
现有技术中，一种智能公交调度方法和装置(申请公布号CN 106448139A)中，是典型的定制公交出行模式，按乘客的出行始发站，与目的地，动态的规划公交线路与投入公交车辆。但该发明只考虑了乘客出行的需求，并且是兼顾每位乘客需求，未考虑公交公司投入公交车辆及车辆的运营成本，容易造成公交车辆运力紧张及公交公司运营成本较高。当公交车辆出现运力不足时，乘客出行请求则立即出现无法满足的情况，容易造成乘客服务满意度快速下降。因此，该发明中的方案适用面不限，不能有效地进行推广。
发明内容
鉴于以上现有技术的不足，本发明提供了一种应用于智能公交的乘客周期性行为模式的需求响应车辆调度方法及系统，不仅解决了只考虑满足个体乘客的需求，存在车辆使用率低，运营成本高，实用性低等问题，而且缩短乘客步行距离；并且兼顾包车和拼车的服务模式，最大化满足乘客的差异化出行需求。
为了实现上述目的及其他相关目的，本发明提供的技术方案如下：
一种应用于智能公交的乘客周期性行为模式的需求响应车辆调度方法，包括：
H1：乘客登录乘客APP或小程序，智能公交调度平台识别乘客身份标识ID，开启预约拼车出行功能；
H2：乘客根据预约拼车出行功能，输入行程信息并生成拼车订单，所述行程信息包括出发站信息、目标站信息、期望到达目标站信息和位置信息所述智能公交调度平台根据接收到的乘客订单数量，分析乘客的拼车订单信息，获取乘客的时空轨迹数据信息；
H3：根据乘客的时空轨迹数据信息，所述智能公交调度平台进行空间和时间上的投影，得到一个相对密集的人的行为轨迹活动点区域，通过采用空间聚类算法，输出乘客的具有规律性的活动热点区域；
H4：根据乘客的具有规律性的活动热点区域，采用等间隔时间采样算法将时间轨迹数据从连续时间序列中转化为离散的二值序列，并对二值序列采用离散傅里叶变换，输出乘客的具有规律性的活动热点区域中的周期性特征；
H5：基于所述乘客的具有规律性的活动热点区域和所述乘客的具有规律性的活动热点区域中的周期性特征，采用贝叶斯算法，得出周期性特征的乘客的活动路径，从而规划智能公交的分配数量和行驶线路。
进一步的，在步骤H3中，所述空间聚类算法包括：
H31：基于乘客的时空轨迹数据信息，获取乘客的出发站信息和目标站信息，任意选择一个出发站或目标站作为核心点；
H32：根据出发站或目标站作为核心点，所述智能公交调度平台基于乘客身份标识ID为索引进行检索，得到乘客在出发站或目标站的聚类；
H33：根据乘客在出发站或目标站的聚类，采用轮廓函数进行评估，输出乘客的具有规律性的活动热点区域。
进一步的，所述轮廓函数为
其中cit为轮廓函数，n为智能公交站数量，sk为相邻两个公交站之间的距离。
进一步的，所述轮廓函数的约束半径为
rit＝max|cit-si|，其中si为相邻两个公交站之间的距离。
进一步的，在步骤H4中，所述等间隔时间采样算法包括：
H41：基于乘客的具有规律性的活动热点区域，获取乘客到达热点区域的时间信息；
H42：基于乘客到达热点区域的时间信息，设置预设时间间隔，根据乘客身份标识ID进行检索，得到预设时间间隔内的乘客数据信息。
进一步的，在步骤H5中，所述贝叶斯算法包括：
H51：基于所述乘客的具有规律性的活动热点区域，获取活动热点区域的每个聚类热点发生的概率密度信息，输出两个相邻活动热点区域的轨迹出度；
H52：基于两个相邻活动热点区域的轨迹出度，计算每个轨迹初度的概率密度，得到活动热点区域的贝利叶矩阵数据信息；
H53：根据活动热点区域的贝利叶矩阵数据信息，规划智能公交驾驶运营路线。
为了实现上述目的及其他相关目的，本发明还提供了一种应用于智能公交的乘客周期性行为模式的需求响应车辆调度系统，所述系统包括公交车载系统、公交调度系统、公交站台系统、公交场站系统、4G/5G移动通信网络和V2X路测单元系统；
所述公交车载系统包括车载移动通信终端、摄像头、客流信息采集设备，实现实时采集车辆位置信息和运营状态信息，全面监测车辆的运行状态及实时统计车辆上、下车客流人数；
所述公交智能调度系统包括调度管理平台和定制公交移动端服务，实现行车计划、时刻表制定的合理化和自动化，制定车辆运行作业计划；
