面向多校混载的校车路径及时间窗优化问题研究

作     者：许立凡 

作者单位：苏州大学 

学位级别：硕士

导师姓名：张勇;成明

授予年度：2021年

学科分类：08[工学] 082303[工学-交通运输规划与管理] 082302[工学-交通信息工程及控制] 0823[工学-交通运输工程] 

主      题：校车路径问题 多校混载 随机条件 路径优化 

摘      要：校车服务是中小学校为学生上学、放学提供专用车辆的客运服务。我国校车运营起步晚,当前的校车服务研究聚焦于校车发展政策和管理方面,而校车运营规划仍然依赖于人工编排,缺乏科学性,导致校车运营准点率低,超载或空载现象频出。为了改善校车运营效率和品质,降低校车运营成本,有必要对校车行驶路径和学生到站时间窗优化两方面开展研究,以缓解学校上下学的交通拥堵,改善学校交通安全。本文针对多校混载校车路径问题,将校车始发站从单个车场扩展到了多个学校;还将以往的路段行驶时间确定性假设拓展到了不确定情形,对校车行驶路径以及学生到站时间窗进行协调优化。在校车路径优化方面,考虑校车容量、站点和学校时间窗以及学生最长乘车时间等约束,构建了以运营总成本最少为目标函数的多校混载校车路径问题的数学模型及模拟退火算法。通过小型算例验证了模型和算法并应用于苏州市相城区的实际案例中。研究表明,①通过由多车服务乘车站点的多校混载校车路径规划可将校车运营总成本降低10%以上;②在可控成本范围内,随着校车数量的增加,学生平均乘车时间的降低趋势呈边际递减。在学生到站时间窗优化方面,考虑了校车行驶时间以及学生到站时间的随机性,构建了以最大化校车接到学生总人数为优化目标的数学模型及采用遗传算法求解,并进行了苏州市相城区黄埭镇的模型案例研究。研究表明,①校车行驶时间的方差将对校车路径产生影响,方差越大,校车首先服务的站点距学校越远,且生成的路径越多;②随着学生到站时间窗的优化,学生到站时间越来越集中,有效降低学生等车时间。本文所建模型对现实问题具有普适性,能够提供效率高、成本低、服务质量好的校车运行路线,实现区域内的统筹运营。