定制公交需求时空分布演变和动态运营优化方法研究

As one of a demand responsive shared transit systems, the customized bus (CB) system, while catering for national policy of high-technology oriented and environmental friendly transport, is attracting large potential demands. Unfortunately. While attractive in principle in the ubiquitous mobile connection era, the demands show over-dispersion in spatial dimension and great stochastic in time dimension, therefore the large scale operation face lots of issues, say, a large amount of actual demands cannot be servied while on anther hand some bus routes have limited passengers. In order to have deeply understanding on the CB transport demand spatio-temporal distribution and smart clustering method, the vehicle routing methodology and improvement strategy of network operation, this project examines the continues willingness-to-use (WTU) and the service level of CB routes and networks. The long term evolution of WTU and time-spatial distribution of CB demands are modeled and predicted. The evaluation index system that reflect shareability is constructed and used for improving the CB routes dynamic design and optimization. The dynamic transportation demand responsive mechanism and network optimization methods with various CB operation scales are explored. This project focus on analyzing the mechanisms of customization intentions and mode choice behavior, as well as the shareability that reflect the CB system service efficiency, on the supply-demand evolution of public transit service, which may provide theoretical foundation and scientific basis for improving the supply capacity and operation efficiency of share transportation system.

作为一种需求响应的共享交通系统，定制公交符合高科技导向和环保导向等国家交通发展政策，吸引了大量的潜在市场需求。尽管在移动互联时代潜在需求较大，但是定制出行需求在时空上呈现出过度分散、随机性较强等特征，导致一方面大量需求无法满足，另一方面部分线路没有足够的乘客，大规模运营面临众多问题。本项目以定制公交使用者持续使用意愿和运营线路的服务水平为研究对象，以期深入研究定制出行需求分布规律和智能聚类方法，线网优化方法以及运营效果改善策略。构建定制出行乘坐意愿长期演变模型和需求时空分布预测模型，建立可反映共享机制的服务水平评价指标并改进线路动态调整优化算法，研究定制公交的动态响应机制和不同运营规模下的动态运营优化方法。本项目重点解析出行者“定制”意愿和方式选择行为及反映系统服务效率的“共享能力”在城市公交服务供需演化过程中的作用机理，为改进共享式交通供给能力和运营效率提供理论基础和科学依据。

本研究以需求响应式定制公交需求分析和运营线路的设计为研究对象，深入研究基于移动互联网的定制出行需求时空分布及时空依赖性特征，挖掘反映使用者持续使用意愿的忠诚度及其影响因素，研究面向动态响应机制的定制公交线路设计及运营优化方法。主要研究结论包括：1）探索了定制公交系统的服务定位以及承担的角色，以大连市定制公交为案例，分析了影响需求的各种因素，分析了定制公交需求的时空依赖性机理，挖掘各条定制公交线路起终点建成环境对出行者持续选择定制公交出行的影响，并应用可解释机器学习方法解析了影响持续选择定制公交各种因素的非线性效应和阈值。此外，本研究重点关注了定制公交乘客的忠诚度与持续使用意愿问题，研究乘客忠诚度的衰变规律，挖掘了潜在影响因素及其影响机理。2）针对“服务全部乘客”和“服务部分乘客”两种类型定制公交线网优化问题开展研究，建立多目标优化网络设计研究框架，采用分支定价和列生成等方法，寻找近似的最优解；通过挖掘“共享交通”和“定制出行”的时空共享特征，拆分站点的需求并减小乘客步行距离，改进了优化目标，同时提高了乘客满意度。3）通过问卷调查挖掘了乘客的态度异质性对线路动态调整的接受度和合理的公交票价优惠定价策略。针对定制公交电动化发展需求，考虑充电时空约束问题和电池健康检测及管理问题，设计了鲁棒充电策略和电池健康管理解决方案，结合公交运营大数据和实际运营需求，开展多线路协同充电和运营的车队调度优化研究。