所述公交车站系统包括电子站牌、视频监控设备，用于站点客流量统计功能、站台监控功能、公交信息查询功能、到站预播报功能、多媒体语音和站台监控的服务；
所述4G/5G移动通信网络为通信连接公交车载系统、公交调度系统、公交站台系统、公交场站系统的无线通信网络；
所述V2X路侧单元系统，用于获取实时路况、道路信息和行人信息。
进一步的，所述公交场站系统由公交停车场及公交指挥中心大屏组成，用于视频监控设备及场间组网设备。
进一步的，所述公交指挥中心大屏分为LED显示系统、图像及音频处理系统及传输控制系统。
进一步的，所述定制公交移动端服务由乘客APP/小程序、运营人员APP组成。
本发明具有以下积极效果：
1.本发明从乘客群体行为模式出发，按需求整体调配车辆，实现车辆的整体分配，不仅考虑满足个体乘客的需求，而且存在车辆使用率高，运营成本低，实用性高。
2.本发明从乘客的时空轨迹规律活动模型出发，利用乘客出行的规律性特征，保证车辆的定制化服务以及常规公交满足人的出行活动需求。
3.本发明增设需求响应式站点，缩短乘客步行距离；并且兼顾包车和拼车的服务模式，最大化满足乘客的差异化出行需求，降低车辆的运营成本，解决上述问题。
附图说明
图1为本发明方法流程示意图；
图2为本发明系统框架示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明经行进一步的详细说明。显然，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术普通人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1：如图1所示，一种应用于智能公交的乘客周期性行为模式的需求响应车辆调度方法，包括：
H1：乘客登录乘客APP或小程序，智能公交调度平台识别乘客身份标识ID，开启预约拼车出行功能；
H2：乘客根据预约拼车出行功能，输入行程信息并生成拼车订单，所述行程信息包括出发站信息、目标站信息、期望到达目标站信息和位置信息所述智能公交调度平台根据接收到的乘客订单数量，分析乘客的拼车订单信息，获取乘客的时空轨迹数据信息；
H3：根据乘客的时空轨迹数据信息，所述智能公交调度平台进行空间和时间上的投影，得到一个相对密集的人的行为轨迹活动点区域，通过采用空间聚类算法，输出乘客的具有规律性的活动热点区域；
H4：根据乘客的具有规律性的活动热点区域，采用等间隔时间采样算法将时间轨迹数据从连续时间序列中转化为离散的二值序列，并对二值序列采用离散傅里叶变换，输出乘客的具有规律性的活动热点区域中的周期性特征；
H5：基于所述乘客的具有规律性的活动热点区域和所述乘客的具有规律性的活动热点区域中的周期性特征，采用贝叶斯算法，得出周期性特征的乘客的活动路径，从而规划智能公交的分配数量和行驶线路。
在本实施例中，在步骤H3中，所述空间聚类算法包括：
H31：基于乘客的时空轨迹数据信息，获取乘客的出发站信息和目标站信息，任意选择一个出发站或目标站作为核心点；
H32：根据出发站或目标站作为核心点，所述智能公交调度平台基于乘客身份标识ID为索引进行检索，得到乘客在出发站或目标站的聚类；
H33：根据乘客在出发站或目标站的聚类，采用轮廓函数进行评估，输出乘客的具有规律性的活动热点区域。
在本实施例中，所述轮廓函数为
其中cit为轮廓函数，n为智能公交站数量，sk为相邻两个公交站之间的距离。
在本实施例中，所述轮廓函数的约束半径为
rit＝max|cit-si|，其中si为相邻两个公交站之间的距离。
进一步的，在步骤H4中，所述等间隔时间采样算法包括：
H41：基于乘客的具有规律性的活动热点区域，获取乘客到达热点区域的时间信息；
H42：基于乘客到达热点区域的时间信息，设置预设时间间隔，根据乘客身份标识ID进行检索，得到预设时间间隔内的乘客数据信息。
在本实施例中，在步骤H5中，所述贝叶斯算法包括：
H51：基于所述乘客的具有规律性的活动热点区域，获取活动热点区域的每个聚类热点发生的概率密度信息，输出两个相邻活动热点区域的轨迹出度；
H52：基于两个相邻活动热点区域的轨迹出度，计算每个轨迹初度的概率密度，得到活动热点区域的贝利叶矩阵数据信息；
H53：根据活动热点区域的贝利叶矩阵数据信息，规划智能公交驾驶运营路线。
