企业通勤班车线路优化研究.pdf

分类号

密级

U

D

C

单位代码!Q15l

企业通勤班车线路优化研究

王云鹏

指导教师 杨忠振 职称 教授

学位授予单位

大连海事大学

申请学位级别 工学硕士

学科(专业) 物流工程与管理

论文完成日期

201 3年5月

答辩日期 2013年6月

> 一

乞户 迭

答辩委员会

＼／马

I

、

Route Optimization for Corporation Shuttle Bus

A thesis Submitted to

Dalian Maritime University

In partial fulfdlment of the requirements for the degree of

Master of

Engineering

Wang，Yunpeng

(Logistics Management)Logistics Engi neerin"g and

Managemen

Thesis

Supervisor：Professor Yang，Zhongzhen

May2013

大连海事大学学位论文原创性声明和使用授权说明

原创性声明

本人郑重声明：本论文是在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果，撰写成硕士学位论文!么些迤盥垂垒垒熊迭血超越盏：：。除论文中已经注明引用的内容外，对论文的研究做出重要贡献的个人和集体，均

己在文中以明确方式标明。本论文中不包含任何未加明确注明的其他个人或集体

已经公开发表或未公开发表的成果。本声明的法律责任由本人承担。

学位论文作者签名：量三醋

学位论文版权使用授权书

本学位论文作者及指导教师完全了解大连海事大学有关保留、使用研究生学

位论文的规定，即：大连海事大学有权保留并向国家有关部门或机构送交学位论

文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权大连海事大学可以将本

学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，也可采用影印、缩印或扫

描等复制手段保存和汇编学位论文。同意将本学位论文收录到《中国优秀博硕士

学位论文全文数据库》(中国学术期刊(光盘版)电子杂志社)、《中国学位论文全

文数据库》(中国科学技术信息研究所)等数据库中，并以电子出版物形式出版发

行和提供信息服务。保密的论文在解密后遵守此规定。

本学位论文属于：保密口在——年解密后适用本授权书。

不保密拶(请在以上方框内打“√”)

论文作者签名：王云胡妈导师签名：伽沙

日期：)p J3年莎月三6日

中文摘要

摘要

随着城市规模的扩大及城市功能区的划分，企业员工的职住分离问题日益严重，就业地与居住地的分离使得城市居民的平均通勤时间和通勤距离不断增长，同时也引发了大量的交通拥堵问题，这一切都使得企业员工上下班通勤变得异常艰难。在此背景下，企业通勤班车服务应用而生。通勤班车是城市公共交通的重要组成部分，也是企业员工上下班的主要通勤方式，但是，许多不合理的通勤班车路线设计及班车运营方式在方便部分出行者的同时也给城市交通带来了一些

负面影响，并在一定程度上影响其他运输方式的运营。总而言之，合理的通勤班车路线与站点设计不仅对企业员工的满意度有着积极地影响，而且还会对城市交通产生积极的协调补充作用。

本文在分析影响班车服务质量与服务成本因素的基础上，将时间成本引入通勤班车线路设计，旨在探求通勤班车更好的服务模式。

文章首先给出了通勤班车线路设计的研究背景，分析了通勤班车线路设计对于城市交通以及居民出行的理论意义及实际价值；其次，对国内外的相关文献进行了剖析，阐述了国内外对于通勤班车研究的相关内容，并且对通勤班车线路设计的相关算法进行了总结；随后，设计了通勤班车线路优化模型，在这个过程中引入了时间成本的概念，更好地反映通勤班车的运营服务质量，而后运用蚁群算法进行模型的求解；最后，选取大连市某企业进行实例分析，通过实际调查取得企业员工通勤相关数据，带入模型求解班车通勤线路。在这之后对本文进行总结，提出本文的结论以及今后对于通勤班车线路设计的研究方向。文章的研究对于通勤班车系统理论的丰富和发展具有一定的贡献。

