第15章 基于遗传算法的公交排班系统分析
使用遗传算法进行公交车辆调度优化研究
使用遗传算法进行公交车辆调度优化研究近年来，公交车调度优化一直是公共交通领域的研究热点之一。
随着城市人口的不断增加，公交车辆的数量和路线日益复杂，如何合理安排车辆的运行顺序和时间表，以提高公交运输效率和乘客满意度，成为了一个重要而具有挑战性的问题。
为了解决这个问题，许多研究人员和公交运营者开始利用遗传算法进行公交车辆调度优化研究。
遗传算法是一种基于生物进化理论的优化算法，其核心思想是通过模拟自然选择过程，从候选解空间中搜索最优解。
在公交车辆调度优化中，遗传算法可以被用来优化车辆的路线、时刻表和乘客上下车的顺序，以减少总的行程时间和等待时间，提高公交运输效率。
首先，遗传算法需要建立一个适合的编码方案来表示车辆的调度安排。
常见的编码方案有基于时间片的编码和基于排列的编码。
基于时间片的编码将车辆的调度安排分为若干个时间段，每个时间段内规定哪些车辆在哪些线路上运行。
基于排列的编码则将车辆的调度安排表示为一个排列序列，其中每个位置代表一个时间段或者车辆，不同的排列顺序代表不同的调度安排。
其次，遗传算法需要定义适应度函数来评估每个候选解的质量。
在公交车辆调度优化中，适应度函数可以包括总的行程时间、等待时间、车辆使用率等指标。
通过设定合理的适应度函数，遗传算法可以根据目标函数的不同将优化问题转化为多目标优化或单目标优化。
在遗传算法的迭代过程中，交叉和突变操作被用来生成新的候选解。
交叉操作将两个父代个体的染色体进行随机交换，产生新的子代个体。
突变操作则在染色体中随机改变一个或多个基因值。
通过交叉和突变操作，遗传算法能够不断搜索候选解空间，并逐渐靠近全局最优解。
最后，在遗传算法的迭代过程中，需要合适的选择策略来决定哪些个体进入下一代。
常见的选择策略有轮盘赌选择、锦标赛选择等。
轮盘赌选择根据个体的适应度值进行选择，适应度值较高的个体被选择的概率较大。
锦标赛选择则随机选择若干个个体进行比较，选择适应度值最高的个体进入下一代。
遗传算法在公交车调度优化中的应用探析
遗传算法在公交车调度优化中的应用探析作者：张静宜徐志军来源：《科技传播》2016年第16期摘要新时代背景下，中国经济进入高速发展阶段，城市生活节奏不断加快，人们对交通流畅性，交通工具便利性与及时性，提出了更高要求。
而公交车在现代城市交通系统中占据着重要位置，发挥着重要社会职能，是为专门解决城市和城郊运输而设计及装备的商用车。
良好交通条件是城市经济发展建设的前提条件，加强城市公交车系统建设具有重要意义。
公交车调度影响着公交车系统运营效率，影响着人们出行便利性。
但传统公交车调度模式中存在诸多问题，如何对公交车调度进行优化值得研究。
本文将针对遗传算法在公交车调度优化中的应用展开研究和分析，以促进城市公交车系统运营效率的提高。
关键词公交车；遗传算法；调度优化；应用分析公交车调度目的是，用尽可能少的车次，运送尽可能多的乘客，同时不能让乘客等待时间过长，也不能超载。
但当前随着我国经济水平的提高，城市化进程不断加快，城市人口数量增多，加之城市生活节奏快，城市交通堵车现象非常频繁，各种不确定因素给公交车调度带来了难度，合理对公交车调度进行优化具有重要意义。
实践证明，遗传算法在公交车调度优化中的应用，对提供调度优化水平，构建新计算模型有很大帮助。
通过这种算法为求出每个时段最大转移客流量，计算最小发车次数提供了新途径。
1公交车职能及其发展公交车在现代城市交通系统中占据着重要位置，其种类多种多样，根据运行区间可划分为：长途公交车、短途公交车；根据车型结构可分为：双层公交车；单层公交车两大类，是为专门解决城市和城郊运输而设计及装备的商用车。