具体地，乘客周期性行为模式需求响应式公交是一种以预测乘客群体活动规律为导向的需求响应服务，可根据预测客户的周期性出行规律情况并结合服务对象的出行需求，为预订出行的乘客提供定制的公共交通服务，着重提供经济、便捷、快速满足乘客出行模式和舒适的出行选择。
后台系统实时收集乘客的出行、线路轨迹、站点信息，并对乘客活动区域进行聚类分析，确定需求响应站点，调度系统根据乘客活动热点区域位置以及乘客使用车辆的周期性时间特征进行分析，从而为相关的乘客群体分配所需的公交车型和数量，并对公交车辆进行动态路径规划，以达到运营成本最优化和乘客出行最佳体验接驳方案。
实施例2：在实施例1的一种应用于智能公交的乘客周期性行为模式的需求响应车辆调度方法的基础上，下面将对本发明作进一步的说明。
如图2所示，为了实现上述目的及其他相关目的，本发明还提供了一种应用于智能公交的乘客周期性行为模式的需求响应车辆调度系统，所述系统包括公交车载系统、公交调度系统、公交站台系统、公交场站系统、4G/5G移动通信网络和V2X路测单元系统；
所述公交车载系统包括车载移动通信终端、摄像头、客流信息采集设备，实现实时采集车辆位置信息和运营状态信息，全面监测车辆的运行状态及实时统计车辆上、下车客流人数；
所述公交智能调度系统包括调度管理平台和定制公交移动端服务，实现行车计划、时刻表制定的合理化和自动化，制定车辆运行作业计划；
所述公交车站系统包括电子站牌、视频监控设备，用于站点客流量统计功能、站台监控功能、公交信息查询功能、到站预播报功能、多媒体语音和站台监控的服务；
所述4G/5G移动通信网络为通信连接公交车载系统、公交调度系统、公交站台系统、公交场站系统的无线通信网络；
所述V2X路侧单元系统，用于获取实时路况、道路信息和行人信息。
在本实施例中，所述公交场站系统由公交停车场及公交指挥中心大屏组成，用于视频监控设备及场间组网设备。
在本实施例中，所述公交指挥中心大屏分为LED显示系统、图像及音频处理系统及传输控制系统。
在本实施例中，所述定制公交移动端服务由乘客APP/小程序、运营人员APP组成。本发明中智能公交调度系统，系统组成：1)公交车载系统、2)公交调度系统、3)公交站台系统、4)公交车站系统、5)4G/5G移动通信网络；6)V2X路测单元系统1.所述公交车载系统由车载移动通信终端、摄像头、客流信息采集设备等组成。实现实时采集车辆位置信息和运营状态信息，全面监测车辆的运行状态及实时统计车辆上下车客流人数；为公交智能调度系统提供车辆运行数据采集和调度指令下发功能。
另，所述公交车辆，为L3级及以上的自动驾驶车辆所述公交智能调度系统由调度管理平台、定制公交移动端服务调度管理平台实现行车计划、时刻表制定的合理化和(机器算法)自动化，按照车辆运行作业计划；实现对车辆运行实时过程监控；对公交车辆、线路、站点、运营人员等基础数据以及GPS、排班、收支等动态数据进行全息感知和多源融合；基于可视手段，驱动公交监测-诊断-优化-评价业务治理闭环，构建公交数据大脑中枢，并可视化大屏展示一系列公交业务数据
2.定制公交移动端服务由乘客APP/小程序、运营人员APP组成。实现定制公交出行信息服务能力，包括乘客端服务、运营人员端服务、运营结算监测分析、上座率、站点客流等内容。
3.所述公交站台系统，包括电子站牌、视频监控设备等。主要实现，站点客流量统计功能、站台监控功能，公交信息查询功能(线路、站点、班次、换乘)、到站预播报功能，多媒体语音、站台监控等一系列的服务，支持智能调度系统。
4.所述公交场站系统，主要由公交停车场及公交指挥中心大屏组成。公交停车场主要视频监控设备及场间组网设备；指挥中心大屏分为LED显示系统、图像及音频处理系统及传输控制系统等。支持智能调度系统，公交运营大屏展示功能(运营情况监控、统计、分析)。
5.所述4G/5G移动通信网络为通信连接公交车载系统、公交调度系统、公交站台系统、公交场站系统的无线通信网络。
综上所述，本发明不仅解决了只考虑满足个体乘客的需求，存在车辆使用率低，运营成本高，实用性低等问题，而且缩短乘客步行距离；并且兼顾包车和拼车的服务模式，最大化满足乘客的差异化出行需求。