关键词：通勤班车线路优化，蚁群算法，时间成本

英文摘要

Abstract

With the development

of the

society

and

the

expansion of

big cities ，the

separation of workplace and residence for citizens is becoming

severe

and attracts

a

10t of attentions ．This situation

cause not

only serious traffic problem ，but also

make

citizen ?S travel from home ，to workplace a

lot inconvenience ．In order to

solving this

problem and provide convenient services to

the working citizens ，a lot

of

companies

have worked on shuttle buses service for their staff ．Technically,shuttle bus is a

part

of public transportation,just like bus ，it plays an important role

in

a

city ?S traffic ，and

for those who take shuttle bus to work every day,shuttle bus is an irreplaceable mode

compared with the bus mode ．However,sometimes unreasonable management

of

the

shuttle bus service Call bring negative effect to the traffic and therefore affects a

lot to

its service level

and

other

automobiles ?operation ．So

in

conclusion ，appropriate

shuttle bus management and routing Can

not

only satisfy the customer,but

also

give

a

positive effect to the traffic ．

Based on the past study,this paper is working on

how to solve

the

problem

of

routing in shuttle bus service ，and in this process ，we put time value in the model in

order to get a balance between shuttle bus service and corporate cost ．And then

we

use

the Ant colony algorithm to solve this model ．At the last part ，we provide an example of a company in Dalian

to

prove this theory,and it

turns out

this

model

is

pretty

effective and can get a good result ．

Key words ：Routing optimization

for

shuttle bus ，time cost ，ant-algorism

目

目录

摘要??????????????????????????????????????????????．1

第1章???????????????????????????????．1

1．1研究背景??????????????????????????????1

1．2通勤班路研究的理意及价????????????????1 1．2．1通勤班的极作用及消极影响??????????????????．1

1．2．2研究通勤班路与化的意????????????????一3 1-3通勤班路化描述??????????????????????4

1．3．1 路径定????????????????????????．4

1．3．2 路径分????????????????????????．5

1．4文章的构及技路????????????????????????6

第2章国内外研究述??????????????????????????．8 2．1国内外于班路化研究状?????????????????8 2．1．1国外研究状??????????????????????????．8

2．1．2国内研究状??????????????????????????．8 2．2国内外于路径相关算法研究????????????????．．10 2．2．1精确算法????????????????????????????10

2．2．2启式算法???????????????????????????13

2．2．3仿生化算法??????????????????????????16

第3章班路化模型的建立????????????????????17

3．1通勤班路与化的提出?????????????????．．17 3．2通勤班路化目???????????????????????．．17

3．3模型建立?????????????????????????????．．18 3．3．1班路化基本模型??????????????????????18

3．3．2引入成本后的模型化????????????????????20

第4章群算法求解班路化???????????????????22 4．1基本群算法概述??????????????????????????22

4．1．1 群算法描述??????????????????????????23

．4．1．2 群算法研究状????????????????????????24

目

4．2 群算法原理????????????????．：???????????．25

4．3 群算法在通勤班路化中的用??????????????．．27 4．3．1 描述????????????????????????????．27

4．3．2改群算法求解通勤班路??????????????????27

4．3．3新站点的引入及站点合并?????????????????????29

第5章例分析?????????????????????????????31

5．1

A公司介?????????????????????????????31

5．2

A公司通勤班路径化模型求解???????????????????33 5．3 果分析??????????????????????????????39

第6章与未来展望??????????????????????????40

6．1文章?????????????????????????????一40

6．2文章存在的不足及未来研究方向展望?????????????????一40参考文献????????????????????????????????一42

致???。?????????????????????????????????????????．．45

企业通勤班车线路优化研究

第1章绪论

1．1研究背景

随着社会经济的发展，城市规划与城市交通划分的完善，城市道路拥堵问题日趋严重，在这样的背景下，企业员工上班不仅面临着因道路拥堵问题而产生的迟到风险，而且其上班的成本也会显著地增加。针对这种情况，企业通勤班车服

务应用而生。通勤班车定义为；企事业单位为满足本单位员工上下班的通勤需求，

在综合考虑他们的上下车地点后，由所在单位负责开行多条线路的班车。每一条通勤班车线路都具有定时、定点、定线、定班的特点，最大程度上满足员工的通勤出行的需求。通勤班车属于辅助公共交通系统，是城市公共交通方式的重要组成部分。