从公交车特点来看，设有乘客座椅、站立与走动通道，站立面积大，车门两个以上，分为：上车门与下车门，基本全面施行无人售票或验票机。
虽然公交车是现代城市中重要交通工具，但它却有着悠久发展历史，起源于1826年，这一时期的公交车为马车。
1829年，英国开始出现公交汽车。
公交车的出现对社会发展产生了巨大影响，对城市与经济建设起到了推动作用，缩短了城市各区间的距离。
基于遗传算法的公交车辆调度优化研究的开题报告
基于遗传算法的公交车辆调度优化研究的开题报告题目：基于遗传算法的公交车辆调度优化研究一、研究背景和意义公交车是城市交通中不可或缺的一部分，其运营质量直接影响城市交通运输服务质量和旅客出行便利程度。
公交车辆调度优化是一项重要的工作，可以有效提高公交车辆的运行效率和运营成本效益。
传统的公交车辆调度方法主要采用经验规则和数字计算的方法，存在计算量大、结果不稳定、难以满足实时调整等问题。
随着计算机和信息技术的不断发展，遗传算法作为一种新的数值优化方法逐渐被引入公交车辆调度优化中。
遗传算法具有全局优化能力强、搜索速度快、可自适应调节等优点，适用于复杂的公交车辆调度问题。
因此，本研究旨在探讨遗传算法在公交车辆调度优化方面的应用，以期为实际调度工作提供可行的参考方案。
二、研究内容和方案（一）研究内容1. 公交车辆调度的基本概念及现状分析。
2. 遗传算法的基本原理及其在公交车辆调度优化中的应用。
3. 基于遗传算法的公交车辆调度优化模型的建立和求解。
4. 模型求解结果的分析与评价。
（二）研究方案1. 研究方法本研究采用文献调查、理论分析、模型建立和模型求解等方法，结合实际数据和问题进行研究。
2. 研究步骤（1）搜集公交车辆调度相关理论和应用实例的文献资料，进行综合分析。
（2）了解遗传算法的基本原理，研究其在公交车辆调度优化中的应用。
（3）建立基于遗传算法的公交车辆调度优化模型，包括目标函数的设定、约束条件的考虑等。
（4）采用遗传算法求解模型，对结果进行评估与优化。
（5）进行案例分析，验证模型及其求解的有效性和可行性。
三、预期成果1. 本研究将建立基于遗传算法的公交车辆调度优化模型，结合实际数据和问题进行求解，为公交车辆调度决策提供科学参考。
2. 通过分析与评价研究结果，可以发现遗传算法在公交车辆调度优化中的优越性，同时也将发现模型的不足之处和改进的空间。
3. 研究成果可以为公交车辆调度工作提供新的思路和方法，提高公交车辆的运行效率和运营成本效益，对城市交通运输服务质量有积极意义。
遗传算法在公交车辆智能排班系统中的应用研究的开题报告
遗传算法在公交车辆智能排班系统中的应用研究的开题报告一、研究背景公交车是城市公共交通的重要组成部分，公交车司机的排班管理直接影响到公交运输的安全、准时性和效率。
传统的排班方法往往是人工制定，缺乏科学可靠的数据支持和分析，容易出现排班不合理、车队错车、误点和低效等问题，引起乘客和公司的不满和投诉。
因此，如何利用现代信息技术和智能算法对公交车司机的排班进行优化和自动化，实现公交运输的智能化和高效化，是当前公交运输企业和研究者亟待探索的课题。
遗传算法是一种模拟自然进化生物优化问题解决方法，其模拟的是生物进化的过程。
在实际应用中，遗传算法具有搜索范围广、优化效果好、不受约束条件限制、并行性强等优点，适合于解决复杂的调度问题，包括公交车司机排班问题。
二、研究目的与意义本研究旨在运用遗传算法优化公交车司机排班问题，实现公交运输的智能化管理，提高运输效率和服务质量，同时减少成本和能源消耗，具有以下意义：1.提高公交运输服务的水平和满意度。
2.优化排班方案，降低司机的疲劳程度，提高工作效率和安全性。
3.减少人工处理的难度和复杂性，提高调度效率和准确性。
4.降低总成本和能源消耗，提高社会资源的利用效率。
