基于可拓Petri网的复杂动态城市公交调度建模及仿真

城市公交调度涉及乘客、道路、车辆、司乘人员、公交站及环境等交通要素，是一个典型多阶段、多层次和多主体间的动态与静态相互协调关联的复杂离散事件大系统。目前已有的公交调度方法的理论基础大部分是以运筹学为核心的最优化理论，但还不能很好地解决动态调度问题。本课题从系统运行模拟角度出发，探讨可拓学和Petri网的有机融合，在公交企业规范化管理的框架下建立公交系统运行的可拓Petri网，从计划层和实时调度层对公交日常营运问题进行理论探索，对公交时刻表编制、车辆和驾驶员调度的各个环节进行建模分析，验证模型可达性、有界性、可逆性和有无死锁，把严格证明的各子可拓Petri网集成一个完整的大可拓Petri网，构建各级可拓Petri网的评价指标体系以及设计相应控制策略，通过Petri网的运行仿真验证模型和算法的正确性和有效性，最终给出优化的调度方案。开发应用软件系统，以广州市第二公共汽车公司为试点进行应用测试。

在调度建模方面，本课题从单线调度到区域调度的角度切入，从静态到动态，探讨了一系列适合我国国情的调度策略,在时刻表编制、车辆排班和驾驶员调度方面做了较深入的工作。在动态调度方面，主要研究了不确定环境下的公交调度模型，探究了一系列能够适应不断变化交通环境的调度策略，其中的代表性的成果有局内区域公交调度问题研究。该成果借鉴局内车辆路径问题的思路，探讨了一类基于随机旅行时间的局内区域公交调度问题。与静态调度不同，这种问题假设确定事件只有通过实时信息处理遇到时才知道，当它们致使该车辆可能无法依原计划继续接下来班次任务时，原调度方案失效，亟待寻求实时调整一个可行公交车辆调度方案以适应不断变化环境，这类动态区域公交调度属于局内问题。在上述系列模型的求解过程中，根据不同的情况给出不同的算法，并同时自编软件实际测算，运行企业的实际数据进行验证，得到的结果再和企业的实际运行情况相互对比，证明了模型的可靠性。. 在仿真理论方法方面，本课题在可拓Petri网思想的启发下，着重研究了离散事件仿真方法。离散事件仿真方法是用计算机对离散事件系统进行仿真实验的方法，其系统方法之一就是Petri网，虽然Petri网使用更具体的数学图形表示数学对象，但Petri网模型描述的系统均可以通过离散事件仿真方法得以实现。由于公交优化调度系统中涉及乘客、道路、车辆、司乘人员、公交站及环境等交通要素，是一个典型多阶段、多层次和多主体间的动态与静态相互协调关联的复杂离散事件大系统，因此，在本课题研究中，对公交调度的各个环节进行抽象，并将它们对应为离散事件仿真的不同元素和模块，是实现公交调度仿真的研究思路，这与可拓Petri网所能实现的基本功能不谋而合。最后我们给出了离散事件仿真的代表性成果。