在以前的城市交通规划编制过程中，通勤班车一般被纳入其他类出行方式，或纳入单位车(单位车包括通勤班车和单位小汽车)做比较，通勤班车自身并不独立出来分析，通常处于被忽视的地位。近几年来，由于城市规模的扩大，职住分离问题的日益突出，通勤班车、单位小汽车在城市中的数量的急剧增加，与此同时，乘客选择通勤班车其出行比例也随之提高，部分城市和地区在制定相应规

划方案和管理对策的时候，也会将通勤班车和单位小汽车在居民出行方式调查中单独列出，但在随之而来的规划编制中却大都并未深入分析。另外，“通勤班车”的种类多种多样，包括大客车、厂车、通勤客车、单位交通车等，但实际上属于同一出行方式，本文统一将此类运输方式命名为“通勤班车”

1．2通勤班车线路研究的理论意义及实际价值

1．2．1通勤班车的积极作用及消极影响

(1)通勤班车的积极作用

企事业单位所开通的通勤班车一般会有多条线路，为居住在不同区位的员工

提供通勤服务，同时，通勤班车线路还具有定点、定时、定线、定班的特点，这在一定程度上提高了企事业单位员工的出行效率以及居民公共交通的出行比例。

随着社会的发展，城市化规模的扩大以及城市功能区划分的完善，城市居民

1

第1章绪论

的职住分离问题愈发严重，随之而来的通勤班车出行比率也在逐渐提高。通勤班

车是城市公共交通优先战略的积极补充，对城市交通有着不可忽视的影响。公共

交通优先的对象主要包括大容量的公共交通，公共汽(电)车交通以及轨道交通，

近年来，通勤班车在很多城市的出行分担比例逐步提高，这在一定程度上丰富了城市公共交通的出行方式，同时也提高了辅助公共交通在城市公共交通系统中的地位和作用。因此，通勤班车逐步被纳入公共交通优先行驶对象，在政策优惠、

城市规划、道路交通等方面获得了支持。

通勤班车属于集约化运输模式，它能以较少的空间资源提供较大的有效运输效率以及能源利用率。目前，大部分通勤班车都采用大型客车，额定载客量三十到五十人不等，通勤班车与常规公交服务类似，是一种运输能力强、运输效率高、交通资源利用率高的运输方式，其在相同的能源和空间消耗下，能够提供比小汽车等交通方式更大的运输能力以及运输效率。通常情况下，一辆普通通勤班车其运输能力相当于小汽车的二十倍，而相比之下，要完成相同的运输量，小汽车所

占用的道路资源则是公共汽车的4倍。并且，通勤班车相比于个体交通方式而言，属于一种大众化的交通运输方式，其通过这种方式为大众不同的交通需求提供多样化的交通运输服务。

通勤班车不仅可以再很大程度上提高道路利用率，而且还能节省大量的能

源。从能源消耗来看，计算每百公里的人均能耗，通勤班车只有小汽车能耗的8．4％；从环境污染的角度来看，计算单位客运量，通勤班车要比小汽车低90％左右。

通勤班车相对于其他运输方式来说更加方便、更加省时，而且在很大程度上

提高了员工出行效率。随着越来越多的企事业单位员工选择乘坐通勤班车上下

班，许多班车的接送站点能直接深入社区小区，居民从出发点到班车站点并不需

长时间便可到达。因此，与公交运输方式相比，通勤班车服务区域更加有针对性

也更加合理，因此也更加方便企事业单位员工的通勤出行。

(2)通勤班车对城市的消极影响

近年来，许多企事业单位开设了通勤班车，深受员工们欢迎。通勤班车在一

定程度上方便了员工，但让他们更方便、更省时的同时，也给城市道路交通带来了很多不利影响。

首先，由于没有缺乏合理的交通管制制度，很多城市通勤班车乱停乱放的现

2

企业通勤班车线路优化研究

象较为普遍，这不仅会影响其他车辆运营，还会妨碍城市交通的正常运行。目前，很多通勤班车其班车站点标志不清晰，缺少规范的停车站牌。有的通勤班车选择将班车站牌悬挂于路灯上，而更多的通勤班车则挺车站牌都没有，只是对某一地点进行描述便作为停车站点；即使企事业单位为通勤班车设计了站点和站牌，班