三、研究内容与方法1.研究内容（1）公交车司机排班问题的基本原理和算法设计。
（2）遗传算法的工作原理和优化构架设计。
（3）公交车司机排班问题的建模、参数设置和实现方法。
（4）基于MATLAB编程工具的遗传算法程序设计和实验分析。
2.研究方法（1）文献调研。
对国内外相关研究文献进行搜集、筛选和分析，了解公交车司机排班问题及当前解决方案的研究进展和存在的问题。
（2）模型设计。
对公交车司机排班问题进行建模，并针对遗传算法的优化特点进行相应的参数设置和实现。
（3）程序编程。
采用MATLAB编程工具进行遗传算法的程序设计和实验分析，验证其优化效果和可行性。
（4）实验分析。
对程序实现的结果进行统计和分析，比较不同算法模型的优劣，优化公交车司机排班的方案。
基于遗传算法的公交智能排班系统应用研究
摘要 ： 研究城市公交车调度优化问胚 ， 根据公交车辆排班和调度运行要求 ， 兼顾到乘客和公交公司的利 益 ， 为优化服务 目标 ， 建立 了基于遗传算法 的公交智能排班调度模 型。采用 以发车时刻为变量 的真实值编码方法 ， 构造适应度 函数 时 ， 在 用惩罚 函数法将多种约束条件加到 目标函数上 ， 简化了计算量 。进行仿真实验 ， 结果 证明 ， 利用改进 的遗传 算法求解 ， 可以得到不 均匀发车优化 时刻表 ， 并能为公交智能排班优化提供较大搜索空间 ， 提高 了实际运行效率。 关键词 ： 智能排班 ； 遗传算法 ； 适应度函数； 惩罚 函数 ； 行车时刻表
ＷＡ Ｇ Ｑ ｎ —ｏ ｇ ， Ｈ ｈ ｎ — ｈ ｎ ＬＡＮ ｉ — ｏ ， Ｅ Ｇ Ｗｅ — ｉ Ｎ ｉｇ ｒｎ Ｚ Ｕ Ｃ ａ ｇ ｓｅ ｇ ， Ｉ Ｇ Ｊ ｎ ｂ Ｆ Ｎ ｎ ｙ ａ
（ ．ｃｏｌ ｆ ｏ ｕｅ ｎ ｏ ｍ ｎ ａ ｏ ，ＬｎｈｕＵ ｉ ｒ ｔ ｏ ｅｈ ｏ ｇ ， ａｚｏ ３ ０ ０ Ｃ ｉａ １Ｓｈｏ ｏ Ｃ ｍｐｔｒ ｄＣ ｍ ｕ ｉ ｔ ｎ ａｚｏ ｎ ｅｓｙ ｆ ｃ ｎｌ ｙ Ｌ ｎｈｕ７ ０５ ， ｈｎ ； ａ ｃｉ ｖ ｉ Ｔ ｏ ２ ｃｏｌ ｆ ｌｃ ｏｉ ａｄＩｆｒ ａ ｏ ｎ ｉ ｅｉｇＬ ｎｈｕＪ ｏ ｎ ｎｖｒｔ， ａｚｏ ３０ ０ Ｃ ｉ ） ．Ｓｈｏ ｏ Ｅｅｔ ｎ ｎ ｏｍ ｔｎＥ ｇ ｅｒ ，ａｚｏ ｉ ｔ ｇＵ ｉ ｓ ｙ Ｌ ｎｈｕ７ ０７ ， ｈｎ ｒ ｃ ｎ ｉ ｎ ｎ ａｏ ｅｉ ａ
基于遗传算法的景区公交调度优化研究
基于遗传算法的景区公交调度优化研究景区公交调度是一个复杂的问题，需要考虑多个因素，如游客数量、景区内道路情况、公交车辆数量等。
传统的调度方法往往不能很好地满足需求，因此需要一种更加智能化的方法来优化景区公交调度。
遗传算法作为一种基于生物进化的优化算法，能够在复杂的问题中寻找最优解，并且在景区公交调度优化中有着广泛的应用。
首先，遗传算法是一种模拟自然进化过程的优化算法，通过模拟遗传、突变、选择等过程来不断演化种群，直到找到最优解。
在景区公交调度优化中，可以将公交线路、车辆分配等问题看作一个优化问题，通过遗传算法来找到满足需求的最优调度方案。
其次，遗传算法在景区公交调度优化中有着很好的适用性。
景区公交调度问题通常是一个多目标、多约束的优化问题，需要考虑游客的等待时间、公交车辆的利用率、道路拥挤程度等多个因素。
遗传算法能够同时考虑多个因素，通过不断迭代演化种群来优化调度方案，能够快速找到较好的解决方案。
另外，遗传算法还可以在景区公交调度优化中考虑动态调度问题。
景区的游客数量、道路情况等通常是会发生变化的，因此需要动态调整公交调度方案以适应变化的环境。
遗传算法能够根据实时的情况进行调整，并且能够在较短的时间内找到适应变化的最优解。