上述的实施例仅表达了本发明的实施优选方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (6)

1.一种应用于智能公交的乘客周期性行为模式的需求响应车辆调度方法，其特征在于，包括：
H1.乘客登录乘客APP或小程序，智能公交调度平台识别乘客身份标识ID，开启预约拼车出行功能；
H2.乘客根据预约拼车出行功能，输入行程信息并生成拼车订单，所述行程信息包括出发站信息、目标站信息、期望到达目标站信息和位置信息，所述智能公交调度平台根据接收到的乘客订单数量，分析乘客的拼车订单信息，获取乘客的时空轨迹数据信息；
H3.根据乘客的时空轨迹数据信息，所述智能公交调度平台进行空间和时间上的投影，得到一个相对密集的人的行为轨迹活动点区域，通过采用空间聚类算法，输出乘客的具有规律性的活动热点区域；
H4.根据乘客的具有规律性的活动热点区域，采用等间隔时间采样算法将时间轨迹数据从连续时间序列中转化为离散的二值序列，并对二值序列采用离散傅里叶变换，输出乘客的具有规律性的活动热点区域中的周期性特征；
H5.基于所述乘客的具有规律性的活动热点区域和所述乘客的具有规律性的活动热点区域中的周期性特征，采用贝叶斯算法，得出周期性特征的乘客的活动路径，从而规划智能公交的分配数量和行驶线路；
在步骤H3中，所述空间聚类算法包括：
H31.基于乘客的时空轨迹数据信息，获取乘客的出发站信息和目标站信息，任意选择一个出发站或目标站作为核心点；
H32.根据出发站或目标站作为核心点，所述智能公交调度平台基于乘客身份标识ID为索引进行检索，得到乘客在出发站或目标站的聚类；
H33.根据乘客在出发站或目标站的聚类，采用轮廓函数进行评估，输出乘客的具有规律性的活动热点区域；
在步骤H5中，所述贝叶斯算法包括：
H51.基于所述乘客的具有规律性的活动热点区域，获取活动热点区域的每个聚类热点发生的概率密度信息，输出两个相邻活动热点区域的轨迹出度；
H52.基于两个相邻活动热点区域的轨迹出度，计算每个轨迹出度的概率密度，得到活动热点区域的贝利叶矩阵数据信息；
H53.根据活动热点区域的贝利叶矩阵数据信息，规划智能公交驾驶运营路线。
2.根据权利要求1所述的应用于智能公交的乘客周期性行为模式的需求响应车辆调度方法，其特征在于，在步骤H4中，所述等间隔时间采样算法包括：
H41.基于乘客的具有规律性的活动热点区域，获取乘客到达热点区域的时间信息；
H42.基于乘客到达热点区域的时间信息，设置预设时间间隔，根据乘客身份标识ID进行检索，得到预设时间间隔内的乘客数据信息。
3.一种用于实现权利要求1-2任一项所述的应用于智能公交的乘客周期性行为模式的需求响应车辆调度方法的系统，其特征在于，所述系统包括公交车载系统、公交调度系统、公交站台系统、公交场站系统、4G/5G移动通信网络和V2X路侧单元系统；
所述公交车载系统包括车载移动通信终端、摄像头、客流信息采集设备，实现实时采集车辆位置信息和运营状态信息，全面监测车辆的运行状态及实时统计车辆上、下车客流人数；
所述公交调度系统包括调度管理平台和定制公交移动端服务，实现车辆运行作业计划的制定；
所述公交站台系统包括电子站牌、视频监控设备，用于站点客流量统计功能、站台监控功能、公交信息查询功能、到站预播报功能、多媒体语音和站台监控的服务；
所述4G/5G移动通信网络为通信连接公交车载系统、公交调度系统、公交站台系统、公交场站系统的无线通信网络；
所述V2X路侧单元系统，用于获取实时路况、道路信息和行人信息。
4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于：所述公交场站系统由公交停车场及公交指挥中心大屏组成，用于视频监控设备及场间组网设备。
5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于：所述公交指挥中心大屏分为LED显示系统、图像及音频处理系统及传输控制系统。
6.根据权利要求3所述的系统，其特征在于：所述定制公交移动端服务由乘客APP/小程序、运营人员APP组成。
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