车也常常为了贪图方便利用常规公交站点、出租车临时停车点作为其班车站点，

这种现象会在很大程度上影响常规公交、出租车的正常进出站与停靠。在道路资源相对紧张的路段通勤班车乱停乱放的现象最为明显，其不合理的停靠方式通常会使常规公交站点停靠车辆过多，因此导致其他车辆无法正常运行，进而更容易引起道路拥堵，影响城市交通的正常运营。

其次，很多通勤班车车况较差，安全隐患大。目前，大部分企事业单位通常

会将通勤班车服务外包给租赁公司、旅游公司或公交企业，而这些公司由于缺乏统一的规范标准，其所使用的客车状况良莠不齐，有的班车车况较差、尾气排放不达标且存在一定的安全问题，这都给交通与环境带来了负面影响。更有甚者，某些车辆由于年代久远或平时疏于维护，故障较多，抛锚现象时有发生，这种事故一旦发生，通常会造成严重的道路堵塞以及交通事故。

最后，针对通勤班车的交通规划编制与管理体系还有所欠缺。目前，许多城

市的政府职能部门对通勤班车得运营缺乏相应的规划设计、管理控制及扶持带动，也没有对通勤班车的管理制订相应的法律法规条文，使得通勤班车处于一种放任自流状态。

1．2．2研究通勤班车线路设计与优化的意义

综上所述，通勤班车作为公共交通的重要组成部分，补充了城市交通的一部分空白，在城市交通以及企业员工的工作出行拥有不可替代的作用；而与此同时，

不合理的通勤班车路线设计及运营方式在方便部分人群的同时也对城市交通造

成了一些负面的影响，使得城市交通更加地复杂多变，同时会在一定程度上影响

其他运输方式的运营。因此，合理的通勤班车路线设计与运营不仅对相关企业的员工满意度，班车运营成本，企业形象等问题产生巨大的影响，同时还会从侧面对城市交通产生积极的协调补充作用。