最后，遗传算法通过种群演化的方式来解空间，能够在复杂的问题中找到更好的解决方案。
在景区公交调度优化中，遗传算法能够快速收敛到较优解，并且具有很好的鲁棒性，能够应对不同的情况。
因此，基于遗传算法的景区公交调度优化研究具有很大的实用意义。
总之，基于遗传算法的景区公交调度优化研究能够通过模拟生物进化的方式来寻找最优解，能够在复杂的问题中找到满足需求的最优调度方案。
通过对景区公交调度问题的深入研究和优化，能够提高景区公交运营效率，提升游客体验，推动景区旅游业的发展。
基于遗传算法的公交车辆数优化_王森磊
最小配车数量基 于 ３～４ 路 段 情 况 求 得 。 如 果 线 路１ 的 车 辆 数 减 少 一 辆， 则肯定会不满足公式 Ｐ
ｋ 其中ｉ 但从路网示例 １ ×ｆ Ｑ ＝３， ｋ＝１． ｊ＝４， ｉ ｋ≥ ｊ， 中可以看出 ， 线路 ２ 有 一 部 分 路 段 是 和 线 路 １ 中
的 ３～６ 是重合 ， 线路 １ 减少的一辆车是可以通过 线路 ２ 的车辆来 满 足 ， 确保２条线路的车辆数能 满足线路断的客 流 量 且 Ｐ１ ×ｆ ｆ １ ＋Ｐ ２× ２ ≥Ｑ ，
［ ２］
入车辆计数约束 ， 用以提供某时段需用车辆数下 限 。Ｄ ｅ ｌ ｌ Ａｍ ｉ ｃ ｏ 基于最短路问 题 研 究 了 几 种 启
［ ３］
最终运用遗传算法得到求解本问题的优化解 。
发式算法 ，优 化 目 标 是 使 ＭＤ Ｖ Ｓ问题所需车辆
［］ 数最小 。 对于车辆类型的研究 ， Ｃ ｅ ｄ ｅ ｒ４ 曾提出基
ｋ （ ） 计算线路 Ｋ 中各个区段的最大客流量 Ｑｉ 计 ６ ｊ， 算发车频率 ｆ（ 选取最大的发车频率作为线 ， ） ｉ ∈ｋ ， ｊ
Ｎ· ２ Ｌ Ｎ －ｔ Ｂ （ ） ２ ＝ ２ Ｌ Ｂ Ｔ Ｔ ＋ｔ Ｆ 总成本可以从 以 下 ３ 个 方 面 分 析 ： ①公交公
员工工资 ， 车辆油耗 司的运营成本包括车辆成本 ， 等； ② 乘客的等待时间 ； ③ 乘客的乘车时间 。
７］ 。 索方法难 于 解 决 的 、 复 杂 的 和 非 线 性 的 问 题［
将单场站行车计划编制问题描
述为近似的指派 问 题 ， 并提出基于采用先生成车 次链 ， 然后再组合 的 策 略 的 竞 拍 算 法 （ ａ ｕ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｌ － 进行 求 解 。 Ｈ ｏ ｒ ｉ ｔ ｈ ｍ） ａ ｓ ｓ ｅ 曾经提出仅包含任 ｇ 模型引 务变量和表示车 辆 固 定 费 用 的 描 述 模 型 ，
基于改进遗传算法的公交调度优化设计
基于改进遗传算法的公交调度优化设计公交调度优化设计是指通过合理的公交车辆运行计划，提高公共交通系统的效率和服务质量。
为了解决这个问题，可以使用改进遗传算法，通过设计适应度函数、选择合适的交叉和变异操作，优化公交车辆的调度方案。
改进遗传算法是一种模拟自然界生物进化过程的优化算法。
在公交调度优化设计中，可以将公交线路、车辆分配和行车时间等问题抽象为遗传算法中的个体和染色体。
首先，定义适应度函数，用于评估每个个体的优劣程度。
适应度函数可以考虑公交车的行驶时间、等待时间、乘客满意度等因素。
例如，行驶时间越短、等待时间越少、乘客满意度越高的个体，其适应度越高。
接下来，使用选择操作从当前种群中选择优秀的个体。
可以使用轮盘赌选择法、锦标赛选择法等方法进行选择。
选择的目标是保留适应度较高的个体，以保证优秀基因的传递。
然后，使用交叉操作产生新的个体。
交叉操作可以将父代的染色体进行交叉，以产生具有父代特点的后代。
在公交调度优化设计中，可以将交叉操作定义为公交线路的组合和车辆分配方案的组合。
通过不同的交叉方法，可以生成多样化的后代，以增加空间。
最后，使用变异操作对个体进行微小的变动。
