孙浩旋 闫镇 周垚光 陈纪龙 欧林妍

【摘  要】随着我国城市化建设不断加快，道路交通拥堵问题也日益严重。为解决城市交通问题，国家加大了城市公共交通发展力度。城市公交的快速发展虽在一定程度上缓解了交通压力，但也带来了多线路公交车运行区间重叠等问题。多线路公交车运行区间重叠易造成交通资源的浪费，也会使车辆碰撞等安全事故的发生几率上升。因此，在加大力度发展城市公共交通的同时，还需要寻求科学合理的公交线路调度方法，通过对相关技术手段与科技产品的运用提高公交车到站的准点率，有效降低重叠运行区间车辆串车率，为市民的出行提供方便。论文基于相关的理论、技术与经验提出一种基于多智能体的公交线网动态优化系统，对系统的原理、构成、功能等进行分析论述，以供参考。

【Abstract】With the acceleration of urbanization in China， road traffic congestion is becoming more and more serious. In order to solve the problem of urban traffic， the state has increased the development of urban public transport. Although the rapid development of urban public transport to a certain extent alleviates the traffic pressure， it also brings about the overlapping of multi-line bus operation intervals and other problems. The overlap of multi-line bus operation interval is easy to cause the waste of traffic resources， and will also increase the probability of safety accidents such as vehicle collision. Therefore， while strengthening the development of urban public transport， we also need to seek scientific and reasonable bus route scheduling methods， through the use of relevant technical means and scientific and technological products to improve the probability that the bus arrives on time. Effectively reduce the operation interval vehicle string rate， for citizens to travel convenient. Based on relevant theories， techniques and experiences， this paper presents a dynamic optimization system of bus line network based on multi-agent， and analyzes the principle， constitution and function of the system， for reference.

【關键词】城市公共交通;运行区间重叠;智能调度系统

【Keywords】urban public transport; overlapping operation interval; intelligent dispatching system

【中图分类号】U491.1+7                                             【文献标志码】A                                                 【文章编号】1673-1069（2021）01-0186-02

1 基于多智能体的公交线网动态优化系统研究背景

我国城市主干路公交系统具有线路多、发车频率高、线路区间重叠等特点。在缺乏有效调控的情况下，易出现公交串车、站点附近车辆拥堵等问题，给市民的出行带来不便。因此进行调度系统研究具有积极意义[1]。

公共交通系统是城市交通的重要组成部分，在解决市民出行需求、缓解城市交通压力、推动城市经济发展等方面发挥着重要作用。在国家的引导与推动下，我国城市公共交通取得了快速发展。据《2018年交通行业发展统计公报》显示，截止到2018年末，我国共有公共汽电车67.34万辆，共有公共汽电车运营线路60590条[2]。综合多项数据指标可知，我国公共交通系统发展迅速。在系统如此庞大的情况下，要想实现对公共交通资源的优化配置，尽可能减少公共交通拥堵问题就必须做好公交调度。一直以来，我国在公共交通运营调度方面的研究与探索也从未停止，并且取得了一定成果。如就静态调度层面来说，基于公共调度系统的数学模型已经建立起来，陈云新借助计算机技术对公交车的运营状态进行了仿真，得到了该条线路上公交车在首站的全天发车时间表[3]。姜楠对多线路公交运行区间重叠情况进行了分析，在一定程度上掌握了重叠区间特性并建立了两种静态调度模型[4]。就动态调度层面而言，一种动态公交调度优化模型被Wei Li等人提了出来，这一模型对公交线路上的多种实时信息如道路交通状况、客流等进行了分析[5]。李志强基于专业的理论与技术设计了一种公交车辆人调度方案等这些研究与研究成果在一定程度上缓解了公交车调度困难的问题，但是未能从根本上解决公交车调度问题[6]。基于此，本文分析设计一套公交车辆动态控制系统，该系统旨在提高公交系统服务水平，缩短乘客出行时间。

2 基于多智能体的公交线网动态优化系统总体设计思路

系统基于一定的算法与技术对公交到达站点的理论时间、实际实践进行计算、模拟与试验分析，之后依据具体的数值对多线路公交车辆进行调控，有效提高公交准点率，降低公交串车率，提高公交系统服务质量，使公交路网运行状态得到了改善。系统基于动态协调技术方法对公交车辆的发车时间、行驶时间、行驶速度以及到达站点的时间等各项参数进行计算与调控，并制定具体的时刻表，乘客能按照公交车出行时刻表合理安排出行计划，准确把握出行时间以减少整体出行时间。系统运用实时协调控制的方法，对多线路公交车同时到达重叠运行区间的情况进行了控制，有效缓解了重叠区间的交通拥堵程度，减少了等候时间[7]。

