单线路公共汽车运行自适应控制方法研究

本项目结合我国智能公共交通系统现状和发展趋势，以构筑现代化公交调度指挥体系为目标，提出了研发公交运行自适应控制系统的现实需求。通过总结国内外研究成果及对我国城市公交车辆通行条件、客流需求特征进行分析，认为对公交运行控制方法的研究不能拘泥于单一作业环节的控制和单一控制模型的运用，而需要优先解决控制系统层面的结构化问题。进而围绕以下三个核心内容开展研究：第一、公交线路运行状态的识别和预测方法；第二、面向公交运行作业全过程的控制策略组合优化方法；第三、建立公交运行自适应控制模型并开发公交运行自适应控制原型实验系统。研究以行车组织的基础单元- - 单线路公交车队为控制对象，注重与网络调度方法的协调关系以及与未来组建网络化运营指挥系统的集成关系。通过本项目的研究，力求为我国公交调度指挥信息平台的技术升级和相关决策支持系统的研发提供理论依据。

公共汽车（以下简称公交）不同于轨道交通系统的列车运行于封闭空间，其运行过程不仅受到客流波动影响还受到外部道路交通随机干扰，实测数据表明我国城市中心区公交运行状态的主要影响因素是道路通行条件。这表明单纯以消除客流波动影响为主要目的的驻站控制不能作为公交运行控制的主要策略，建立在车辆调度和道路交通管控协调基础上的公交运行控制思想由此确立。.本项目通过统计不同累积车头时距偏差下的车头时距偏差放大概率分布曲线，揭示了在随机因素干扰下公交车头时距绝对偏差随着运行过程呈现放大的趋势且存在非定向放大向定向放大转换拐点的一般规律，由此提出了用车头时距偏差作为车组运行状态识别的主要特征变量；从乘客候车服务水平角度提出用全线车头时距方差作为衡量线路状态的主要特征变量；并基于此提出了公交车组、线路状态识别原理。进一步地，为了能够实现状态预测以支撑公交运行控制的实施，本项目对既有的公交车辆行程时间预测方法进行了深化，提出了精细化预测模型以及相关的检测条件完善方法，特别是融合出租车浮动车和公交车运行数据研发了公交线路运行状态预测原型软件、构建了面向公交通行路段的运行指数计算模型，为未来研发面向全网的公交运行状态预测系统奠定理论基础。.在此基础上，本项目针对我国城市公交线路的内、外部影响因素复杂且运行状态变化随机性强的特征，提出调控公交线路运行状态的组合优化控制策略，将重点站驻站控制、区间车速引导、与道路交通信号协调三个策略结合起来，从一般秩序维持、状态转移控制两个层面构建了公交运行自适应控制技术框架和控制逻辑模型。特别是考虑未来智能交通系统发展趋势，深化研究了车路协同条件下公交车速引导与交叉口信号的协同控制方法，设计了控制逻辑和引导车速优化模型并基于外场条件开展了实验分析和实测评价。实验结果表明该组合控制方法能有效抑制车头时距绝对偏差放大趋势、系统性维系线路稳定运行状态，一定程度降低乘客的出行时间成本消耗。.目前我国城市公交企业的集团化重组基本完成，众多城市级、区域级的调度指挥中心已建成使用，赋予调度系统“智慧”决策的能力无疑是发挥中心功能的关键。本项目的研究成果一定程度为我国城市公交调度指挥系统的智能化提供了理论路径和方法支持，为下一步开展网络层面的集群控制、区域控制等研究提供了技术储备。