变异操作可以改变染色体中的部分基因，以产生新的个体。
在公交调度优化设计中，变异操作可以对公交线路和车辆分配方案进行调整，以进一步优化调度方案。
通过多次迭代，循环进行选择、交叉和变异操作，不断更新种群，最终可以得到最优的公交车辆调度方案。
总之，基于改进遗传算法的公交调度优化设计可以通过定义适应度函数、选择合适的交叉和变异操作，优化公交车辆的调度方案。
该方法可以充分考虑行车时间、等待时间、乘客满意度等因素，提高公共交通系统的效率和服务质量。
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图15- 5 初始化种群个体
图15- 6 最优个体计算值
第十五章
MATLAB优化算法案例分析与应用
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发车频率
第十五章
MATLAB优化算法案例分析与应用
•15.2.1 车辆行驶模型
15.2.2 乘客上下车模型
第十五章
MATLAB优化算法案例分析与应用
detbus=w*dt; % 单位时间dett内车所行驶的路程 stopgap=4000/N; % 相邻车站之间的间距（均分） t=stopgap:stopgap:4000; % 各站点距离始发站（1站）的距离 e=detbus/2; % e为车到站上允许的车与车站距离的容差值 n=zeros(N,2); % n为各站初始等车人数,到站状态 xx=linspace(0,4000,N+1); % 公交站点的横坐标 yy=0:1000:4000; % 公交线路的横坐标 wt=0.01; % pause的等待时间 detbusij=zeros(3,M); % 各时刻相邻车辆间的距离 time=stopgap/detbus; % 相邻车站间车辆运行时间 c=floor(M/time)+1; % 设定各车经过的车站数 busn=zeros(4,c); % 设定各车经过各站时上车人数 flag=zeros(4,1); % 车辆通过1站标志 m=0; % m为循环次数 %% %车辆位置初始化，车辆位置可调 bus(1,1)=0; % 1车初始的行程 bus(2,1)=500; % 2车初始的行程 bus(3,1)=1000; % 3车初始的行程 bus(4,1)=1500; % 4车初始的行程
% 表示相邻车辆间发车间隔的最 % 表示相邻车辆间发车间隔的最
% 表示相邻车辆发车间隔之差的
% 表示总的发车次数(车次) % t(i)的最大值 % 表示统一票价(元/人) % 表示车辆运营的单位损耗成本( % 表示调研线路总的长度(公里) % 表示总的发车次数(车次) % 表示乘务员人数 % 表示乘务员工资 % 运行速度 % 表示车容量表示满载时车辆的 % 表示各车的平均期望满载率
第十五章
MATLAB优化算法案例分析与应用
初 始 个 体 值 终 止 代 数 ＝ 20 1000 初始个体值 900 800 700
1000 900 800 700
最优个体值
最 优 个 体 值 终 止 代 数 ＝ 20 最优个体值
初始个体值
600 500 400 300 200 100
600 500 400 300 200 100
公交公司的运营收益
R
t ti1 i 1 j 1
r tP C L m t f p
j
t
m
n
第十五章
MATLAB优化算法案例分析与应用
图15- 4 遗传算法的基本流程
第十五章
MATLAB优化算法案例分析与应用