3

第1章绪论

1．3通勤班车线路优化问题描述

通勤班车路径选择与优化问题可归类为车辆路径问题(Vehicle Routing Problem，VRP)，其实质是在满足企业内部员工上下班通勤需求的前提下，尽力

减少企业开设通勤班车服务的成本，具体表现在使用最少的班车，选择最短的通

勤路径满足企业内部员工的需求。

1．3．1车辆路径问题定义

车辆路径问题(vehicle routing problem，VRP)属于物流调度问题的一种，

它是运筹学中的一个经典问题，也是一个典型的NP-hard问题。车辆路径问题最

早由Dantzing和Ramser于1959年提出，当时解决了如何将汽油送往分布于不同位

置的加油站的实际问题。随后，车辆路径问题在交通领域获得了快速的发展，上

世纪90年代以来，人工智能算法在解决车辆路径问题上显出了非常强大的功能，

随后很多学者在此基础上构造了大量的启发式算法。时至今日，关于车辆路径问

题的研究依然对交通运输、物流配送及其他相关领域产生着巨大的影响。

VRP问题可以描述为：配送中心组织车队给一定数量的客户配送货物，每个

客户的需求不同，要求车队选择合适的行车线路，选择各自的配送目标，在满足

客户需求的前提下，达到使用配送车辆数最少，车队总行车路程最短，总配送时

间最少，总消耗成本最少等目标。具体情况如下图所示，参见图1．1．：中心点0用

来表示配送中心，1一lO节点用来表示需要配送的客户，箭头则表示车辆行驶的路径与方向。

4

模两根和当经配(4)需排路在类OfVR图企chemat icTheF ig3)2)1)．：业糊种据变前过送要配上VR问．客时每车通车，己形的多配送总．题．点户间一辆中勤辆其知。车年送方的示。优窗个负，班路中信根辆来方案客意车先约配载一图径彳息据路的案。户线辆级束送约般问的车径研在需路确约。束的题种辆问究考求优定束在径。约径类路题和虑不(FV RP)；化性。有所束研，径在发车能问的有些包条究可问学展辆超题车些VRP含件以题术，配过辆VRP的包分jgV ae研理对送问这中路客括类究论于问成题条，径户以的研车题本中线客问分数下侧究辆可的，路户题为量几重以路能同客上的可确应个点及径会时户配需以定该方不实问要，的送求分性有面同际题求还需车应为VRP一：，应研配需求辆该随个问我用究送考有的是机数题们问取中虑一最车量和可题得心客定大个辆上不以上了先户的承非路限确将都大配对时载负径。定VRP出量送配间能值问性现的送限力，题问点(SVRP)了研时制，而题而较究间，否一问分后多成的这则条题为才的果需就线以如能延。求重及下伸。新几安

第1章绪论

根据约束条件的种类，可以将VRP问题划分为带容量限制的VRP问题

(CVRP)、带距离约束的VRP问题(DVRP)以及带有时间窗的VRP问题

(VRPTW)等；

根据车辆载货的情况，可以将VRP问题划分为满载车VI冲问题和非满载VRP

问题；

根据配送中心的数量的多少，可以将VRP问题划分为单车场VRP问题

(SVRP)和多车场VRP问题(MⅥ心)，在这其中；

根据行驶车辆的类型的不同，可以将VI冲问题划分为单车型VRP问题和多车型VRP问题；

根据优化目标的数量的多少，可以将VRP问题划分为单目标的VI冲问题和多

目标VRP问题；

根据任务类型的性质，可以将VRP问题划分为纯装车VI冲问题、纯卸车VRP 问题及装卸混合VRP问题。

1．4文章的结构及技术路线

本文以对车辆路劲问题的研究为基础，开展了针对通勤城市通勤班车线路设计与优化的研究，并通过引入时间成本的概念进一步研究引入新的班车站点以及相邻站点合并的可能性，而后利用蚁群算法求解模型，获得较好的一个通勤班车

线路方案，进而在满足乘客乘车需求的前提下提高企业班车的运作效率、提升通

勤班车服务质量。图1．2为本文的技术路线图。

6

企业通勤班车线路优化研究图1．2文章技术路线图

Fig．1．2 The

technique

route ofthe

paper

7

第2章国内外研究综述

第2章国内外研究综述

2．1国内外对于班车线路优化问题研究现状

2．1．1国外研究现状

相比国内来说，国外对于通勤班车问题研究较早，对于其相关的车辆路径问题也有较多的涉猎。其中具有代表性的有：Seliaman在其2001年的研究“A simulation model for the shuttle bus traffic during Nafrah period”提出了如何利用仿

真的方法来确定通勤班车的行车线路及停车站点，文章以一年一度的麦加朝圣为

例，指出每年朝圣的这一天都会有超过两百万信徒聚集，这对当地的交通是一个

很大的负担，文章通过对实际数据的调查以及模拟仿真，以平衡各线路的交通流量为主要目标，最终得到了一个相对均衡的结果；Kim在2004年发表的文章“An

improved bus signal priority system for networks with nearside bus stops”中提出如

何采用交通信号战略在复杂的交通条件下提高班车的运输效率，文章指出，在之

前的研究中对于Bus Signal Priority(BSP)问题的研究中很少考虑班车挂靠站点的

时间，导致站点附近信号灯调节不能够有效地方便班车的运行，而文章则首先预

测了班车到站时刻，而后通过预测的数据实时地去调节站点附近的信号灯，以达

到有效促进班车运营的目的；Baker在2008年的研究“An evaluation of visitor decisions regarding alternative transportation in Glacier National Park'?以及Wadsworth在随后的研究“Shuttle to serenity：the history and impact of Zion National parks transportation system”中共同探索了免费班车服务是如何影响人们

的出行行为的，文章以美国国家冰川公园为例，通过对2007年国家冰川公园开通

免费班车后游客的游览行为研究，指出免费班车行驶线路以及停车点很大程度上

影响了公园各个区域的游客数量；这些研究从各个方面探索了班车服务在城市交

通中的重要性以及如何合理运营通勤班车及设计班车路线以提升通勤班车的服

务效率。

2．1．2国内研究现状

相比国外对于通勤班车的相关研究，我国对于班车运输服务的研究相对落

8