3 基于多智能体的公交线网动态优化系统功能模块与具体应用

3.1 公交优先信号控制

在城市公交车辆运行过程中，通过公交优先信号控制系统对公交车辆进入交叉口的时间进行控制，减少车辆延误时间，提高车辆发车时间、到站时间的精准性。系统中公交优先信号控制功能的实现路径以及具体作用如下：

①基于公交优先的车速引导。若公交车辆运行环境复杂，交通流大，通过系统中的车速引导模块，以调节车速等方式有效改善车辆拥堵问题，为公交车的顺畅运行提供保障。公交协同进站。

②基于公交优先原则，在车辆靠近站点时进行协调调度，使公交车能快速到站。

③公交协作超车。若路况不是十分复杂，可通过协作超车方式来为公交车减少障碍，提高公交车行驶速度[8]。

3.2 系统终端信息传输与处理

基于多智能体的公交线网动态优化系统，除了关注公交车动态运行状态外，还通过系列措施手段为公交车创造良好的运营条件。系统能收集公交车运行线路上的各项信息，通过计算分析了解到公交车运行状态以及面临的路况，生成相应的处理方案，并通过终端的信息传输装置将路况信息、方案信息传输给驾驶员指导其作出正确处理。相较于传统的调度方式，该调度系统是基于大数据技术、模拟仿真技术对路况进行反复模拟与分析，之后通过对大量数据的整合分析发现实际存在的问题并作出处理。在系统运行过程中，其还会根据实际情况不断调整完善后台处理方式，从而大大优化实际处理效果[9]。

3.3 系统集成控制电路的算法设计

在调度系统运行过程中，传感器负责接受信号与处理数据，ZigBee无线信息传递器则将各项信息及时发送给信号显示装置，在一套高效可靠的组合控制电路的支持下，各设备被联系起来并协调运作。因此，在整个设计中，组合控制电路的设计是重中之重[10]。

3.4 信息采集、处理与传输模块设计

①信息采集模块。信息采集模块由信息采集、通信这两大部分构成。系统的信息采集功能主要基于传感器组以及A/D转换模块来实现。而通信任务借助GPRS等远程通信技术来完成。在设计时根据不同的情况设定不同工作方式。信息采集模块的主要原理与运作路径是：系统运行过程中，对传感器收集的信号参数进行采样，采样完成后通过GPRS网络将数据传输到后台终端，后台终端对数据进行储存、分析与反馈。

②信息处理模块。由信息采集模块获得的信息经过信息处理模块进行处理分析，使其成为有实用价值、有利于公交车辆调度的信息。信息处理模块可以对后台终端储存的各项信息进行分析与检测，筛选出精准度、真实性以及实效性高的价值信息，并对这部分信息加以利用。如以这些信息为参考依据调整车速、调整车辆进站时间等。

③信息传输模块。在获得价值信息后，还需要通过信号输出模块将其传递给公交车辆驾驶人员，让驾驶人员掌握后台处理方式并作出必要反应。

4 结语

综上所述，基于多智能体的公交线网动态优化系统以协作超车等方式提高公交车准点率，降低公交车串车率，乘客可按照公交车出行时刻表作好出行准备，从而减少时间浪费，提高出行效率。通過多线路运行区间重叠下的公交车动态协同调度，可实现对交通资源的优化配置，提高城市公共交通运营质量与效率，降低运营成本。综合各项研究分析可知，基于多智能体的公交线网动态优化系统具有一定的应用价值。

【参考文献】

【1】陈云新.公交车调度系统的数学模型与PC仿真[J].南华大学学报（理工版），2002（01）：73-77+83.

【2】姜楠.高频公交线路运行区间重叠下的静态调度方法研究[D].哈尔滨：哈尔滨工业大学，2018.

【3】Xinggang Luo， Yingxin Liu， Yang Yu， etc.Transportmetrica B： Transport Dynamics[J].2019（01）.

【4】李志强.智能公交动态优化调度方法研究[D].洛阳：河南科技大学，2009.

【5】Gkiotsalitis， K. Cats， O.Transportation research， Part C. Emerging technologies[J].2018（01）.

【6】王超，曹新涛.异常事件下的公交动态调度优化算法研究[J].公路交通科技（应用技术版），2013，9（10）：339-341.

【7】贺学海，刘永建.公交车调度问题的数学模型[J].河南科学，2009，27（06）：653-659.

【8】陈玲玲，苏勇.改进遗传算法在公交车优化调度中的应用[J].科学技术与工程，2009（12）：3567-3573.

【9】陈强.公交车调度优化模型[J].四川师范学院学报（自然科学版），2002（02）：174-179.

【10】段胜军，杨开春.公交车调度方案的一种优化设计[J].西安文理学院学报（自然科学版），2007（02）：72-76.