% 模型参数设置 Tmin = 1; 小值(min) Tmax = 10; 大值(min) delta = 4; 限制值 m = 500; maxt = 960; PP = 1; C = 3.5; 元/车.公里) L = 26.5; m = 500; f = 2; p = 10; V = 20; tt = L/V; Q = 100; 容量(人/车) cita = 0.8;
第十五章
MATLAB优化算法案例分析与应用
5500
5500
5000
5000
4500
4500
4000
4000
3500
3500
3000
3000
2500
2500 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
第十五章 1．约束条件
MATLAB优化算法案例分析与应用
r tP
i 1 j 1 j
m
n
mQ
（2）对相邻两车最大与最小发车间隔的约束：
Tmin timei timei 1 Tmax
（3）对任意相邻两车之间的发车时间间隔之差进行约束，确保发车时间的连续 性，如下：
timei 1 timei timei timei 1
25
17
发车频率
0 5 10 15 时间 20 25 30 35
20
16
15
15
10
5
14
0
图15- 7 随时间变化的发车频率图
0
5
10
15 时间
20 8 发车频率拟合图
图15- 1 公交系统开始阶段
图15- 2 上班高峰阶段
第十五章
MATLAB优化算法案例分析与应用
15.5 遗传算法的应用步骤
遗传算法GA是基于进化和遗传理论而提出来的全局寻优方法。 简单遗传算法解决问题的基本步骤如下： （1）初始化：随机生成 N个个体作为初始群体 P(0)，该种群就是目标函 数可行解的一个集合 。设置进化代数计数器归零 ，设置最大进化代数 iter_max； （2）个体评价：将初始种群代入目标函数中，根据适应度函数计算当前 群体中各个种群的适应度； （3）终止条件判断：给出终止条件，判断算法是否满足终止条件，若满 足则转到（8）； （4）选择运算：对初始群体执行选择操作，优良的个体被大量复制，劣 质的个体复制的少甚至被淘汰； （5）交叉运算：以交叉概率来进行交叉运算； （6）变异运算：以变异概率来进行交叉运算； （7 ）群体 P(t) 经过选择运算、交叉运算、变异运算之后，得到由N个新 个体构成的下一代群体P(t+1)，则转（2），否则转（4）； （8）不断的进化，最终会得到目标函数中，适应度最高的个体，将其作 为问题的最优解或满意解输出，终止计算。
第十五章
MATLAB优化算法案例分析与应用
•第15章 基于遗传算法的公交排班 系统分析
第十五章
MATLAB优化算法案例分析与应用
•15.1 公交排班系统背景分析
由于城市交通设施建设滞后于交通需求的增长速度，使城市交通状况 日趋恶化，在主要交通道口和某些流量集中的道路上，不同程度地出现 交通阻塞现象，城市交通问题已成为制约城市发展的一个瓶颈。 城市交通系统是由城市道路网、运载工具和管理系统组成的开放的复 杂系统。解决城市交通的方法有很多，例如现在的限号举措就是其中一 个比较好的方法，通过限号操作，步行坐公交车的人数增多，那么怎么 解决公交运行排班问题，显得尤为必要。合理的解决公交排班系统问题 ，是一个复杂的问题，需要考虑人、车辆、道路等复杂因素，因此需要 运用高科技技术方法才能较好的解决城市道路交通问题，现今，智能交 通系统（ITS）便成为解决这个问题的重要途径之一。 运营车辆智能排班问题是公交车辆智能调度需要解决的典型问题之一 ，在智能交通系统（ITS）的背景下，公交车发车时刻表的制定是城市 公交调度的核心内容，是公交调度日常指挥车辆正常运行的重要依据， 也是公交调度人员和司乘人员进行工作的基本依据。合理的公交发车时 刻表可以帮助公交企业提高车辆利用效率、降低运营成本和减少乘客的 等车时间以提高服务质量等。